【技术浅析】华中数控铣床对刀方法探讨

数控铣床在加工之前必须进行对刀，否则数控系统无法识别编程人员设定的工件坐标系，也就无法进行正常加工。对于同一个零件的加工，不同的编程人员设定的工件坐标系原点可能不同，因此对刀时的步骤和设定方法也不同。本文以华中数控 HNC-210B 为例，说明数控铣床对刀的不同方法和步骤。

1、对刀的不同指令

对刀任务为设定如图 1 所示的工件上表面中心点作为工件坐标系原点（编程原点）。

1.1　使用坐标系设定指令 G92 对刀

1.1.1　格式

格式为：G92 X_Y_Z_。其中，X、Y、Z 为刀具刀位点相对于工件坐标系原点的坐标。

图 1 工件坐标系原点图

1.1.2　操作方法

使用手轮方式使刀具与工件左侧接触（看到有少量切屑即可，也可以使用寻边器），记下此时的机床实际 X 坐标；再使刀具与工件右侧接触，同样记下此时的机床实际 X 坐标；算出两个 X 坐标的平均值，即为工件上表面中心点的X 坐标。同理，使刀具接触工件的前侧和后侧，可以算出工件上表面中心点的 Y 坐标。再使刀具与工件上表面接触（也可以采用 Z 轴对刀器），记下此时的机床实际 Z 坐标，即为工件上表面中心点的 Z 坐标，最后移动刀具使其机床实际坐标到达前面算出的 X、Y、Z 坐标，也就是刀具位于了工件坐标系原点，因此刀具的刀位点相当于工件坐标系原点的坐标是（0,0,0），则程序中的指令为：G92 X0 Y0 Z0。

但是加工之前，刀具与工件之间不能接触，要有一定距离，比如刀具在工件坐标系原点正上方 100mm，则刀具移动的 Z 坐标要在原来的基础上加上 100mm，故刀具的刀位点相当于工件坐标系原点的坐标是（0，0，100），则程序中的指令为：G92 X0 Y0 Z100。要注意的是，在加工之前刀具不能再移动，否则建立的工件坐标系会被破坏，无法进行正常加工，这对于操作人员将十分不方便，并且还需要操作人员自己算出平均值，比较麻烦，因此一般情况下不会采用 G92 指令设定工件坐标系。操作步骤示意如图 2 所示。

 1.2　使用工件坐标系选择指令 G54 ～ G59 对刀

 1.2.1　格式

 格式为：G54/G55/G56/G57/G58/G59。

 1.2.2　操作方法

按操作面板上“设置”→“坐标系”对应功能键，进入如图 3 所示的坐标系界面，通过光标键及翻页键在G54 ～ G59 中选择，以选择 G54 为例。使用手轮方式使刀具与工件左侧接触，将光标移动到 G54 的 X 位置，如图 3所示，按下界面最后一行的“记录Ⅰ”，再使刀具与工件右侧接触，按下界面最后一行的“记录Ⅱ”，再按下界面最后一行的“分中”，则确定了 G54 的 X 坐标，将光标移动到 G54 的 Y 位置，同理可以确定 G54 的 Y 坐标。最后使刀具与工件上表面接触，按下界面最后一行的“当前位置”，注意在确定 Z 坐标前要将光标移动到 G54 的 Z 位置。程序中的指令中加入 G54，数控系统会自动调用 G54 存入的 X、Y、Z 值。由于 G54 ～ G59 对刀操作简单，不需要操作人员计算平均值，并且加工之前刀具可以任意移动，因此通常情况下都采用 G54 ～ G59 方式对刀。

图 2 刀具操作步骤示意图

 图 3　坐标系界面

2、同一工件不同工件坐标系的对刀

上述对刀任务选择的是工件上表面中心作为工件坐标系原点，而不同的编程人员选择的工件坐标系原点可能不同，还可以选择上表面的 4 个角点作为工件坐标系原点。

 2.1　以工件上表面的左上角作为工件坐标系原点

 如图 4，使刀具接触工件的左侧和前侧，由于刀具中心与工件坐标系原点相差一个刀具半径值，因此需要偏置。由图可知，工件坐标系原点处于左侧刀具的右边（+X 方向），故 G54 的 X 坐标应该加上刀具半径值，工件坐标系原点处于前侧刀具的后边（-Y 方向），故 G54 的 Y 坐标应该减去刀具半径值。加上或减去刀具半径值可以通过图 3 中最后一行的“正向偏置”“负向偏置”来进行。如要加上半径值，按“正向偏置”，输入半径值后回车即可；如要减去半径值，按“负向偏置”，输入半径值后回车即可。

