1 引言1952 年 3 月, 美国麻省理工学院在美空军资助下, 研制成功了世界上第一台三坐标精工铣床, 从此精工技术快速发展并推广至全世界[1] 2000-2010 十年的时间里面, 国内的大型机床制造厂：如沈阳机床股份有限公司、大连机床厂、上海机床有限公司厂、北京第一机床厂等老牌企业稳步发展, 而中小规模的精工机床厂国内已有百来家, 行业之间的竞争促进了机床工业的快速发展[2]《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》 明确规定了 “逐步提高我国高档精工机床与基础制造成套装备的自主开发能力, 满足国内主要行业对制造装备的基本需求”. 专项实施方案提出： 形成以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系 ; 培养和建立一支高素质的研究开发队伍. 作为中国精工后备人才培养摇篮的高职和高等院校, 肩负着人才再培养这一重任. 教学中, 精工机床的应用技术分为三大块：编程技术、操作技术和维护技术. 笔者在教学中发现：编程和基本的操作技术是学生容易理解和掌握的, 而对刀技术、刀具形状的选择和机械坐标系的重新设定等直接影响零件加工形状和精度的问题却是学生经常忽略的, 笔者把这三个问题, 统一归结为精工机床的实用对刀技术问题. 精工车床作为精工机床中的一类, 主要功能是加工轴类零件和钻中心孔, 是精工机床中结构最为简单, 操作最为方便的, 熟练掌握它的实用对刀技术能触类旁通地掌握其他类型的精工机床的对刀技术, 如精工铣床, 加工中心等. 本文以大连机床厂的CKA6136精工车床为例子, 以个人的教学经验和实践经验为指导, 论述了精工车床所必须掌握的一些实用对刀技术, 包括：基本对刀, 刀具形状选择和机械坐标的重新设定三个问题. 2 精工车床的基本对刀技术 在精工车床加工中, 将刀具抽象看成一个运动点, 该点的轨迹即是所加工的零件形状, 因此精工车床的对刀即是确定旋转刀架上各把车刀的刀尖中心所在的独立工件坐标系过程, 如图 1 所示[3]. 图中, 以x轴作为所加工零件的径向坐标, 以z轴作为所加工零件的轴向坐标, 下文同. 基本的对刀技术包括：单把车刀对刀和多把车刀对刀. 2. 1 单把车刀的对刀 以刀片形状为等边三角形(刀杆型号：MTJNR2020K16)的外圆车刀为例子分析单把车刀对刀的过程. 在工件坐标系建立之前, 还要考虑到车刀安装后刀尖中心是否处于轴心位置的, 因此, 单把车刀的对刀包括：刀尖中心的高度调整和工件坐标系的建立两个过程. 2. 1. 1 刀尖中心点的高度调整若刀尖中心点与工件对称轴轴线处于同一水平线上, 则能正确加工出零件的形状, 如图2-a所示. 若刀尖中心偏离于工件轴线所在水平线, 则会直接影响到所加工零件的形状尺寸或者对刀具产生不必要的磨削. 具体有以下两种情况： (1)刀尖中心偏低：该情况下, 所加工的零件端面会产生一个小凸缘, 其会直接影响所加工零件尺寸, 如图 2-b 所示. (2)刀剑中心偏高： 该情况下会使得车刀的主切削刃的下部与待加工工件产生碰触, 损坏车刀, 如图 2-c所示. 对于上述两种情况, 实际中生产中的解决办法如下：若刀尖中心偏低，仅仅需要采用砂纸或者薄钢片进行高度的微调，调整至图 2-a 所示；若刀尖中心偏高, 需先测量图 2-c 所示的高出值 h, △ 并将车刀刀片朝上, 水平置于铣床工作台上, 用夹具加紧后, 用盘型铣刀铣削已量出的刀杆高出值 h, △ 最后采用砂纸或者薄钢片进行刀尖高度的微调, 直至调整至图 2-a 所示. 2. 1. 2 工件坐标系的确立 工件坐标系的建立有两种方法： 一为使用对刀仪的方法, 二为试切对刀法. 实践中试切法具有简单, 经济的特点, 本文即介绍试切法建立单把车刀的工件坐标系的过程, 具体步骤如下： (1)MDI(Manual Data Input)模式, 在面板中输入 M03 S650, 即设置主轴以 650r/min 的转速正转 ; (2)切换至手摇脉冲模式(Handle), 选择*100 的倍率, 即脉冲当量为 0. 1mm/脉冲, 接近试切毛坯件, 如图 3-a 所示 ; (3)手摇模式, 锁定 z 轴, 选择*1 的倍率, 匀速且快速地沿逆时针转动脉冲转盘, 控制车刀沿着试切毛坯件轴向切削一薄层, 如图3-b所示. 注： 轴向切削的长度 L 以量具能够正确测量为参考值，实践中以 L=5~10mm 长度为宜。