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1、加工中心数控铣床常用的对刀方法【摘要】在加工中心/数控铣床的操作过程中，对刀点即原点的设置是否正确直接影响到产品的加工质量。本文结合生产实践中的零件，以FANUC-0i系统为例，对加工中心/数控铣床上对刀（即对工件坐标系原点的确定）的几种主要方法进行了阐述，并介绍了验证对刀结果的编程方法。【关键词】工件坐标系；原点；对刀数控编程及加工一般分为如下几步：工艺分析、数学模型建立、编程及模拟、对刀、试加工、正式加工。其中，对刀是保证数控加工产品质量的重要环节。因为程序编制完成后，数控机床完全按照程序自动加工工件，而只有让程序建立在正确合理的坐标系中，才能对刀具的运动轨迹作出准确描述，保证加工质量。那
2、么如何建立正确合理的坐标系呢？这就牵涉到两个基本的概念：机床坐标系和工件坐标系。下面就先简要介绍这两个坐标系。1.机床坐标系和工件坐标系1.1机床坐标系和机床坐标系原点机床坐标系是以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，是用来确定工件位置和机床运动的基本坐标系。机床坐标系遵循国际标准的统一规定，即右手笛卡尔坐标系。机床坐标系的原点也称为机械原点或零点，这个原点是机床固有的点，在机床制造出来时就已确定，不能随意改变。机床坐标系不作为编程使用，但它常常用来确定工件坐标系，它是建立工件坐标系的参考点。1.2工件坐标系和工件坐标系原点我们在编程时一般选择工件上的某一点作为程序原点（或称程序
3、零点），并以该零点作为坐标系的原点，建立一个新的坐标系，这个新的坐标系称为工件坐标系。在数控机床上进行零件加工时，刀具与工件的相对运动必须在确定的坐标系中才能按程序进行加工。加工中心/数控铣床运行时，其显示屏坐标系页面上一般都有下列坐标系显示：相对坐标系、绝对坐标系(也就是工件坐标系)、机床坐标系。实际生产中，最为关键的是机床坐标系和工件坐标系。设备运行时，刀具的运动轨迹自始至终需要精确的控制，并且是在以机床坐标系下进行的，但是编程的尺寸却按人为定义的工件坐标系来确定。因此，工件经装夹找正后，必须正确测量出工件坐标系原点的坐标值，输入到偏置页面或者编入到程序中。测定工件坐标系原点的坐标值，也就
4、是测定工件的编程原点在机床坐标系中的坐标值。两者的关系如图1所示。点O1就是机床参考点，机床坐标系就是以点O1为原点建立的坐标系，点O2是工件坐标系的原点，工件坐标系就是以点O2为坐标原点建立的坐标系。当工件装夹完毕后，必须确定工件原点O2的机械坐标值（a，b，c），才能将两个坐标系联系起来。而在数控加工中这一步工作是通过“对刀”来实现的。下面以FANUC-0i系统数控铣床为例，结合具体零件的加工过程，详细阐述数控铣削的对刀方法。2.对刀方法2.1以工件的中心为对刀点如图2所示工件加工外轮廓，X、Y方向以工件的中心为基准，加工所用刀具为10mm的立铣刀，对零件进行工艺分析后，选中心点O为工件坐
5、标系的原点。它的对刀步骤如下： 图1 机床坐标系与工件坐标系 图2 工件(1)在“机械回零”方式下使刀具返回机床参考点。(2)在主轴上安装寻边器，然后使主轴正转，转速为300400rmin。(3)X、Y方向对刀：用寻边器先轻微接触工件左侧面，打开POS界面，将当前的相对坐标值清零，抬起主轴，将寻边器移到工件右侧面，将主轴向下，寻边器轻轻接触工件右侧面，记录此时的相对坐标值，然后将寻边器移动到相对坐标值的12处，按X键，然后按清零；按同样方法，将刀具的y方向相对坐标移动到12处，按Y键，然后按清零。如图3所示。打开工件坐标系设定界面，如图4所示，将光标移动到G54中坐标位置，在屏幕左下方输入X0
6、，按下操作面板上的测量键，完成刀具基准点在机床坐标系中的X坐标的测量。然后用类似的方法测量出刀具基准点在机床坐标系中的Y坐标。 a）X方向对刀 b)Y方向对刀 c)Z方向对刀图3图4 对刀(4)Z方向对刀：考虑到对刀的工艺性，通常将工件的上表面作为工件坐标系Z方向的原点。Z方向对刀主要有试切法对刀、Z向测量仪对刀等几种方法。试切法对刀试切法对刀方法简单，但会在工件上留下痕迹，且对刀精度较低，适用于零件粗加工时对刀操作。其对刀操作如下：停止转动主轴，卸下寻边器，换上立铣刀，采用手轮方式将刀具慢慢移动，直到刀尖轻微接触工件上表面。对于数控铣床，打开工件坐标系设定界面，如图5所示，将光标移动到G54
