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數(shù)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(yè)學(xué)院   作者：周華

    ［摘 要］隨著加工制造業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品精度要求不斷提高，數(shù)控加工的要求也就隨之提高。文章分析數(shù)控機(jī)床加工過程中多把刀的對刀方法。
  
    ［關(guān)鍵詞］數(shù)控加工 ；操作機(jī)床 ；對刀方法

     加工制造業(yè)包含的內(nèi)容豐富，種類繁多，主要包括普通加工、數(shù)控加工和特種加工等。在加工過程中，對刀起到關(guān)鍵性的作用。

     1、基準(zhǔn)的選擇
  
     基準(zhǔn)就是在零件的設(shè)計(jì)和加工制造工程中，用來確定生產(chǎn)對象上的某些點(diǎn)、線、面的位置時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。根據(jù)基準(zhǔn)的用途不同，主要分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn) [1]。
  
     1.1　設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
  
     設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是零件設(shè)計(jì)時(shí)所采用的基準(zhǔn)。通常情況下，從零件圖的設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)注上就可以分析得出設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的位置 [1]。
  
     1.2　工藝基準(zhǔn)
  
     工藝基準(zhǔn)是零件在加工過程中所采用的基準(zhǔn)。由于加工制造的零件結(jié)構(gòu)不一樣，基準(zhǔn)也不一樣，在選擇基準(zhǔn)時(shí)，盡量使用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 [1]。
  
     為了保證加工零件的尺寸精度、表面質(zhì)量，位置精度，便于加工零件的檢測，零件在機(jī)器或機(jī)構(gòu)中的裝配等，在選擇基準(zhǔn)時(shí)，盡量使零件在加工時(shí)的工藝基準(zhǔn)和零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相統(tǒng)一 [1]。如果不能同時(shí)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(shí)優(yōu)先考慮選擇以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為主，具體的選擇根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度進(jìn)行分析。
  
     2、X軸、Y軸對刀方法
  
     根據(jù)零件結(jié)構(gòu)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(dāng)加工零件的毛坯為粗毛坯時(shí)，即選擇未加工的表面作為定位基準(zhǔn)面時(shí)，常采用試切對刀法。試切對刀法就是通過控制機(jī)床手輪上的各軸，利用要加工的刀具直接與工件接觸進(jìn)行對刀。試切法對刀時(shí)由于刀具直接和工件接觸，會(huì)在工件表面留下輕微的刀痕，對刀也不是很準(zhǔn)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(dāng)加工零件的毛坯為精毛坯時(shí)，即選擇已加工的表面作為定位基準(zhǔn)面時(shí)，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(shí)不會(huì)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(jìn)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(zhǔn)的方法。當(dāng)加工零件表面是未加工過的表面時(shí)，可以利用試切法進(jìn)行對刀 ；當(dāng)加工零件表面是已加工過的表面時(shí)，由于試切法對刀會(huì)在加工零件表面留下刀痕，所以此方法不適用。此時(shí)就應(yīng)該想辦法解決這個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下不允許使用Z 軸對刀儀，且多把刀加工時(shí)的 Z 軸基準(zhǔn)必須一致，否則加工的零件就不合格。下面介紹數(shù)控加工中心多把刀對刀的方法。
  
     3.1　 使用標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行對刀
  
     多把刀進(jìn)行對刀時(shí)，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(shí)，也不能保證安裝后的刀具長度是一致的。同時(shí)要保證不同直徑和長度的刀具在加工中的定位基準(zhǔn)點(diǎn)一致，就要使用刀具補(bǔ)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(yīng)刀號(hào)里修改刀具的形狀（D）值即可。但刀具的長度不一樣長時(shí)，仍然要在刀偏表里輸入不同刀具對應(yīng)的長度補(bǔ)償值，下面就不同長度刀具的測量進(jìn)行分析講解。
 
     3.1.1　 選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具
  
     標(biāo)準(zhǔn)刀具選擇時(shí)直徑要盡量大，長度要足夠長。因?yàn)樵诩庸み^程中，不同工藝參數(shù)的刀具受力不一樣，如粗加工時(shí)，要快速去除工件余量，這時(shí)刀具在切削過程中受力較大。標(biāo)準(zhǔn)刀具選擇好后，后面加工的所有刀具都是以它作為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行測量的。標(biāo)準(zhǔn)刀具在加工過程中出現(xiàn)斷刀后，標(biāo)準(zhǔn)就沒有了，所以標(biāo)準(zhǔn)刀具要選擇直徑較大的。加工完后，刀具長度補(bǔ)償取消，然后抬刀。為了避免刀具抬刀移動(dòng)時(shí)不會(huì)撞到工件，標(biāo)準(zhǔn)刀具的長度盡量選擇較長的刀具。
  
