數控加工中心多把刀對刀方法分析
2024-7-16 來源： 貴州電子科技職業學院 作者：周華
［摘 要］隨著加工制造業的不斷發展，產品精度要求不斷提高，數控加工的要求也就隨之提高。文章分析數控機床加工過程中多把刀的對刀方法。
［關鍵詞］數控加工 ；操作機床 ；對刀方法
加工制造業包含的內容豐富，種類繁多，主要包括普通加工、數控加工和特種加工等。在加工過程中，對刀起到關鍵性的作用。
1、基準的選擇
基準就是在零件的設計和加工制造工程中，用來確定生產對象上的某些點、線、面的位置時所依據的那些點、線、面。根據基準的用途不同，主要分為設計基準和工藝基準 [1]。
1.1 設計基準
設計基準是零件設計時所采用的基準。通常情況下，從零件圖的設計尺寸標注上就可以分析得出設計基準的位置 [1]。
1.2 工藝基準
工藝基準是零件在加工過程中所采用的基準。由于加工制造的零件結構不一樣，基準也不一樣，在選擇基準時，盡量使用基準統一原則 [1]。
為了保證加工零件的尺寸精度、表面質量，位置精度，便于加工零件的檢測，零件在機器或機構中的裝配等，在選擇基準時，盡量使零件在加工時的工藝基準和零件的設計基準相統一 [1]。如果不能同時兼顧，為了保證加工出合格的零件及便于零件加工后的檢測，這時優先考慮選擇以設計基準為主，具體的選擇根據零件結構的復雜程度進行分析。
2、X軸、Y軸對刀方法
根據零件結構所定制的毛坯不同，對刀的方法也不一樣。試切對刀法和尋邊器對刀法是零件加工過程中常用的對刀方法。
2.1 試切對刀法
當加工零件的毛坯為粗毛坯時，即選擇未加工的表面作為定位基準面時，常采用試切對刀法。試切對刀法就是通過控制機床手輪上的各軸，利用要加工的刀具直接與工件接觸進行對刀。試切法對刀時由于刀具直接和工件接觸，會在工件表面留下輕微的刀痕，對刀也不是很準確，精度較低。故此方法只適用于零件精度不高、工件加工余量較大、工件的裝夾定位面及零件毛坯的加工等。
2.2尋邊器對刀法
當加工零件的毛坯為精毛坯時，即選擇已加工的表面作為定位基準面時，常采用尋邊器對刀法。尋邊器對刀法和試切對刀法的原理相同，只是在刀柄上安裝的對刀儀器不同，且對刀時不會在工件上留下對刀痕跡，具有很高的對刀精度。所以，對于零件表面要求較高或已加工過的表面，選擇尋邊器對刀法進行對刀最好。
3、Z軸的對刀方法
Z 軸的對刀方法就是利用安裝在刀柄上的刀具直接或間接和工件表面接觸而得到 Z 軸的定位基準的方法。當加工零件表面是未加工過的表面時，可以利用試切法進行對刀 ；當加工零件表面是已加工過的表面時，由于試切法對刀會在加工零件表面留下刀痕，所以此方法不適用。此時就應該想辦法解決這個問題，既要完成對刀，又不能讓刀具和工件直接接觸，可以選擇 Z 軸對刀儀、對刀棒或標準量塊來疊加在工件的上表面，讓刀和它們接觸后再減去它們的高度值就可以了。根據經驗，一般情況下不允許使用Z 軸對刀儀，且多把刀加工時的 Z 軸基準必須一致，否則加工的零件就不合格。下面介紹數控加工中心多把刀對刀的方法。
3.1 使用標準刀具進行對刀
多把刀進行對刀時，由于每把刀具的直徑、長度都不一樣，即使直徑相同，在刀柄上安裝刀具時，也不能保證安裝后的刀具長度是一致的。同時要保證不同直徑和長度的刀具在加工中的定位基準點一致，就要使用刀具補償配合使用。不同直徑的刀具對完刀后，只需在刀偏表中對應刀號里修改刀具的形狀（D）值即可。但刀具的長度不一樣長時，仍然要在刀偏表里輸入不同刀具對應的長度補償值，下面就不同長度刀具的測量進行分析講解。
