1．?dāng)?shù)控銑床的分類

自從工業(yè)革命以來，機(jī)床工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。大多數(shù)人了解的是銑床、車床和鉆床，也就是所說的普通機(jī)床，這些設(shè)備通過技術(shù)工人操作手輪移動刀架使刀具沿正確的方向走刀到零件所加工的位置。普通機(jī)床需要通過接受過較長時間的專業(yè)培訓(xùn)并且具有一定操作技能的操作者在具備一定條件的環(huán)境下才能加工出高質(zhì)量的零件。相對來說，普通設(shè)備的加工效率較低，成本較高。

今天，數(shù)控設(shè)備在相當(dāng)多的領(lǐng)域已經(jīng)完全或逐漸取代了普通設(shè)備，與普通機(jī)床不同，數(shù)控機(jī)床加工零件的過程完全自動地進(jìn)行，加工過程中人工不能干預(yù)。因此，首先必須將所要加工件的全部信息，包括工藝過程、刀具運(yùn)動軌跡及走刀方向、位移量、工藝參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度）以及輔助動作（換刀

2．?dāng)?shù)控銑床的主要加工對象

（1）平面類零件

3．?dāng)?shù)控銑床的坐標(biāo)系

為了描述點(diǎn)在平面和空間中的位置，首先需要定義一個確定方向和相對位置的坐標(biāo)系，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系。它規(guī)定直角坐標(biāo)X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的正方向用右手法則判定，圍繞各坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)軸A、B、C的正方向用右手螺旋法則判定。數(shù)控加工采用的是空間三維坐標(biāo)系，三維坐標(biāo)系是在二維即平面坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上增加了一個垂直方向的軸，通常稱之為Z軸，為平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸，如圖1所示。

圖1  數(shù)控銑床的坐標(biāo)系

4．?dāng)?shù)控銑床的零點(diǎn)

數(shù)控程序的刀位點(diǎn)位置和刀位矢量確定依賴于加工坐標(biāo)系的位置，所以，在加工零件前必須確定加工坐標(biāo)系或編程坐標(biāo)系的準(zhǔn)確位置。

5．?dāng)?shù)控銑床偏置

（1）機(jī)床偏置的概念

圖2  機(jī)床偏置示意圖

圖3  偏置值和坐標(biāo)系

圖4  機(jī)床坐標(biāo)系與加工坐標(biāo)系

建立另一個工件坐標(biāo)系指令代碼可以是常見的G54～G59，也可以為其他的G代碼，完全取決于機(jī)床制造商為偏置值而設(shè)定的G代碼定義格式。必須在你的零件程序中使用該代碼定義偏置值或坐標(biāo)系。調(diào)出定義工件偏置值的G代碼通常在絕對的安全位置如在程序開始部分：

O1111；
N5 G54 G90 G40 G70；
或者在換刀后：
N20 M06 T09；
N25 G54 G00 X50.0 Y20.0 Z100.0；

表   坐標(biāo)系偏置值

（3）工件偏置的作用

在數(shù)控編程過程中，為了避免尺寸計算，需要多次將工作坐標(biāo)系進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠揭?、旋轉(zhuǎn)。一般數(shù)控機(jī)床可以預(yù)先設(shè)定6個（G54～G59）工件坐標(biāo)系，這些坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)相對于機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)偏置值存儲在機(jī)床控制單元中，在機(jī)床進(jìn)行回零操作或初始化后仍然存在，一旦程序中指定了該G指令，數(shù)控系統(tǒng)即指定并調(diào)出該坐標(biāo)系作為當(dāng)前的工件坐標(biāo)系，該工件坐標(biāo)系原點(diǎn)即為當(dāng)前程序原點(diǎn)，后續(xù)程序中工件移動坐標(biāo)值均為相對該坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)值。

