數(shù)控銑加工中心對(duì)刀設(shè)置應(yīng)用實(shí)踐

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摘要：通過(guò)企業(yè)中的運(yùn)用實(shí)例，介紹幾種數(shù)控銑床和加工中心的對(duì)刀設(shè)置方法，根據(jù)不同的產(chǎn)品采用不同的對(duì)刀設(shè)置方法，能夠達(dá)到事半功倍的效果，從而有效提高產(chǎn)品的加工效率。實(shí)踐證明，掌握這些實(shí)操經(jīng)驗(yàn)和方法對(duì)提升操作人員的編程和技術(shù)水平有很大幫助。

關(guān)鍵詞：對(duì)刀操作；對(duì)刀設(shè)置；坐標(biāo)系設(shè)定；數(shù)控銑；加工中心

引言

進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，對(duì)刀是不可缺少的重要操作，其目的是工件裝夾好后使機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系相聯(lián)系。因機(jī)床坐標(biāo)系由機(jī)床生產(chǎn)廠家設(shè)定，工件坐標(biāo)系由編程人員設(shè)定，它們之間相互獨(dú)立［1］。當(dāng)毛坯裝夾在機(jī)床夾具上等待加工時(shí)，工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中就固定下來(lái)，需要找到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，才能按要求加工出合格的產(chǎn)品，尋找的方法就是對(duì)刀。所以對(duì)刀操作至關(guān)重要，特別是多把刀具加工和加工精度要求較高時(shí)，一絲的誤差都會(huì)造成產(chǎn)品尺寸的偏差。對(duì)刀分兩個(gè)步驟：第一步是對(duì)刀操作，借助于各種對(duì)刀設(shè)備能更快更準(zhǔn)確地找到對(duì)刀點(diǎn)的位置，XY方向有尋邊器、光電對(duì)刀儀等，Z方向有對(duì)刀儀、基準(zhǔn)棒等，其操作原理相同只是操作方式略有不同，它們都是采用找到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中坐標(biāo)值的方法，因操作簡(jiǎn)單本文不再闡述；第二步是對(duì)刀設(shè)置，即在找到工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值后如何運(yùn)用使后續(xù)操作更簡(jiǎn)單，特別是有多把刀具加工時(shí)，或刀具在加工過(guò)程中損壞后如何快速找正，這一步也是本文研究的重點(diǎn)。

1數(shù)控銑和加工中心的對(duì)刀設(shè)置方法

國(guó)際通用的數(shù)控加工程序G代碼中提供有G54～G59和G43指令，通過(guò)程序中調(diào)用各指令和在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置相結(jié)合來(lái)確定坐標(biāo)系。設(shè)置方法多種多樣，根據(jù)不同的加工要求選擇對(duì)刀設(shè)置方法能起到事半功倍的作用。通過(guò)企業(yè)中的運(yùn)用實(shí)例，總結(jié)出以下3種最常用對(duì)刀設(shè)置的方法。

1．1G54～G59工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器對(duì)刀設(shè)置

G54～G59是工件坐標(biāo)系選取指令，實(shí)際上是各數(shù)控系統(tǒng)中的工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器，里面存儲(chǔ)工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，通過(guò)各種對(duì)刀方法找到的X、Y、Z坐標(biāo)值被輸入到數(shù)控面板中的G54～G59存儲(chǔ)器中。它們之間相互獨(dú)立，要通過(guò)代碼G54～G59來(lái)激活其中的坐標(biāo)值，一旦激活持續(xù)有效。具體操作如下：以工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在毛坯正中心為例，通過(guò)尋邊器和對(duì)刀儀找到X、Y和Z軸的坐標(biāo)值，輸入到G54的X、Y和Z處（如圖1所示），程序中通過(guò)G54代碼來(lái)調(diào)取工件坐標(biāo)系的各坐標(biāo)值［2］，也可以輸入到G55～G59任意處（G54、G55、G56、G57、G58和G59具有同樣的功能，都是工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器，找到的X、Y、Z值通常只存在一個(gè)存儲(chǔ)器里，G54～G59任意一個(gè)都可以，但不能分開存儲(chǔ)），程序中用對(duì)應(yīng)代碼調(diào)用即可，沒(méi)有固定要求。此方法在操作時(shí)是直接找到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，對(duì)刀操作都是在毛坯上進(jìn)行。程序中調(diào)取工件坐標(biāo)系時(shí)同對(duì)刀設(shè)置時(shí)輸入的存儲(chǔ)器一致即可。

