基于刀具補償的鏜銑類數控系統對刀原理的分析

曾霞　雒鈺花

摘 要：對刀是數控加工精度的保證重要，單從對刀儀器的測量精度上提高，還是不能滿足效率和精度的提高，從數控系統補償功能出發，分析對刀原理，將會有助于對刀儀器的開發。

關鍵詞：補償功能；對刀原理；分析

對刀一直是數控加工的一項重要內容，對刀的精確性有利于零件位置精度的提高。加工中心的廣泛使用，使得加工所用刀具數量逐漸增多，數控系統建立工件坐標系指令的數量不能滿足經常性的換刀數量，補償功能在此發揮了重要作用，同時有助于能提高加工效率。

1 對刀方式

對刀的目的是建立刀具在加工零件時的起點，也就是工件坐標系。我們常用的對刀方式有試切法對刀、對刀儀對刀、尋邊器和Z向設定器對刀，刀具預調儀對刀等。但是其基本原理都是一致。銑削類機床對刀過程中，通過刀具在各軸上與工件各方向上的邊或面進行接觸，來獲得編程時的起點位置，但是這個起點表現在刀具上不是刀具與工件的接觸點，而是刀具的中心，也就是刀具的刀尖。在加工中，需求刀具較多的情況下，每把刀具都對刀會增大加工誤差，位置精度會受到很大的影響，因此，我們通常采用只是對一把刀具進行機床上的對刀，其它刀具則在機外完成對刀內容，在編程中采用補償功能來實現每把刀具的正確加工使用。

2 補償功能

鏜銑類數控機床具備的補償功能有半徑補償和長度補償。加工方式和加工尺寸不同，使用的刀具也不同，主要表現在半徑和長度上。

2.1 半徑補償功能

我們采用兩把不同尺寸的立銑刀來進行對刀，對刀中，以立方體零件的上表面的左下角建立工件坐標系。采用T01為φ12刀具，T02為φ20刀具，可以明顯的看到，兩把刀具的尺寸是不等的。用這兩把刀具分別進行對刀，獲得T01刀具的對刀數據：機床顯示坐標X-168.650，Y-315.992，Z-453.650，獲得T02刀具的對刀數據：機床顯示坐標X-164.650，Y-319.992，Z-363.650，在對刀中各方向上同時使用了0.35mm的塞尺，由這兩組數據可以看到，兩把刀具在X向和Y向上正好相差4mm，即兩刀具半徑差。由此可見，刀具半徑不管多大，我們在對刀時只需要對一把標準刀具進行對刀，就可以獲得其他刀具在X向Y向的零點位置，它們在零件上表現為同一點，而且誤差不變，在數控編程中，只需要用半徑補償功能來實現半徑補償就可以正確的加工了。

2.2 長度補償功能

長度補償功能表現在刀具長度上的變化。刀具半徑不同，長度不同，因此體現在機床上的位置也不同。圖1是所用對刀刀具尺寸參數。從圖1中可以看到，兩把刀具的長度不等，在機床上顯示的坐標也不同，獲得T01刀具的對刀數據：機床顯示坐標Z-453.650，獲得T02刀具的對刀數據：機床顯示坐標Z-363.650，兩刀具在位置上相差90mm。在機外對刀中，測量獲得兩把刀具長度，1號刀具長度是80mm，2號刀具長度是170mm，正好與對刀位置的差值一致。由此可見，對刀時，只需要對一把標準刀具進行對刀即可實現Z向的對刀，其它刀具的使用只要使用長度補償即可實現該刀具的Z向位置的確定。

3 對刀原理分析

在對刀中，我們在XYZ三個方向上進行了確定刀具中心在工件上的位置。在XY平面中，表現出來刀具底平面與XY平面在同一平面中，切削時，正好是刀具中心與工件輪廓偏離一個刀具半徑值時能夠加工出正確的輪廓，由此可見，刀具半徑補償體現在平面上。刀具下刀距離的正確性則表現在Z軸上，因此，刀具長度補償的應用體現了Z軸上的變化。從刀具的安裝上來看，如圖2，刀具中心線與主軸中心線重合，刀具的橫截面與主軸的端面平行。在確定數控機床坐標軸時，以主軸中心線為Z軸。結合對刀過程，我們可以看到，對刀過程實際上是主軸中心在工件XY平面上的位置體現，在Z軸上是主軸端面在工件表面的體現。

綜上分析，數控系統中的刀具半徑補償和刀具長度補償功能是為了滿足主軸端面中心在工件上的具體位置體現而設計，也就是說數控系統默認的標準刀具是主軸端面中心，該刀具的半徑是零，刀具的長度是零。在加工中，用這把標準刀具不易確定在工件上的起點位置，因此需要使用其它的對刀工具來實現該位置的測量。

參考文獻

[1]樸成道，沈文豪，尹鳳哲，等.對刀儀在數控車床上的應用[J].機床與液壓，2014（4）.

[2]畢忠梁.基于FANUC系統的無線對刀儀實現一鍵自動對刀[J].制造技術與機床，2014（3）.

作者簡介：曾霞（1976-），女，陜西國防工業職業技術學院講師，碩士研究生，從事數控技術的研究與教學。

雒鈺花（1980-），女，陜西國防工業職業技術學院講師，本科，從事數控技術的研究與教學。