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搖籃式五軸數控機床的對刀方法——以華中 848D 係統五軸（zhóu）機床為例

2021-1-19 來源：吉林鐵道職業技術（shù）學院作者：莊德新

摘要（yào）：隨著（zhe）科學技術（shù）的進步與（yǔ）創新，製造業水平（píng）的不斷提高（gāo），五軸數控機床已成為（wéi）製造業中不能缺少的加工（gōng）設備，廣泛應用於航空航天、軍事科研、民品製造、精密器械等領域，五軸數（shù）控機床（chuáng）既是（shì）衡量國力的標尺，又能衡量一個國家的製造業的（de）水平高低，本文以我國自主研（yán）發的HNC-848D 數控（kòng）係統五軸機床為例，詳細講解對刀方法。

關鍵詞：3+2 回轉台；五軸對刀；數控機床；搖（yáo）籃式五軸

數控機床加工能力體現（xiàn）一個國家製造業水平的象征，是裝備製造業的基礎，它（tā）為（wéi）新產品的試製與研（yán）發提（tí）供了重要的技術手段，更是高（gāo）新技術產業和國防軍工現代化的戰略裝備。五軸機床科技（jì）含量高、精密度高、是專門加工複雜零件的機床，也是（shì）解決葉輪、葉片、汽（qì）輪機轉子、大型曲軸等（děng）零件加（jiā）工的唯一手段。

1、HNC- 848D 五軸數控機（jī）床的特點

1.1、HNC- 848D 五軸數控機床是在原有（yǒu）的 X、Y、Z 的坐標基礎上增加了（le）兩個（gè）旋轉坐（zuò）標軸（zhóu）。圍繞著 X 軸旋轉的（de）坐標軸是（shì） A軸，圍繞著 Z 軸旋轉的坐標軸（zhóu）是 C 軸，機床有 5 個伺服（fú）係統，五軸數控機床主要有（yǒu）三種結構形式：分別（bié）是工作台傾斜（xié）型、主軸傾斜型、工作台 / 主軸傾斜型。而一般工作台傾斜型的結構形式是最常用的一種形式，A 軸（zhóu）的一般工作（zuò）範圍+100 度至 - 100 度。當 A 軸回（huí）轉大於（yú） 90 度，工件切削時會對工作台帶來很大的承（chéng）載（zǎi）力矩。C 軸是 0 度～360 度任意回轉。這樣通過 A 軸和 C 軸的結合，除了固定在工作台的底麵之外，其它五個麵都可以由立式主軸上（shàng）的刀具進行切削加工。A 軸和 C 軸的最小分（fèn）度值一般為 0.001 度。傘式刀庫能安裝 16 把刀具，主軸錐孔為 BT30、氣壓 0.6MPa、最大工（gōng）件直（zhí）徑為 φ250mm。主軸每分鍾最高（gāo）轉速20000 轉。

1.2、加工前，兩個旋轉軸先（xiān）將進行（háng）旋轉，將工件（jiàn）傾斜在（zài）一個固定的位置，通過回轉工作台來定義空間中的旋轉加工麵，再（zài）由 X、Y、Z 坐標軸（zhóu）進行進給切削（xuē）加工。在（zài）此工作（zuò）平麵，可以進（jìn）行編程 2D 或 3D 加工操作。加工時回轉軸總是將要加（jiā）工的平麵旋轉到與 Z 軸垂直的位置在進行（háng）切削加工（也稱定向加（jiā）工），並保持固定。

1.3、從工藝（yì）角（jiǎo）度來（lái）講，轉台通過旋轉可以進行精（jīng）確的定位，相比三軸機床，可將不同的三個加工平麵或曲麵合在一個加工程序裏進行加工，可減少因多次裝夾帶來的誤差，精度穩定、操作靈活，可通過（guò）設計更緊（jǐn）湊合理的夾具，充分拓展轉台的空間，可以一（yī）次性裝夾加工更多的平麵。對於像葉輪或複雜曲麵零件（jiàn）的（de）加（jiā）工（gōng），五軸機床有著先天的優勢。

2、準備（bèi）工作

2.1、開機回零

機床上電（diàn），5 秒後數（shù）控係統在開機，否則（zé）會因為電（diàn）流過大，擊穿內（nèi）部零部件。等待進入正（zhèng）常界麵後，先進行各坐標軸回（huí）零操作，按機床麵板上的回零鍵，（Z 軸先回零，依次 X.Y 軸回零（líng）、最後 A、C 軸回零（líng）），使（shǐ）各（gè）坐標軸複位。

2.2、裝夾工件

將毛坯安裝固定在旋轉台上，使得毛坯露（lù）出夾具的（de）高度（dù）大於銑削加工的深（shēn）度。夾持工件時應遵循力的大小，力的方向和作用點，夾緊工件時，力的方向不能破壞工件（jiàn）定位。應夾持工件剛性較好的部位（wèi），以免工件產生變形，並且應夾持靠近工件的加工部位（wèi）。夾緊力的大小要合適，過大會（huì）使工件變形或夾具損壞，過小（xiǎo）會使工件（jiàn）在加工過程中發生鬆動或飛出造成事故。

