數(shù)控車床的對刀原理及對刀方法講解

1、題目 ：數(shù)控車床的對刀原理及對刀方法摘要本文分析了數(shù)控車床的對刀原理，并從實用角度分析介紹了幾種常用的對刀方 法。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；坐標系；參考點；對刀法目錄1 數(shù)控車床的對刀原理 11.1 概述 11.2 數(shù)控車床坐標系與數(shù)控車床參考點 11.3 工件坐標系與起刀點 21.3.1 工件坐標系（又稱為編程坐標系） 21.3.2 起刀點 B（又稱程序起點） 31.3.3 工件坐標系建立 31.4 對刀參考點及對刀過程 31.4.1 對刀參考點 T 31.4.2 對刀過程 41.5 刀具位置補償及刀偏值的設(shè)定原理 41.5.1 刀具位置補償 41.5.2 刀偏值的設(shè)定原理 52 對刀方法 62.1

2、 試切對刀法 62.2 對刀儀自動對刀法 73 刀偏值的修改 7結(jié) 論 8參考文獻 ： 9致 謝 101 數(shù)控車床的對刀原理1.1 概述數(shù)控車床的對刀問題一直是一個難題，這一問題已成為數(shù)控加工中的“瓶頸” ， 阻礙了數(shù)控加工效率和質(zhì)量的提高。 為此，本文分析了數(shù)控車床的對刀原理， 并從實 用角度介紹了幾種常用的對刀方法。所謂對刀，就是在數(shù)控車床進行切削加工之前要確定每一把刀具的刀位點在工件 坐標系和數(shù)控車床需坐標系中的位置，也就是求刀偏值。1.2 數(shù)控車床坐標系與數(shù)控車床參考點數(shù)控車床坐標系是指以機床原點為坐標原點所建立的坐標系。 數(shù)控車床的 機床原點通常取在卡盤前端面與主軸中心線交點處（如圖

3、1中 O點）。一般機床原點在數(shù)控車床出廠前由生產(chǎn)廠家已經(jīng)調(diào)整好，一般不允許用戶隨意變動。如圖1中 XOZ為機床坐標系。數(shù)控車床參考點是指刀架上某一固定點，即對刀參考點T （如圖 1 中 T點）退離距機床原點 O最遠的一個固定點 R點（如圖 1中 R點）。該 R點在機床出廠 時也由生產(chǎn)廠家調(diào)試好， 并將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。 因此機床參考點 R對機床原點 O的坐標是一個已知數(shù)，一個固定值。一般對刀之前，必先使數(shù)控車床進行“回零” 操作（即使刀架返回參考點操作） ，就是使刀架上對刀參考點 T 與機床參考點 R重合。 此時 CRT屏幕上顯示值 x、z 即為機床參考點 R相對于機、床原點 O點在 X

4、方向和 Z 方向的值。此時，若再次對機床進行手動操作時，例如，使刀架向工件靠近時，此時 CRT屏幕上顯示值為刀架上對刀參考點 T相對于機床原點 O點在 X向 Z向上的值（即 對刀參考點 T在機床坐標系中的坐標值 x 、z ）。數(shù)控車床參考點 R點的位置由設(shè)置在機床 Z 向和 X向滑板上的機械擋塊通過行程 開關(guān)來確定， 刀架返回參考點時由擋塊壓下相應行程開關(guān)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號， 即停 止滑板運動，完成返回參考點操作。1.3 工件坐標系與起刀點1.3.1 工件坐標系（又稱為編程坐標系） 是指以工件原點（或稱編程原點）為坐標原點所建立的坐標系。編程坐標系，供 編程用，是人為設(shè)置的。 工件原點可以是工

5、件上任意點， 但為了編程，方便數(shù)值計算， 一般數(shù)控車床編程原點選工件右端面或左端面與中心線交點作為工件原點（如圖 1 中 OP點）。如圖 1中 XPOPZP為工件坐標系。數(shù)控編程時應首先確定工件坐標系。21.3.2 起刀點 B（又稱程序起點）即刀具刀位點 A（如圖 1 中車刀的刀位點為刀尖 A點）相對工件原 OP點的位置， 即刀具相對于工件運動的起始點。如圖 1中 B點，圖 1B點與 A點重合。工件坐標系 的建立實際上是確定刀具起刀點相對于工件原點的坐標值的過程。1.3.3 工件坐標系建立目前數(shù)控車床上建立工件坐標系的方法一般用相應的 G指令來設(shè)定 （例如 FANUC 用 G50 指令 , I

