数控铣加工中心对刀设置应用实践

摘要：通过企业中的运用实例，介绍几种数控铣床和加工中心的对刀设置方法，根据不同的产品采用不同的对刀设置方法，能够达到事半功倍的效果，从而有效提高产品的加工效率。实践证明，掌握这些实操经验和方法对提升操作人员的编程和技术水平有很大帮助。

关键词：对刀操作；对刀设置；坐标系设定；数控铣；加工中心

引言

进行数控加工时，对刀是不可缺少的重要操作，其目的是工件装夹好后使机床坐标系和工件坐标系相联系。因机床坐标系由机床生产厂家设定，工件坐标系由编程人员设定，它们之间相互独立［1］。当毛坯装夹在机床夹具上等待加工时，工件坐标系在机床坐标系中就固定下来，需要找到工件坐标系原点在机床坐标系中的位置，才能按要求加工出合格的产品，寻找的方法就是对刀。所以对刀操作至关重要，特别是多把刀具加工和加工精度要求较高时，一丝的误差都会造成产品尺寸的偏差。对刀分两个步骤：第一步是对刀操作，借助于各种对刀设备能更快更准确地找到对刀点的位置，XY方向有寻边器、光电对刀仪等，Z方向有对刀仪、基准棒等，其操作原理相同只是操作方式略有不同，它们都是采用找到工件坐标系原点在机床坐标系中坐标值的方法，因操作简单本文不再阐述；第二步是对刀设置，即在找到工件坐标系的坐标值后如何运用使后续操作更简单，特别是有多把刀具加工时，或刀具在加工过程中损坏后如何快速找正，这一步也是本文研究的重点。

1数控铣和加工中心的对刀设置方法

国际通用的数控加工程序G代码中提供有G54～G59和G43指令，通过程序中调用各指令和在数控系统中进行相应设置相结合来确定坐标系。设置方法多种多样，根据不同的加工要求选择对刀设置方法能起到事半功倍的作用。通过企业中的运用实例，总结出以下3种最常用对刀设置的方法。

1．1G54～G59工件坐标系存储器对刀设置

G54～G59是工件坐标系选取指令，实际上是各数控系统中的工件坐标系存储器，里面存储工件坐标系的坐标值，通过各种对刀方法找到的X、Y、Z坐标值被输入到数控面板中的G54～G59存储器中。它们之间相互独立，要通过代码G54～G59来激活其中的坐标值，一旦激活持续有效。具体操作如下：以工件坐标系原点在毛坯正中心为例，通过寻边器和对刀仪找到X、Y和Z轴的坐标值，输入到G54的X、Y和Z处（如图1所示），程序中通过G54代码来调取工件坐标系的各坐标值［2］，也可以输入到G55～G59任意处（G54、G55、G56、G57、G58和G59具有同样的功能，都是工件坐标系存储器，找到的X、Y、Z值通常只存在一个存储器里，G54～G59任意一个都可以，但不能分开存储），程序中用对应代码调用即可，没有固定要求。此方法在操作时是直接找到工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值，对刀操作都是在毛坯上进行。程序中调取工件坐标系时同对刀设置时输入的存储器一致即可。

1．2刀具长度补偿对刀设置

当加工需要多把刀具时，每把刀具相对于主轴的伸出长度不同，而工件坐标系Z轴原点固定，数控系统可以针对不同的刀具长度进行补偿，刀具长度补偿功能也要通过代码G43和G49来激活和注销。但此功能只是补偿刀具长度也就是Z向的坐标值，X、Y方向还是通过G54来确定。具体操作如下：以工件坐标系原点在毛坯正中心为例，通过寻边器找到X、Y轴的坐标值，输入到G54的X、Y处，Z清零，如图2所示，每把刀具的Z坐标输入到刀偏中的长度（形状）中，如图3所示。程序中，先通过G54代码调取X、Y轴坐标值，再通过G43指令激活各刀具的长度值，指令为G43Z10H01（调取1号长度值，2号刀具为H02，以此类推），每把刀具加工完需要切换下个刀具时，还要通过G49指令来注销长度补偿功能。此方法在操作时各刀具要和刀具号一一对应，用加工中心加工时必须按刀具号将刀具装入刀库中。Z向对刀是直接找到各刀具在工件坐标系中Z的原点坐标值，对刀操作是在毛坯上进行。