切削层不可太厚，否则超过刀具的切削量，亦不可太薄，否则毛坯氧化层无法完全去除，造成步骤（6）中由于工件的不对称性而产生较大的测量尺寸误差，实践中一般以单边切削层厚度=0.8~1.2mm 为宜。 (4)选择*100 的倍率, 顺时针转动脉冲转盘, 快速地沿着轴向(径向方向绝对不能改变)退出车刀, 按控制面板上的 RESET 按键, 停止主轴的转动, 如图 3-c 所示. (5)控制面板切换至 OFFSET 界面, 按软件选择坐标系选项. 在 G54 坐标系中, 将光标移至 X 坐标位置, 输入 X0, 按软件测量, 系统自动将车刀当前所在的径向位置, 即机械坐标OXZ中的X数值读入, 作为该把车刀的工件坐标系x=0的位置 ; Z轴的操作亦相同. 至此预先建立一个如图 3-c 所示的工件坐标系 ox1z1. (6)用螺旋测微器量出图 3-b 中试切毛坯件的直径 Φd, 将步骤(5)中的 X 坐标值减去 Φd, 作为该把车刀G54 工件坐标系的 x=0的位置, 即可建立出图 3-c中所示的工件坐标系 ox2z2. 注：精工系统中的径向尺寸, 不论是机械坐标系, 还是工件坐标系, 均以双边尺寸, 即直径作为操作数值, 即所量出的 Φd 无须除 2. (7)将车刀的刀尖中心, 置于工件右端面内轴向距离1~2mm处, 重新切换至OFFSET界面, 将该把车刀的 G54 坐标系 z=0 设置于该位置. 至此建立出图 3-d 所示的工件坐标系 oxz. 注：将 z 轴置于工件右端面内 1~2mm, 并用手动或者程序的方法去除 z>0 的氧化层部分, 可以使得零件不受到氧化层的影响, 保证端面的粗糙度. 单把车刀的工件坐标系按照以上步骤(1)-(7)建立后, 在单把车刀的加工中, 无需再采用试切法确定x=0. 但是由于每次毛坯件的装夹长度不同, z=0 需重新设定, 设定方法如步骤(7). 实践中, 笔者在每条加工程序中加入 G94的轴向切削循环命令, 即可令机床自动去除右端面的氧化层, 而无需再手动切除 z>0部分. 2. 2 多把车刀的对刀 精工车床加工中需要用到多把车刀, 以 CKA6136 为例, 四工位旋转刀架上可装夹四把车刀, 多把车刀的对刀即是建立独立工件坐标系之间互相联系的过程： 具体有两种方法： a. 采用 1. 1 的单把车刀的对刀方法, 分别确定四把车刀所在的工件坐标系, 设定为 G54、G55、G56、G57, 并在精工程序中不同车刀的工艺段选择相应的坐标系. 但该种方法对刀繁琐, 特别对于新装夹的工件, 每次都需要重新校核四把车刀的 z=0 位置, 严重影响批量生产的生产效率, 为此在实际生产中一般不采用该方法. b. 采用刀具偏移量补正的方法：该方法以刀架上的某一把车刀为基准刀, 其余刀具与第一把刀具所在的坐标系相同(均可设为G54), 而通过设置x与z偏移量 x △ 和 z △ 的方法确定独立坐标之间的关系, 如图4所示. 对于新装夹的工件, 采用该法后, 只需重新校核基准刀具的 z=0 位置, 而由于非基准刀具与基准刀具的 x 与 z 方向的偏移量为定值, 则无需再校验非基准刀具的 z=0 和 x=0 的位置, 提高的批量生产的生产效率, 在实际生产中均采用此法进行多把车刀的对刀. 现以 2. 1 中的外圆车刀为基准刀, 建立多把车刀的工件坐标系, 具体做法如下： (1)对基准刀, 步骤如 2. 1 ; (2)MDI 模式输入换刀指令 T0200, T指令中的前两位表示刀号, 后两位表示刀偏(00 为默认刀偏, 01 为一号刀偏等), 由于系统刀偏尚未设定, 此时二号车刀默认为无刀偏. 然后分别进行 x 方向和 z 方向刀偏量补正： x 方向刀偏量补正：按 2. 1 中单把车刀对刀步骤(1)~(5)试切一轴向尺寸, 并量出该数值, 记住该数值, 设其为 2 x′ , 读出控制面板中的工件坐标系的径向数值, 设其为 2 x , 则非基准刀具所在的工件坐标系需往 x正方向偏移 2 X ? = 2 x - 2 x′方能与基准刀具所在的 G54 坐标系在径向尺寸上完全相同, 若该数值小于零, 则偏移量取负号. 控制面板切换至OFFSET界面, 按软件至刀具尺寸偏移界面, 在02号刀具X偏移量中输入2 X ? = 2 x - 2 x′的代数值. z 方向刀偏量补正：用基准刀具 1, 手动切削试切工件 z>0 的端面部分. T指令切换至非基准刀 2, 采用手摇的模式, 缓慢接近工件右端面. 