数控铣床的对刀原理及对刀方法

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摘 要：分析数控铣床的对刀原理，通过对刀来确定刀尖在机床坐标系中的位置。分析总结了常用对刀工具的使用方法和注意事项，根据加工工件的基准及形状不同来采用不同的对刀方法。

关键词：对刀；坐标系；找正器

目前我国已经成为机械制造大国，设备的拥有量名列前茅，数控机床在设备总量中占有的比例越来越大。对于一名数控操作工来说，对刀是加工中的主要操作和重要技能。在一定条件下，对刀的精度可以决定工件的加工精度，同时对刀的效率直接影响数控加工效率。下面以FANUC 0i数控系统为例论述数控铣床的对刀原理及方法。

一、对刀的概念

一般情况下，数控编程员根据图纸，选定一个便于编程和对刀的坐标系及其原点，这个原点称为程序原点。程序原点一般与工件的工艺基准或设计基准重合，因此又把程序原点称为工件原点。

数控铣床通电后，要进行回零操作，目的是建立数控机床的位置测量、控制、显示的统一基准，这个基准点就是机床原点，它的位置由机床位置传感器决定。图1中M点为机床原点，W点为工件原点。

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图1

所谓对刀，其实就是在机床上测量机床原点与工件原点之间的偏移距离，并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系中的坐标。

二、对刀方法

数控铣床对刀可分为两大类：一是用加工刀具直接试切对刀，这种对刀方法在数控铣床上应用的较少，只适用于来料为没有加工过的毛坯件；二是使用找正器等对刀工具来对刀，这种方法刀具不与工件直接接触，所以适用于来料经过粗加工或精加工的毛坯件和对已加工过的工件进行修复。下面论述使用找正器在数控铣床上对刀的几种方法。

（一）常用找正器的种类

Ｘ、Ｙ轴常用的找正器有标准验棒、偏心式找正器、光电式找正器、百分表及表架等，辅助工具有塞尺等。Ｚ轴对刀使用工具有刀具长度测量仪、Ｚ轴对刀仪、量块、塞尺等。

无论使用何种找正工具，它的找正原理是相同的，都是利用找正器来确定主轴的中心及刀尖与找正边的关系。

（二）使用偏心式找正器进行Ｘ、Ｙ轴对刀的方法

1.分中法（如图2）。这种方法适用于程序原点在对称中心的工件。

（１）在刀柄上安装找正器，并将刀柄装入主轴，在MDI下运转主轴，转速为500r/min；

（２）快速移动各轴，逐渐靠近工件，将找正器的测量部分靠近工件X的正向表面，主轴沿X的负方向逐渐移动，使用手轮微量移动靠近工件，观察找正器状态：

①未接触工件时，找正器下半部分偏摆不定。

②接触工件后，随着距离的逐渐缩小，找正器的下半部分受到工件边缘的约束，偏摆幅度逐渐缩小，最后逐渐没有偏摆。

③逐渐缩小移动倍率，找正器上半部分继续移动，超过相切的临界状态后，找正器的上下部分突然错开一段距离，如果当前档位足够小（×1），则记录下当前机床坐标系X轴的数值。如果还在较大档位（×10或×100）则退回未错位前的位置，缩小档位继续靠近工件，直至确定发生偏移的精确值，即为X1。

（3）将主轴提起，Y轴不动，X轴移到工件的负向表面；

（4）用同样的方法得到工件X的负向表面机床坐标系X2的值；

（5）计算（X1+X2）/2，将值输入OFSET中G54的X位置；

（6）用X轴的找正方法找正Y轴，得到Y1和Y2，

并将（Y1+Y2）/2的值输入OFSET中G54的Y位置；

工件的X、Y轴找正完成。如图：

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图2 分中原理图3 工件坐标系界面

2.单边推算法（单边靠，如图4）。这种方法适用于程序原点位于工件边缘某一角的情况。

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图4 单边推算法原理 图5 相对坐标系清零界面

X、Y轴的找正过程：

（1）找正器的使用与分中法时相同。将找正器与工件X正方向的基准边对正，此时主轴的中心与基准边相差找正器工作部分的半径；

（2）按面板上的POS键，选择相对坐标系，将X轴清零；

（3）升起主轴，参照相对坐标系将主轴向X正方向移动找正器工作半径R；

（4）按OFSET键，选择坐标系界面，光标指在G54X处，输入X0按测量键，此时X轴对刀完成。

用同样的方法可完成Y轴的对刀。

3.圆柱形工件X、Y轴的对刀方法。

表面为圆柱形的工件程序原点一般在圆柱截面的中心，对刀时可以用分中法，也可以用百分表对刀。具体方法如下：

（1）将圆柱形工件夹正，圆柱侧面与工作台垂直；

（2）将带有磁力表座的表架吸于主轴的轴头上，安装百分表，表的触杆指向要穿过工件的中心；

（3）用手转动表架，不断调整百分表与工件圆柱面的距离（可调表架和X、Y轴）；

（4）当触杆与工件表面完全接触后，只有表针摆动时，根据表针的偏转方向判断高低点，通过移动X、Y轴来调整。直至表架转动时表针不动或摆动极小时找正完成；

（5）此时主轴的中心与工件的中心同轴，选择坐标系界面，光标指在G54X处，输入X0按测量键，光标指在G54Y处，输入Y0按测量键。X、Y轴的对刀完成。

（三）数控铣床Z轴的对刀方法

Z轴对刀是要确定当前加工刀具的刀尖在机床坐标系中的位置，不能使用其他工具来代替刀具来对刀。常用的对刀有两种，一是直接试切工件的上表面，二是借助于中间测量工具来对刀，如量块、塞尺等。下面论述用塞尺来对Z轴的方法。

1.当工件的上表面为Z向的对刀面。

（1）主轴停转，将刀具移动至工件正上方，用塞尺放于刀具和工件之间，刀具慢慢下移的同时塞尺要来回移动，调节刀具、塞尺、工件三者距离至塞尺移动时松紧合适

（2）取出塞尺，读出当前机床坐标系中Z值，并将Z值减去塞尺的厚度，将结果输入OF SET中G54的Z值中。Z轴对刀完成。如图所示。

2.当工件的底平面为Z向的对刀面。

（1）主轴停转，将刀具慢慢移动到工件底平面所在的基准上方（如工作台），用塞尺放于刀具和工作台之间，刀具慢慢下移的同时塞尺要来回移动，调节刀具、塞尺、工作台三者距离至塞尺移动时松紧合适。

（2）取出塞尺，将相对坐标系中Z轴清零，主轴升到要到达的高度值（升高的值减塞尺的厚度）。

（3）选择坐标系界面，光标指在G54Z处，输入Z0按测量键，此时Z轴对刀完成。如图所示。

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图6 Z轴基准平面在上表面 图7 Z轴基准平面在底平面

三、对刀的注意事项

1.对刀后在G54的设定中，值均为负数。

2.对刀时注意逐渐缩小微量移动档位，最终确定在最小档（×1）。

3.注意安全移动机床主轴，避免危险动作。

4.分中对刀时X1、X2、Y1、Y2值应从机床坐标系中读取。

5.Z轴对刀时使用加工的刀具对刀，不可使用找正器（或标准棒）对刀。

6.调节Z向位置时，Z轴的移动速度要慢，防止挤坏刀具、塞尺及工件。

7.主轴在停止状态下方可进行Z向找正。

以上是数控铣床在加工时常用的几种对刀方法，在实际中要灵活运用，不断摸索，总结出更多更有效的对刀方法。