劉華華，雷 波

(湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

0 引言

進(jìn)行數(shù)控加工時，對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，工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中就固定下來，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，尋找的方法就是對刀。所以對刀操作至關(guān)重要，特別是多把刀具加工和加工精度要求較高時，一絲的誤差都會造成產(chǎn)品尺寸的偏差。

對刀分兩個步驟：第一步是對刀操作，借助于各種對刀設(shè)備能更快更準(zhǔn)確地找到對刀點(diǎn)的位置，XY方向有尋邊器、光電對刀儀等，Z方向有對刀儀、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，因操作簡單本文不再闡述；第二步是對刀設(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)操作更簡單，特別是有多把刀具加工時，或刀具在加工過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刀設(shè)置方法

國際通用的數(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刀設(shè)置方法能起到事半功倍的作用。通過企業(yè)中的運(yùn)用實(shí)例，總結(jié)出以下3種最常用對刀設(shè)置的方法。

1.1 G54～G59工件坐標(biāo)系存儲器對刀設(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)系存儲器，里面存儲工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，通過各種對刀方法找到的X、Y、Z坐標(biāo)值被輸入到數(shù)控面板中的G54～G59存儲器中。它們之間相互獨(dú)立，要通過代碼G54～G59來激活其中的坐標(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，通過尋邊器和對刀儀找到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G54代碼來調(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)系存儲器，找到的X、Y、Z值通常只存在一個存儲器里，G54～G59任意一個都可以，但不能分開存儲)，程序中用對應(yīng)代碼調(diào)用即可，沒有固定要求。

圖1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)工件坐標(biāo)系設(shè)定

此方法在操作時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)系時同對刀設(shè)置時輸入的存儲器一致即可。

1.2 刀具長度補(bǔ)償對刀設(shè)置

當(dāng)加工需要多把刀具時，每把刀具相對于主軸的伸出長度不同，而工件坐標(biāo)系Z軸原點(diǎn)固定，數(shù)控系統(tǒng)可以針對不同的刀具長度進(jìn)行補(bǔ)償，刀具長度補(bǔ)償功能也要通過代碼G43和G49來激活和注銷。但此功能只是補(bǔ)償?shù)毒唛L度也就是Z向的坐標(biāo)值，X、Y方向還是通過G54來確定。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)輸入到刀偏中的長度(形狀)中，如圖3所示。程序中，先通過G54代碼調(diào)取X、Y軸坐標(biāo)值，再通過G43指令激活各刀具的長度值，指令為G43 Z10 H01(調(diào)取1號長度值，2號刀具為H02，以此類推)，每把刀具加工完需要切換下個刀具時，還要通過G49指令來注銷長度補(bǔ)償功能。

圖2 工件坐標(biāo)系Z值設(shè)定 圖3 刀具長度偏置設(shè)定(刀具長度補(bǔ)償對刀) 圖4 刀具長度偏置設(shè)定(基準(zhǔn)刀長對刀)

此方法在操作時各刀具要和刀具號一一對應(yīng)，用加工中心加工時必須按刀具號將刀具裝入刀庫中。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，對刀操作是在毛坯上進(jìn)行。

1.3 基準(zhǔn)刀長對刀設(shè)置

此方法也是針對多把刀具加工時，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，長度設(shè)為0，然后找到各刀具和基準(zhǔn)刀具的長度差，將該差值輸入到長度補(bǔ)償值中。如果Z0平面在未來的加工中會被去除，也可選取某個固定平面作為基準(zhǔn)面來找到各刀具的長度差，該基準(zhǔn)面可以是毛坯上不會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，先通過尋邊器找到X、Y軸的坐標(biāo)值，輸入到G54的X、Y處，再通過對刀儀找到基準(zhǔn)刀具的Z軸坐標(biāo)值，輸入到G54的Z處；然后將Z軸對刀儀放置到虎鉗的上表面，再用基準(zhǔn)刀具觸碰Z軸對刀儀找到零點(diǎn)，如果是帶表式對刀儀只需要壓一個固定值即可，比如表盤10格；相對坐標(biāo)系各軸清零(也可只清零Z值)，換到2號刀具以相同的方式觸碰對刀儀，相對坐標(biāo)系中Z軸的值就是兩把刀具的長度差值，輸入到2號刀具長度(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G54和G43代碼激活各坐標(biāo)值。

此方法在操作時各刀具也要和刀具號一一對應(yīng)。Z向?qū)Φ妒峭ㄟ^找到各刀具的長度差值，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)刀的對刀操作在毛坯上進(jìn)行即可。

通?；鶞?zhǔn)刀要進(jìn)行兩次對刀操作，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，只需一次對刀操作即可。特別注意1號基準(zhǔn)刀具的長度補(bǔ)償值為0。

2 對刀設(shè)置的應(yīng)用

2.1 G54～G59工件坐標(biāo)系存儲器對刀設(shè)置

該方法適用于單把刀具加工，操作簡單易于掌握。以圖5多凹槽零件為例，要加工4個凹槽，已知各凹槽的中心與O點(diǎn)的距離，4個凹槽兩兩形狀相同。可以對刀操作找到O點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值，通過計算得出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個子程序。當(dāng)加工O1凹槽時，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，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。

表1 各原點(diǎn)對應(yīng)坐標(biāo)值

圖5 多凹槽零件

通過調(diào)取不同工件坐標(biāo)系存儲器中的坐標(biāo)值，達(dá)到簡化編程的目的。如果各凹槽位置發(fā)生改變，只需要更改存儲器中的坐標(biāo)值即可，無需更改程序。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 刀具長度補(bǔ)償對刀設(shè)置

該方法適用于需要多把刀具加工時，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。

圖6 塑料瓶蓋推板

通過數(shù)控系統(tǒng)提供的刀具長度補(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新刀具進(jìn)行對刀設(shè)置，其他刀具不受影響。

該方法適合于上表面無需全部去除，有足夠空間供新刀具二次對刀的產(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)行對刀操作，更適用于單個產(chǎn)品生產(chǎn)，比如各類模具的加工。各刀具通過在上表面對刀直接得出坐標(biāo)值，操作簡單，在企業(yè)中應(yīng)用廣泛。

2.3 基準(zhǔn)刀長對刀設(shè)置

該方法適用于所有產(chǎn)品的加工，對操作者要求較高。以圖7零件為例，該零件去除材料較多，且上表面沒有足夠空間供新刀具進(jìn)行二次對刀操作，如果采用第二種刀具長度補(bǔ)償對刀設(shè)置，刀具損壞更換刀具后只能通過深10±0.03 mm的平面間接找到Z0面，容易產(chǎn)生累積偏差。而采用基準(zhǔn)刀長對刀設(shè)置，只需要通過選擇的基準(zhǔn)平面找到新刀具和基準(zhǔn)刀的長度差即可，不會造成累積偏差。

圖7 數(shù)控銑高級工樣題

通過找到各刀具和基準(zhǔn)刀的長度差進(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，只需對基準(zhǔn)刀進(jìn)行對刀操作即可，其他刀具在不更換的情況下無需重復(fù)對刀，效率較高，應(yīng)用廣泛，適用于大批量、小批量或單個產(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刀的情況。

3 結(jié)束語

數(shù)控銑和加工中心對刀的操作和設(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。