（4）Z坐標(biāo)偏置和刀具長度偏置

Z 軸的坐標(biāo)偏置值由于主軸上裝有刀具而使得Z方向的偏置值設(shè)置變得復(fù)雜一些，因為該偏置值是機(jī)床原點(diǎn)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的Z軸的偏置值，而不是銑刀刃端到工件坐標(biāo)系之間的Z軸偏置值。相對來說，X、Y兩個軸偏置值的測量和設(shè)置相對簡單一些，因為操作者可以試著把機(jī)床主軸的中心線與工件的邊緣對齊。Z坐標(biāo)偏置值設(shè)置則有一些不同之處，原因是數(shù)控銑床主軸上裝有刀具，因而不得不考慮刀具對Z軸偏置值的影響。刀具長度偏置成為解決這個問題的有效方法。

當(dāng)控制系統(tǒng)執(zhí)行程序中的指令使Z軸到達(dá)指定的水平位置時，控制系統(tǒng)要做的工作是將程序中的坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)值和刀具長度偏置值都加到Z軸的坐標(biāo)偏置值中。例如：

控制系統(tǒng)執(zhí)行的數(shù)控程序為：G01 Z-100.0；
Z坐標(biāo)偏置值為：-12.5；
刀具長度偏置值為：35.8；
則控制系統(tǒng)執(zhí)行該程序段時迅速進(jìn)行如下數(shù)學(xué)運(yùn)算：
機(jī)床Z位置=-100.0+（-12.5）+35.8=-76.7

然后主軸帶動刀具移動到該位置。

機(jī)床控制系統(tǒng)只執(zhí)行運(yùn)動控制點(diǎn)的機(jī)床絕對位置也就是機(jī)床坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)值，而所有的其他數(shù)值的作用只是使數(shù)控編程和刀具設(shè)置變得簡單罷了。

當(dāng)運(yùn)行數(shù)控程序時，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)刀具長度偏置值使刀具自動離開工件一個適當(dāng)?shù)木嚯x，來完成刀具長度偏置工作。

在加工過程中，為了控制切削深度或進(jìn)行試切加工，常常采用加大刀具長度偏置值的方法，以控制刀具的切削深度，而不需重新修改數(shù)控程序。

6．刀具參數(shù)預(yù)設(shè)置

刀具預(yù)設(shè)置常常用來設(shè)置最新安裝的刀具參數(shù)包括長度偏置值、直徑值等。設(shè)置的方法有試切法、機(jī)床內(nèi)部對刀法、機(jī)床外部對刀法，下面介紹最常見的對刀儀測量法。

（1）對刀儀測量法

對刀儀測量法為機(jī)床外部對刀法，其目的是在數(shù)控機(jī)床外部預(yù)先設(shè)置刀具參數(shù)，而不需將數(shù)控機(jī)床停下來，手動方式使刀具觸及到工件來進(jìn)行刀具參數(shù)設(shè)置。

對刀儀上有一個預(yù)先裝好的、與刀柄相配合的錐孔，對刀時先將刀具安裝到刀柄上，再將裝有刀具的刀柄插到對刀儀的配合錐孔中；然后使用一個無接觸光學(xué)系統(tǒng)來測量刀具，無接觸光學(xué)系統(tǒng)通常為一個剖面投影儀，它能通過較大的放大倍數(shù)允許操作者測量刀具參數(shù)。對刀儀上的光學(xué)放大鏡可以聚焦刀具的刃端，記錄聚焦后的刀具長度偏置值、刀尖圓角和直徑值等刀，如圖5所示刀具參數(shù)；最后將所有的刀具參數(shù)值手工輸入或通過系統(tǒng)傳輸?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)偏置值寄存器中，這樣，精確的數(shù)控加工就可以開始了。

圖5  對刀儀示意圖

（2）機(jī)外對刀儀的組成

●  刀柄定位機(jī)構(gòu)

對刀儀的刀柄定位機(jī)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)刀柄相對應(yīng)，它是測量的基準(zhǔn)，所以要有很高的精度，并與加工中心的定位基準(zhǔn)要求一樣，以保證測量和使用的一致性。定位機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)精度很高的主軸、使主軸回轉(zhuǎn)的傳動機(jī)構(gòu)和使主軸與刀具之間拉緊的預(yù)緊機(jī)構(gòu)3部分。

●  測頭與測量機(jī)構(gòu)