3.1.1 選擇標準刀具
標準刀具選擇時直徑要盡量大，長度要足夠長。因為在加工過程中，不同工藝參數的刀具受力不一樣，如粗加工時，要快速去除工件余量，這時刀具在切削過程中受力較大。標準刀具選擇好后，后面加工的所有刀具都是以它作為標準來進行測量的。標準刀具在加工過程中出現斷刀后，標準就沒有了，所以標準刀具要選擇直徑較大的。加工完后，刀具長度補償取消，然后抬刀。為了避免刀具抬刀移動時不會撞到工件，標準刀具的長度盡量選擇較長的刀具。
3.1.2 選擇基準
由于零件的高度不一樣，在加工過程中，很多表面已被銑削加工了，所以，不能用零件的上表面作為基準來進行測量。要盡量選擇機床上一個固定不變的表面作為基準。如夾具的上表面、機床工作臺的上表面等都是固定且不是需要加工的表面，選擇它們作為基準較為理想。以一個普通的平口鉗夾具為例，介紹夾具的選擇，平口鉗夾具主要由固定鉗口、活動鉗口、底座和傳力裝置等構成，零件加工的過程中因受銑削力的影響，活動鉗口因受力會發生微小的變化，為了保證后續加工刀具的加工精度，選擇固定鉗口的上表面作為對刀的固定基準面最佳。選擇機床工作臺的上表面作為固定基準時，這個表面是最理想的基準面，但要注意 Z 軸的最大行程量。基準面選擇好后，由于刀具不能和這個基準面接觸，這時要想辦法找一個間接基準，可以選擇對刀棒或標準塊表面作為間接基準。對刀進行測量時，刀具和間接基準面接觸即可。
3.1.3 對刀測量
當標準刀具、基準和間接基準都確定以后，就可以進行多把刀的對刀測量了。首先，使用標準刀具把加工工件的基準對好并將機床機械坐標的X、Y、Z 值輸入到G54-G59工件坐標系對應的X、Y、Z 里，這時工件的基準點就確定了。其次，用多把刀加工工件時的工藝基準不變，就要找到標準刀具的零值，以后每把刀具都以標準刀具的零值為基準進行測量，把它們與標準刀具的差值輸入到機床對應刀偏的形狀（H）值里。操作方法 ：以平口鉗固定鉗口的上表面為基準，Φ10的對刀棒、刀偏表里的1號刀為例進行操作講解，把 Φ10 的對刀棒放到固定鉗口的表面上，把機床操作面板上的功能旋鈕旋到手輪，點擊坐標畫面，操作手輪把標準刀具快速調移動到對刀棒的上表面，把手輪上的旋鈕調到Z 軸，倍率調到“×10”擋，慢慢移動標準刀具，在刀具和基準面之間來回滾動對刀棒。
當間隙很小時，把手輪的倍率調到“×1”擋，慢慢移動刀具直至對刀棒能在刀具及固定鉗口之間剛好滾過即可。在機床綜合位置界面上輸入Z 軸零點，點擊預置，相對坐標的Z 值為0，點擊設置返回機床刀偏界面，在刀偏里1號刀對應的長度值輸入0，這樣標準刀具的零值就確定了。
為了保證后面加工刀具對刀時的基準不變，最好把此時Z軸零點所對應的機械坐標的 Z 值輸入到工件坐標系下的G54-G59中的某一個坐標系里記錄下來。多把刀對刀時就以標準刀的零值為基準進行對刀。以2號刀為例講解，卸下標準刀，換上2號刀，按照標準刀的操作方法進行對刀，對完后點擊機床綜合位置的坐標畫面，這時的Z 值不是0，把這時的Z 值輸入到機床刀偏2號刀對應的形狀（H）值里（程序里用 G43 輸 +Z 值，用 G44 輸 -Z 值）。其他加工刀具對刀的操作方法和2號刀一樣操作即可。
