【摘要】
随着我国机械产业的迅速发展，数控行业必然朝着高效化、精密化、和全球化方向发展。而数控加工作为机械加工行业中最重要的单元之一，也必将迈上一个新的台阶。它对我国的经济的影响也会越来越重要。
CNC是机械加工的一种重要方法，可以加工形状复杂的精密零件。本毕业设计，介绍了本课题意义和数控制造加工工艺，讨论了数控加工程序的编制，分析了手工编程的方法和应用。通过本次毕业设计，达到了掌握数控编程技术的目的。
关键词：机械加工；数控铣；数控编程
Abstract：
The rapid development of China's machinery industry, the industry must move efficient CNC, precision, and globalization direction. The CNC machining for mechanical processing industry one of the most important unit, will also move to a new level. China's economy, its impact will become increasingly important.
CNC is an important way to the precision machining of complex shape parts. The graduation project, introduced the subject of the meaning and CNC manufacturing processes, discussed the preparation of numerical control processing, analysis and application of manual programming
methods. Through this graduation project, reaching to grasp the purpose of numerical control programming.
Key words: mechanical processing; CNC milling; CNC Programming
前 言
数控技术(Numerical Control，简称NC)是近代迅速发展起来的一门自动控制技术，它是工厂自动化的实用化基础技术，是综合计算机、自动检测、及高精密机械等高技术的产物，对国民经济主导工业的发展具有举足轻重的推动作用。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业渗透形成的机电一体化产品，计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。NC技术从发明到现在，已有近50年的历史。近年来，机械产品更新换代的速度不断加快，而且朝着大型、成套复杂、精密、高效、高运行参数等方向发展，从而对机械制造工艺提出了更高的要求。以优质、低耗、洁净、灵活为特征的先进数控加工工艺在发达国家得到发展和普遍应用，也受到国内有关人士的高度重视。
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合某一理想基准点，这一过程称为对刀。对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置。它是数控加工中最重要的工作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。华中世纪星车削系统是武汉华中数控股份公司近年推出的优秀国产数控车削系统，是2004年首届全国数控技能大赛的指定数控车削系统之一。但遗憾的是，华中公司以往多通过其技术人员口头向用户说明对刀操作，在他们编写的《操作说明书》中却没有提到对刀操作，给用户学习、使用带来不便。而数控铣床对刀作分为X 、Y向对刀和Z向对刀。根据现有条件和加工精度要求选择试切法对刀精度较低，可采用试切法、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。加工中常用寻边器和Z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。笔者通过实践探索，结合教学、技能考证培训与加工实践的经验，将该系统的几种快速准确的对刀方法予以小结，供大家参考，希望借此对国产数控系统的推广，推动我国数控技能人才的培训尽一点微薄之力。
目录
前 言 ............................................................................ 2 1 数控技术基本知识 ............................................................... 6
1.1数控技术概念 .............................................................. 6
1.2数控编程方法简介 .......................................................... 6
1.3数控机床编程的主要内容 .................................................... 7
1.4数控加工程序的结构 ........................................................ 7
1. 4. 1程序的构成：由多个程序段组成。 ................................................................................. 7
1.4.2程序段格式： ..................................................................................................................... 8
1.4.3基点坐标的计算 ................................................................................................................. 8
1.4.4节点坐标的计算 ................................................................................................................. 8 2 数控车床对刀 .................................................................................................................................................... 9 2. 1数控车试切对刀法的原理及对刀思路 ........................................... 9 2. 2粗略对刀方法小结 ......................................................... 12
2.2.1选定基准到为标准刀，自动设置刀偏置法 ..................................................................... 12
2.2.2将基准刀在对刀基准点处坐标值置零，自动显示刀偏置法 ......................................... 13
2.2.3多刀试切外圆轴段，人工获得刀偏置法 ......................................................................... 14
2.2.4世纪星车削数控系统，多刀自动对刀法 ......................................................................... 16 2. 3精确对刀方法小结 ......................................................... 17
2.3.1基准刀修正程序起点位置后，在单独修调各非基准刀刀偏置法 ................................. 17
2.3.2各刀分别修调程序起点位置法 ......................................................................................... 18
2.3.3修调基准刀程序起点位置后，在同时修调全部非基准刀刀偏置法错误！未定义书签。
2.3.4四把刀同时修调法 ............................................................................. 错误！未定义书签。 3 数控铣床对刀 .................................................................................................................................................. 19 3. 1数控车床对刀简介 ......................................... 错误！未定义书签。 3. 2数控车床对刀工具介绍 ..................................................... 20
3.2.1寻边器 ................................................................................................................................. 20
3.2.2Z轴设定器 ........................................................................................................................... 20 3. 3对刀实例 ................................................................. 21
3.3.1寻边器对刀法 ..................................................................................................................... 21
3.3.2自动对刀 ............................................................................................................................. 22
3.3.3直接用刀具试切对刀 ......................................................................................................... 23
4对刀仪 ........................................................................ 25 4. 1对刀仪的分类 ............................................................. 25
4.1.1插拔式手臂 ......................................................................................................................... 26
4.1.2下拉式手臂 ......................................................................................................................... 27
4. 1. 3全自动对刀臂………………………………………………………………………...27 4. 2对刀仪的原理 ............................................................. 28 4. 3对刀仪的精度 ............................................................. 30 4. 4对刀仪的注意事项 ......................................................... 30
5对刀表 ........................................................................ 31 5. 1对刀表的组成零件图 ....................................................... 31 5. 2实物图 ................................................................... 31 5. 3表身及小圆块加工 ......................................................... 31 5. 4对刀表各零配件的作用和装配时的注意事项 .................................... 32 5. 5对刀表的装配图 ........................................................... 33 5. 6对刀表的使用发法 ......................................................... 33