3、對刀原理與方法

3.1、當各坐標軸回零後（Z/X/Y/A/C 軸回零）使主軸（zhóu）軸線垂直於（yú）工作台，手輪模式下，搖動手輪將基（jī）準刀具移動到工件的上方中（zhōng）心（xīn）位置（zhì）。編（biān）程原點一般設置在工件（jiàn）上表麵（miàn）中心位置，即對刀時采用四麵（miàn）碰邊，頂麵為零的方法。

3.2、測量刀長可分（fèn）為（wéi）以下兩種

一種是機內測量刀具長（zhǎng）度，另（lìng）一種是機外對刀（dāo）儀測量，本文以（yǐ）機內測量刀（dāo）具長度為例，詳細講解對刀操作的方法（fǎ）。

3.3、對刀步驟

（1）將杠杆百分表安裝在旋轉坐標軸的電機平（píng）麵上，使百分表歸零，移動百分表與主軸端麵（miàn）接觸（chù），測量時需注意觀察百分表的測頭與主軸端麵接觸良好，主軸端麵與（yǔ）百分表（biǎo）接觸後，使主軸端麵向 Z 軸負方向移動約0.2mm 左右，觀察並記住表指針的擺動位置，把機床的相對坐標清零。（如圖 1 和圖（tú） 2 所示）

圖1

圖2

（2）注意安裝的百分表不能動，將基準刀具安裝在主軸上，使得刀具的底麵切削刃與百分表的觸頭接觸，並（bìng）且使得百分表的指針指向與（yǔ）測量主軸端麵時的指針（zhēn）數值保持一致，測量後（hòu）讀取數值，此時 Z 軸的相對坐標值就是刀（dāo）具的（de）長度補（bǔ）償值。（如圖3 和圖 4 所示）

圖（tú）3

圖4

（3）按（àn）刀補鍵，找到與刀具（jù）號相對應的補償號（hào），測量的（de）是幾號刀具就將測量所得的刀長數值（zhí）輸入到對（duì）應的幾號刀具長度（dù）補償地址值中（如 2 號（hào）刀具，輸入到（dào）刀補值 002 號的長（zhǎng）度（dù）補償 Z值參數中），注意輸入刀長的參數（shù）一定為正值，否則撞刀，此時基準刀具長度測量完（wán）成。（如圖 5 所示）

圖5

（4）MDI 狀態下輸入 M03 S500，將刀具轉動，手輪（lún）模式下將（jiāng）刀尖或刀具底麵切削刃搖到與工件上表麵（miàn）接觸。

（5）當刀尖搖到與工件接觸後，將 Z 軸當前機械坐標值，輸入到 G54～G59 坐標係的 Z 坐標值中，H 值的偏置運算：用當前（qián）的（de） Z 軸的機械坐標值減去刀具的長度補償的補償值，並將 Z 軸計算的結果輸入到 G54～G59 坐標係（xì）的 Z 坐標值中，此時的坐標就是最（zuì）終 G54 的 Z 軸坐標值。（實際是主軸端麵是 Z 軸的零點，隻是在調用刀具號時（shí），Z 軸抬起的高度正好是刀補中長度補償值的數值，所以使（shǐ）得（dé）刀尖或刀刃與工件上頂麵正好（hǎo）接觸，即為 Z0）。（如圖 6 所示）

圖6

（6）工件 X、Y 方向的對刀，如工件規（guī）整可用分中法來設定工件 X、Y 軸的坐（zuò）標值，采用尋邊器進行分中，五軸的工件分中原理與方法與 3 軸（zhóu）數（shù）控銑床一致（zhì），設置數值也相同（tóng），都是將（jiāng） X、Y 坐標值設置到 G54～G59 的坐標係中。

（7）對刀結束後，進行驗證刀具，在 MDI 模（mó）式入:G54 G90G01 X0 Y0 F800 G01 G43.4 H02 Z20，啟動程序開始（shǐ）運行，機床運動停止後，用直徑 20 刀棒進行（háng）測量驗證高度。

（8）如加工需要多把刀，其他刀（dāo）具的（de）刀具長度（dù）測量方法，重複 a～c 的步驟，按照所測量（liàng）的刀具號輸（shū）入到對應的 Z 軸刀具長度補償地址值（zhí）中，且一定為正值。

4、結（jié）論

本文介紹了華中 848D 係統搖籃式五軸數控（kòng）機床的對刀方法和操作步驟，當然在具體（tǐ）操作實施過程中還需要掌握一些技術和要領，本（běn）文所（suǒ）講述的操作步驟雖然看起來簡單，但要真正的掌握（wò）和應用它，還需要理論結合實踐，實踐驗證理論，並在實踐中不斷體驗、反思和（hé）提升。

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