數(shù)控車削加工中試切對刀法修改刀偏置時的分析應用

摘 要：在數(shù)控車削加工中，系統(tǒng)通過控制刀架上某個固定點與刀尖點之間的距離，準確地控制每把刀的刀具軌跡加工零件。理論上，在試切與測量之后所得的對刀參數(shù)已經(jīng)較為精準，但受機床精度及其相應操作模式等的限制，手動對刀的精確程度往往不盡如人意。在不同加工誤差下，可通過修改刀具偏置值的方法保證加工精度。

關鍵詞：數(shù)控車削；坐標系；試切對刀；刀具偏置值

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.007

數(shù)控車床在加工零件的過程中，刀具、工件間的運動模式主要由設定參數(shù)確定，為進一步提高加工進度，確定好兩者的位置關系，建立相應坐標軸是非常有必要的。通過試切對刀法計算刀尖與對刀參考點之間的距離，保證加工程序的正確執(zhí)行。在試切加工后，如果出現(xiàn)工件加工偏差，應當根據(jù)實際測試參數(shù)完成對刀偏值的修正。

1 機床坐標系

工件制造與機床調(diào)整必須以機床的固定坐標系為參照來確定工件的實際坐標，正常情況下不得進行擅自改動。

機床零點也被稱為機床零點，在機床出廠時，生產(chǎn)商會在其上預留好固定點，這個點就是設置機床坐標系的原點。機床零點能夠為確保機床與控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，是機床運動坐標系的原點，一般取卡盤端面與主軸軸線的交點。

機床坐標系的坐標軸：機床主軸軸線為Z軸，以刀具遠離工件方向為正；工件安裝面向平行平面中，與工件旋轉(zhuǎn)軸線為X軸，以刀具遠離軸線方向為正。

機床參考點作為機床中重要的固定點之一，其多選擇刀具沿著軸向運動的極限點。

數(shù)控機床通電后，不管刀具位于何處，這是顯示屏中給定的相對（增量）坐標參數(shù)并非刀架在坐標系中的具體坐標參數(shù)，并未建立刀具運動的具體坐標。在刀具已經(jīng)返回參考點之后，處于縱橫方向上滑板的行程限位開關與機械擋塊相接觸后，就會給數(shù)控系統(tǒng)傳送相應的電信號，進而由系統(tǒng)控制滑板改變其運動方式，完成回到參考點這一步驟。正常情況下參考點在數(shù)控機床出廠時已經(jīng)建立，一般不用進行調(diào)整，在必須調(diào)整的情況下，應該選擇修改預定參數(shù)或是更改擋塊位置的方式完成對參考點的修正，在調(diào)整后必須重新精確測量并改變相應的機床參數(shù)。在實際調(diào)整的過程中，需要結合加工零件的實際情況進行修正，如加工同一零件，參考點位置一經(jīng)確定，不得二次更改。

數(shù)控車床使刀架中心和機床參考點重合，數(shù)控裝置通過機床參考點確認出機床原點的位置，建立一個Z軸與X軸的直角坐標系，表示數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)建立了真實的坐標系，這個時候顯示屏中所顯示的坐標參數(shù)就是刀架中心在設定坐標系中的具體坐標參數(shù)值，該操作步驟也被稱之為“回零”。在零件加工之前，必須進行該操作，進而建立起加工工件的真實坐標系。

2 工件坐標系

工件坐標系是編程時使用的坐標系，又稱“編程坐標系”。零件圖樣給出后，首先根據(jù)被加工零件的幾何形狀和尺寸，在零件圖上設定工件坐標系，按工件坐標系進行編程。其它各項尺寸都以此坐標系中的坐標原點為基準進行標注，確保零件圖中任意幾何元素在該坐標系中都能夠找到對應的位置，進而為刀架運行編程給以軌跡坐標與運動方向。