6. 废品分析及问题的解决 ......................................................... 34
6.1造成废品的原因 ............................................................ 34
6.1.1表面粗糙度大 ..................................................................................................................... 34
6.1.2工件夹伤及夹紧变形 ......................................................................................................... 34
6.1.3形位公差超差 ..................................................................................................................... 34
6.1.4尺寸精度超差 ..................................................................................................................... 35
6.2质量超差解决方法 .......................................................... 35
结束语 .......................................................................... 36
谢辞 ............................................................................ 37
参考文献 ........................................................................ 38
1 数控技术基本知识
1.1数控技术概念
数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。
1.2 数控编程方法简介
1.数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和CAD/CAM 。
由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。
2. 自动编程
使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。
3. CAD/CAM
利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件虽然功能单一，但简单易学，价格较低，仍是目前中小企业的选择。
1.3数控机床编程的主要内容
分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。
数控机床的步骤
1) 分析零件图样和工艺处理
根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。
同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。
2) 数学处理
编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。
3) 编写零件程序清单
加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。
4) 程序输入
5) 程序校验与首件试切
1.4数控加工程序的结构
1.4.1程序的构成：由多个程序段组成。
O1；机能指定程序名，每个程序号对应一个加工零件。
%1 程序开头必须用的.
N10 G91X50Y50;赠量编程
N20 G90 G00 X50 Y60；绝对编程
N30 M98 调用子程序。
N50 M99 子程序调用结束
N80 G68 坐标系旋转
N100 G69坐标系旋转取消
N150 M05； 主轴停止
N160 M02； 程序结束
1.4.2程序段格式：
1) 字地址格式：如N020 G90 G00 X50 Y60； 最常用的格式，现代数控机床都采用它。地址Ｎ为程序段号，地址G和数字90构成字地址为准备功能，G00为机床快速移动X50 Y60为移动到的工件坐标。
2) 可变程序段格式：如B2000 B3000 B6000；
使用分割符B各开各个字，若没有数据，分割符不能省去。常见于数控线切割机床，另外，还有3D编程等格式。
1.4.3基点坐标的计算
一般数控机床只有直线和圆弧插补功能。对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。
1) 基点的含义
构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。
2) 直接计算的内容
根据填写加工程序单的要求，基点直接计算的内容有：每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标，圆弧运动轨迹的圆心坐标值。
基点直接计算的方法比较简单，一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算出数值。在计算时，要注意小数点后的位数要留够，以保证足够的精度。
1.4.4节点坐标的计算
对于一些平面轮廓是非圆方程曲线Y=F（X）组成，如渐开线、阿基米德螺线等，只能用能够加工的直线和圆弧去逼近它们。这时数值计算的任务就是计算节点的坐标。
1) 节点的定义
当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线，这称为拟合处理。拟合线段的交点或切点称为节点。
2) 节点坐标的计算
节点坐标的计算难度和工作量都较大，故常通过计算机完成，必要时也可由人工计算,常用的有直线逼近法（等间距法、等步长法、和等误差法）和圆弧逼近法。
有人用AutoCAD绘图，然后捕获坐标点，在精度允许的范围内，也是一个简易而有效的方法．
2 数控车床对刀
2.1.数控车试切对刀法的原理及对刀思路
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。华中世纪星车削系统是武汉华中数控股份公司近年推出的优秀国产数控车削系统，是2004年首届全国数控技能大赛的指定数控车削系统之一。但遗憾的是，华中公司以往多通过其技术人员口头向用户说明对刀操作，在他们编写的《操作说明书》中却没有提到对刀操作，给用户学习、使用带来不便。笔者通过实践探索，结合教学、技能考证培训与加工实践的经验，将该系统的几种快速准确的试切对刀方法予以小结，供大家参考，希望借此对国产数控系统的推广，推动我国数控技能人才的培训尽一点微薄之力。
深入理解数控车床的对刀原理对于操作者保持清晰的对刀思路、熟练掌握对刀操作以及提出新的对刀方法都具有指导意义。对刀的实质是确定随编程而变化的工件坐标系的程序原点在唯一的机床坐标系中的位置。对刀的主要工作是获得基准刀程序起点的机床坐标和确定非基准刀相对于基准刀的刀偏置。本文作以下约定来说明试切法对刀的原理与思路：使用华中世纪星教学型车削系统HNC-21T（应用软件版本号为5.30）；以工件右端面中心为程序原点，用G92指令设定工件坐标系；直径编程，程序起点H的工件坐标为（100，50）；刀架上装四把刀：1号刀为90°外圆粗车刀、2号基准刀为90°外圆精车刀、3号刀为切断刀、4号刀为60°三角螺纹刀（全文所举实例均与此相同）。
如图2-1所示，基准刀按照“手动试切工件的外圆与端面，分别记录显示器（CRT）显示试切点A的X、Z机床坐标→推出程序原点O的机床坐标→推出程序起点H的机床坐标”的思路对刀。根据A点与O点的机床坐标的关系：XO= XA－Φd，ZO =ZA，可以推出程序原点O的机床坐标。再根据H相对于O点的工件坐标为(100,50)，最后推出H点的机床坐标：XH=100－Φd，ZH= ZA+50。这样建立的工件坐标系是以基准刀的刀尖位置建立的工件坐标系。
图2-1 手动试切对刀示意图
如图2-2所示，由于各刀装夹在刀架的X、Z方向的伸长和位置不同，当非基准刀转位到加工位置时，刀尖位置B相对于A点就有偏置，原来建立的工件坐标系就不再适用了。此外，每把刀具在使用过程中还会出现不同程度的磨损，因此各刀的刀偏置和磨损值需要进行补偿。获得各刀刀偏置的基本原理是：各刀均对准工件上某一基准点（如图1的A点或O点），由于CRT显示的机床坐标不同，因此将非基准刀在该点处的机床坐标通过人工计算或系统软件计算减去基准刀在同样点的机床坐标，就得到了各非基准刀的刀偏置。
图2-2 刀具的偏置和磨损补偿
受多种因素的影响，手动试切对刀法的对刀精度十分有限，将这一阶段的对刀称为粗略对刀。为得到更加准确的结果，如图2-3所示，加工前在零件加工余量范围内设计简单的自动试切程序，通过“自动试切→测量→误差补偿”的思路，反复修调基准刀的程序起点位置和非基准刀的刀偏置，使程序加工指令值与实际测量值的误差达到精度要求，将这一阶段的对刀称为精确对刀。由于保证基准刀程序起点处于精确位置是得到准确的非基准刀刀偏置的前提，因此一般修正了前者后再修正后者。
综合这两个阶段的对刀，试切法对刀的基本操作流程如下：用基准刀手动试切得到对刀基准点的机床坐标→人工计算或自动获得各非基准刀的刀偏置→基准刀处于大概的程序起点位置→基准刀反复调用试切程序，测量尺寸后，以步进或MDI方式移动刀架进行误差补偿，修正其程序起点的位置→非基准刀反复调用试切程序，在原刀偏置的基础上修正刀偏置→基准刀处于准确的程序起点不动。
图2-3 多刀试切对刀示意图
2.2粗略对刀方法小结
下述每种方法的对刀准备工作均相同：在系统MDI功能子菜单下按F2键，进入刀偏表；用▲、键移动蓝色亮条到各刀对应的刀偏号位置，按F5键；将刀偏号为#0000、#0001、#0002、#0003、#0004的X偏置、Z偏置的数据均修改为零，再按下F5键。
2.2.1 选定基准刀为标准刀，自动设置刀偏置法
如图2-1、图2-4所示，对刀步骤如下：
(1)用▲、键移动蓝色亮条对准2号基准刀的刀偏号#0002位置处，按F5键设置2号刀为标准刀具，则所在行变成红色亮条。
(2)用基准刀试切工件右端面，记录试切点A的Z机床坐标；试切工件外圆，记录A点的X机床坐标，退刀后停车，测量已切削轴段外径ΦD。
(3)基准刀按记录值通过“点动+步进”方式重回A点，在刀偏表的试切直径和试切长度栏内分别输入ΦD和零。
(4)退刀，选择非基准刀的刀号手动换刀，让各非基准刀的刀尖分别在主轴转动下通过“点动+步进”方式目测对准A点，然后分别在相应刀偏号的试切直径栏和试切长度栏内输入ΦD和零，则各非基准刀的刀偏置会在X、Z偏置栏处自动显示。
(5)基准刀重回A点后，MDI运行“G91 G00/或G01 X[100-ΦD] Z50”，使其处于程序起点位置。
图2-4 基准刀为标刀自动设置刀偏置示意图
2.2.2将基准刀在对刀基准点处坐标置零，自动显示刀偏置法 如图2-1、图2-5所示，对刀步骤如下：
(1)与前述步骤（2）相同。
(2)基准刀按记录值通过“点动+步进”方式重回试切点A。
(3)在图2-4界面按F1键“X轴置零”，按F2键“Z轴置零”，则CRT显示的“相对实际坐标”为（0，0）。
(4)手动换非基准刀，使其刀尖目测对齐A点，这时CRT上显示的“相对实际坐标”的数值，就是该刀相对于基准刀的刀偏置，用▲、键移动蓝色亮条到非基准刀的刀偏号，分别将其记录并输入到相应位置。
(5)与前述步骤（5
）相同。
图2-5 基准刀在对刀基准点坐标置零自动显示刀偏置示意图
2.2.3 多刀试切外圆轴段，人工计算获得刀偏置法
如图2-6所示，系统在手动状态下对好1、2、4号刀，并切出一个台阶
轴，分别记录各刀切削终点（如图2-6中F、E、D点）的机床坐标，并测量各段的直径和长度。换3号切断刀，切一退刀槽，以切断刀的右尖点对刀，记录B点坐标，测量图示的ΦD3和L3。获得了上述数据后，根据各刀对应的F、E、D、B点与程序原点O的坐标增量关系，可知基准刀的程序起点的机床坐标为
（ X2-ΦD2+100，Z2-L2+50）；而且可以推出各非基准刀对应程序原点的机床坐标并通过人工计算获得刀偏置，计算方法如表2-1所示，将记录值和计算值填入相应空格处。这里要注意：试切长度是指工件坐标零点至试切终点之间Z方向的有向距离，按坐标轴方向确定正、负方向。
图2-6 多刀手动试切示意图
表2-1 非基准刀的刀偏置计算表
此法试切过程简单，省去了目测对齐试切点的步骤，但刀偏置需要人工计算获得。如果将含计算公式的计算表打印出来，数值填入其对应空格内计算，就能很快算
出刀偏置。
图2-7 世纪星车削数控系统自动对刀示意图
2.2.4 世纪星车削数控系统，多刀自动对刀法
上述对刀方法均为相对刀偏法。HNC-21T经过专业人员进行参数的设定和系统调试，还可以让用户选择“绝对刀偏法”对刀。绝对刀偏法在加工程序编制上与前述相对刀偏法略有不同，不必要用G92或G54建立工件坐标系，也不用取消刀补，实例可参见程序O1005。其对刀步骤如下：系统回零后，如图2-6所示，