1．3基准刀长对刀设置

此方法也是针对多把刀具加工时，原理和第二种方法相似。首先要选择1把刀具作为基准刀，长度设为0，然后找到各刀具和基准刀具的长度差，将该差值输入到长度补偿值中。如果Z0平面在未来的加工中会被去除，也可选取某个固定平面作为基准面来找到各刀具的长度差，该基准面可以是毛坯上不会被去除材料的部分也可以是夹具上的某平面。具体操作如下：以工件坐标系原点在毛坯正中心为例，先通过寻边器找到X、Y轴的坐标值，输入到G54的X、Y处，再通过对刀仪找到基准刀具的Z轴坐标值，输入到G54的Z处；然后将Z轴对刀仪放置到虎钳的上表面，再用基准刀具触碰Z轴对刀仪找到零点，如果是带表式对刀仪只需要压一个固定值即可，比如表盘10格；相对坐标系各轴清零（也可只清零Z值），换到2号刀具以相同的方式触碰对刀仪，相对坐标系中Z轴的值就是两把刀具的长度差值，输入到2号刀具长度（形状）中，其他刀具操作以此类推，如图4所示。程序中同样通过G54和G43代码激活各坐标值。此方法在操作时各刀具也要和刀具号一一对应。Z向对刀是通过找到各刀具的长度差值，间接找到各刀具在工件坐标系中Z的原点坐标值，只需基准刀的对刀操作在毛坯上进行即可。通常基准刀要进行两次对刀操作，一次是在毛坯上表面，一次是在基准平面，如果毛坯上表面和基准平面是同一平面，只需一次对刀操作即可。特别注意1号基准刀具的长度补偿值为0。

2对刀设置的应用

2．1G54～G59工件坐标系存储器对刀设置

该方法适用于单把刀具加工，操作简单易于掌握。以图5多凹槽零件为例，要加工4个凹槽，已知各凹槽的中心与O点的距离，4个凹槽两两形状相同。可以对刀操作找到O点的机床坐标值，通过计算得出O1、O2、O3和O4的坐标，分别存入G54、G55、G56和G57中，如表1所示。然后将O1和O2凹槽以增量方式编程，分别作为2个子程序。当加工O1凹槽时，调取G54工件坐标系，调用O1的子程序进行加工；加工O2凹槽时，调取G55工件坐标系，调用O2的子程序进行加工；以此类推，可快速完成编程和加工。通过调取不同工件坐标系存储器中的坐标值，达到简化编程的目的。如果各凹槽位置发生改变，只需要更改存储器中的坐标值即可，无需更改程序。这种方法特别适合单把刀具进行批量生产的情况。

2．2刀具长度补偿对刀设置

该方法适用于需要多把刀具加工时，操作者容易理解。以图6塑料瓶盖推板为例，该零件形状较大，使用精毛坯进行加工，主要加工内容是中间和四周的孔，有较大的面积不需要加工。通过数控系统提供的刀具长度补偿功能实现多把刀具加工。各刀具Z坐标相互独立，不互相影响。如有刀具损坏，只需重新在工件上表面对新刀具进行对刀设置，其他刀具不受影响。该方法适合于上表面无需全部去除，有足够空间供新刀具二次对刀的产品，如果加工毛坯高度发生变化，所有刀具需要重新进行对刀操作，更适用于单个产品生产，比如各类模具的加工。各刀具通过在上表面对刀直接得出坐标值，操作简单，在企业中应用广泛。

2．3基准刀长对刀设置

该方法适用于所有产品的加工，对操作者要求较高。以图7零件为例，该零件去除材料较多，且上表面没有足够空间供新刀具进行二次对刀操作，如果采用第二种刀具长度补偿对刀设置，刀具损坏更换刀具后只能通过深10±0．03mm的平面间接找到Z0面，容易产生累积偏差。而采用基准刀长对刀设置，只需要通过选择的基准平面找到新刀具和基准刀的长度差即可，不会造成累积偏差。通过找到各刀具和基准刀的长度差进行补偿实现多把刀具加工，各刀具只和基准刀发生联系，如果加工毛坯高度发生变化，只需对基准刀进行对刀操作即可，其他刀具在不更换的情况下无需重复对刀，效率较高，应用广泛，适用于大批量、小批量或单个产品的加工。通常将面铣刀作为基准刀具，可避免因基准刀具损坏造成所有刀具需重新对刀的情况。

3结束语

数控铣和加工中心对刀的操作和设置是数控加工人员的一项基本技能，对刀的结果直接影响产品的质量和生产效率。将方便有效的对刀设置方法运用到企业生产中，可以达到事半功倍的效果。实践证明，掌握这些经验和方法对提升操作人员的编程和技术水平有很大帮助，值得推广和使用。

参考文献：

［1］叶伯生，戴永清．数控加工编程与操作［M］．武汉：华中科技大学出版社，2015．

［2］余英良．数控加工编程及操作［M］．北京：高等教育出版社，2005．

作者：刘华华 雷波 单位：湖北三峡职业技术学院