6、SO 標準中為 G92）。如圖 1 所示，假設(shè)刀具起點相對于工件坐標系的坐標值為（ xo、zo）則執(zhí)行該程 序段后，即建立了工件坐標系 XPOPZP。例如： N010 G50當工件坐標系建立以后， 并未與機床坐標系發(fā)生任何聯(lián)系， 此時， 兩者仍然相互 獨立，數(shù)控系統(tǒng)既不知道工件在機床中的位置， 也不知道刀具刀位點 A 在機床中的位 置，即無法按所編程序正確加工， 因此加工之前， 還必須確定刀具刀位點 A與機床坐 標原點 O之間的關(guān)系， 即一般加工之前通過對刀方法來實現(xiàn)。 如圖 1 所示數(shù)控車床的 二種坐標系即機床坐標系 XOZ與工件坐標系 XPOPZP之間關(guān)系如下：1.4 對刀參考點及對刀過程

7、1.4.1 對刀參考點 T是指數(shù)控機床加工時， 校準刀具相對工件運動起點的一個刀具參考點， 數(shù)控車床 上常取刀架上某一固定點作為車刀的對刀參考點（如圖 1中 T點）。數(shù)控系統(tǒng)通過控 制該點運動，間接地控制每把刀的刀尖運動。1.4.2 對刀過程刀偏值的設(shè)置過程稱為對刀操作。 數(shù)控車床加工時， 首先應按編程所確定的刀具 刀位點相對工件原點的尺寸值（ x0、z0）來校準刀位點起始位置。對于多刀作業(yè)數(shù)控 車床，由于每把刀的刀尖就其各自安裝位置相對于對刀參考點“T”點在兩個坐標方向的位置均不同， 即每一把刀具的刀位點不可能調(diào)整到同一坐標點上， 為此這就需要 確定各刀具刀位點 A相對于對刀參考點 T的刀偏

8、值（如圖 1中 L1、L2）并輸入到相應 刀偏寄存器中， 這一過程就稱為對刀過程。 在加工程序中調(diào)用刀具時， 數(shù)控系統(tǒng)會自 動補償兩個方向 X、Z 的刀偏值（刀具位置補償量）從而準確地控制每把刀的刀尖軌 跡即使各把不同位號上的不同刀具的刀尖在加工零件執(zhí)行程序時， 處于同一個 位置上，這樣給加工與編程帶來很大的方便。1.5 刀具位置補償及刀偏值的設(shè)定原理1.5.1 刀具位置補償?shù)毒呶恢醚a償又稱為刀具位置偏置補償。 下列三種情況下， 均須進行刀具位置的 偏置補償： 一是在實際加工中， 通常是各把不同位置的若干把刀具 （即各把刀具的刀 尖在刀架上相對于某固定點的位置各不相同）加工同一輪廓尺寸的工件，

9、而編程時， 往往都建立統(tǒng)一的坐標系， 要求使所有的刀尖都移到坐標系中的一個基準點上， 或者 以一把刀為基準設(shè)定工件坐標系， 因此須將其余刀具的刀尖都偏移到此基準刀尖位置 上。利用刀具位置補償即可完成； 二是對同一把刀具而言， 當?shù)毒咧啬セ蚋鼡Q新刀后， 再把它準確地安裝到程序所設(shè)定的原位置， 是非常困難的， 總是存在位置誤差， 這個 位置誤差，在實際加工后，即成為加工誤差，此時，需通過刀具位置補償功能來修正 刀具安裝位置誤差； 三是每把刀具在使用過程中都有不同程度的磨損， 而磨損后的刀 尖位置與編程位置存在差值， 同樣會造成加工誤差， 這種誤差， 也可通過刀具位置補 償功能來糾正。1.5.2 刀

10、偏值的設(shè)定原理各類數(shù)控機床的對刀方法各異， 但其原理與目的一致： 即通過對刀操作， 將刀偏 值人工算出后輸入 CNC系統(tǒng)；或把對刀時屏幕顯示的有關(guān)數(shù)據(jù)直接輸入 CNC系統(tǒng)，由 系統(tǒng)自動換算出刀偏值存入刀具數(shù)據(jù)庫。如圖 2 為數(shù)控車床試切對刀原理圖。圖中 XOZ為機床坐標系， XPOPZP為工件坐標 系。在手動、對刀狀態(tài)下， GRT動態(tài)坐標為刀具參考點“ T”在機床坐標系內(nèi)的坐標 值（ x，z）。刀偏值（ L1、 L2 ）可通過下式 :L2=xdL1=z（ L0+L）（2）2 對刀方法目前數(shù)控車床常用對刀的方法有試切對刀法和對刀儀自動對刀法等。2.1 試切對刀法對刀前，應先進行手動機床回參考點操