让各刀分别手动试切一圆柱段，测量直径与长度尺寸后，按图2-7所示填入在各刀对应刀偏号的试切直径于试切长度栏内，依据在“多刀试切外圆轴段，人工计算获得刀偏置法”中讲述的原理，系统软件能自动算出各刀对应程序原点的机床坐标，从而达到自动对刀的目的。这种对刀方法最快捷，特别适合于工业生产。
2.3精确对刀方法小结
精确对刀阶段总的思路是“自动试切→测量→误差补偿”。误差补偿分两种情况：对于基准刀MDI运行或步进移动刀架补偿其程序起点位置；对于非基准刀补偿其刀偏置或磨损值。为避免记录混乱，设计表2-2所示的表格记录并计算数值。
表2-2 试切法对刀记录表（单位：mm）
2.3.1基准刀修正程序起点位置后，再单独修调各非基准刀刀偏置法 如图2-3所示，对刀步骤如下：
(1)基准刀处于粗略对刀后的程序起点位置，将各非基准刀刀偏置输入到刀偏表的相应位置。
(2)调用加工ΦD2×L2的O1000程序试切。
(3)测量切削轴段的直径与长度，与程序指令值比较，求出误差。
(4)步进移动或MDI运行误差值，修调程序起点位置。
(5)根据测量尺寸，动态修改O1000程序下划线的指令数值并保存程序，重复步骤(2)、(3)，直至基准刀程序起点被修正在精度允许范围内为止，记录修正后程序起点的机床坐标并将坐标置零。
(6)分别调用O1001（1、4号刀）、O1002（3号刀）程序试切，测量各段直径ΦDi和长度Li（i=1，4，3）。
(7)按表2-3所示方法进行误差补偿。
(8)重复步骤(6)至步骤(7)，直至加工误差在精度范围内，基准刀停在程序
起点位置不再移动。
表2-3 自动试切圆柱轴段的实际测量尺寸与程序指令值的误差补偿举例（单位：mm）
2.3.2 各刀分别修调程序起点位置法
此法的对刀原理为：各刀均修正其程序起点位置，从而间接保证对准同一程序原点位置。
如图2-3所示，对刀步骤如下：
(1) 2号基准刀处于粗略对刀后的程序起点位置，且将各非基准刀刀偏置记录后均修改为零。
(2)至(5)步与第一种精确对刀方法的同序号的对刀步骤相同。
(6)分别换非基准刀，把粗略对刀记录的刀偏置当作非基准刀程序起点的相对坐标，调用O1000程序试切，分别测量各段直径ΦDi和长度Li（i=1，4，3），与程序指令值比较，求出差值。
(7)步进移动或MDI运行刀架进行误差补偿，分别修调各非基准刀的程序起点位置。
(8)重复步骤（6）和（7），直至各非基准刀程序起点的位置在精度允许范围内为止。
(9)将CRT显示的相对坐标当作新刀偏置，输入到刀偏表的对应刀偏号的X、Z偏置栏内。此法简单方便，修正的刀偏置直接由CRT显示的机床相对坐标得到，避免了人工计算的失误，对刀精度较高。
2.3.3修调基准刀程序起点位置后，再同时修调全部非基准刀刀偏置法
此方法与第一种精确对刀方法基本相同，唯一不同之处在于步骤(7)中调用的程序是同时调用了三把刀加工的O1003程序（O1004去掉2号刀加工段为O1003程序），其余步骤相同。
2.3.4 四把刀同时修调法
如果采用相对刀偏法粗略对刀，先将得到的各非基准刀的刀偏置输入到刀偏表的相应位置，运行四把刀加工的O1004程序，分别测量各段直径ΦDi和长度Li（i=2，1，4，3），求出加工误差。对基准刀，以MDI运行或步进移动刀架补偿误差值，修调程序起点位置；对非基准刀，一方面在原刀偏置的基础上修正刀偏置，将新的刀偏置重新输入到刀偏表的X、Z偏置栏内；另一方面还应将基准刀的加工误差填入到该行的磨损栏内。如果采用绝对刀偏法粗略对刀，调用O1005程序试切，将各刀的加工误差补偿在其对应刀偏号的磨损栏内。
3数控铣床对刀
3.1数控铣床对刀简介
在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合某一理想基准点，这一过程称为对刀。对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置。它是数控加工中最重要的工作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。对刀作分为X 、Y向对刀和Z向对刀。
根据现有条件和加工精度要求选择对刀方法，可采用试切法、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。其中试切法对刀精度较低，加工中常用寻边器和Z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。
3.2数控铣床对刀工具的介绍
3.2.1寻边器
寻边器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的X、Y值，也可以测量工件的简单尺寸。
寻边器有偏心式和光电式等类型，如图3-1所示。其中以偏心式较为常用。 偏心式寻边器的测头一般为10mm和4mm两种的圆柱体 ，用弹簧拉紧在偏心式寻边器的测杆上。光电式寻边器的测头一般为10mm的钢球，用弹簧拉紧在光电式寻边器的测杆上，碰到工件时可以退让，并将电路导通，发出光讯号。通过光电式寻边器的指示和机床坐标位置可得到被测表面的坐标位置。
3.2.2Z轴设定器
Z轴设定器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的Z 轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。
Z轴设定器有光电式和指针式等类型，如图3-2所示。通过光电指示或指针判断刀具与对刀器是否接触，对刀精度一般可达0.005mm。Z轴设定器带有磁性表座，可以牢固地附着在工件或夹具上，其高度一般为50mm或100mm。
（a）、偏心式 (b)、光电式
图3-1 寻边器
（a）、光电式 (b)、指针式
图3-2 Z轴设定器
3.3对刀实例
3.3.1寻边器对刀法
以精加工过的零件毛坯,如图3-3所示，采用寻边器对刀，其详细步骤如下：
（1）、X，Y向对刀
①、将工件通过夹具装在机床工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出寻边器的测量位置。
②、快速移动工作台和主轴，让寻边器测头靠近工件的左侧；
③、改用手轮操作，让测头慢慢接触到工件左侧，直到目测寻边器的下部侧头与上固定端重合，将机床坐标设置为相对坐标值显示，按MDI面板上的按键X，然后按下INPUT，此时当前位置X坐标值为0；
④、抬起寻边器至工件上表面之上，快速移动工作台和主轴，让测头靠近工件右侧；
⑤、改用手轮操作，让测头慢慢接触到工件右侧，直到目测寻边器的下部侧头与上固定端重合，记下此时机械坐标系中的X坐标值，若测头直径为10mm,则坐标显示为110.000；
图3-3 100x60x30的毛坯
⑥、提起寻边器，然后将刀具移动到工件的X中心位置，中心位置的坐标值
110.000/2=55，然后按下X键，按INPUT键，将坐标设置为0，查看并记下此时机械坐标系中的X坐标值。此值为工件坐标系原点W在机械坐标系中的X坐标值。 ⑦、同理可测得工件坐标系原点W在机械坐标系中的Y坐标值。
（2）、Z向对刀
①、卸下寻边器，将加工所用刀具装上主轴；
②、准备一支直径为10mm的刀柄（用以辅助对刀操作）；
③、快速移动主轴，让刀具端面靠近工件上表面低于10mm，即小于辅助刀柄直径；
④、改用手轮微调操作，使用辅助刀柄在工件上表面与刀具之间的地方平推，一边用手轮微调Z轴，直到辅助刀柄刚好可以通过工件上表面与刀具之间的空隙，此时的刀具断面到工件上表面的距离为一把辅助刀柄的距离，10mm；
⑤、在相对坐标值显示的情况下，将Z轴坐标“清零”，将刀具移开工件正上方，然后将Z轴坐标向下移动10mm,记下此时机床坐标系中的Z值，此时的值为工件坐标系原点W在机械坐标系中的Z坐标值 ；
（3）将测得的X、Y、Z值输入到机床工件坐标系存储地址中（一般使用G54-G59代码存储对刀参数）。
3.3.2自动对刀
3.3.3直接用刀具试切对刀
一 对刀步骤
若把工件坐标系原点设在工件上表面对称中心时，对刀过程如下：
〈1〉X、Y轴对刀
一般铣床在X、Y方向对刀时可使用实际加工时所要使用的刀具来完成对刀。
（1）在手动方式下，把刀移到工件的右侧面。
（2）让主轴正转, 在增量方式下，先对X向，见图(a)，此时，屏幕显示X1=-334，则坐标原点的X坐标值应是X1-原点距基准刀具中心的尺寸即
X0=X1-L=-334-60-6=-400
。保持刀具与工件的位置不变，在G54坐标系输入X-400，则对刀结束。
（4）用同样的方法，把刀移到工件的前侧面，对好Y向， 屏幕显示Y1=-266,则Y0=Y1+L=-266-60-6=-200，同样，输入Y-200。
〈2〉 Z轴对刀
数控铣床Z轴对刀时，采用的是实际加工时所要使用的刀具来完成对刀。 选择刀具直接装刀（如选φ12、长120的平底铣刀，），手动方式下将刀具靠近工件上表面，记下此时的Z坐标值Z1=-135，则工件坐标系原点的Z坐标值为Z1=-135。
在G54坐标系中输入Z=-135值。
把当前坐标X、Y、Z 输入G54～G59
二 对刀方法的缺陷
在Z向对刀时我们使用比较多的是试切对刀法，但加工一个工件时常常需要用到不止一把刀。第二把刀的长度和第一把刀的长度不同，需要重新对零，这个时候如果我们还是用试切法对刀，必然加工的精度不高，这时候可以采用间接找零法，通常的方法是在一个工作台上找一个基准面，测量出该基准面到工件原点的距离，在刀具和基准面之间加入芯棒（可以是标准刀的刀杆），以标准芯棒恰好不能自由抽动为准，然后将刀具上升至工件原点所在深度（上升高度为基准面至工作原点的距离减去标准芯棒的直径）。
但是这种对刀方法存在以下方面的缺陷
（1）安全性差（如塞尺对刀硬碰硬刀尖易碰坏）
（2）占用时间多（如试切需反复切量几次）及人为带来的随机性误差大等缺点
4对刀仪
4. 1对刀仪的分类
在工件的加工过程中，工件装卸、刀具调整等辅助时间，占加工周期中相当大的比例，其中刀具的调整既费时费力，又不易准确，最后还需要试切。统计资料表明，一个工件的加工，纯机动时间大约只占总时间的55%，装夹和对刀等辅助时间占45%。因此，对刀仪便显示出极大的优越性。
4. 1. 1插拔式手臂（High Precision Removable Arm， HPRA）
HPRA的特点是对刀臂和基座可分离。使用时通过插拔机构把对刀臂安装至对刀仪基座上（图1），同时电器信号亦连通并进入可工作状态；用完后可将对刀臂从基座中拔出，放到合适的地方以保护精密的对刀臂和测头不受灰尘、碰撞的损坏，适合小型数控车床用。
4.1.2下拉式手臂（High Precision Pulldown Arm，HPPA）
HPPA的特点是对刀臂和基座旋转联接，是一体化的。使用时将对刀臂从保护套中摆动拉出（图2），不用时把对刀臂再收回保护套中，不必担心其在加工中受到损坏。不必频繁地插拔刀臂，避免了频繁插拔引起的磕碰。
4.1.3全自动对刀臂（High Precision Motorised Arm，HPMA） HPMA的特点是，对刀臂和基座通过力矩电机实现刀臂的摆出和摆回与HPPA的区别是加了力矩电机（见图2内括号中内容），提高了自动化程度。更重要的是可把刀臂的摆出、摆回通过M代码编到加工程序中，在加工循环过程中，即可方便地实现刀具磨损值的自动测量、补偿和刀具破损的监测，再配合自动上下料机构，可实现无人化加工。
4.2对刀仪的原理
对刀仪的核心部件是由一个高精度的开关（测头），一个高硬度、高耐磨的硬质合金四面体（对刀探针）和一个信号传输接口器组成（其他件略）。四面体探针是用于与刀具进行接触，并通过安装在其下的挠性支撑杆，把力传至高精度开关；开关所发出的通、断信号，通过信号传输接口器，传输到数控系统中进行刀具方向识别、运算、补偿、存取等。
数控机床的工作原理决定，当机床返回各自运动轴的机械参考点后，建立起来的是机床坐标系。该参考点一旦建立，相对机床零点而言，在机床坐标系各轴上的各个运动方向就有了数值上的实际意义。
对于安装了对刀仪的机床，对刀仪传感器距机床坐标系零点的各方向实际坐标值是一个固定值，需要通过参数设定的方法来精确确定，才能满足使用（图4），否则数控系统将无法在机床坐标系和对刀仪固定坐标之间进行相互位置的数据换算。
当机床建立了“机床坐标系”和“对刀仪固定坐标”后（不同规格的对刀仪应设置不同的固定坐标值），对刀仪的工作原理如下：
1．机床各直线运动轴返回各自的机械参考点之后，机床坐标系和对刀仪固定坐标之间的相对位置关系就建立起了具体的数值。
2．不论是使用自动编程控制，还是手动控制方式操作对刀仪，当移动刀具沿所选定的某个轴，使刀尖（或动力回转刀具的外径）靠向且触动对刀仪上四面探针的对应平面，并通过挠性支撑杆摆动触发了高精度开关传感器后，开关会立即通知系统锁定该进给轴的运动。因为数控系统是把这一信号作为高级信号来处理，所以动作的控制会极为迅速、准确。
3．由于数控机床直线进给轴上均装有进行位置环反馈的脉冲编码器，数控系统中也有记忆该进给轴实际位置的计数器。此时，系统只要读出该轴停止的准确位置，通过机床、对刀仪两者之间相对关系的自动换算，即可确定该轴刀具的刀尖（或直径）的初始刀具偏置值了。换一个角度说，如把它放到机床坐标系中来衡量，即相当于确定了机床参考点距机床坐标系零点的距离，与该刀具测量点距机床坐标系零点的距离及两者之间的实际偏差值。
4．不论是工件切削后产生的刀具磨损、还是丝杠热伸长后出现的刀尖变动量，只要再进行一次对刀操作，数控系统就会自动把测得的新的刀具偏置值与其初始刀具偏置值进行比较计算，并将需要进行补偿的误差值自动补入刀补存储区中。当然，如果换了新的刀具，再对其重新进行对刀，所获得的偏置值就应该是该刀具新的初始刀具偏置值了。
4.3对刀仪的精度
根据有关资料及实践证明，对刀仪测头重复精度1μm；15英寸以下卡盘，手臂旋转重复精度5μm。 18英寸及其以上卡盘的大规格，对刀臂的重复精度能达到8μm。这一精度可以满足大部分用户的需要而不需试切。
对刀仪的使用，减少了机床的辅助时间，降低了返工和废品率，若配合雷尼绍LP2工件测头一起使用，可显著提高机床效率和加工精度。
4.4对刀仪的注意事顼
1. 对刀刀具直径请控制在直径0.7以上,直径20以下.
