華中數控銑床對刀方法探討
2021-2-20 來源：達州職業技術學院機電工程系 作者：陽濤
摘要：數控銑床加工前必須對刀，不同的數控系統對刀的方法也有所不同。基于此，以華中數控 HNC-210B 為例，闡述了數控銑床對刀的指令、方法和對刀過程。
關鍵詞：對刀；工件坐標系；G54
數控銑床在加工之前必須進行對刀，否則數控系統無法識別編程人員設定的工件坐標系，也就無法進行正常加工。對于同一個零件的加工，不同的編程人員設定的工件坐標系原點可能不同，因此對刀時的步驟和設定方法也不同。本文以華中數控 HNC-210B 為例，說明數控銑床對刀的不同方法和步驟。
1、對刀的不同指令
對刀任務為設定如圖 1 所示的工件上表面中心點作為工件坐標系原點（編程原點）。
1.1、使用坐標系設定指令 G92 對刀
1.1.1、格式
格式為：G92 X_Y_Z_。其中，X、Y、Z 為刀具刀位點相對于工件坐標系原點的坐標。
圖1：工件坐標系原點圖
1.1.2、操作方法
使用手輪方式使刀具與工件左側接觸（看到有少量切屑即可，也可以使用尋邊器），記下此時的機床實際 X 坐標；再使刀具與工件右側接觸，同樣記下此時的機床實際 X坐標；算出兩個 X 坐標的平均值，即為工件上表面中心點的X 坐標。同理，使刀具接觸工件的前側和后側，可以算出工件上表面中心點的 Y 坐標。再使刀具與工件上表面接觸（也可以采用 Z 軸對刀器），記下此時的機床實際 Z 坐標，即為工件上表面中心點的 Z 坐標，最后移動刀具使其機床實際坐標到達前面算出的 X、Y、Z 坐標，也就是刀具位于了工件坐標系原點，因此刀具的刀位點相當于工件坐標系原點的坐標是（0,0,0），則程序中的指令為：G92 X0 Y0 Z0。
但是加工之前，刀具與工件之間不能接觸，要有一定距離，比如刀具在工件坐標系原點正上方 100mm，則刀具移動的 Z 坐標要在原來的基礎上加上 100mm，故刀具的刀位點相當于工件坐標系原點的坐標是（0，0，100），則程序中的指令為：G92 X0 Y0 Z100。要注意的是，在加工之前刀具不能再移動，否則建立的工件坐標系會被破壞，無法進行正常加工，這對于操作人員將十分不方便，并且還需要操作人員自己算出平均值，比較麻煩，因此一般情況下不會采用 G92 指令設定工件坐標系。操作步驟示意如圖 2 所示。
1.2、使用工件坐標系選擇指令 G54 ～ G59 對刀
1.2.1、格式
格式為：G54/G55/G56/G57/G58/G59。
1.2.2、操作方法
按操作面板上“設置”→“坐標系”對應功能鍵，進入如圖 3 所示的坐標系界面，通過光標鍵及翻頁鍵在G54 ～ G59 中選擇，以選擇 G54 為例。使用手輪方式使刀具與工件左側接觸，將光標移動到 G54 的 X 位置，如圖 3所示，按下界面最后一行的“記錄Ⅰ”，再使刀具與工件右側接觸，按下界面最后一行的“記錄Ⅱ”，再按下界面最后一行的“分中”，則確定了 G54 的 X 坐標，將光標移動到 G54 的 Y 位置，同理可以確定 G54 的 Y 坐標。最后使刀具與工件上表面接觸，按下界面最后一行的“當前位置”，注意在確定 Z 坐標前要將光標移動到 G54 的 Z 位置。程序中的指令中加入 G54，數控系統會自動調用 G54 存入的 X、Y、Z 值。由于 G54 ～ G59 對刀操作簡單，不需要操作人員計算平均值，并且加工之前刀具可以任意移動，因此通常情況下都采用 G54 ～ G59 方式對刀。
圖2：刀具操作步驟示意圖
圖3：坐標系界面
2、同一工件不同工件坐標系的對刀
上述對刀任務選擇的是工件上表面中心作為工件坐標系原點，而不同的編程人員選擇的工件坐標系原點可能不同，還可以選擇上表面的 4 個角點作為工件坐標系原點。
2.1、以工件上表面的左上角作為工件坐標系原點
如圖 4，使刀具接觸工件的左側和前側，由于刀具中心與工件坐標系原點相差一個刀具半徑值，因此需要偏置。由圖可知，工件坐標系原點處于左側刀具的右邊（+X 方向），故 G54 的 X 坐標應該加上刀具半徑值，工件坐標系原點處于前側刀具的后邊（-Y 方向），故 G54 的 Y 坐標應該減去刀具半徑值。加上或減去刀具半徑值可以通過圖 3 中最后一行的“正向偏置”“負向偏置”來進行。如要加上半徑值，按“正向偏置”，輸入半徑值后回車即可；如要減去半徑值，按“負向偏置”，輸入半徑值后回車即可。
