數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

（1）數(shù)控車床對刀原理。對刀的目的是確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系。工件裝夾在機(jī)床上后，工件（工件坐標(biāo)系）的位置在機(jī)床坐標(biāo)系中是具體的，這一具體的位置是通過對刀操作來確定的。

以試切對刀為例，對GSK980Tdb數(shù)控車床對刀原理作一個(gè)簡單的介紹。

如圖1所示，設(shè)刀具在X方向和Z方向的長度分別為a、b（相對于刀架中心，a、b不一定要有確定的數(shù)據(jù)），試切外圓后刀具直徑為φ，X方向零點(diǎn)偏置為x（負(fù)值）；試切端面后，Z方向零點(diǎn)偏置為z（負(fù)值）。

刀具運(yùn)動到編程坐標(biāo)系原點(diǎn)時(shí)的機(jī)床坐標(biāo)為（2x―φ，z）（這一坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)控制面板在刀補(bǔ)中通過輸入“Xφ”和“Zo”由數(shù)控系統(tǒng)自動計(jì)算獲得并儲存），而工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置為（2x-φ-a，z-b）。

設(shè)工件坐標(biāo)系（或編程坐標(biāo)系）中刀位點(diǎn)任意一點(diǎn)的編程坐標(biāo)為A（m，n），則將此點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)為（2x-φ-a+m，z-b+n），而此時(shí)相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)（刀架中心）為（2x-φ-a+m+a，z-b+n+b），即（2x-φ+m，z+n）（與刀具長度無關(guān)），此時(shí)刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)。

所以對刀操作后，通過刀補(bǔ)的設(shè)定，便能確定任意刀具刀位點(diǎn)到達(dá)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)時(shí)的機(jī)床坐標(biāo)（2x-φ，z），從而完成兩個(gè)坐標(biāo)系之間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，并且確定相對應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)，此時(shí)刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動。

（2）數(shù)控銑床對刀原理。數(shù)控銑床對刀原理和數(shù)控車床對刀原理相似，通過對刀確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的空間位置關(guān)系，并將對刀數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的存儲位置。

參考前述數(shù)控車床對刀原理可以看出，對刀操作的實(shí)質(zhì)是確定任意刀具刀位點(diǎn)到達(dá)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)時(shí)的機(jī)床坐標(biāo)，并記錄在機(jī)床里面，從而完成兩個(gè)坐標(biāo)系之間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，并且確定相對應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)，此時(shí)刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動。下面以Fanuc數(shù)控銑床XK7145A兩種情況為例，將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)置在長方體工件上表面的中心處（見圖2），簡要介紹其對刀基本原理。

情景一：刀具裝上主軸對刀。先將機(jī)床參考點(diǎn)回零后，機(jī)床原點(diǎn)歸于正向極限位置。通過對刀后，機(jī)床坐標(biāo)顯示為（a，b，c），即各軸偏置量，如圖2a所示。刀長為L，如圖2b所示，則工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置為（a，b，c-L）。

設(shè)任意編程坐標(biāo)為A（m，n，o），則將此點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)為（a+m，b+n，o+c-L），而此時(shí)相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)（主軸端面中心）為（a+m，b+n，o+c-L +L），即（a+m，b+n，o+c）（與刀長無關(guān)），此時(shí)刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)。

情景二：刀具不裝上主軸對刀（見圖3）。先將機(jī)床參考點(diǎn)回零后，機(jī)床原點(diǎn)歸于正向極限位置。通過對刀后，機(jī)床坐標(biāo)顯示為（a，b，c）, 如圖3所示，即各軸偏置量，則工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置為（a，b，c）。

設(shè)任意編程坐標(biāo)為A（m，n，o）,設(shè)刀長為L，則將此點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)為（a+m，b+n，o+c），而此時(shí)相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)（主軸端面中心）為（a+m，b+n，o+c+L）（與刀長無有關(guān)），此時(shí)刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)。

此種情況對刀必須知道刀具長度L，其長度一般通過機(jī)外對刀儀對刀測量獲得。

2.數(shù)控銑床對刀應(yīng)用示例

現(xiàn)僅對數(shù)控銑床對刀應(yīng)用操作作一個(gè)示例介紹。

（1）對刀操作基本條件。①尋邊器，完成水平方向的對刀（見圖4）。②Z軸設(shè)定器，完成高度方向的對刀（見圖5）。

（2）對刀操作基本步驟。①將尋邊器上、下部分人為稍偏心，裝于主軸。②選擇“MDI”操作方式，輸入“M03 S600”啟動主軸正轉(zhuǎn)。③通過“手輪”（或“手動”）模式使刀具靠近工件。④Y方向?qū)Φ丁＂軽方向?qū)Φ?。⑥Z方向?qū)Φ丁＂邫z驗(yàn)對刀的正確性。