2. 对刀速度请控制在200MM/MIN以下
3. 使用环境温度范围0-40C
4. 刀具与对刀仪接触面必需垂直,并且垂直向下与接触面接触.
5. 接触时不能超过对刀仪行程,否则对刀仪或刀具有损坏.
6. 对刀时的速度与机械的电气响应速度有关系,所以请设定指定内速度,为了确
保对刀精确,推荐对刀速度为50-200MM/MIN,对刀仪重复精度0.003MM以内
7. 当用手接触对刀仪接触面时请不要立即放开,以免损坏对刀仪内部构造.
8. 当刀具和对刀仪接触对刀结束后,必须垂直提刀离开接触面,不可以横向移动,
如果横向移动会损坏对刀仪.
9. 接触目惊心面上吹气吹不到地方或除不掉的铁屑及切削油,请经常扫一下.
10.对刀吹气的气压请控制在2-3KGF/CM.
5对刀表
5.1
对刀表的组成零件图
5.2实物图
5.3表身及小圆块加工
表身加工工艺过程如下表
小圆块加工工艺如下表
5.4对刀表各零配件的作用和装配时的注意事项
◎表身：加工表身的六个面时确保精度要在0.01以内，开完粗以后最好用磨床精磨，表身由于是平时用手拿的，必须将周边倒一个圆角，以免割伤。
◎百分表：百分表可以直接购买，但选购时要注意要选用质量较好的，质量不好的百分表有可能会影响加工精度。
◎小圆块：小圆块的加工选用要注意的一个问题是不能太大，小圆块是和百分表的侧头焊接在一起的，小圆块如果太大，会因为重力作用直接会把量杆往下压而不能复原，小圆块的直径以20mm厚度2.5mm为宜。
◎小螺钉：也可以直接购买，方便实惠。两个小螺钉是起到将百分表固定在表身上的作用注意上紧时不要用力过猛以免损坏百分表。
◎在完成所有零件的装配式有一工序是必须留在最后做的，就是将装配好的百分表放在磨床上精磨，精磨焊接在百分表的小圆块上,因为我们在焊接时很难保证小圆块是平行于水平面的，只能通过精磨将其修平行。但由于小圆块焊接在百分
表上是上下活动的，所以精磨之前我们还必须做一个小方块塞在小圆块和表身顶面之间将其固定好才可以加工。
◎在日常的使用中要注意对对刀表的保养工作，例如在一些活动的部位加上润滑油，再不用的时候要打上防锈油等等。
5.5对刀表的装配图
5.6对刀表的使用方法
◎在对第一把刀的Z时先用试切法、塞尺法等，记下此时工件原点的机床坐标。先将相对坐标Z轴清零，停转主轴的情况下把对刀表放在机床工作台平整台面上，（注每次都必须将工作台面及对刀表地面清理干净，不能留有铁屑、铜屑等，以免影响对到精度）在手轮模式下，移动刀具，用刀的底端压住对刀表的顶部，表盘指针转动最好在一圈以内，记下此时对刀表的示数，此时得出的相对坐标Z轴显示的数值就是工件原点至对刀表的距离，记下来一边下一把刀用。
◎抬高主轴至安全高度，开始运第一把刀的程序，待程式运行完成后，取下第一把刀，并把第二把刀装上，把对刀表放在机床工作台平整台面上，在手轮模式下向下移动主轴用刀的底端压对刀表的小圆块的中央位置，表盘指针转动，指针指向与第一把刀相同的示数位置，将相对坐标Z轴清零，然后抬高主轴至上一步骤的出来的距离（工件原点至百分表的距离）并将此事工件原点的Z轴的机床做标记下。
◎其余刀与第二把刀的对刀方法相同。
6. 废品分析及问题的解决
6.1造成废品的原因
6.1.1表面粗糙度大
表面粗糙度反应的是零件被加工表面的的微观几何误差，它主要由加工过程中刀具与工件表面间的摩擦、 它是指加工表面上具有的较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特征。
表面粗糙度对零件的耐磨性 耐腐蚀性 疲劳强度 接触刚度 可靠性 寿命及配合性能的影响较大，选择表面粗糙度时应遵从以下几个原则：
① 同一表面上，工作表面上的粗糙度值一定要比非工作表面小；
② 摩擦表面的粗糙度值应该比非摩擦表面小、运动速度高、单位面积压力
大的表面粗糙度值要小；
③ 配合精度越高，粗糙度值越小，间隙配合要比过赢配合粗糙度值小； ④ 配合性质相同时，零件尺寸越小，粗糙度值越小；
⑤ 要求密封、耐腐蚀或具有拆装性能的表面粗糙度值越小。
6.1.2工件夹伤及夹紧变形
把工件夹牢，就是指在已经定位好的位置上将工件可靠的夹住，以防止在加工时工件因受到切削力，离心力，冲击及振动的影响，发生不应有位移而破坏了定位。
虽然对工件要夹紧，但也不是夹的越紧越好，要根据工件的不同使用适当的夹紧力进行装夹。如果夹的太紧就会将工件夹伤，而使工件报废。对于薄壁类零件更不能使用过大的夹紧力这样会使薄壁类零件容易变形。
6.1.3形位公差超差
在现代的机械加工中，所需加工零件的外形复杂多变，具有不同外形特征的零件有不同的定位方式。常见的定位方式有：
(1)以平面定位；
(2)以外圆柱面定位；
包括：
（a）支撑定位 如常见的V型槽定位等
(b)定心定位 如套筒定位、三爪自定心定位等
(3)以圆孔定位 如心轴定位、定位销定位等；
(4)以一面两孔定位。
本设计中的零件，只有平整的平面，平面定位方式是能保证较高精度的简单、方便的定位方式，根据本零件外形特征，选用平面定位方式。
形位公差超差跟定位有很大的关系，如果定位不正确，形位公差就会超差。所以准确的定位很重要，本工件以下表面为基准定位。
6.1.4尺寸精度超差
尺寸精度超差可能有很多方面的原因：
（1）加工原理的误差
（2）机床的几何误差
（3）刀具和夹具的误差
（4）调整误差
（5）人为的误差
以上这些原因都有可能使尺寸精度超差
6.2质量超差解决方法
要保证工件表面的粗糙度值不仅要正确的制定合适的加工工艺，同时选择正确的切削参数也十分重要。在粗加工时，对粗糙度不作要求，应选择较小的转速及较大的进给量以快速去除余量，而在精加工时应选择较大的转速和较小的进给量及侧吃刀量以保证加工精度及表面粗糙度。同时应尽量加上切削液，以避免因“干铣”而造成表面加工质量差及粘刀损坏刀具情况的发生。
工件的夹伤及夹紧变形应该根据工件材料和形状进行判断，是否需要很大的夹紧力，避免不必要的报废提高效率，采用适当的夹紧力对工件进行装夹。
形位公差超差应该检查定位，机床的导轨等各个方面进行考虑，然后进行试切，以免造成不必要的浪费。
尺寸精度超差，如果大于要求的尺寸精度，可以在加工到符合技术要求，如果小于尺寸要求就是废品了，所以在加工过程中尽量大一点。（孔除外）。
结束语
本设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水，在三年的专科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
经过了一个多月的学习和工作，我以基本完成了《数控铣削加工工艺与编程》的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对相关技术很不了解的状态，到独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我感到非常兴奋和喜悦。虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段代码，都有我的劳动。当看着自己的程序，自己成天相伴的系统能够健康的运行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。
这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。最后，再次向精心指导我的李伟老师及所有为我提供帮助的同学和老师们表示最衷心的感谢。
谢辞
通过对这次毕业设计，使我很直观的感受到理论与实践相结合的真正意义之所在。理论是实践的方向标，而实践则是理论的试金石，如果没有坚实的理论知识做铺垫，恐怕实践将难以达到预期的目的。
这是我的第一份设计，肯定会有不少欠缺的地方，但是我感觉我完全可以适应这样的设计工作，缺少的只是经验，这是让我着实喜出望外的。这要感谢老师们的辛勤教导，让我从一个机械的门外汉变成了一个可以胜任一般设计及操作的业内人士，老师们平常的严格教育，使我对机械类知识有了一定的了解，在做这个设计的时候我才发现里面的内容全是老师们着重强调，也是现实有重要用途的知识，再一次感谢我的老师们不遗余力的灌输
三年的理论学习最终以这次毕业设计而告一段落，通过这次毕业设计使我具备了一定的独立思考，分析与学习的能力，而且还使我对机械产品方案的现代设计方法及发展趋势有深入的了解，为我以后的工作打下了坚实的基础。不仅使我拥有了理论知识，还拥有了技能和一定的实践经验，使作者终身受益。
在这次毕业设计中，我查阅了大量的参考文献，并且得到学校和李老师的大力支持和帮助。
在这里我对我的母校和帮助过的老师们说声：谢谢！并致以崇高的敬意。
参考文献
【1】 张兴辉. 数控加工与编程. 化学工业出版社.2005
【2】 毛江兵. 数控加工工艺.西安电子科技大学出版社.2006
【3】 陈丽. 摸具制造技术. 化学工业出版社. 2008
【4】 戴向国. Mastercam 9.0数控加工基础教程. 人民邮电出版社. 2004
【5】 何满才. 摸具设计与加工. 人民邮电出版社. 2004
【6】 刘鹰. 中文AutoCAD 2006辅助设计应用基础教程.西北工业大学出版社. 2007
【7】 张辛喜 机械制造基础 机械工业出版社
【8】赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书（第二版），北京：机械工业出版社;2000
【9】 邹青，机械制造技术基础课程设计指导教程 ，北京：机械工业出版社;2004
【10】 李益民 ，机械制造工艺设计简明手册，北京：机械工业出版社;1993
【11】 艾兴，肖涛刚，切削用量简明手册（第三版），北京：机械工业出版社;2002
【12】 王光斗，王光福， 机床夹具设计手册，第三版，上海：上海科学技术出版社2000
【13】 马俊一 ，机械制造技术基础（第二版）， 北京：机械工业出版社;2004
【14】 王先逵 ，机械制造工艺学，北京：机械工业出版社;1998
【15】 王小华 机床夹具图册，北京：机械工业出版社;1992
【16】 杨黎明 机床夹具手册，北京：国防工业出版社；1996
【17】 龚定安，蔡建国，机床夹具设计原理 西安：陕西科学技术出版社；1987
【18】 胡勇，机械制图，北京：中国人民大学出版社;2000
【摘要】
随着我国机械产业的迅速发展，数控行业必然朝着高效化、精密化、和全球化方向发展。而数控加工作为机械加工行业中最重要的单元之一，也必将迈上一个新的台阶。它对我国的经济的影响也会越来越重要。
CNC是机械加工的一种重要方法，可以加工形状复杂的精密零件。本毕业设计，介绍了本课题意义和数控制造加工工艺，讨论了数控加工程序的编制，分析了手工编程的方法和应用。通过本次毕业设计，达到了掌握数控编程技术的目的。
关键词：机械加工；数控铣；数控编程
Abstract：
The rapid development of China's machinery industry, the industry must move efficient CNC, precision, and globalization direction. The CNC machining for mechanical processing industry one of the most important unit, will also move to a new level. China's economy, its impact will become increasingly important.
