数控加工中心多把刀对刀方法分析
2024-7-16 来源： 贵州电子科技职业学院 作者：周华
［摘 要］随着加工制造业的不断发展，产品精度要求不断提高，数控加工的要求也就随之提高。文章分析数控机床加工过程中多把刀的对刀方法。
［关键词］数控加工 ；操作机床 ；对刀方法
加工制造业包含的内容丰富，种类繁多，主要包括普通加工、数控加工和特种加工等。在加工过程中，对刀起到关键性的作用。
1、基准的选择
基准就是在零件的设计和加工制造工程中，用来确定生产对象上的某些点、线、面的位置时所依据的那些点、线、面。根据基准的用途不同，主要分为设计基准和工艺基准 [1]。
1.1 设计基准
设计基准是零件设计时所采用的基准。通常情况下，从零件图的设计尺寸标注上就可以分析得出设计基准的位置 [1]。
1.2 工艺基准
工艺基准是零件在加工过程中所采用的基准。由于加工制造的零件结构不一样，基准也不一样，在选择基准时，尽量使用基准统一原则 [1]。
为了保证加工零件的尺寸精度、表面质量，位置精度，便于加工零件的检测，零件在机器或机构中的装配等，在选择基准时，尽量使零件在加工时的工艺基准和零件的设计基准相统一 [1]。如果不能同时兼顾，为了保证加工出合格的零件及便于零件加工后的检测，这时优先考虑选择以设计基准为主，具体的选择根据零件结构的复杂程度进行分析。
2、X轴、Y轴对刀方法
根据零件结构所定制的毛坯不同，对刀的方法也不一样。试切对刀法和寻边器对刀法是零件加工过程中常用的对刀方法。
2.1 试切对刀法
当加工零件的毛坯为粗毛坯时，即选择未加工的表面作为定位基准面时，常采用试切对刀法。试切对刀法就是通过控制机床手轮上的各轴，利用要加工的刀具直接与工件接触进行对刀。试切法对刀时由于刀具直接和工件接触，会在工件表面留下轻微的刀痕，对刀也不是很准确，精度较低。故此方法只适用于零件精度不高、工件加工余量较大、工件的装夹定位面及零件毛坯的加工等。
2.2寻边器对刀法
当加工零件的毛坯为精毛坯时，即选择已加工的表面作为定位基准面时，常采用寻边器对刀法。寻边器对刀法和试切对刀法的原理相同，只是在刀柄上安装的对刀仪器不同，且对刀时不会在工件上留下对刀痕迹，具有很高的对刀精度。所以，对于零件表面要求较高或已加工过的表面，选择寻边器对刀法进行对刀最好。
3、Z轴的对刀方法
Z 轴的对刀方法就是利用安装在刀柄上的刀具直接或间接和工件表面接触而得到 Z 轴的定位基准的方法。当加工零件表面是未加工过的表面时，可以利用试切法进行对刀 ；当加工零件表面是已加工过的表面时，由于试切法对刀会在加工零件表面留下刀痕，所以此方法不适用。此时就应该想办法解决这个问题，既要完成对刀，又不能让刀具和工件直接接触，可以选择 Z 轴对刀仪、对刀棒或标准量块来叠加在工件的上表面，让刀和它们接触后再减去它们的高度值就可以了。根据经验，一般情况下不允许使用Z 轴对刀仪，且多把刀加工时的 Z 轴基准必须一致，否则加工的零件就不合格。下面介绍数控加工中心多把刀对刀的方法。
3.1 使用标准刀具进行对刀
多把刀进行对刀时，由于每把刀具的直径、长度都不一样，即使直径相同，在刀柄上安装刀具时，也不能保证安装后的刀具长度是一致的。同时要保证不同直径和长度的刀具在加工中的定位基准点一致，就要使用刀具补偿配合使用。不同直径的刀具对完刀后，只需在刀偏表中对应刀号里修改刀具的形状（D）值即可。但刀具的长度不一样长时，仍然要在刀偏表里输入不同刀具对应的长度补偿值，下面就不同长度刀具的测量进行分析讲解。
3.1.1 选择标准刀具
标准刀具选择时直径要尽量大，长度要足够长。因为在加工过程中，不同工艺参数的刀具受力不一样，如粗加工时，要快速去除工件余量，这时刀具在切削过程中受力较大。标准刀具选择好后，后面加工的所有刀具都是以它作为标准来进行测量的。标准刀具在加工过程中出现断刀后，标准就没有了，所以标准刀具要选择直径较大的。加工完后，刀具长度补偿取消，然后抬刀。为了避免刀具抬刀移动时不会撞到工件，标准刀具的长度尽量选择较长的刀具。
3.1.2 选择基准
由于零件的高度不一样，在加工过程中，很多表面已被铣削加工了，所以，不能用零件的上表面作为基准来进行测量。要尽量选择机床上一个固定不变的表面作为基准。如夹具的上表面、机床工作台的上表面等都是固定且不是需要加工的表面，选择它们作为基准较为理想。以一个普通的平口钳夹具为例，介绍夹具的选择，平口钳夹具主要由固定钳口、活动钳口、底座和传力装置等构成，零件加工的过程中因受铣削力的影响，活动钳口因受力会发生微小的变化，为了保证后续加工刀具的加工精度，选择固定钳口的上表面作为对刀的固定基准面最佳。选择机床工作台的上表面作为固定基准时，这个表面是最理想的基准面，但要注意 Z 轴的最大行程量。基准面选择好后，由于刀具不能和这个基准面接触，这时要想办法找一个间接基准，可以选择对刀棒或标准块表面作为间接基准。对刀进行测量时，刀具和间接基准面接触即可。
3.1.3 对刀测量