7、中Z坐标位置，在屏幕左下方输入Z0，按下操作面板上的测量键，完成刀具基准点在机床坐标系中的Z坐标的测量。对于加工中心，可直接打开工具补偿界面，如图6所示，将POS界面中机械坐标的Z值输入到（形状）H中，对好一把刀后即输入一个Z值到相应的刀具号后的（形状）H框中。比如1号刀，则将相应的Z值输入到001的（形状）H中；2号刀将相应的Z值输入到002对应的（形状）H中。 图5 工件坐标系设定界面 图6 工具补偿界面Z向测量仪对刀Z向测量仪对刀精度较高，特别在铣削加工中心多把刀具对刀时对刀效率较高，投资少，适合于单件零件加工。图7为Z向测量仪的简图。对刀操作如下：(1)停止转动主轴，卸下寻边器，换上立
8、铣刀；(2)移动刀具到Z向测量仪上方，手轮方式下向下移动刀具直至刀尖碰触Z向测量仪上表面，此时测量仪灯亮，记录下此时机床(机械)坐标系的Z轴读数；(3)将Z值扣除此时Z向测量仪的高度(如50003mm)，然后将测量值输入G54中Z坐标位置。加工中心的Z值输入同试切法对刀所述。2.2以工件的某一角点为对刀点如图8所示零件，加工所用刀具为立铣刀，对零件进行工艺分析后，选左下角点为工件坐标系的原点。它的对刀步骤如下：(1)在“机械回零”方式下使刀具返回机床参考点。(2)在主轴上安装寻边器，使主轴正转转速为300400rmin。 图7 Z向测量仪 图8工件(3)用寻边器轻微接触工件左侧面，打开POS界
9、面，将当前的相对坐标值清零，抬起主轴，将寻边器往右移动一个寻边器半径值，按X键，按清零，再打开工件坐标系设定界面，将光标移动到G54中坐标位置，在屏幕左下方输入X0，按下操作面板上的测量键，即完成刀具基准点在机床坐标系中的X坐标的测量。然后用类似的方法测量出刀具基准点在机床坐标系中的Y坐标。（4）Z方向的对刀与2.1中的Z坐标值设定方法相同。2.3以工件的某一内孔中心或圆柱中心为对刀点对于有内孔或圆柱面的零件，在精加工时多采用该内孔或圆柱面作为定位基准，也就是说一般将工件坐标系的原点位置设在该内孔或圆柱的中心。如图9所示工件，加工所用刀具为立铣刀，对零件进行工艺分析后，选内孔I中心点O为工件坐
10、标系的原点。它的对刀步骤如下：(1)在“机械回零”方式下使刀具返回机床参考点。（2）在主轴上用磁性表座安装一个杠杆百分表，如图10所示。使表针和内孔定位面接触，手动旋转主轴使百分表绕定位孔旋转，同时在X、Y方向上用手轮调整主轴位置，直至表头旋转一周，其指针的跳动量在允许的对刀误差内，如002，此时可认为主轴的旋转中心与被测孔中心重合，这时机床显示屏上显示的X、Y机械坐标值即为工件坐标系原点在机床坐标系的位置。打开工件坐标系界面，将此时的X、Y机械坐标值输入到G54的X、Y坐标中。（3）Z方向的对刀与2.1中的Z坐标值设定方法相同。 图9 工件 图10 杠杆百分表2.4多工件加工的对刀方法对于生
11、产实践中的批量生产，即每个工作台上要同时加工多个工件，可采用两种方法对刀。第一种是对每个工件都进行对刀，分别将对刀结果输入到G54、G55、G56等不同的工件坐标系中。第二种方法是只对一个工件进行对刀，将对刀结果输入到G54或G55等任意一个坐标系中，因批量生产一般有专用的夹具，这时可利用坐标系偏置的方法来简化对刀工序。如图11所示，要加工工件的外轮廓，用立铣刀加工，我们可首先按前面所述的几种方法中的某一种对工件I对好刀后，将加工原点O1的X、Y、Z的机械坐标值输入到G54工件坐标系中，编制外轮廓加工程序。加工工件II时，工件II以圆心O2为加工原点，此时在程序前加上语句：G52 X309 Y
12、0；即完成坐标系偏置。外轮廓加工程序无需作任何改变。但特别需注意的是用这种方法程序结束后一定要取消坐标系偏置：G52 X0 Y0；这样坐标原点重新回到G54中。3.验证对刀之后还有一步重要的工作，就是验证对刀结果是否正确，以G54对刀方法为例，在MDI方式下，输入如下单段程序进行验证。G54 G90 G00 X0 Y0 Z100；按自动执行键，如果主轴移动到我们前面所设定的工件原点上方，即证明对刀正确。可进行下一步操作。图11 多工件加工参考文献:1王宝成，吴联兴，刘凤仙等现代数控机床实用教程天津：天津科学技术出版社，2000.102孙德茂数控机床铣削加工直接编程技术M北京：机械工业出版社，20053毕承恩现代数控机床M北京：机械工业出版社。19914孙竹数控机床编程与操作M北京：机械工业出版社，1997