接近工件右端面后, 选择*1 的脉冲倍率, 微微碰触工件已加工的右端面, 记下此时的控制面板 2 z 数值, 而此时的非基准刀具的轴向尺寸 k z′ =0, 则非基准刀具所在的工件坐标系需往z正方向偏移 2 Z ? = 2 z - 2 z′ = 2 z 方能与基准刀具所在的G54坐标系在轴向尺寸上完全相同, 若该数值小于零, 则偏移量取负号. 控制面板切换至 OFFSET 界面, 按软件至刀具尺寸偏移界面, 在 02 号刀具 Z 偏移量中输入 2 Z ? = 2 z - 2 z′ = 2 z 的代数值. (3)第 k 把车刀的径向尺寸和轴向尺寸偏移量的补正方法与步骤 a, b 相同, 偏移量的尺寸关系如图 4 所示. 3 精工车床刀具形状的选择 基准车刀的工件坐标和多把车刀的刀偏量设定后, 基本对刀过程就完成, 该过程的测量步骤越准确, 所加工的零件尺寸就越精确. 但由于实际刀片形状和刀杆安装角度的影响, 导致即使建立一个完整而准确的坐标系, 某些零件形状也是无法实现的. 对于 CKA6136 型号精工车床, 以 2. 1中的等边三角形形状的外圆车刀为例, 分斜线与弧线两种情况论述刀具形状与零件形状的关系, 如图 5 所示. (1)斜线的影响, 若零件纵向截面的为倒梯形, 如图 5-a 所示, 则梯形母线与垂线的夹角 β 必须大于刀片夹角, 否则车刀的副切削刃的高于轨迹 AB, 轨迹 AB 无法加工. (2)弧线的影响, 对于图 5-b 所示的外凸圆弧, 假设刀具夹角为 γ, 所加工圆弧的半径为 r, 则刀具加工的极限位置为d=rcosγ, -(r+d)<z<0 区域为弧线可加工生成的区域. 对于5-c所示的内凹圆弧, 刀具加工的理论其极限位置为 P=r(1- cosγ), 但是由于副切削刃长度的影响, 如图 5-d 所示, 假设刀杆的宽度 b, 为实际刀具加工的极限位置为 Q=b+d=b+(b-P)=2b-P=2b-r(1-cosγ), -(2r-Q)<z<-Q区域为弧线可加工生成的区域. 4 精工车床机械坐标的设定 精工车床的机械坐标系是为了确定工件坐标系而设定的, 初始位置由厂家预设, 一般处于坐标平面内远离卡盘的边角位置, 通过存储电池提供掉电记忆保护. 当存储蓄电池电压低的时候, 机床会自动报警, 所有的操作均无法进行, 而重新更换存储蓄电池会改变厂家预设的机械坐标系位置, 因此机械坐标系的重新设定应该属于对刀的过程, 是操作人员必须掌握的. CKA6136 精工车床使用单组串联 6V 存储蓄电池, 对于长期不使用的精工车床, 系统内的存储器备份电池会因为内部的氧化还原反映导致电能的消失, 包括精工车床在内的需要使用存储器备份电池的机床, 均需要定期开机, 以每周 1~2 个小时为宜. 存储器备份电池更换后, 机械坐标的原点需要重新设立, 否则机床出现需要重新设置机械坐标系的报警提示, 经查找机床说明书[4]和实践操作的检验, 正确的操作过程描述如下： (1)控制面板程序保护开关的旋钮旋转至位置 1 ; (2)System-第 3292 参数第八位设置为 0, (该位为系统参数可写的保护位) ; (3)Offset-参数-可写选项设置为 1, (0为 Offset 参数不可写, 1为可写) ; (4)Offset-参数-八位参数 1815-第五位, 设置为 0(该位为 0 表示将之前的机械坐标系信息清零), 关机重启 ; (5)将精工机床的刀具移至所需要的机械坐标原点 ; (6)Offset-参数-八位参数 1815-第五位, 设置为 1(该位为 1 表示系统开始设置机械坐标系), 关机重启 ; (7)Offset-参数-八位参数 1815-第四位, 设置为 1(该位为 1 表示机械坐标设置为刀具当前位置) ; (8)Offset-参数-可写选项设置为 0, 参数不可改写; (9)System-第 3292 参数第八位设置为 1(保护所有系统参数); (10)控制面板程序保护开关的旋钮旋转至位置 0. 5 结论 综上, 本文论述的实用精工车床实用对刀技术能有效地提高零件的加工精度, 方便操作人员合理地选择刀具, 对实际生产具有重义. 全文的知识框架如图6所示： 精工机床是典型的机电一体化的产品, 对于从事操作工作、教学工作和设计工作的人员都必须详细了解其功能、原理和各种特性, 才能更好地利用精工机床这一已经普及的产品为生产加工服务. 本文由海天精工文章整理发表，文章来自网络仅参考学习，本站不承担任何法律责任。//hjlmptdlw.com/