一種加工中心的快速對刀方法

錢燦榮,陳英俊,彭曉君,歐陽思潔

（肇慶學院 電子信息與機電工程學院,廣東 肇慶 526061）

1 概論

數控（numerical control，NC）技術，是指用數字、文字和符號組成的數字指令實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術[1].基于數控技術的數控精密機械加工，較傳統的機械加工而言，具有高精度、高效率、自動化程度高和柔性化的特點.數控技術的應用給傳統制造業帶來了巨大變革，使制造業成為工業化的象征.三軸聯動立式加工中心（以下簡稱加工中心），由于具備自動換刀裝置（automatic tool changer，ATC），極大地提高了加工效率及工藝范圍，成為我國數控精密機械加工的主體設備，特別是在汽車、通信、輕工、醫療等各類產品的零部件生產中，提供了高精度、高效率的保障，推動了我國加工業的發展.

目前，加工中心常用的對刀方法有2種：一是手動對刀；二是自動對刀.這2種對刀方法都需要基準刀與工作臺重合，以建立對刀基準面，換刀后移動主軸，記錄主軸z軸方向的位移量，以獲取每把刀的偏置值H（如圖1所示）.重復移動主軸，最終得到準確值.每把刀的對刀時間大約為3m in，不但誤差大，而且耗時較長，效率也比較低.

下面介紹一種加工中心的快速對刀方法.該對刀方法改變了過去以工作臺為參照建立基準平面的傳統做法，使用主軸作為基準，無須移動主軸，對刀方法簡單、快捷，對刀時間也大為縮短.此外，該儀器結構簡單，生產成本低且效率高，具有廣泛的推廣價值.

圖1 各刀z軸向位移量

2 快速對刀的原理

該對刀儀使用基準刀的底端面為基準面，測量其余每把刀底端面與該基準面的距離，以此作為刀具的偏置值（如圖2所示）.

由于測量各刀的底端面與基準刀底端面的距離值不需要移動主軸，所以對刀時間得以大幅度減少.

3 快速對刀方法的設備結構

該快速對刀方法所需的設備極為簡單：將普通的數字顯示游標卡尺游標端延長，并用磁性表座將卡尺固定于主軸箱上，游標的長度應以可以接觸到每把刀的底端面為準（如圖3和圖4所示）.

圖2 各刀底端面與基準刀底端面的距離值

圖3 快速對刀方法的設備結構

圖4 對刀設備結構實物圖

以基準刀底端面的位置為基準面，對數字顯示屏清零.通過游標的移動，直接將所安裝的每把刀的底端面與基準面的距離作為該刀的偏置值.

4 快速對刀方法的操作過程

1)將磁性表座安裝在主軸箱上，然后安裝游標卡尺，安裝時需要保證卡尺與主軸的平行度及游標與主軸的垂直度；放入基準刀（一般是1號刀），將游標端輕壓至刀的底端面，建立基準面，并將數字顯示屏清零；按換刀按鈕，將基準刀調入刀庫，并注冊刀具號，將該刀的長度補償值設為0.

2)安裝n號刀，將游標端輕壓至刀的底端面，讀取數字顯示屏的值，該數值即為n號刀與基準刀的長度偏置值；調入刀庫，注冊刀具號；將長度偏置值輸入刀具補償Hn.

3)依次裝入其他刀，重復以上步驟2），直至完成對刀,操作流程詳見圖5.

圖5 快速對刀方法的操作流程

5 對刀精度分析

影響這種對刀方法的直接因素主要有2個：

1）游標卡尺的精度.由于長度偏置值直接從游標卡尺的數字顯示屏中讀取，所以游標卡尺的精度直接影響到對刀的精度.通用的游標卡尺精度為0.02mm，對于一般的精密機械加工，這個精度是在公差允許范圍內的.當然，高精度的游標卡尺（0.01mm）能進一步提高快速對刀法的精度.

在傳統對刀方法中，手工對刀的精度為0.02～0.03mm，因此快速對刀法的精度比手工對刀法高.中檔對刀儀的精度為0.01mm，因此快速對刀法較對刀儀的精度低.

2）游標卡尺與主軸的相對位置精度.刀具的旋轉軸心就是主軸的回轉中心，快速對刀儀在安裝時需要保證卡尺與主軸的平行度及游標與主軸的垂直度.如果卡尺與主軸的平行度相差大，游標所移動的距離就不是刀底端面與基準面的距離，數字顯示屏的值就比實際距離大；如果游標與主軸不垂直，同樣也會出現這種情況.

6 結論

本文所介紹的快速對刀方法以提高對刀效率為根本，針對現有的主軸移動對刀方法提出了定軸對刀方案，有效減少了對刀時間，每把刀的對刀時間大約縮減至1m in.

該對刀方法的局限性體現在2個方面：

1)安裝調整較為復雜.游標卡尺不能在加工中心工作的時候，還通過磁性表座掛在主軸上，因此每次安裝刀具都需要重新安裝調整.前文論述了安裝游標卡尺時對主軸位置精度的要求，因此每次安裝調整都是低效率的.此局限性可以通過將卡尺安裝在主軸箱上改善.將卡尺安裝在主軸箱上，還可以進一步減少由于游標卡尺與主軸的相對位置引起的誤差.

2)盤銑刀安裝受限.盤銑刀具有較大的底端面，容易與卡尺發生磨擦，因此，卡尺與主軸軸線的安裝距離，必須大于盤銑刀的半徑值.

[1]陳志雄,杜家熙.數控機床與數控編程技術[M].2版.北京:電子工業出版社,2006:1-3.