3.2 工件坐標系G54-G59的Z值為0對刀方法
此種對刀的方法就是把每把刀對刀測量的數值直接輸入機床刀偏對應刀具號的形狀（H）的值里，對刀的原理與第一種對刀的方法有類似之處。加工工件在X、Y 方向的對刀方法都是一樣的，這里主要講多把刀的Z 向對刀。注意這時要把機床工件坐標系 G54-G59 中自己需要使用的Z 值改為0。
（1）工件 Z 向零點的確定。先把機床上固定的基準面、對刀棒或對刀標準塊確定后，再來確定加工工件的Z向基準面。以機床刀偏中的1號刀，平口鉗固定鉗口的上表面為固定基準面，Φ10的對刀棒為間接基準為例分析講解。先把刀具的位置快速地移動到固定鉗口上表面的上方，把機床操作面板的功能旋鈕打到手輪，按坐標畫面，操作手輪把標準刀具調整到對刀的大概位置，把手輪上的旋鈕調到Z 軸，倍率調到“×10”擋，慢慢移動刀具，在刀具和基準面之間來回地滾動對刀棒，當間隙很小時，把手輪的倍率調到“×1”擋，慢慢移動刀具直至對刀棒能在刀具及固定鉗口之間剛好滾過即可。在機床綜合位置所示的界面上輸入Z 軸零點，點擊預置，把機械坐標的 Z 值直接輸入到機床刀偏所示的形狀（H）對應的1號刀里，這時只是找到刀具 Z 向的基準值，但工件加工的 Z 向的基準還沒有找到，因為加工時，加工工件的基準都是相同的。使用同樣方法，把刀移到工件的上方，搖動手輪直至對刀棒剛好能在刀具和工件上表面之間滾過即可。此時機床顯示區域的綜合位置所示下的相對坐標有一個對應的 Z值，但這個值是刀具零值到工件上表面的值，用這個值減去對刀棒直徑才是工件表面的基準值，然后再把減去標準棒直徑所得的這個值輸入到機床工件坐標系所示偏置坐標系 G54（000號 EXT）的Z 值里，相當于工件上表面的基準在刀具0點上偏移一個值，而且這個值對每把刀具都是固定的。
（2）對刀測量。當第一把刀具及工件上表面的基準確定以后，其他刀具的對刀方法就和1號刀具的對刀方法是一樣的，只需把每把刀具對完刀后的機械坐標值輸入到機床刀偏所對應刀具號的形狀（H）的值里即可。
為了保證加工工件的質量和精度，應該在第一把刀具對完刀后輸入對刀程序進行效驗，避免因第一把刀具對刀有誤而影響工件的 Z 向基準及其他刀具的對刀，從而影響工件加工精度及質量。
4、對刀注意事項
（1）固定基準與間接基準的選擇要合理。
（2）對刀過程中，對刀棒或標準塊的選用一定要方便操作。
（3）對刀棒或標準塊在刀具和固定基準面之間的間隙要控制好。
（4）兩種對刀方法不一樣，要注意對刀后輸入的值是相對坐標值還是機械坐標值。
5、結束語
綜合以上兩種對刀方法，其原理都是類似的，在加工中各有千秋。使用標準刀具進行對刀的方法進行對刀操作，要注意的是標準刀具在加工過程中不能出現斷刀、機床不能出現加工錯誤緊急停機而導致Z 軸零點的坐標變化。第二種對刀操作優勢明顯，不會受加工過程中出現打刀、斷刀、機床停機的影響，在企業使用比較普遍。在數控加工中心的加工過程中，對刀的過程十分重要，需要操作者認真仔細地操作，一旦對刀過程出現了問題，加工時就會出現一系列的問題，如撞刀、撞夾具、機床損壞等，不僅帶來經濟損失，還會影響工件加工的工期，故操作時一定要慎重。
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