1．2刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償對(duì)刀設(shè)置

當(dāng)加工需要多把刀具時(shí)，每把刀具相對(duì)于主軸的伸出長(zhǎng)度不同，而工件坐標(biāo)系Z軸原點(diǎn)固定，數(shù)控系統(tǒng)可以針對(duì)不同的刀具長(zhǎng)度進(jìn)行補(bǔ)償，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能也要通過(guò)代碼G43和G49來(lái)激活和注銷。但此功能只是補(bǔ)償?shù)毒唛L(zhǎng)度也就是Z向的坐標(biāo)值，X、Y方向還是通過(guò)G54來(lái)確定。具體操作如下：以工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在毛坯正中心為例，通過(guò)尋邊器找到X、Y軸的坐標(biāo)值，輸入到G54的X、Y處，Z清零，如圖2所示，每把刀具的Z坐標(biāo)輸入到刀偏中的長(zhǎng)度（形狀）中，如圖3所示。程序中，先通過(guò)G54代碼調(diào)取X、Y軸坐標(biāo)值，再通過(guò)G43指令激活各刀具的長(zhǎng)度值，指令為G43Z10H01（調(diào)取1號(hào)長(zhǎng)度值，2號(hào)刀具為H02，以此類推），每把刀具加工完需要切換下個(gè)刀具時(shí)，還要通過(guò)G49指令來(lái)注銷長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。此方法在操作時(shí)各刀具要和刀具號(hào)一一對(duì)應(yīng)，用加工中心加工時(shí)必須按刀具號(hào)將刀具裝入刀庫(kù)中。Z向?qū)Φ妒侵苯诱业礁鞯毒咴诠ぜ鴺?biāo)系中Z的原點(diǎn)坐標(biāo)值，對(duì)刀操作是在毛坯上進(jìn)行。

1．3基準(zhǔn)刀長(zhǎng)對(duì)刀設(shè)置

此方法也是針對(duì)多把刀具加工時(shí)，原理和第二種方法相似。首先要選擇1把刀具作為基準(zhǔn)刀，長(zhǎng)度設(shè)為0，然后找到各刀具和基準(zhǔn)刀具的長(zhǎng)度差，將該差值輸入到長(zhǎng)度補(bǔ)償值中。如果Z0平面在未來(lái)的加工中會(huì)被去除，也可選取某個(gè)固定平面作為基準(zhǔn)面來(lái)找到各刀具的長(zhǎng)度差，該基準(zhǔn)面可以是毛坯上不會(huì)被去除材料的部分也可以是夾具上的某平面。具體操作如下：以工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在毛坯正中心為例，先通過(guò)尋邊器找到X、Y軸的坐標(biāo)值，輸入到G54的X、Y處，再通過(guò)對(duì)刀儀找到基準(zhǔn)刀具的Z軸坐標(biāo)值，輸入到G54的Z處；然后將Z軸對(duì)刀儀放置到虎鉗的上表面，再用基準(zhǔn)刀具觸碰Z軸對(duì)刀儀找到零點(diǎn)，如果是帶表式對(duì)刀儀只需要壓一個(gè)固定值即可，比如表盤10格；相對(duì)坐標(biāo)系各軸清零（也可只清零Z值），換到2號(hào)刀具以相同的方式觸碰對(duì)刀儀，相對(duì)坐標(biāo)系中Z軸的值就是兩把刀具的長(zhǎng)度差值，輸入到2號(hào)刀具長(zhǎng)度（形狀）中，其他刀具操作以此類推，如圖4所示。程序中同樣通過(guò)G54和G43代碼激活各坐標(biāo)值。此方法在操作時(shí)各刀具也要和刀具號(hào)一一對(duì)應(yīng)。Z向?qū)Φ妒峭ㄟ^(guò)找到各刀具的長(zhǎng)度差值，間接找到各刀具在工件坐標(biāo)系中Z的原點(diǎn)坐標(biāo)值，只需基準(zhǔn)刀的對(duì)刀操作在毛坯上進(jìn)行即可。通常基準(zhǔn)刀要進(jìn)行兩次對(duì)刀操作，一次是在毛坯上表面，一次是在基準(zhǔn)平面，如果毛坯上表面和基準(zhǔn)平面是同一平面，只需一次對(duì)刀操作即可。特別注意1號(hào)基準(zhǔn)刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償值為0。