2.2　以工件上表面的右上角作为工件坐标系原点

同理，如图 5，G54 的 X 坐标应减去刀具半径值，G54的 Y 坐标应减去刀具半径值。

2.3　以工件上表面的右下角作为工件坐标系原点

同理，如图 6，G54 的 X 坐标应减去刀具半径值，G54的 Y 坐标应加上刀具半径值。

2.4　以工件上表面的左下角作为工件坐标系原点  

 同理，如图 7，G54 的 X 坐标应加上刀具半径值，G54的 Y 坐标应加上刀具半径值。

图 4 刀具中心与工件坐标系原点偏置 1

图 5 刀具中心与工件坐标系原点偏置 2

图 6 刀具中心与工件坐标系原点偏置 3  

图 7 刀具中心与工件坐标系原点偏置 4

3、多把刀具的 Z 向对刀

数控铣床加工中，经常会使用多把不同的刀具加工同一个零件，理论上每一把刀具都需要对刀。对于加工同一个零件，每一把刀装夹到主轴上时，刀具的轴心线都是同轴的，因此只需要对标准刀进行 X 向和 Y 向对刀，其他刀具不需要对 X 向和 Y 向，使用和标准刀相同的对刀值即可。每一把刀装夹到主轴上的长度不同，因此每一把刀的 Z 向必须对刀。如果把每一把刀所对的 Z 值都记下来，然后在使用每一把刀之前将 G54 的 Z 值进行修改，则非常麻烦，并且耽误时间，效率低。为了提高效率，可以采用刀具长度补偿的方法进行 Z 向对刀。

 3.1　每一把刀都进行长度补偿的 Z 向对刀（绝对坐标）

 将 G54 的 Z 值输入零，按“刀补”中的“刀补表”键，进入如图 8 所示的界面，然后将每一把刀所对的 Z 值输入到长度补偿里。

图 8　补刀表界面

3.2　设置标准刀进行长度补偿的 Z 向对刀（相对坐标）

将 G54 的 Z 值输入一号刀（标准刀）对应的 Z 值，按“刀补”中的“刀补表”键，进入如图 8 所示的界面，一号刀的长度补偿值输入零，其他刀的长度补偿值输入其与一号刀的长度差值。长度差值确定方法：一号刀与工件上表面接触，按“设置”中的“相对清零”键，进入如图 9 所示的界面，按“Z 轴清零”，再换成其他刀具，同样使刀具与工件上表面接触，屏幕上显示的 Z 轴相对实际坐标即为长度差值。

 4、刀具折断后的对刀

数控铣削加工中会出现刀具折断的情况，特别是精加工时采用直径很小的刀具时，如果切削参数设置不合理，很容易断刀。断刀后，对刀的表面已经被切掉，因此可以利用 Z 轴对刀器对新刀具进行 Z 向对刀（X 向和 Y 向不需要对刀），如图 10 所示。

 4.1　绝对坐标方式

将 Z 轴对刀器平放在工件上或平口钳上，先用标准刀与 Z 轴对刀器上表面接触（Z 轴对刀器指针指到零），记下此时的 Z 坐 标（ 如 -388.5mm）；再换成新刀具，同样使其与 Z 轴对刀器上表面接触，记下此时的 Z 坐标（如 -408.5mm），则两者的差值为 -20mm。再计算标准刀与断刀的长度补偿差值，如为 -22.5mm，两个差值求差为 2.5mm，说明新刀比断刀长了 2.5mm，则新刀的长度补偿值应为断刀长度补偿值（如 -308.6mm）的基础上加上2.5mm。此方法比较繁琐，也容易出错，故一般不用。

图 9　清零界面

4.2　相对坐标方式

将 Z 轴对刀器平放在工件上或平口钳上，先用标准刀与 Z 轴对刀器上表面接触（Z 轴对刀器指针指到零），按“设置”中的“相对清零”键，按“Z 轴清零”，再换成新刀具，同样使其与 Z 轴对刀器上表面接触，屏幕上显示的 Z 轴相对实际坐标就是长度差值，将其输入到对应的长度补偿值里即可。这种方法不用计算，操作非常简单。

图 10 刀具折断后的对刀图

5、结语

对于不同的操作人员和不同的数控系统，数控铣床的对刀方法不尽相同。在实际操作过程中通过不断摸索，选择操作最简单、最不容易出错的方法对刀，可以起到事半功倍的效果。

（阳涛 数控机床市场）

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