CNC is an important way to the precision machining of complex shape parts. The graduation project, introduced the subject of the meaning and CNC manufacturing processes, discussed the preparation of numerical control processing, analysis and application of manual programming
methods. Through this graduation project, reaching to grasp the purpose of numerical control programming.
Key words: mechanical processing; CNC milling; CNC Programming
前 言
数控技术(Numerical Control，简称NC)是近代迅速发展起来的一门自动控制技术，它是工厂自动化的实用化基础技术，是综合计算机、自动检测、及高精密机械等高技术的产物，对国民经济主导工业的发展具有举足轻重的推动作用。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业渗透形成的机电一体化产品，计算机对传统机械制造产业的渗透，完全改变了制造业。NC技术从发明到现在，已有近50年的历史。近年来，机械产品更新换代的速度不断加快，而且朝着大型、成套复杂、精密、高效、高运行参数等方向发展，从而对机械制造工艺提出了更高的要求。以优质、低耗、洁净、灵活为特征的先进数控加工工艺在发达国家得到发展和普遍应用，也受到国内有关人士的高度重视。
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合某一理想基准点，这一过程称为对刀。对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置。它是数控加工中最重要的工作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。华中世纪星车削系统是武汉华中数控股份公司近年推出的优秀国产数控车削系统，是2004年首届全国数控技能大赛的指定数控车削系统之一。但遗憾的是，华中公司以往多通过其技术人员口头向用户说明对刀操作，在他们编写的《操作说明书》中却没有提到对刀操作，给用户学习、使用带来不便。而数控铣床对刀作分为X 、Y向对刀和Z向对刀。根据现有条件和加工精度要求选择试切法对刀精度较低，可采用试切法、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。加工中常用寻边器和Z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。笔者通过实践探索，结合教学、技能考证培训与加工实践的经验，将该系统的几种快速准确的对刀方法予以小结，供大家参考，希望借此对国产数控系统的推广，推动我国数控技能人才的培训尽一点微薄之力。
目录
前 言 ............................................................................ 2 1 数控技术基本知识 ............................................................... 6
1.1数控技术概念 .............................................................. 6
1.2数控编程方法简介 .......................................................... 6
1.3数控机床编程的主要内容 .................................................... 7
1.4数控加工程序的结构 ........................................................ 7
1. 4. 1程序的构成：由多个程序段组成。 ................................................................................. 7
1.4.2程序段格式： ..................................................................................................................... 8
1.4.3基点坐标的计算 ................................................................................................................. 8
1.4.4节点坐标的计算 ................................................................................................................. 8 2 数控车床对刀 .................................................................................................................................................... 9 2. 1数控车试切对刀法的原理及对刀思路 ........................................... 9 2. 2粗略对刀方法小结 ......................................................... 12
2.2.1选定基准到为标准刀，自动设置刀偏置法 ..................................................................... 12
2.2.2将基准刀在对刀基准点处坐标值置零，自动显示刀偏置法 ......................................... 13
2.2.3多刀试切外圆轴段，人工获得刀偏置法 ......................................................................... 14
2.2.4世纪星车削数控系统，多刀自动对刀法 ......................................................................... 16 2. 3精确对刀方法小结 ......................................................... 17
2.3.1基准刀修正程序起点位置后，在单独修调各非基准刀刀偏置法 ................................. 17
2.3.2各刀分别修调程序起点位置法 ......................................................................................... 18
2.3.3修调基准刀程序起点位置后，在同时修调全部非基准刀刀偏置法错误！未定义书签。
2.3.4四把刀同时修调法 ............................................................................. 错误！未定义书签。 3 数控铣床对刀 .................................................................................................................................................. 19 3. 1数控车床对刀简介 ......................................... 错误！未定义书签。 3. 2数控车床对刀工具介绍 ..................................................... 20
3.2.1寻边器 ................................................................................................................................. 20
3.2.2Z轴设定器 ........................................................................................................................... 20 3. 3对刀实例 ................................................................. 21
3.3.1寻边器对刀法 ..................................................................................................................... 21
3.3.2自动对刀 ............................................................................................................................. 22
3.3.3直接用刀具试切对刀 ......................................................................................................... 23
4对刀仪 ........................................................................ 25 4. 1对刀仪的分类 ............................................................. 25
4.1.1插拔式手臂 ......................................................................................................................... 26
4.1.2下拉式手臂 ......................................................................................................................... 27
4. 1. 3全自动对刀臂………………………………………………………………………...27 4. 2对刀仪的原理 ............................................................. 28 4. 3对刀仪的精度 ............................................................. 30 4. 4对刀仪的注意事项 ......................................................... 30
5对刀表 ........................................................................ 31 5. 1对刀表的组成零件图 ....................................................... 31 5. 2实物图 ................................................................... 31 5. 3表身及小圆块加工 ......................................................... 31 5. 4对刀表各零配件的作用和装配时的注意事项 .................................... 32 5. 5对刀表的装配图 ........................................................... 33 5. 6对刀表的使用发法 ......................................................... 33
6. 废品分析及问题的解决 ......................................................... 34
6.1造成废品的原因 ............................................................ 34