工件坐標系原點，通俗的來講也就是工件原點、編程原點，該原點也就是編程過程中人為設定的幾何參考點。在原點位置確定時，必須滿足編程計算簡便、數(shù)控機床調(diào)整快捷、對刀方便的原則，還需要結合加工零件的幾何特性。通常情況下，原點需要設置在設計、工藝及精度要求較高的加工工件表面上。一般情況下，車床工件原點處于主軸線與工件兩端（任意一端）的交點處。

工件坐標系的坐標軸的設置過程中，必須結合工件安裝的位置以及加工的方式。通常來說，該坐標系Z軸應該與機床坐標系Z軸相互對應，垂直于工件定位支撐平面，其X需要與坐標系Z軸相互對應，多選用較大工件或切削加工時主要的給進方向。數(shù)控車床應取在零件的回轉(zhuǎn)中心處。

3 對刀點的確定

對刀參考點，也被稱之為“刀架中心”，是表明刀架位置的參考點。數(shù)控車床回參考點后，使刀架中心和機床參考點重合。

刀位點，一般是車刀刀尖上的一點，是編制加工程序時用來表示刀具位置的坐標點。數(shù)控加工程序?qū)嶋H上是控制刀位點的運動軌跡來控制刀具的運動軌跡。

對刀點，也就是工件加工過程中刀具位置相對應零件相對位移的起點，用來確定工件坐標系與機床坐標系關系，對刀點也常被稱之為程序起點，其選擇方式較為簡單，但需要與工件的定位基準相互聯(lián)系，以確保機床變成與對到的可操作性。

4 試切對刀法

工件加工前，必須以對刀的方式確定好機床坐標系與工件坐標系間的位置關系。對刀，就是測量編程原點與機床原點之間的偏移距離，并設置編程原點在以刀尖為參照點的機床坐標系中的坐標，即將參考坐標系通過對刀平移得到工件坐標系。也就是將刀位點置于對刀點上，進而做好建立工件坐標系的準備。對刀精度與工件制造的精度有著直接的關聯(lián)?，F(xiàn)今，機床對刀可采用人工以及高精度專用對刀儀完成，前者需要操作人員具有較高的技術能力，后者精度極高。

數(shù)控車削試切測量，首先選擇MDI方式操作機床在工件外圓表面試切一刀，再保持刀具在X軸方向的位置尺寸不變，沿Z軸方向退刀；在通過對試且后工件直徑的測量就能夠測試出刀尖在坐標系X軸線的坐標參數(shù)，同時記錄好對刀參考點在X軸上的當前坐標值Xt。此后，可采用與上文相同的辦法對工件右端面進行試刀，確保其Z軸位置保持不變，沿X軸退刀，進而獲得試切端面到工件原點的距離L，同時記錄好CRT上所顯示的顯示的對刀參考點在坐標系中Z軸上的真實坐標參數(shù)。

設定的工件外升長度和工件直徑來確定編程坐標系原點時：

Z軸坐標值Zt=刀偏值Zp+工件外伸長度L；

X軸坐標值Xt=刀偏值Xp+工件直徑D；

找工件原點在機械坐標系中的位置并不是求該點的實際位置，而是找刀尖點到達（0，0）時刀架的位置。endprint

4.1 通過實驗對刀偏置參數(shù)分析

以90゜外圓車刀為例，試切對刀并建立工件坐標系后，通過加工零件分析修改刀具偏置參數(shù)后，工件尺寸的變化。從表1中可以看出，刀具偏置量有大小正負之分，正確理解并分析刀具偏置量所代表的真實含義，是修改刀具偏置量的前提。

4.2 通過修改刀偏值改變工件尺寸的應用方法

在首件試切后，對工件加工尺寸進行測量得到對刀誤差，通過對表1的分析，對數(shù)控車床刀具偏置參數(shù)修正，使加工工件尺寸與正確尺寸相同。

當將Z軸刀偏值增大時，刀架中心點向右偏移減少，即將刀尖點移至82.28處，使實際刀尖點比修改后的刀尖點向左長出，加工工件時刀具以修改后的刀偏值設定刀尖點加工，所以加工零件變短。相反，若將Z軸刀偏值減小時，刀架中心點向右偏移增大，使實際刀尖點比修改后的刀尖點向左短出，加工工件時刀具以修改后的刀偏值設定刀尖點加工，所以加工零件變長。