2對(duì)刀設(shè)置的應(yīng)用

2．1G54～G59工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器對(duì)刀設(shè)置

該方法適用于單把刀具加工，操作簡(jiǎn)單易于掌握。以圖5多凹槽零件為例，要加工4個(gè)凹槽，已知各凹槽的中心與O點(diǎn)的距離，4個(gè)凹槽兩兩形狀相同?？梢詫?duì)刀操作找到O點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值，通過(guò)計(jì)算得出O1、O2、O3和O4的坐標(biāo)，分別存入G54、G55、G56和G57中，如表1所示。然后將O1和O2凹槽以增量方式編程，分別作為2個(gè)子程序。當(dāng)加工O1凹槽時(shí)，調(diào)取G54工件坐標(biāo)系，調(diào)用O1的子程序進(jìn)行加工；加工O2凹槽時(shí)，調(diào)取G55工件坐標(biāo)系，調(diào)用O2的子程序進(jìn)行加工；以此類推，可快速完成編程和加工。通過(guò)調(diào)取不同工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)器中的坐標(biāo)值，達(dá)到簡(jiǎn)化編程的目的。如果各凹槽位置發(fā)生改變，只需要更改存儲(chǔ)器中的坐標(biāo)值即可，無(wú)需更改程序。這種方法特別適合單把刀具進(jìn)行批量生產(chǎn)的情況。

2．2刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償對(duì)刀設(shè)置

該方法適用于需要多把刀具加工時(shí)，操作者容易理解。以圖6塑料瓶蓋推板為例，該零件形狀較大，使用精毛坯進(jìn)行加工，主要加工內(nèi)容是中間和四周的孔，有較大的面積不需要加工。通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)提供的刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能實(shí)現(xiàn)多把刀具加工。各刀具Z坐標(biāo)相互獨(dú)立，不互相影響。如有刀具損壞，只需重新在工件上表面對(duì)新刀具進(jìn)行對(duì)刀設(shè)置，其他刀具不受影響。該方法適合于上表面無(wú)需全部去除，有足夠空間供新刀具二次對(duì)刀的產(chǎn)品，如果加工毛坯高度發(fā)生變化，所有刀具需要重新進(jìn)行對(duì)刀操作，更適用于單個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)，比如各類模具的加工。各刀具通過(guò)在上表面對(duì)刀直接得出坐標(biāo)值，操作簡(jiǎn)單，在企業(yè)中應(yīng)用廣泛。

2．3基準(zhǔn)刀長(zhǎng)對(duì)刀設(shè)置

該方法適用于所有產(chǎn)品的加工，對(duì)操作者要求較高。以圖7零件為例，該零件去除材料較多，且上表面沒(méi)有足夠空間供新刀具進(jìn)行二次對(duì)刀操作，如果采用第二種刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償對(duì)刀設(shè)置，刀具損壞更換刀具后只能通過(guò)深10±0．03mm的平面間接找到Z0面，容易產(chǎn)生累積偏差。而采用基準(zhǔn)刀長(zhǎng)對(duì)刀設(shè)置，只需要通過(guò)選擇的基準(zhǔn)平面找到新刀具和基準(zhǔn)刀的長(zhǎng)度差即可，不會(huì)造成累積偏差。通過(guò)找到各刀具和基準(zhǔn)刀的長(zhǎng)度差進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)多把刀具加工，各刀具只和基準(zhǔn)刀發(fā)生聯(lián)系，如果加工毛坯高度發(fā)生變化，只需對(duì)基準(zhǔn)刀進(jìn)行對(duì)刀操作即可，其他刀具在不更換的情況下無(wú)需重復(fù)對(duì)刀，效率較高，應(yīng)用廣泛，適用于大批量、小批量或單個(gè)產(chǎn)品的加工。通常將面銑刀作為基準(zhǔn)刀具，可避免因基準(zhǔn)刀具損壞造成所有刀具需重新對(duì)刀的情況。

3結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控銑和加工中心對(duì)刀的操作和設(shè)置是數(shù)控加工人員的一項(xiàng)基本技能，對(duì)刀的結(jié)果直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。將方便有效的對(duì)刀設(shè)置方法運(yùn)用到企業(yè)生產(chǎn)中，可以達(dá)到事半功倍的效果。實(shí)踐證明，掌握這些經(jīng)驗(yàn)和方法對(duì)提升操作人員的編程和技術(shù)水平有很大幫助，值得推廣和使用。

參考文獻(xiàn)：

［1］葉伯生，戴永清．?dāng)?shù)控加工編程與操作［M］．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015．

［2］余英良．?dāng)?shù)控加工編程及操作［M］．北京：高等教育出版社，2005．

作者：劉華華 雷波 單位：湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院