6.1.1表面粗糙度大 ..................................................................................................................... 34
6.1.2工件夹伤及夹紧变形 ......................................................................................................... 34
6.1.3形位公差超差 ..................................................................................................................... 34
6.1.4尺寸精度超差 ..................................................................................................................... 35
6.2质量超差解决方法 .......................................................... 35
结束语 .......................................................................... 36
谢辞 ............................................................................ 37
参考文献 ........................................................................ 38
1 数控技术基本知识
1.1数控技术概念
数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。
1.2 数控编程方法简介
1.数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和CAD/CAM 。
由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。
2. 自动编程
使用计算机或程编机，完成零件程序的编制的过程，对于复杂的零件很方便。
3. CAD/CAM
利用CAD/CAM软件，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件虽然功能单一，但简单易学，价格较低，仍是目前中小企业的选择。
1.3数控机床编程的主要内容
分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。
数控机床的步骤
1) 分析零件图样和工艺处理
根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。
同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。
2) 数学处理
编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。
3) 编写零件程序清单
加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。
4) 程序输入
5) 程序校验与首件试切
1.4数控加工程序的结构
1.4.1程序的构成：由多个程序段组成。
O1；机能指定程序名，每个程序号对应一个加工零件。
%1 程序开头必须用的.
N10 G91X50Y50;赠量编程
N20 G90 G00 X50 Y60；绝对编程
N30 M98 调用子程序。
N50 M99 子程序调用结束
N80 G68 坐标系旋转
N100 G69坐标系旋转取消
N150 M05； 主轴停止
N160 M02； 程序结束
1.4.2程序段格式：
1) 字地址格式：如N020 G90 G00 X50 Y60； 最常用的格式，现代数控机床都采用它。地址Ｎ为程序段号，地址G和数字90构成字地址为准备功能，G00为机床快速移动X50 Y60为移动到的工件坐标。
2) 可变程序段格式：如B2000 B3000 B6000；
使用分割符B各开各个字，若没有数据，分割符不能省去。常见于数控线切割机床，另外，还有3D编程等格式。
1.4.3基点坐标的计算
一般数控机床只有直线和圆弧插补功能。对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。
1) 基点的含义
构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。
2) 直接计算的内容
根据填写加工程序单的要求，基点直接计算的内容有：每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标，圆弧运动轨迹的圆心坐标值。
基点直接计算的方法比较简单，一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算出数值。在计算时，要注意小数点后的位数要留够，以保证足够的精度。
1.4.4节点坐标的计算
对于一些平面轮廓是非圆方程曲线Y=F（X）组成，如渐开线、阿基米德螺线等，只能用能够加工的直线和圆弧去逼近它们。这时数值计算的任务就是计算节点的坐标。
1) 节点的定义
当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线，这称为拟合处理。拟合线段的交点或切点称为节点。
2) 节点坐标的计算
节点坐标的计算难度和工作量都较大，故常通过计算机完成，必要时也可由人工计算,常用的有直线逼近法（等间距法、等步长法、和等误差法）和圆弧逼近法。
有人用AutoCAD绘图，然后捕获坐标点，在精度允许的范围内，也是一个简易而有效的方法．
2 数控车床对刀
2.1.数控车试切对刀法的原理及对刀思路
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。华中世纪星车削系统是武汉华中数控股份公司近年推出的优秀国产数控车削系统，是2004年首届全国数控技能大赛的指定数控车削系统之一。但遗憾的是，华中公司以往多通过其技术人员口头向用户说明对刀操作，在他们编写的《操作说明书》中却没有提到对刀操作，给用户学习、使用带来不便。笔者通过实践探索，结合教学、技能考证培训与加工实践的经验，将该系统的几种快速准确的试切对刀方法予以小结，供大家参考，希望借此对国产数控系统的推广，推动我国数控技能人才的培训尽一点微薄之力。
深入理解数控车床的对刀原理对于操作者保持清晰的对刀思路、熟练掌握对刀操作以及提出新的对刀方法都具有指导意义。对刀的实质是确定随编程而变化的工件坐标系的程序原点在唯一的机床坐标系中的位置。对刀的主要工作是获得基准刀程序起点的机床坐标和确定非基准刀相对于基准刀的刀偏置。本文作以下约定来说明试切法对刀的原理与思路：使用华中世纪星教学型车削系统HNC-21T（应用软件版本号为5.30）；以工件右端面中心为程序原点，用G92指令设定工件坐标系；直径编程，程序起点H的工件坐标为（100，50）；刀架上装四把刀：1号刀为90°外圆粗车刀、2号基准刀为90°外圆精车刀、3号刀为切断刀、4号刀为60°三角螺纹刀（全文所举实例均与此相同）。
如图2-1所示，基准刀按照“手动试切工件的外圆与端面，分别记录显示器（CRT）显示试切点A的X、Z机床坐标→推出程序原点O的机床坐标→推出程序起点H的机床坐标”的思路对刀。根据A点与O点的机床坐标的关系：XO= XA－Φd，ZO =ZA，可以推出程序原点O的机床坐标。再根据H相对于O点的工件坐标为(100,50)，最后推出H点的机床坐标：XH=100－Φd，ZH= ZA+50。这样建立的工件坐标系是以基准刀的刀尖位置建立的工件坐标系。
图2-1 手动试切对刀示意图
如图2-2所示，由于各刀装夹在刀架的X、Z方向的伸长和位置不同，当非基准刀转位到加工位置时，刀尖位置B相对于A点就有偏置，原来建立的工件坐标系就不再适用了。此外，每把刀具在使用过程中还会出现不同程度的磨损，因此各刀的刀偏置和磨损值需要进行补偿。获得各刀刀偏置的基本原理是：各刀均对准工件上某一基准点（如图1的A点或O点），由于CRT显示的机床坐标不同，因此将非基准刀在该点处的机床坐标通过人工计算或系统软件计算减去基准刀在同样点的机床坐标，就得到了各非基准刀的刀偏置。
图2-2 刀具的偏置和磨损补偿
受多种因素的影响，手动试切对刀法的对刀精度十分有限，将这一阶段的对刀称为粗略对刀。为得到更加准确的结果，如图2-3所示，加工前在零件加工余量范围内设计简单的自动试切程序，通过“自动试切→测量→误差补偿”的思路，反复修调基准刀的程序起点位置和非基准刀的刀偏置，使程序加工指令值与实际测量值的误差达到精度要求，将这一阶段的对刀称为精确对刀。由于保证基准刀程序起点处于精确位置是得到准确的非基准刀刀偏置的前提，因此一般修正了前者后再修正后者。
综合这两个阶段的对刀，试切法对刀的基本操作流程如下：用基准刀手动试切得到对刀基准点的机床坐标→人工计算或自动获得各非基准刀的刀偏置→基准刀处于大概的程序起点位置→基准刀反复调用试切程序，测量尺寸后，以步进或MDI方式移动刀架进行误差补偿，修正其程序起点的位置→非基准刀反复调用试切程序，在原刀偏置的基础上修正刀偏置→基准刀处于准确的程序起点不动。
图2-3 多刀试切对刀示意图
2.2粗略对刀方法小结
下述每种方法的对刀准备工作均相同：在系统MDI功能子菜单下按F2键，进入刀偏表；用▲、键移动蓝色亮条到各刀对应的刀偏号位置，按F5键；将刀偏号为#0000、#0001、#0002、#0003、#0004的X偏置、Z偏置的数据均修改为零，再按下F5键。
2.2.1 选定基准刀为标准刀，自动设置刀偏置法
如图2-1、图2-4所示，对刀步骤如下：
(1)用▲、键移动蓝色亮条对准2号基准刀的刀偏号#0002位置处，按F5键设置2号刀为标准刀具，则所在行变成红色亮条。
(2)用基准刀试切工件右端面，记录试切点A的Z机床坐标；试切工件外圆，记录A点的X机床坐标，退刀后停车，测量已切削轴段外径ΦD。
(3)基准刀按记录值通过“点动+步进”方式重回A点，在刀偏表的试切直径和试切长度栏内分别输入ΦD和零。
(4)退刀，选择非基准刀的刀号手动换刀，让各非基准刀的刀尖分别在主轴转动下通过“点动+步进”方式目测对准A点，然后分别在相应刀偏号的试切直径栏和试切长度栏内输入ΦD和零，则各非基准刀的刀偏置会在X、Z偏置栏处自动显示。
(5)基准刀重回A点后，MDI运行“G91 G00/或G01 X[100-ΦD] Z50”，使其处于程序起点位置。
图2-4 基准刀为标刀自动设置刀偏置示意图
2.2.2将基准刀在对刀基准点处坐标置零，自动显示刀偏置法 如图2-1、图2-5所示，对刀步骤如下：
(1)与前述步骤（2）相同。
(2)基准刀按记录值通过“点动+步进”方式重回试切点A。
(3)在图2-4界面按F1键“X轴置零”，按F2键“Z轴置零”，则CRT显示的“相对实际坐标”为（0，0）。
(4)手动换非基准刀，使其刀尖目测对齐A点，这时CRT上显示的“相对实际坐标”的数值，就是该刀相对于基准刀的刀偏置，用▲、键移动蓝色亮条到非基准刀的刀偏号，分别将其记录并输入到相应位置。
(5)与前述步骤（5
）相同。
图2-5 基准刀在对刀基准点坐标置零自动显示刀偏置示意图
2.2.3 多刀试切外圆轴段，人工计算获得刀偏置法
如图2-6所示，系统在手动状态下对好1、2、4号刀，并切出一个台阶
轴，分别记录各刀切削终点（如图2-6中F、E、D点）的机床坐标，并测量各段的直径和长度。换3号切断刀，切一退刀槽，以切断刀的右尖点对刀，记录B点坐标，测量图示的ΦD3和L3。获得了上述数据后，根据各刀对应的F、E、D、B点与程序原点O的坐标增量关系，可知基准刀的程序起点的机床坐标为
（ X2-ΦD2+100，Z2-L2+50）；而且可以推出各非基准刀对应程序原点的机床坐标并通过人工计算获得刀偏置，计算方法如表2-1所示，将记录值和计算值填入相应空格处。这里要注意：试切长度是指工件坐标零点至试切终点之间Z方向的有向距离，按坐标轴方向确定正、负方向。
图2-6 多刀手动试切示意图
表2-1 非基准刀的刀偏置计算表
此法试切过程简单，省去了目测对齐试切点的步骤，但刀偏置需要人工计算获得。如果将含计算公式的计算表打印出来，数值填入其对应空格内计算，就能很快算
出刀偏置。
图2-7 世纪星车削数控系统自动对刀示意图
2.2.4 世纪星车削数控系统，多刀自动对刀法
上述对刀方法均为相对刀偏法。HNC-21T经过专业人员进行参数的设定和系统调试，还可以让用户选择“绝对刀偏法”对刀。绝对刀偏法在加工程序编制上与前述相对刀偏法略有不同，不必要用G92或G54建立工件坐标系，也不用取消刀补，实例可参见程序O1005。其对刀步骤如下：系统回零后，如图2-6所示，
让各刀分别手动试切一圆柱段，测量直径与长度尺寸后，按图2-7所示填入在各刀对应刀偏号的试切直径于试切长度栏内，依据在“多刀试切外圆轴段，人工计算获得刀偏置法”中讲述的原理，系统软件能自动算出各刀对应程序原点的机床坐标，从而达到自动对刀的目的。这种对刀方法最快捷，特别适合于工业生产。
2.3精确对刀方法小结