當將X軸刀偏值增大時，刀架中心點向上偏移減小，使實際刀尖點比修改后的刀尖點向上長出，加工工件時刀具以修改后的刀偏值設定刀尖點加工，所以加工零件變細。相反，若將X軸刀偏值減小時，刀架中心點向上偏移增大，使實際刀尖點比修改后的刀尖點向上短出，加工工件時刀具以修改后的刀偏值設定刀尖點加工，所以加工零件變粗。

同樣，當試切加工后發(fā)現(xiàn)工件尺寸不符合要求時，可根據(jù)工件實測值進行刀偏值調(diào)整。

若比理論尺寸大了，則要求把該把刀的刀具偏置值減去一個理論尺寸與實測尺寸的差值；比理論尺寸小了，則要求把該把刀的刀具偏置值加上一個理論尺寸與實測尺寸的差值。

4.3 通過修改程序段改變工件尺寸的應用方法

在加工中，建立工件坐標系，如圖2所示，若執(zhí)行程序段G50 Xα Zβ（有的數(shù)控系統(tǒng)使用G92指令），此時CRT上將立刻顯示出現(xiàn)今刀尖在工件坐標系中所處的位置參數(shù)（α，β），也就是說，所建立的全新工件坐標系已經(jīng)替代了原本機床坐標系的基本功能。

通過G50在數(shù)控系統(tǒng)的MDI界面建立工件坐標系后，以通過工件端面和中心軸線的兩條直線建立工件坐標系XOZ， 參照表1，我們可以看出，以標準刀偏值為例，倘若非基準刀在Z軸方向上的刀偏量為正值，那么就認為該刀具的點位在左右方向已經(jīng)穿越了Z軸，超過了基準刀的長度，所以如果安裝該刀具進行加工，工件就會更短；某一非基準刀在X軸方向上的刀偏量為正值，那么就認為該刀具的點位在前后方向已經(jīng)穿越了x軸，所以如果安裝該刀具進行加工，其比基準刀伸出更長，則工件變細。

計算坐標增量，應該經(jīng)由試切所得D（工件直徑）、L（端面距離）、（α，β）（程序要求的起刀點坐標），計算出刀尖與起刀點間的位移之差，也就是（α-D，β-L）（X、Y軸坐標增量）。

對刀，按照計算所得（α-D，β-L），使用手搖脈沖發(fā)生器移動刀具，使（Xt，Zt）增加計算所得的坐標增量，也即是說確保刀具的移動能夠使刀架中心在CRT中顯示的坐標位移值轉(zhuǎn)變?yōu)椋╔t—D+β，Zt—L+α）。以此確保刀尖能夠處于程序要求的起刀點坐標（α，β）上。

實際中，可通過修改G50程序段改變工件尺寸。這種方法主要用于試切后零件的外形偏大的情況，要注意的是修改G50起點會引起所有刀具的移動，容易造成零件報廢。

如圖2所示，整個零件對于理論尺寸都大了一個值，可以通過修改G50起點的方法來修改尺寸，可將程序段修改為G50 X（α+X方向差值） Z（β+Z方向差值），獲得符合理論尺寸的零件。

5 結語

綜上所述，在數(shù)控車削加工中，當成品零件出現(xiàn)加工誤差時，可通過修改刀偏值的方法，或者修改程序段的方法修改零件尺寸，以滿足加工要求。

作者簡介：張麗娟（1985-），女，甘肅蘭州人，工學學士，工程師，主要研究方向：機械設計制造、機電一體化技術、數(shù)控加工技術。endprint