1．數控銑床的分類

自從工業革命以來，機床工業發生了翻天覆地的變化。大多數人了解的是銑床、車床和鉆床，也就是所說的普通機床，這些設備通過技術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。普通機床需要通過接受過較長時間的專業培訓并且具有一定操作技能的操作者在具備一定條件的環境下才能加工出高質量的零件。相對來說，普通設備的加工效率較低，成本較高。

今天，數控設備在相當多的領域已經完全或逐漸取代了普通設備，與普通機床不同，數控機床加工零件的過程完全自動地進行，加工過程中人工不能干預。因此，首先必須將所要加工件的全部信息，包括工藝過程、刀具運動軌跡及走刀方向、位移量、工藝參數（主軸轉速、進給量、切削深度）以及輔助動作（換刀

2．數控銑床的主要加工對象

（1）平面類零件

3．數控銑床的坐標系

為了描述點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系，數控機床的坐標系采用右手直角笛卡兒坐標系。它規定直角坐標X、Y、Z三個坐標軸的正方向用右手法則判定，圍繞各坐標軸的旋轉軸A、B、C的正方向用右手螺旋法則判定。數控加工采用的是空間三維坐標系，三維坐標系是在二維即平面坐標系的基礎上增加了一個垂直方向的軸，通常稱之為Z軸，為平行于機床主軸的坐標軸，如圖1所示。

圖1  數控銑床的坐標系

4．數控銑床的零點

數控程序的刀位點位置和刀位矢量確定依賴于加工坐標系的位置，所以，在加工零件前必須確定加工坐標系或編程坐標系的準確位置。

5．數控銑床偏置

（1）機床偏置的概念

圖2  機床偏置示意圖

圖3  偏置值和坐標系

圖4  機床坐標系與加工坐標系

建立另一個工件坐標系指令代碼可以是常見的G54～G59，也可以為其他的G代碼，完全取決于機床制造商為偏置值而設定的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系。調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   坐標系偏置值

（3）工件偏置的作用

在數控編程過程中，為了避免尺寸計算，需要多次將工作坐標系進行適當的平移、旋轉。一般數控機床可以預先設定6個（G54～G59）工件坐標系，這些坐標系的坐標原點相對于機床原點的坐標偏置值存儲在機床控制單元中，在機床進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，數控系統即指定并調出該坐標系作為當前的工件坐標系，該工件坐標系原點即為當前程序原點，后續程序中工件移動坐標值均為相對該坐標系原點的坐標值。

（4）Z坐標偏置和刀具長度偏置

Z 軸的坐標偏置值由于主軸上裝有刀具而使得Z方向的偏置值設置變得復雜一些，因為該偏置值是機床原點到工件坐標系原點之間的Z軸的偏置值，而不是銑刀刃端到工件坐標系之間的Z軸偏置值。相對來說，X、Y兩個軸偏置值的測量和設置相對簡單一些，因為操作者可以試著把機床主軸的中心線與工件的邊緣對齊。Z坐標偏置值設置則有一些不同之處，原因是數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。

當控制系統執行程序中的指令使Z軸到達指定的水平位置時，控制系統要做的工作是將程序中的坐標點的數值和刀具長度偏置值都加到Z軸的坐標偏置值中。例如：

控制系統執行的數控程序為：G01 Z-100.0；
Z坐標偏置值為：-12.5；
刀具長度偏置值為：35.8；
則控制系統執行該程序段時迅速進行如下數學運算：
機床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。

機床控制系統只執行運動控制點的機床絕對位置也就是機床坐標系的絕對坐標值，而所有的其他數值的作用只是使數控編程和刀具設置變得簡單罷了。

當運行數控程序時，數控系統根據刀具長度偏置值使刀具自動離開工件一個適當的距離，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，而不需重新修改數控程序。

6．刀具參數預設置

刀具預設置常常用來設置最新安裝的刀具參數包括長度偏置值、直徑值等。設置的方法有試切法、機床內部對刀法、機床外部對刀法，下面介紹最常見的對刀儀測量法。

（1）對刀儀測量法

對刀儀測量法為機床外部對刀法，其目的是在數控機床外部預先設置刀具參數，而不需將數控機床停下來，手動方式使刀具觸及到工件來進行刀具參數設置。

對刀儀上有一個預先裝好的、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系統來測量刀具，無接觸光學系統通常為一個剖面投影儀，它能通過較大的放大倍數允許操作者測量刀具參數。對刀儀上的光學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；最后將所有的刀具參數值手工輸入或通過系統傳輸到機床控制系統偏置值寄存器中，這樣，精確的數控加工就可以開始了。

圖5  對刀儀示意圖

（2）機外對刀儀的組成

●  刀柄定位機構

對刀儀的刀柄定位機構與標準刀柄相對應，它是測量的基準，所以要有很高的精度，并與加工中心的定位基準要求一樣，以保證測量和使用的一致性。定位機構包括回轉精度很高的主軸、使主軸回轉的傳動機構和使主軸與刀具之間拉緊的預緊機構3部分。

●  測頭與測量機構

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（最高點和最大外圓處）；非接觸式主要用光學的方法，把刀具投影到屏幕上進行測量。測量機構提供刀刃的切削點處的Z軸和X軸尺寸值，即刀具的軸向尺寸和徑向尺寸，測量的讀數有機械式（如游標刻線尺）的，也有數顯和光學式的。

●  測量數據處理裝置

測量數據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聯網，進行柔性加工，實現自動修正和補償。

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精度問題，因為實際加工過程中刀具是隨主軸一同旋轉的。

精度較高的機外對刀儀所配置的系統具有更多的功能，使用更加方便。例如：刀具參數通過數據交換系統自動傳輸到機床控制系統中，直接成為操作者所需要的刀具參數，這樣，就不需要操作者將刀具參數手工輸入機床控制單元中，可以避免人為錯誤的發生。

機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都要有準確的值，這些參數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，用機外對刀儀可以測出新刀具的主要參數值，以便掌握與原刀具的偏差，然后通過修改刀補值確保其正常加工。此外，用機外對刀儀還可測量刀具切削刃的角度和形狀等參數，有利于提高加工質量。

（3）刀具參數測量注意事項

●  使用對刀儀應注意的問題

使用前要用標準芯軸進行校準。每臺對刀儀都隨機帶有一個標準的對刀芯軸，要妥善保護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行校準。

●  靜態刀具參數測量值的修正

靜態測量的刀具尺寸和實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。
    ·冷卻液和冷卻系統的狀態。
    ·使用對刀儀的技巧和熟練程度等。

由于以上原因，靜態測量的刀具尺寸應大于加工后的實際尺寸，因此對刀時要考慮一個修正值，這要由操作者的經驗來預選，一般要偏大0.01～0.05mm。

●  工件坐標系原點的修正

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在機床坐標系中的坐標值，然后輸入到偏置寄存器中。進行試切削時，由于現場環境等因素的影響，如機床的重復定位精度。即便使用同一程序加工，實際加工尺寸也可能因為加工條件的變化而出現較大的偏移，這時可根據實測的結果進行修正，直至滿足零件技術要求為止，最終使得刀具運動軌跡與數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行刀具補償修正。