数控机床的对刀误差与改善措施

数控加工的对刀，对其处理的好坏直接影响到加工零件的精度，还会影响数控机床的操作。本文是对数控机床的对刀误差，提出了改善措施。
1 数控加工过程中产生的加工误差
(1)编程误差:主要是数控编程时数控系统产生的插补误差，主要由于用直线段或圆弧段避近零件轮廓时产生的。这是影响零件加工精度的一个重要因素。可以靠增加插补节点数解决，但会增加编程工作量。
(2)刀尖圆弧误差:在切削内孔、外因或端面时，刀尖圆弧不影响其尺寸、形状，但在加工锥面或圆弧时受刀尖圆弧影响造成过切或少切。此误差可通过测量刀尖圆弧半径，采用刀具半径补偿功能来消除误差。
(3)测量误差:主要是受量具测量精度以及测量者操作方法影响，导致的实测尺寸不准确。此误差可弥补。
(4)对刀误差:此误差主要产生在对刀过程中，刀具在移动到起刀点位置时受操作系统的进给修调比例值影响。解决办法是合理选择进给修调比例，尤其是当刀具靠近起刀点位置时采用最小挡进给修调使刀具精确定位于起刀点位置。
(5)机床系统误差:受机床本体影响产生的形位公差，此公差一般不可调整;伺服单元，驱动装置产生的重复定位误差，主要由系统受机床脉冲当量大小、均匀度及传动路线影响;这些误差量很小且稳定，只有在精密加工时应予以考虑。
2 对刀方法
数控加工的对刀，对其处理的好坏直接影响到加工零件的精度，还会影响数控机床的操作。所谓对刀，就是在工件坐标系中使刀具的刀位点位于起刀点(对刀点)上，使其在数控程序的控制下，由此刀具所切削出的加工表面相对于定位基准有正确的尺寸关系，从而保证零件的加工精度要求。在数控加工中，对刀的基本方法有试切法、对刀仪对刀、ATC对刀和自动对刀等。
2.1 试切法
根据数控机床所用的位置检测装置不同，试切法分为相对式和绝对式两种。在相对式试切法对刀中，可采用三种方法:一是用量具(如钢板尺等)直接测量，对准对刀尺寸，这种对刀方法简便但不精确;二是通过刀位点与定位块的工作面对齐后，移开刀具至对刀尺寸，这种方法的对刀准确度取决于刀位点与定位块工作面对齐的精度;三是将工件加工面先光一刀，测出工件尺寸，间接算出对刀尺寸，这种方法最为精确。在绝对式试切法对刀中，需采用基准刀，然后以直接或间接的方法测出其他刀具的刀位点与基准刀之间的偏差，作为其他刀具的设定刀补值。以上试切法，采用“试切——测量——调整(补偿)”的对刀模式，故占用机床时间较多，效率较低，但由于方法简单，所需辅助设备少，因此广泛被用于经济型低档数控机床中。
2.2 对刀仪对刀
对刀仪对刀分为机内对刀仪对刀和机外对刀仪对刀两种。机内对刀仪对刀是将刀具直接安装在机床某一固定位置上(对车床，刀具直接安装在刀架上或通过刀夹再安装在刀架上)，此方法比较多地用于车削类数控机床中。而机外对刀仪对刀必须通过刀夹再安装在刀架上(车床)，连同刀夹一起，预先在机床外面校正好，然后把刀装上机床就可以使用了，此方法目前主要用于镗铣类数控机床中，如加工中心等。采用对刀仪对刀需添置对刀仪辅助设备，成本较高，装卸刀具费力，但可节省机床的对刀时间，提高了对刀精度，一般用于精度要求较高的数控机床中。
2.3 ATC对刀
AIC对刀是在机床上利用对刀显微镜自动计算出刀具长度的方法。由于操纵对刀镜以及对刀过程还是手动操作和目视，故仍有一定的对刀误差。与对刀仪对刀相比，只是装卸刀具要方便轻松些。自动对刀是利用CNC装置的刀具检测功能，自动精确地测出刀具各个坐标方向的长度，自动修正刀具补偿值，并且不用停顿就直接加工工件。与前面的对刀方法相比，这种方法减少了对刀误差，提高了对刀精度和对刀效率，但需由刀检传感器和刀位点检测系统组成的自动对刀系统，而且 CNC系统必须具备刀具自动检测的辅助功能，系统较复杂，投入资金大，一般用于高档数控机床中。
2.4 自动对刀
自动对刀是利用CNC装置的刀具检测自动修正刀具补偿值功能，自动精确地测出刀具各个坐标方向的长度，并且不用停顿就直接加工工件。自动对刀亦称刀尖检口功能:
在加工中心上一次安装工件后，需用刀库中的多把刀具加工工件的多个表面。为提高对刀精度和对刀效率，一般采用机外对刀仪对刀、ATC对刀和自动对刀等方法，其中机外对仪对刀一般广泛用于中档铿铣类加工中心上。在采用对刀仪对刀时，一般先选择基准芯棒对准好工件表面，以确定工件坐标原点，然后选择某一个方便对刀的面，采用动态(刀转)对刀方式。
3 加工误差的原因及采取的措施
概括起来，产生对刀误差的原因有:
(1)当用试切法对刀时，对刀误差主要来源于试切工件之后的测量误差和操作过程中目测产生的误差。
(2)当使用对刀仪、对刀镜对刀和自动对刀时，误差主要未源于仪器的制造、安装和测量误差，另外使用仪器的技巧欠佳也会造成误差。
(3)测量刀具时是在静态下进行的，而加工过程是动态的，同时要受到切削力和振动外力的影响，使得加工出来的尺寸和预调尺寸不一致。此项误差的大小决定于刀具的质量和动态刚度。
(4)在对刀过程中，大多时候要执行“机床回参考点”的操作，在此过程中可能会发生零点漂移而导致回零误差，从而产生对刀误差。
(5)机床内部都有测量装置，最小度量单位的大小也与误差有关。一般说来，最小度量单位大的测装置其误差就大，最小度量单位小的测量装置其误差就小。
减小对刀误差的主要措施有:
(1)当用试切法对刀时，操作要细心。对刀后还要根据刀具所加工零件的实际尺寸和编程尺寸之间的误差来修正刀具补偿值，还要考虑机床重复定位精度对对刀精度的影响以及刀位点的安装高度对对刀精度的影响。
(2)当使用仪器对刀时，要注意仪器的制造、安装和测量精度。要掌握使用仪器的正确方法。
(3)选择刀具时要注意刀具的质量和动态刚度。
(4)定期检查数控机床零点漂移情况，注意及时调整机床。
通过采用试切法与近似定值法法对零件进行加工，每种方法均加工五个零件。分别测量其轴向尺寸与其中一个径向尺寸(10)，求尺寸偏差绝对值的平均值，平均值大的那一组工件说明其对刀误差较大。
如果零件的轴向尺寸精度要求高的话，不要用手动测量的试切对刀，因为测量时的人为误差难以避免，可用系统自动测量的那种试切对刀方法，不过也要看系统测量精度是否与需要保证的尺寸精度。如果零件的径向尺寸要求较高，尽量不要用近似定值法对刀，此对刀方法很难保证刀剪准确的对准工件旋转中心。不过这种方法对刀零件的轴向尺寸不会有太大的误差，因为对刀时的轴向尺寸是系统自动测量的，避免了人为误差的介入。