精确对刀阶段总的思路是“自动试切→测量→误差补偿”。误差补偿分两种情况：对于基准刀MDI运行或步进移动刀架补偿其程序起点位置；对于非基准刀补偿其刀偏置或磨损值。为避免记录混乱，设计表2-2所示的表格记录并计算数值。
表2-2 试切法对刀记录表（单位：mm）
2.3.1基准刀修正程序起点位置后，再单独修调各非基准刀刀偏置法 如图2-3所示，对刀步骤如下：
(1)基准刀处于粗略对刀后的程序起点位置，将各非基准刀刀偏置输入到刀偏表的相应位置。
(2)调用加工ΦD2×L2的O1000程序试切。
(3)测量切削轴段的直径与长度，与程序指令值比较，求出误差。
(4)步进移动或MDI运行误差值，修调程序起点位置。
(5)根据测量尺寸，动态修改O1000程序下划线的指令数值并保存程序，重复步骤(2)、(3)，直至基准刀程序起点被修正在精度允许范围内为止，记录修正后程序起点的机床坐标并将坐标置零。
(6)分别调用O1001（1、4号刀）、O1002（3号刀）程序试切，测量各段直径ΦDi和长度Li（i=1，4，3）。
(7)按表2-3所示方法进行误差补偿。
(8)重复步骤(6)至步骤(7)，直至加工误差在精度范围内，基准刀停在程序
起点位置不再移动。
表2-3 自动试切圆柱轴段的实际测量尺寸与程序指令值的误差补偿举例（单位：mm）
2.3.2 各刀分别修调程序起点位置法
此法的对刀原理为：各刀均修正其程序起点位置，从而间接保证对准同一程序原点位置。
如图2-3所示，对刀步骤如下：
(1) 2号基准刀处于粗略对刀后的程序起点位置，且将各非基准刀刀偏置记录后均修改为零。
(2)至(5)步与第一种精确对刀方法的同序号的对刀步骤相同。
(6)分别换非基准刀，把粗略对刀记录的刀偏置当作非基准刀程序起点的相对坐标，调用O1000程序试切，分别测量各段直径ΦDi和长度Li（i=1，4，3），与程序指令值比较，求出差值。
(7)步进移动或MDI运行刀架进行误差补偿，分别修调各非基准刀的程序起点位置。
(8)重复步骤（6）和（7），直至各非基准刀程序起点的位置在精度允许范围内为止。
(9)将CRT显示的相对坐标当作新刀偏置，输入到刀偏表的对应刀偏号的X、Z偏置栏内。此法简单方便，修正的刀偏置直接由CRT显示的机床相对坐标得到，避免了人工计算的失误，对刀精度较高。
2.3.3修调基准刀程序起点位置后，再同时修调全部非基准刀刀偏置法
此方法与第一种精确对刀方法基本相同，唯一不同之处在于步骤(7)中调用的程序是同时调用了三把刀加工的O1003程序（O1004去掉2号刀加工段为O1003程序），其余步骤相同。
2.3.4 四把刀同时修调法
如果采用相对刀偏法粗略对刀，先将得到的各非基准刀的刀偏置输入到刀偏表的相应位置，运行四把刀加工的O1004程序，分别测量各段直径ΦDi和长度Li（i=2，1，4，3），求出加工误差。对基准刀，以MDI运行或步进移动刀架补偿误差值，修调程序起点位置；对非基准刀，一方面在原刀偏置的基础上修正刀偏置，将新的刀偏置重新输入到刀偏表的X、Z偏置栏内；另一方面还应将基准刀的加工误差填入到该行的磨损栏内。如果采用绝对刀偏法粗略对刀，调用O1005程序试切，将各刀的加工误差补偿在其对应刀偏号的磨损栏内。
3数控铣床对刀
3.1数控铣床对刀简介
在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合某一理想基准点，这一过程称为对刀。对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置。它是数控加工中最重要的工作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。对刀作分为X 、Y向对刀和Z向对刀。
根据现有条件和加工精度要求选择对刀方法，可采用试切法、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。其中试切法对刀精度较低，加工中常用寻边器和Z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。
3.2数控铣床对刀工具的介绍
3.2.1寻边器
寻边器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的X、Y值，也可以测量工件的简单尺寸。
寻边器有偏心式和光电式等类型，如图3-1所示。其中以偏心式较为常用。 偏心式寻边器的测头一般为10mm和4mm两种的圆柱体 ，用弹簧拉紧在偏心式寻边器的测杆上。光电式寻边器的测头一般为10mm的钢球，用弹簧拉紧在光电式寻边器的测杆上，碰到工件时可以退让，并将电路导通，发出光讯号。通过光电式寻边器的指示和机床坐标位置可得到被测表面的坐标位置。
3.2.2Z轴设定器
Z轴设定器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的Z 轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。
Z轴设定器有光电式和指针式等类型，如图3-2所示。通过光电指示或指针判断刀具与对刀器是否接触，对刀精度一般可达0.005mm。Z轴设定器带有磁性表座，可以牢固地附着在工件或夹具上，其高度一般为50mm或100mm。
（a）、偏心式 (b)、光电式
图3-1 寻边器
（a）、光电式 (b)、指针式
图3-2 Z轴设定器
3.3对刀实例
3.3.1寻边器对刀法
以精加工过的零件毛坯,如图3-3所示，采用寻边器对刀，其详细步骤如下：
（1）、X，Y向对刀
①、将工件通过夹具装在机床工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出寻边器的测量位置。
②、快速移动工作台和主轴，让寻边器测头靠近工件的左侧；
③、改用手轮操作，让测头慢慢接触到工件左侧，直到目测寻边器的下部侧头与上固定端重合，将机床坐标设置为相对坐标值显示，按MDI面板上的按键X，然后按下INPUT，此时当前位置X坐标值为0；
④、抬起寻边器至工件上表面之上，快速移动工作台和主轴，让测头靠近工件右侧；
⑤、改用手轮操作，让测头慢慢接触到工件右侧，直到目测寻边器的下部侧头与上固定端重合，记下此时机械坐标系中的X坐标值，若测头直径为10mm,则坐标显示为110.000；
图3-3 100x60x30的毛坯
⑥、提起寻边器，然后将刀具移动到工件的X中心位置，中心位置的坐标值
110.000/2=55，然后按下X键，按INPUT键，将坐标设置为0，查看并记下此时机械坐标系中的X坐标值。此值为工件坐标系原点W在机械坐标系中的X坐标值。 ⑦、同理可测得工件坐标系原点W在机械坐标系中的Y坐标值。
（2）、Z向对刀
①、卸下寻边器，将加工所用刀具装上主轴；
②、准备一支直径为10mm的刀柄（用以辅助对刀操作）；
③、快速移动主轴，让刀具端面靠近工件上表面低于10mm，即小于辅助刀柄直径；
④、改用手轮微调操作，使用辅助刀柄在工件上表面与刀具之间的地方平推，一边用手轮微调Z轴，直到辅助刀柄刚好可以通过工件上表面与刀具之间的空隙，此时的刀具断面到工件上表面的距离为一把辅助刀柄的距离，10mm；
⑤、在相对坐标值显示的情况下，将Z轴坐标“清零”，将刀具移开工件正上方，然后将Z轴坐标向下移动10mm,记下此时机床坐标系中的Z值，此时的值为工件坐标系原点W在机械坐标系中的Z坐标值 ；
（3）将测得的X、Y、Z值输入到机床工件坐标系存储地址中（一般使用G54-G59代码存储对刀参数）。
3.3.2自动对刀
3.3.3直接用刀具试切对刀
一 对刀步骤
若把工件坐标系原点设在工件上表面对称中心时，对刀过程如下：
〈1〉X、Y轴对刀
一般铣床在X、Y方向对刀时可使用实际加工时所要使用的刀具来完成对刀。
（1）在手动方式下，把刀移到工件的右侧面。
（2）让主轴正转, 在增量方式下，先对X向，见图(a)，此时，屏幕显示X1=-334，则坐标原点的X坐标值应是X1-原点距基准刀具中心的尺寸即
X0=X1-L=-334-60-6=-400
。保持刀具与工件的位置不变，在G54坐标系输入X-400，则对刀结束。
（4）用同样的方法，把刀移到工件的前侧面，对好Y向， 屏幕显示Y1=-266,则Y0=Y1+L=-266-60-6=-200，同样，输入Y-200。
〈2〉 Z轴对刀
数控铣床Z轴对刀时，采用的是实际加工时所要使用的刀具来完成对刀。 选择刀具直接装刀（如选φ12、长120的平底铣刀，），手动方式下将刀具靠近工件上表面，记下此时的Z坐标值Z1=-135，则工件坐标系原点的Z坐标值为Z1=-135。
在G54坐标系中输入Z=-135值。
把当前坐标X、Y、Z 输入G54～G59
二 对刀方法的缺陷
在Z向对刀时我们使用比较多的是试切对刀法，但加工一个工件时常常需要用到不止一把刀。第二把刀的长度和第一把刀的长度不同，需要重新对零，这个时候如果我们还是用试切法对刀，必然加工的精度不高，这时候可以采用间接找零法，通常的方法是在一个工作台上找一个基准面，测量出该基准面到工件原点的距离，在刀具和基准面之间加入芯棒（可以是标准刀的刀杆），以标准芯棒恰好不能自由抽动为准，然后将刀具上升至工件原点所在深度（上升高度为基准面至工作原点的距离减去标准芯棒的直径）。
但是这种对刀方法存在以下方面的缺陷
（1）安全性差（如塞尺对刀硬碰硬刀尖易碰坏）
（2）占用时间多（如试切需反复切量几次）及人为带来的随机性误差大等缺点
4对刀仪
4. 1对刀仪的分类
在工件的加工过程中，工件装卸、刀具调整等辅助时间，占加工周期中相当大的比例，其中刀具的调整既费时费力，又不易准确，最后还需要试切。统计资料表明，一个工件的加工，纯机动时间大约只占总时间的55%，装夹和对刀等辅助时间占45%。因此，对刀仪便显示出极大的优越性。
4. 1. 1插拔式手臂（High Precision Removable Arm， HPRA）
HPRA的特点是对刀臂和基座可分离。使用时通过插拔机构把对刀臂安装至对刀仪基座上（图1），同时电器信号亦连通并进入可工作状态；用完后可将对刀臂从基座中拔出，放到合适的地方以保护精密的对刀臂和测头不受灰尘、碰撞的损坏，适合小型数控车床用。
4.1.2下拉式手臂（High Precision Pulldown Arm，HPPA）
HPPA的特点是对刀臂和基座旋转联接，是一体化的。使用时将对刀臂从保护套中摆动拉出（图2），不用时把对刀臂再收回保护套中，不必担心其在加工中受到损坏。不必频繁地插拔刀臂，避免了频繁插拔引起的磕碰。
4.1.3全自动对刀臂（High Precision Motorised Arm，HPMA） HPMA的特点是，对刀臂和基座通过力矩电机实现刀臂的摆出和摆回与HPPA的区别是加了力矩电机（见图2内括号中内容），提高了自动化程度。更重要的是可把刀臂的摆出、摆回通过M代码编到加工程序中，在加工循环过程中，即可方便地实现刀具磨损值的自动测量、补偿和刀具破损的监测，再配合自动上下料机构，可实现无人化加工。
4.2对刀仪的原理
对刀仪的核心部件是由一个高精度的开关（测头），一个高硬度、高耐磨的硬质合金四面体（对刀探针）和一个信号传输接口器组成（其他件略）。四面体探针是用于与刀具进行接触，并通过安装在其下的挠性支撑杆，把力传至高精度开关；开关所发出的通、断信号，通过信号传输接口器，传输到数控系统中进行刀具方向识别、运算、补偿、存取等。
数控机床的工作原理决定，当机床返回各自运动轴的机械参考点后，建立起来的是机床坐标系。该参考点一旦建立，相对机床零点而言，在机床坐标系各轴上的各个运动方向就有了数值上的实际意义。
对于安装了对刀仪的机床，对刀仪传感器距机床坐标系零点的各方向实际坐标值是一个固定值，需要通过参数设定的方法来精确确定，才能满足使用（图4），否则数控系统将无法在机床坐标系和对刀仪固定坐标之间进行相互位置的数据换算。
当机床建立了“机床坐标系”和“对刀仪固定坐标”后（不同规格的对刀仪应设置不同的固定坐标值），对刀仪的工作原理如下：
1．机床各直线运动轴返回各自的机械参考点之后，机床坐标系和对刀仪固定坐标之间的相对位置关系就建立起了具体的数值。
2．不论是使用自动编程控制，还是手动控制方式操作对刀仪，当移动刀具沿所选定的某个轴，使刀尖（或动力回转刀具的外径）靠向且触动对刀仪上四面探针的对应平面，并通过挠性支撑杆摆动触发了高精度开关传感器后，开关会立即通知系统锁定该进给轴的运动。因为数控系统是把这一信号作为高级信号来处理，所以动作的控制会极为迅速、准确。
3．由于数控机床直线进给轴上均装有进行位置环反馈的脉冲编码器，数控系统中也有记忆该进给轴实际位置的计数器。此时，系统只要读出该轴停止的准确位置，通过机床、对刀仪两者之间相对关系的自动换算，即可确定该轴刀具的刀尖（或直径）的初始刀具偏置值了。换一个角度说，如把它放到机床坐标系中来衡量，即相当于确定了机床参考点距机床坐标系零点的距离，与该刀具测量点距机床坐标系零点的距离及两者之间的实际偏差值。
4．不论是工件切削后产生的刀具磨损、还是丝杠热伸长后出现的刀尖变动量，只要再进行一次对刀操作，数控系统就会自动把测得的新的刀具偏置值与其初始刀具偏置值进行比较计算，并将需要进行补偿的误差值自动补入刀补存储区中。当然，如果换了新的刀具，再对其重新进行对刀，所获得的偏置值就应该是该刀具新的初始刀具偏置值了。
4.3对刀仪的精度
根据有关资料及实践证明，对刀仪测头重复精度1μm；15英寸以下卡盘，手臂旋转重复精度5μm。 18英寸及其以上卡盘的大规格，对刀臂的重复精度能达到8μm。这一精度可以满足大部分用户的需要而不需试切。
对刀仪的使用，减少了机床的辅助时间，降低了返工和废品率，若配合雷尼绍LP2工件测头一起使用，可显著提高机床效率和加工精度。
4.4对刀仪的注意事顼
1. 对刀刀具直径请控制在直径0.7以上,直径20以下.