測頭有接觸式和非接觸式兩種，接觸式測頭直接接觸刀具的主要測量點(diǎn)（最高點(diǎn)和最大外圓處）；非接觸式主要用光學(xué)的方法，把刀具投影到屏幕上進(jìn)行測量。測量機(jī)構(gòu)提供刀刃的切削點(diǎn)處的Z軸和X軸尺寸值，即刀具的軸向尺寸和徑向尺寸，測量的讀數(shù)有機(jī)械式（如游標(biāo)刻線尺）的，也有數(shù)顯和光學(xué)式的。

●  測量數(shù)據(jù)處理裝置

測量數(shù)據(jù)處理裝置的作用是將刀具的測量值自動打印出來，或與上一級管理計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行柔性加工，實(shí)現(xiàn)自動修正和補(bǔ)償。

同其他的如手動使刀具接觸或試切工件邊緣的方法相比，采用對刀儀測量刀具參數(shù)的方法更加精確、快捷。通常，手工移動主軸使刀具接觸或試切工件邊緣的方法受很多情況的限制，如實(shí)際刀具的精度、工件試切邊緣的精度以及操作者的測量手法等。另一方面，使用對刀儀測量刀具直徑偏置比單純輸入一個刀具直徑值更精確，操作者和編程員必須考慮到主軸的旋轉(zhuǎn)精度問題，因為實(shí)際加工過程中刀具是隨主軸一同旋轉(zhuǎn)的。

精度較高的機(jī)外對刀儀所配置的系統(tǒng)具有更多的功能，使用更加方便。例如：刀具參數(shù)通過數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)自動傳輸?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)中，直接成為操作者所需要的刀具參數(shù)，這樣，就不需要操作者將刀具參數(shù)手工輸入機(jī)床控制單元中，可以避免人為錯誤的發(fā)生。

機(jī)外對刀儀主要用來測量刀具的長度、直徑、刀具形狀、角度。對于加工中心刀庫中存放的刀具其主要參數(shù)都要有準(zhǔn)確的值，這些參數(shù)值在編制加工程序時都要加以考慮。使用中因刀具損壞需要更換新刀具時，用機(jī)外對刀儀可以測出新刀具的主要參數(shù)值，以便掌握與原刀具的偏差，然后通過修改刀補(bǔ)值確保其正常加工。此外，用機(jī)外對刀儀還可測量刀具切削刃的角度和形狀等參數(shù)，有利于提高加工質(zhì)量。

（3）刀具參數(shù)測量注意事項

●  使用對刀儀應(yīng)注意的問題

使用前要用標(biāo)準(zhǔn)芯軸進(jìn)行校準(zhǔn)。每臺對刀儀都隨機(jī)帶有一個標(biāo)準(zhǔn)的對刀芯軸，要妥善保護(hù)使其不銹蝕或受到外力作用而變形。每次使用前都要對軸向和徑向尺寸進(jìn)行校準(zhǔn)。

●  靜態(tài)刀具參數(shù)測量值的修正

靜態(tài)測量的刀具尺寸和實(shí)際加工出的尺寸之間有一差值。影響這一差值的因素很多，主要有：

    ·刀具和機(jī)床的精度和剛度。
    ·加工工件的材料和狀況。
    ·冷卻液和冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)。
    ·使用對刀儀的技巧和熟練程度等。

由于以上原因，靜態(tài)測量的刀具尺寸應(yīng)大于加工后的實(shí)際尺寸，因此對刀時要考慮一個修正值，這要由操作者的經(jīng)驗來預(yù)選，一般要偏大0.01～0.05mm。

●  工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的修正

零件找正或夾具定位裝夾后，必須正確測定工件的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，然后輸入到偏置寄存器中。進(jìn)行試切削時，由于現(xiàn)場環(huán)境等因素的影響，如機(jī)床的重復(fù)定位精度。即便使用同一程序加工，實(shí)際加工尺寸也可能因為加工條件的變化而出現(xiàn)較大的偏移，這時可根據(jù)實(shí)測的結(jié)果進(jìn)行修正，直至滿足零件技術(shù)要求為止，最終使得刀具運(yùn)動軌跡與數(shù)控編程軌跡完全重合，必要時為了提高工件的加工精度，也可以采用以上方法進(jìn)行刀具補(bǔ)償修正。