当标准刀具、基准和间接基准都确定以后，就可以进行多把刀的对刀测量了。首先，使用标准刀具把加工工件的基准对好并将机床机械坐标的X、Y、Z 值输入到G54-G59工件坐标系对应的X、Y、Z 里，这时工件的基准点就确定了。其次，用多把刀加工工件时的工艺基准不变，就要找到标准刀具的零值，以后每把刀具都以标准刀具的零值为基准进行测量，把它们与标准刀具的差值输入到机床对应刀偏的形状（H）值里。操作方法 ：以平口钳固定钳口的上表面为基准，Φ10的对刀棒、刀偏表里的1号刀为例进行操作讲解，把 Φ10 的对刀棒放到固定钳口的表面上，把机床操作面板上的功能旋钮旋到手轮，点击坐标画面，操作手轮把标准刀具快速调移动到对刀棒的上表面，把手轮上的旋钮调到Z 轴，倍率调到“×10”挡，慢慢移动标准刀具，在刀具和基准面之间来回滚动对刀棒。
当间隙很小时，把手轮的倍率调到“×1”挡，慢慢移动刀具直至对刀棒能在刀具及固定钳口之间刚好滚过即可。在机床综合位置界面上输入Z 轴零点，点击预置，相对坐标的Z 值为0，点击设置返回机床刀偏界面，在刀偏里1号刀对应的长度值输入0，这样标准刀具的零值就确定了。
为了保证后面加工刀具对刀时的基准不变，最好把此时Z轴零点所对应的机械坐标的 Z 值输入到工件坐标系下的G54-G59中的某一个坐标系里记录下来。多把刀对刀时就以标准刀的零值为基准进行对刀。以2号刀为例讲解，卸下标准刀，换上2号刀，按照标准刀的操作方法进行对刀，对完后点击机床综合位置的坐标画面，这时的Z 值不是0，把这时的Z 值输入到机床刀偏2号刀对应的形状（H）值里（程序里用 G43 输 +Z 值，用 G44 输 -Z 值）。其他加工刀具对刀的操作方法和2号刀一样操作即可。
3.2 工件坐标系G54-G59的Z值为0对刀方法
此种对刀的方法就是把每把刀对刀测量的数值直接输入机床刀偏对应刀具号的形状（H）的值里，对刀的原理与第一种对刀的方法有类似之处。加工工件在X、Y 方向的对刀方法都是一样的，这里主要讲多把刀的Z 向对刀。注意这时要把机床工件坐标系 G54-G59 中自己需要使用的Z 值改为0。
（1）工件 Z 向零点的确定。先把机床上固定的基准面、对刀棒或对刀标准块确定后，再来确定加工工件的Z向基准面。以机床刀偏中的1号刀，平口钳固定钳口的上表面为固定基准面，Φ10的对刀棒为间接基准为例分析讲解。先把刀具的位置快速地移动到固定钳口上表面的上方，把机床操作面板的功能旋钮打到手轮，按坐标画面，操作手轮把标准刀具调整到对刀的大概位置，把手轮上的旋钮调到Z 轴，倍率调到“×10”挡，慢慢移动刀具，在刀具和基准面之间来回地滚动对刀棒，当间隙很小时，把手轮的倍率调到“×1”挡，慢慢移动刀具直至对刀棒能在刀具及固定钳口之间刚好滚过即可。在机床综合位置所示的界面上输入Z 轴零点，点击预置，把机械坐标的 Z 值直接输入到机床刀偏所示的形状（H）对应的1号刀里，这时只是找到刀具 Z 向的基准值，但工件加工的 Z 向的基准还没有找到，因为加工时，加工工件的基准都是相同的。使用同样方法，把刀移到工件的上方，摇动手轮直至对刀棒刚好能在刀具和工件上表面之间滚过即可。此时机床显示区域的综合位置所示下的相对坐标有一个对应的 Z值，但这个值是刀具零值到工件上表面的值，用这个值减去对刀棒直径才是工件表面的基准值，然后再把减去标准棒直径所得的这个值输入到机床工件坐标系所示偏置坐标系 G54（000号 EXT）的Z 值里，相当于工件上表面的基准在刀具0点上偏移一个值，而且这个值对每把刀具都是固定的。
（2）对刀测量。当第一把刀具及工件上表面的基准确定以后，其他刀具的对刀方法就和1号刀具的对刀方法是一样的，只需把每把刀具对完刀后的机械坐标值输入到机床刀偏所对应刀具号的形状（H）的值里即可。
为了保证加工工件的质量和精度，应该在第一把刀具对完刀后输入对刀程序进行效验，避免因第一把刀具对刀有误而影响工件的 Z 向基准及其他刀具的对刀，从而影响工件加工精度及质量。
4、对刀注意事项
（1）固定基准与间接基准的选择要合理。
（2）对刀过程中，对刀棒或标准块的选用一定要方便操作。
（3）对刀棒或标准块在刀具和固定基准面之间的间隙要控制好。
（4）两种对刀方法不一样，要注意对刀后输入的值是相对坐标值还是机械坐标值。
5、结束语
综合以上两种对刀方法，其原理都是类似的，在加工中各有千秋。使用标准刀具进行对刀的方法进行对刀操作，要注意的是标准刀具在加工过程中不能出现断刀、机床不能出现加工错误紧急停机而导致Z 轴零点的坐标变化。第二种对刀操作优势明显，不会受加工过程中出现打刀、断刀、机床停机的影响，在企业使用比较普遍。在数控加工中心的加工过程中，对刀的过程十分重要，需要操作者认真仔细地操作，一旦对刀过程出现了问题，加工时就会出现一系列的问题，如撞刀、撞夹具、机床损坏等，不仅带来经济损失，还会影响工件加工的工期，故操作时一定要慎重。
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