2. 对刀速度请控制在200MM/MIN以下
3. 使用环境温度范围0-40C
4. 刀具与对刀仪接触面必需垂直,并且垂直向下与接触面接触.
5. 接触时不能超过对刀仪行程,否则对刀仪或刀具有损坏.
6. 对刀时的速度与机械的电气响应速度有关系,所以请设定指定内速度,为了确
保对刀精确,推荐对刀速度为50-200MM/MIN,对刀仪重复精度0.003MM以内
7. 当用手接触对刀仪接触面时请不要立即放开,以免损坏对刀仪内部构造.
8. 当刀具和对刀仪接触对刀结束后,必须垂直提刀离开接触面,不可以横向移动,
如果横向移动会损坏对刀仪.
9. 接触目惊心面上吹气吹不到地方或除不掉的铁屑及切削油,请经常扫一下.
10.对刀吹气的气压请控制在2-3KGF/CM.
5对刀表
5.1
对刀表的组成零件图
5.2实物图
5.3表身及小圆块加工
表身加工工艺过程如下表
小圆块加工工艺如下表
5.4对刀表各零配件的作用和装配时的注意事项
◎表身：加工表身的六个面时确保精度要在0.01以内，开完粗以后最好用磨床精磨，表身由于是平时用手拿的，必须将周边倒一个圆角，以免割伤。
◎百分表：百分表可以直接购买，但选购时要注意要选用质量较好的，质量不好的百分表有可能会影响加工精度。
◎小圆块：小圆块的加工选用要注意的一个问题是不能太大，小圆块是和百分表的侧头焊接在一起的，小圆块如果太大，会因为重力作用直接会把量杆往下压而不能复原，小圆块的直径以20mm厚度2.5mm为宜。
◎小螺钉：也可以直接购买，方便实惠。两个小螺钉是起到将百分表固定在表身上的作用注意上紧时不要用力过猛以免损坏百分表。
◎在完成所有零件的装配式有一工序是必须留在最后做的，就是将装配好的百分表放在磨床上精磨，精磨焊接在百分表的小圆块上,因为我们在焊接时很难保证小圆块是平行于水平面的，只能通过精磨将其修平行。但由于小圆块焊接在百分
表上是上下活动的，所以精磨之前我们还必须做一个小方块塞在小圆块和表身顶面之间将其固定好才可以加工。
◎在日常的使用中要注意对对刀表的保养工作，例如在一些活动的部位加上润滑油，再不用的时候要打上防锈油等等。
5.5对刀表的装配图
5.6对刀表的使用方法
◎在对第一把刀的Z时先用试切法、塞尺法等，记下此时工件原点的机床坐标。先将相对坐标Z轴清零，停转主轴的情况下把对刀表放在机床工作台平整台面上，（注每次都必须将工作台面及对刀表地面清理干净，不能留有铁屑、铜屑等，以免影响对到精度）在手轮模式下，移动刀具，用刀的底端压住对刀表的顶部，表盘指针转动最好在一圈以内，记下此时对刀表的示数，此时得出的相对坐标Z轴显示的数值就是工件原点至对刀表的距离，记下来一边下一把刀用。
◎抬高主轴至安全高度，开始运第一把刀的程序，待程式运行完成后，取下第一把刀，并把第二把刀装上，把对刀表放在机床工作台平整台面上，在手轮模式下向下移动主轴用刀的底端压对刀表的小圆块的中央位置，表盘指针转动，指针指向与第一把刀相同的示数位置，将相对坐标Z轴清零，然后抬高主轴至上一步骤的出来的距离（工件原点至百分表的距离）并将此事工件原点的Z轴的机床做标记下。
◎其余刀与第二把刀的对刀方法相同。
6. 废品分析及问题的解决
6.1造成废品的原因
6.1.1表面粗糙度大
表面粗糙度反应的是零件被加工表面的的微观几何误差，它主要由加工过程中刀具与工件表面间的摩擦、 它是指加工表面上具有的较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特征。
表面粗糙度对零件的耐磨性 耐腐蚀性 疲劳强度 接触刚度 可靠性 寿命及配合性能的影响较大，选择表面粗糙度时应遵从以下几个原则：
① 同一表面上，工作表面上的粗糙度值一定要比非工作表面小；
② 摩擦表面的粗糙度值应该比非摩擦表面小、运动速度高、单位面积压力
大的表面粗糙度值要小；
③ 配合精度越高，粗糙度值越小，间隙配合要比过赢配合粗糙度值小； ④ 配合性质相同时，零件尺寸越小，粗糙度值越小；
⑤ 要求密封、耐腐蚀或具有拆装性能的表面粗糙度值越小。
6.1.2工件夹伤及夹紧变形
把工件夹牢，就是指在已经定位好的位置上将工件可靠的夹住，以防止在加工时工件因受到切削力，离心力，冲击及振动的影响，发生不应有位移而破坏了定位。
虽然对工件要夹紧，但也不是夹的越紧越好，要根据工件的不同使用适当的夹紧力进行装夹。如果夹的太紧就会将工件夹伤，而使工件报废。对于薄壁类零件更不能使用过大的夹紧力这样会使薄壁类零件容易变形。
6.1.3形位公差超差
在现代的机械加工中，所需加工零件的外形复杂多变，具有不同外形特征的零件有不同的定位方式。常见的定位方式有：
(1)以平面定位；
(2)以外圆柱面定位；
包括：
（a）支撑定位 如常见的V型槽定位等
(b)定心定位 如套筒定位、三爪自定心定位等
(3)以圆孔定位 如心轴定位、定位销定位等；
(4)以一面两孔定位。
本设计中的零件，只有平整的平面，平面定位方式是能保证较高精度的简单、方便的定位方式，根据本零件外形特征，选用平面定位方式。
形位公差超差跟定位有很大的关系，如果定位不正确，形位公差就会超差。所以准确的定位很重要，本工件以下表面为基准定位。
6.1.4尺寸精度超差
尺寸精度超差可能有很多方面的原因：
（1）加工原理的误差
（2）机床的几何误差
（3）刀具和夹具的误差
（4）调整误差
（5）人为的误差
以上这些原因都有可能使尺寸精度超差
6.2质量超差解决方法
要保证工件表面的粗糙度值不仅要正确的制定合适的加工工艺，同时选择正确的切削参数也十分重要。在粗加工时，对粗糙度不作要求，应选择较小的转速及较大的进给量以快速去除余量，而在精加工时应选择较大的转速和较小的进给量及侧吃刀量以保证加工精度及表面粗糙度。同时应尽量加上切削液，以避免因“干铣”而造成表面加工质量差及粘刀损坏刀具情况的发生。
工件的夹伤及夹紧变形应该根据工件材料和形状进行判断，是否需要很大的夹紧力，避免不必要的报废提高效率，采用适当的夹紧力对工件进行装夹。
形位公差超差应该检查定位，机床的导轨等各个方面进行考虑，然后进行试切，以免造成不必要的浪费。
尺寸精度超差，如果大于要求的尺寸精度，可以在加工到符合技术要求，如果小于尺寸要求就是废品了，所以在加工过程中尽量大一点。（孔除外）。
结束语
本设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水，在三年的专科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
经过了一个多月的学习和工作，我以基本完成了《数控铣削加工工艺与编程》的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对相关技术很不了解的状态，到独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我感到非常兴奋和喜悦。虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段代码，都有我的劳动。当看着自己的程序，自己成天相伴的系统能够健康的运行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。
这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。最后，再次向精心指导我的李伟老师及所有为我提供帮助的同学和老师们表示最衷心的感谢。
谢辞
通过对这次毕业设计，使我很直观的感受到理论与实践相结合的真正意义之所在。理论是实践的方向标，而实践则是理论的试金石，如果没有坚实的理论知识做铺垫，恐怕实践将难以达到预期的目的。
这是我的第一份设计，肯定会有不少欠缺的地方，但是我感觉我完全可以适应这样的设计工作，缺少的只是经验，这是让我着实喜出望外的。这要感谢老师们的辛勤教导，让我从一个机械的门外汉变成了一个可以胜任一般设计及操作的业内人士，老师们平常的严格教育，使我对机械类知识有了一定的了解，在做这个设计的时候我才发现里面的内容全是老师们着重强调，也是现实有重要用途的知识，再一次感谢我的老师们不遗余力的灌输
三年的理论学习最终以这次毕业设计而告一段落，通过这次毕业设计使我具备了一定的独立思考，分析与学习的能力，而且还使我对机械产品方案的现代设计方法及发展趋势有深入的了解，为我以后的工作打下了坚实的基础。不仅使我拥有了理论知识，还拥有了技能和一定的实践经验，使作者终身受益。
在这次毕业设计中，我查阅了大量的参考文献，并且得到学校和李老师的大力支持和帮助。
在这里我对我的母校和帮助过的老师们说声：谢谢！并致以崇高的敬意。
参考文献
【1】 张兴辉. 数控加工与编程. 化学工业出版社.2005
【2】 毛江兵. 数控加工工艺.西安电子科技大学出版社.2006
【3】 陈丽. 摸具制造技术. 化学工业出版社. 2008
【4】 戴向国. Mastercam 9.0数控加工基础教程. 人民邮电出版社. 2004
【5】 何满才. 摸具设计与加工. 人民邮电出版社. 2004
【6】 刘鹰. 中文AutoCAD 2006辅助设计应用基础教程.西北工业大学出版社. 2007
【7】 张辛喜 机械制造基础 机械工业出版社
【8】赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书（第二版），北京：机械工业出版社;2000
【9】 邹青，机械制造技术基础课程设计指导教程 ，北京：机械工业出版社;2004
【10】 李益民 ，机械制造工艺设计简明手册，北京：机械工业出版社;1993
【11】 艾兴，肖涛刚，切削用量简明手册（第三版），北京：机械工业出版社;2002
【12】 王光斗，王光福， 机床夹具设计手册，第三版，上海：上海科学技术出版社2000
【13】 马俊一 ，机械制造技术基础（第二版）， 北京：机械工业出版社;2004
【14】 王先逵 ，机械制造工艺学，北京：机械工业出版社;1998
【15】 王小华 机床夹具图册，北京：机械工业出版社;1992
【16】 杨黎明 机床夹具手册，北京：国防工业出版社；1996
【17】 龚定安，蔡建国，机床夹具设计原理 西安：陕西科学技术出版社；1987
【18】 胡勇，机械制图，北京：中国人民大学出版社;2000