2.2、以工件上表面的右上角作為工件坐標系原點
同理，如圖 5，G54 的 X 坐標應減去刀具半徑值，G54的 Y 坐標應減去刀具半徑值。
2.3、以工件上表面的右下角作為工件坐標系原點
同理，如圖 6，G54 的 X 坐標應減去刀具半徑值，G54的 Y 坐標應加上刀具半徑值。
2.4、以工件上表面的左下角作為工件坐標系原點
同理，如圖 7，G54 的 X 坐標應加上刀具半徑值，G54的 Y 坐標應加上刀具半徑值。
圖4：刀具中心與工件坐標系原點偏置 1
圖5：刀具中心與工件坐標系原點偏置 2
圖6：刀具中心與工件坐標系原點偏置 3
圖7：刀具中心與工件坐標系原點偏置 4
3、多把刀具的 Z 向對刀
數控銑床加工中，經常會使用多把不同的刀具加工同一個零件，理論上每一把刀具都需要對刀。對于加工同一個零件，每一把刀裝夾到主軸上時，刀具的軸心線都是同軸的，因此只需要對標準刀進行 X 向和 Y 向對刀，其他刀具不需要對 X 向和 Y 向，使用和標準刀相同的對刀值即可。每一把刀裝夾到主軸上的長度不同，因此每一把刀的 Z 向必須對刀。如果把每一把刀所對的 Z 值都記下來，然后在使用每一把刀之前將 G54 的 Z 值進行修改，則非常麻煩，并且耽誤時間，效率低。為了提高效率，可以采用刀具長度補償的方法進行 Z 向對刀。
3.1、每一把刀都進行長度補償的 Z 向對刀（絕對坐標）
將 G54 的 Z 值輸入零，按“刀補”中的“刀補表”鍵，進入如圖 8 所示的界面，然后將每一把刀所對的 Z 值輸入到長度補償里。
圖8：補刀表界面
3.2、設置標準刀進行長度補償的 Z 向對刀（相對坐標）
將 G54 的 Z 值輸入一號刀（標準刀）對應的 Z 值，按“刀補”中的“刀補表”鍵，進入如圖 8 所示的界面，一號刀的長度補償值輸入零，其他刀的長度補償值輸入其與一號刀的長度差值。長度差值確定方法：一號刀與工件上表面接觸，按“設置”中的“相對清零”鍵，進入如圖 9 所示的界面，按“Z 軸清零”，再換成其他刀具，同樣使刀具與工件上表面接觸，屏幕上顯示的 Z 軸相對實際坐標即為長度差值。
4、刀具折斷后的對刀
數控銑削加工中會出現刀具折斷的情況，特別是精加工時采用直徑很小的刀具時，如果切削參數設置不合理，很容易斷刀。斷刀后，對刀的表面已經被切掉，因此可以利用 Z 軸對刀器對新刀具進行 Z 向對刀（X 向和 Y 向不需要對刀），如圖 10 所示。
4.1、絕對坐標方式
將 Z 軸對刀器平放在工件上或平口鉗上，先用標準刀與 Z 軸對刀器上表面接觸（Z 軸對刀器指針指到零），記下此時的 Z 坐標（ 如 -388.5mm）； 再換成新刀具，同樣使其與 Z 軸對刀器上表面接觸，記下此時的 Z坐標（如 -408.5mm），則兩者的差值為 -20mm。再計算標準刀與斷刀的長度補償差值，如為 -22.5mm，兩個差值求差為 2.5mm，說明新刀比斷刀長了 2.5mm，則新刀的長度補償值應為斷刀長度補償值（如 -308.6mm）的基礎上加上2.5mm。此方法比較繁瑣，也容易出錯，故一般不用。
圖9：清零界面
4.2、相對坐標方式
將 Z 軸對刀器平放在工件上或平口鉗上，先用標準刀與 Z 軸對刀器上表面接觸（Z 軸對刀器指針指到零），按“設置”中的“相對清零”鍵，按“Z 軸清零”，再換成新刀具，同樣使其與 Z 軸對刀器上表面接觸，屏幕上顯示的 Z 軸相對實際坐標就是長度差值，將其輸入到對應的長度補償值里即可。這種方法不用計算，操作非常簡單。
圖10：刀具折斷后的對刀圖
5、結語
對于不同的操作人員和不同的數控系統，數控銑床的對刀方法不盡相同。在實際操作過程中通過不斷摸索，選擇操作最簡單、最不容易出錯的方法對刀，可以起到事半功倍的效果。
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