     3.1.2　 選擇基準(zhǔn)
  
     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(zhǔn)來進(jìn)行測量。要盡量選擇機(jī)床上一個(gè)固定不變的表面作為基準(zhǔn)。如夾具的上表面、機(jī)床工作臺(tái)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(zhǔn)較為理想。以一個(gè)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(dòng)鉗口、底座和傳力裝置等構(gòu)成，零件加工的過程中因受銑削力的影響，活動(dòng)鉗口因受力會(huì)發(fā)生微小的變化，為了保證后續(xù)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(zhǔn)面最佳。選擇機(jī)床工作臺(tái)的上表面作為固定基準(zhǔn)時(shí)，這個(gè)表面是最理想的基準(zhǔn)面，但要注意 Z 軸的最大行程量。基準(zhǔn)面選擇好后，由于刀具不能和這個(gè)基準(zhǔn)面接觸，這時(shí)要想辦法找一個(gè)間接基準(zhǔn)，可以選擇對刀棒或標(biāo)準(zhǔn)塊表面作為間接基準(zhǔn)。對刀進(jìn)行測量時(shí)，刀具和間接基準(zhǔn)面接觸即可。
  
     3.1.3　 對刀測量
  
     當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)刀具、基準(zhǔn)和間接基準(zhǔn)都確定以后，就可以進(jìn)行多把刀的對刀測量了。首先，使用標(biāo)準(zhǔn)刀具把加工工件的基準(zhǔn)對好并將機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)的X、Y、Z 值輸入到G54-G59工件坐標(biāo)系對應(yīng)的X、Y、Z 里，這時(shí)工件的基準(zhǔn)點(diǎn)就確定了。其次，用多把刀加工工件時(shí)的工藝基準(zhǔn)不變，就要找到標(biāo)準(zhǔn)刀具的零值，以后每把刀具都以標(biāo)準(zhǔn)刀具的零值為基準(zhǔn)進(jìn)行測量，把它們與標(biāo)準(zhǔn)刀具的差值輸入到機(jī)床對應(yīng)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(zhǔn)，Φ10的對刀棒、刀偏表里的1號(hào)刀為例進(jìn)行操作講解，把 Φ10 的對刀棒放到固定鉗口的表面上，把機(jī)床操作面板上的功能旋鈕旋到手輪，點(diǎn)擊坐標(biāo)畫面，操作手輪把標(biāo)準(zhǔn)刀具快速調(diào)移動(dòng)到對刀棒的上表面，把手輪上的旋鈕調(diào)到Z 軸，倍率調(diào)到“×10”擋，慢慢移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，在刀具和基準(zhǔn)面之間來回滾動(dòng)對刀棒。
   
     當(dāng)間隙很小時(shí)，把手輪的倍率調(diào)到“×1”擋，慢慢移動(dòng)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(jī)床綜合位置界面上輸入Z 軸零點(diǎn)，點(diǎn)擊預(yù)置，相對坐標(biāo)的Z 值為0，點(diǎn)擊設(shè)置返回機(jī)床刀偏界面，在刀偏里1號(hào)刀對應(yīng)的長度值輸入0，這樣標(biāo)準(zhǔn)刀具的零值就確定了。
  
     為了保證后面加工刀具對刀時(shí)的基準(zhǔn)不變，最好把此時(shí)Z軸零點(diǎn)所對應(yīng)的機(jī)械坐標(biāo)的 Z 值輸入到工件坐標(biāo)系下的G54-G59中的某一個(gè)坐標(biāo)系里記錄下來。多把刀對刀時(shí)就以標(biāo)準(zhǔn)刀的零值為基準(zhǔn)進(jìn)行對刀。以2號(hào)刀為例講解，卸下標(biāo)準(zhǔn)刀，換上2號(hào)刀，按照標(biāo)準(zhǔn)刀的操作方法進(jìn)行對刀，對完后點(diǎn)擊機(jī)床綜合位置的坐標(biāo)畫面，這時(shí)的Z 值不是0，把這時(shí)的Z 值輸入到機(jī)床刀偏2號(hào)刀對應(yīng)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(hào)刀一樣操作即可。
  
     3.2　 工件坐標(biāo)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(shù)值直接輸入機(jī)床刀偏對應(yīng)刀具號(hào)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?qū)Φ丁?/font>注意這時(shí)要把機(jī)床工件坐標(biāo)系 G54-G59 中自己需要使用的Z 值改為0。
  