11、作。 然后按圖 2 所示，將一工件毛坯夾持 于卡盤上，測出 d、L，啟動機床，以手動方式進行對刀（以 外圓車刀為例）。 將車刀刀尖與棒料端面輕輕接觸對刀， 然后 Z向不動，X向退出車刀，記下 CRT 動態(tài)坐標值 z。 將車刀刀尖與棒料外圓輕輕接觸對刀， 然后 X向不動，Z向退出車刀，記下 CRT 動態(tài)坐標值 x。 計算刀偏值（ L1，L2 ）。由于 x、z、 d、 L0、L 已知，代入公式（ 2）式計算即 可計算出 L2、L1 的值。 將刀偏值（ L1、 L2 ）輸入 系統(tǒng)中。刀具補償值輸入到數(shù)控系統(tǒng)后， 刀具的運動軌跡便會自動校正。 對于多刀加工時， 其它各刀的對刀過程一樣， 將各刀的刀偏值

12、分別輸入相應刀偏寄存器中供數(shù)控系統(tǒng)補 償使用。 也可以以第一把刀的刀位點作為基點， 將其余各刀的刀位點相對第一把刀的 偏差值作為補償值。用上述方法對刀，實質(zhì)上是使每把刀的刀尖與工件外圓母線與端面的交點接觸， 利用這一交點為基準，算出各把刀的刀偏量。采用試切法對刀時，精確對刀的方法是：手動對刀時，將工件試件端面、外圓車 一刀，并仔細測量試件伸出卡盤長度 L、試切外圓直徑 d，并降低進給速度，并使每 把刀對刀接觸工件的程度盡可能統(tǒng)一，可有效提高試切對刀的精度。采用試切法對刀優(yōu)點是無需特殊對刀工具，操作者只需按常規(guī)操作，簡便快速， 有時 12min 就能對出一把刀，而且較為正確有效。2.2 對刀儀自

13、動對刀法在數(shù)控車床某固定位置上 （如車床主軸箱） 固定一顯微對刀鏡支架， 上裝顯微鏡， 顯微鏡的十字線交點位于機床坐標系的一固定點上 （即與機床參考點或機床原點位置 固定并已知）。測量時只需將刀架上各刀具的刀位點（車刀刀尖）分別對準顯微對刀 鏡的十字線交點， 數(shù)控系統(tǒng)便能自動算出刀位點相對機床原點的距離， 并把這些數(shù)據(jù) 寄存起來，在加工時自動把刀尖相對于機床原點的距離加進去。采用對刀儀自動對刀系統(tǒng)， 對一把刀一般只需一分鐘左右， 對刀速度快， 而且對 刀精度高， 大大減少了數(shù)控車削加工的輔助時間， 有效提高了勞動生產(chǎn)率和車削加工 質(zhì)量。3 刀偏值的修改刀偏值修改的原因是： 對刀誤差不可能完全消

14、除， 而且刀具在使用一段時間后會 磨損， 這些都影響加工精度， 所以當試切加工后發(fā)現(xiàn)工件尺寸不符合要求時， 可根據(jù) 工件實測尺寸進行刀偏值修改。 如：由于對刀誤差，刀具磨損等原因，試切后實測工件外圓尺寸，往往與要求不符。 例：實測工件外圓偏大 0.3mm（設(shè) 1 號刀加工），此時，應將 1 號刀的 X 方向原刀偏 值改大 0.3mm得到一個新的 X 方向的刀偏值 ，數(shù)控系統(tǒng)據(jù)此參數(shù)自動補償， 可糾正誤差。結(jié)論在數(shù)控加工時， 我們首先要通過對刀操作來確定工件的加工原點， 以及不同刀 具的偏置量。 由于加工原點的位置決定了刀具的運動軌跡， 從而直接影響工件的加工 精度。確定刀具的偏置量可以利用數(shù)控

15、系統(tǒng)內(nèi)刀具軌跡自動編程補償計算功能。 簡化 了數(shù)控加工程序的編制， 使得編程時不必考慮各把刀具的尺寸與其安裝位置， 最終加 工出合格的零件。所以，進行對刀操作時必須非常小心，不能出錯。如果偏差太大， 刀具可能會撞到機床或卡盤上，使機床損壞，甚至會引起人身傷害。參考文獻：【1】王軍. 數(shù)控車床對刀及一種簡易對刀裝置 J. 機械工藝師 ,2001(1). 【2】陳光明. 數(shù)控車床的對刀原理及對刀方法 J. 機床與液壓 ,2002,(3).【3】徐長壽， 朱學超. 數(shù)控車床 M. 北京：化學工業(yè)出版社 ,2005.致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作， 本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲， 作為一個本科生的畢業(yè)設(shè) 計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以 及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導師 老師。老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計的 每個階段， 從外出實習到查閱資料， 設(shè)計草案的確定和修改， 中期檢