Y方向?qū)Φ叮和ㄟ^調(diào)節(jié)手輪使尋邊器與工件一側(cè)面與刀具接觸，當(dāng)?shù)毒呓咏ぜr(shí)，注意調(diào)整手輪的步距，選擇“×10”檔，當(dāng)尋邊器上下部分由偏心運(yùn)動轉(zhuǎn)為同軸運(yùn)動時(shí)，其狀態(tài)由抖動變?yōu)榻旗o止?fàn)顟B(tài)，如圖6所示，此時(shí)認(rèn)為已找到該側(cè)面；按下“POS”鍵、軟鍵“相對”或“綜合”，輸入Y，按“歸零”軟鍵，如圖7所示；操縱主軸使尋邊器向上抬起，使之離開工件上表面一定距離，通過操作手輪使尋邊器與工件另一側(cè)面接觸，找正判別方法與上述相同，如圖8所示；記下CRT上顯示的“現(xiàn)在位置（相對坐標(biāo)）”下的Y值，計(jì)算出Y1=Y/2；操作手輪，Z軸抬刀，再沿Y方向移動工作臺至CRT上顯示的“現(xiàn)在位置（相對坐標(biāo)）”下的Y值為Y1的位置，如圖9所示；在G54（注意：必須與加工程序中的選擇工件坐標(biāo)系指令一致）下設(shè)置Y值；按MDI鍵盤上的“OFFSET SETTING”鍵，按“坐標(biāo)系”軟鍵，進(jìn)入坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)定界面（見圖10、圖11），用方位鍵“↓”將光標(biāo)移至G54坐標(biāo)參數(shù)設(shè)定區(qū)，將光標(biāo)移至Y的坐標(biāo)，輸入Y0， 按“測量”軟鍵。

X方向?qū)Φ叮篨方向?qū)Φ兜牟僮鬟^程類似于Y方向的對刀過程，不再贅述。

Z方向?qū)Φ叮孩僦鬏S不轉(zhuǎn)，將Z軸設(shè)定器置于工件上表面，如圖12所示。②操作手輪，使刀具與軸設(shè)定器心軸的上表面剛好接觸，燈亮（見圖13）即停止刀具Z向運(yùn)動。③在G54下設(shè)置Z值：按MDI鍵盤上的“OFFSET SETTING”鍵，按“坐標(biāo)系”軟鍵，進(jìn)入坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)定界面，用方位鍵↓將光標(biāo)移至G54坐標(biāo)參數(shù)設(shè)定區(qū)，將光標(biāo)移至Z的坐標(biāo)，輸入（Z0- Z軸設(shè)定器的高度值），按“測量”軟鍵。

如果沒有Z軸設(shè)定器的情況下，可以采取試切工件上表面的方法，即讓刀具轉(zhuǎn)動，在工件上表面輕輕刮起一層切屑為找正標(biāo)準(zhǔn)，再輸入Z0即可）。

檢驗(yàn)對刀的正確性：①X、Y坐標(biāo)檢驗(yàn)：操作手輪使刀具在Z方向離開工件上表面一定的距離；選擇MDI模式；按下PROG鍵；輸入“G54  G00  X0  Y0 ；”；按下“循環(huán)啟動”按鈕，觀察刀具是否到達(dá)（X0，Y0），到達(dá)設(shè)定位置，說明對刀正確，否則錯(cuò)誤。②Z坐標(biāo)檢驗(yàn)：操作手輪使工件遠(yuǎn)離機(jī)床主軸軸線。選擇MDI模式；按下PROG鍵；輸入“G54 G01 Z0 F300 ；”；按下“循環(huán)啟動”按鈕，注意觀察刀具下降的過程，如果刀位點(diǎn)到達(dá)設(shè)定的Z0位置后停下來，說明對刀正確，如果刀具端面超過工作上表面而未停止，立即按下“急?！卑粹o。

3.結(jié)語

通過以上內(nèi)容的探討，使操作者對數(shù)控機(jī)床對刀操作有一個(gè)深刻的認(rèn)識，使操作者在設(shè)置刀補(bǔ)和靈活處理尺寸公差時(shí)有據(jù)可依，從而避免了尺寸超差，保障了公司產(chǎn)品質(zhì)量。

（本文刊登于《金屬加工（冷加工）》雜志2015年第23期，作者單位：廣東理工職業(yè)學(xué)院，中山金屬制品有限公司  ）