     （1）工件 Z 向零點(diǎn)的確定。先把機(jī)床上固定的基準(zhǔn)面、對刀棒或?qū)Φ稑?biāo)準(zhǔn)塊確定后，再來確定加工工件的Z向基準(zhǔn)面。以機(jī)床刀偏中的1號(hào)刀，平口鉗固定鉗口的上表面為固定基準(zhǔn)面，Φ10的對刀棒為間接基準(zhǔn)為例分析講解。先把刀具的位置快速地移動(dòng)到固定鉗口上表面的上方，把機(jī)床操作面板的功能旋鈕打到手輪，按坐標(biāo)畫面，操作手輪把標(biāo)準(zhǔn)刀具調(diào)整到對刀的大概位置，把手輪上的旋鈕調(diào)到Z 軸，倍率調(diào)到“×10”擋，慢慢移動(dòng)刀具，在刀具和基準(zhǔn)面之間來回地滾動(dòng)對刀棒，當(dāng)間隙很小時(shí)，把手輪的倍率調(diào)到“×1”擋，慢慢移動(dòng)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(jī)床綜合位置所示的界面上輸入Z 軸零點(diǎn)，點(diǎn)擊預(yù)置，把機(jī)械坐標(biāo)的 Z 值直接輸入到機(jī)床刀偏所示的形狀（H）對應(yīng)的1號(hào)刀里，這時(shí)只是找到刀具 Z 向的基準(zhǔn)值，但工件加工的 Z 向的基準(zhǔn)還沒有找到，因?yàn)榧庸r(shí)，加工工件的基準(zhǔn)都是相同的。使用同樣方法，把刀移到工件的上方，搖動(dòng)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(shí)機(jī)床顯示區(qū)域的綜合位置所示下的相對坐標(biāo)有一個(gè)對應(yīng)的 Z值，但這個(gè)值是刀具零值到工件上表面的值，用這個(gè)值減去對刀棒直徑才是工件表面的基準(zhǔn)值，然后再把減去標(biāo)準(zhǔn)棒直徑所得的這個(gè)值輸入到機(jī)床工件坐標(biāo)系所示偏置坐標(biāo)系 G54（000號(hào) EXT）的Z 值里，相當(dāng)于工件上表面的基準(zhǔn)在刀具0點(diǎn)上偏移一個(gè)值，而且這個(gè)值對每把刀具都是固定的。
  
     （2）對刀測量。當(dāng)?shù)谝话训毒呒肮ぜ媳砻娴幕鶞?zhǔn)確定以后，其他刀具的對刀方法就和1號(hào)刀具的對刀方法是一樣的，只需把每把刀具對完刀后的機(jī)械坐標(biāo)值輸入到機(jī)床刀偏所對應(yīng)刀具號(hào)的形狀（H）的值里即可。
  
     為了保證加工工件的質(zhì)量和精度，應(yīng)該在第一把刀具對完刀后輸入對刀程序進(jìn)行效驗(yàn)，避免因第一把刀具對刀有誤而影響工件的 Z 向基準(zhǔn)及其他刀具的對刀，從而影響工件加工精度及質(zhì)量。
  
     4、對刀注意事項(xiàng)
  
     （1）固定基準(zhǔn)與間接基準(zhǔn)的選擇要合理。
     （2）對刀過程中，對刀棒或標(biāo)準(zhǔn)塊的選用一定要方便操作。
     （3）對刀棒或標(biāo)準(zhǔn)塊在刀具和固定基準(zhǔn)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(biāo)值還是機(jī)械坐標(biāo)值。
  
     5、結(jié)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(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行對刀的方法進(jìn)行對刀操作，要注意的是標(biāo)準(zhǔn)刀具在加工過程中不能出現(xiàn)斷刀、機(jī)床不能出現(xiàn)加工錯(cuò)誤緊急停機(jī)而導(dǎo)致Z 軸零點(diǎn)的坐標(biāo)變化。第二種對刀操作優(yōu)勢明顯，不會(huì)受加工過程中出現(xiàn)打刀、斷刀、機(jī)床停機(jī)的影響，在企業(yè)使用比較普遍。在數(shù)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(rèn)真仔細(xì)地操作，一旦對刀過程出現(xiàn)了問題，加工時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一系列的問題，如撞刀、撞夾具、機(jī)床損壞等，不僅帶來經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)影響工件加工的工期，故操作時(shí)一定要慎重。
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