数控车床对刀原理及方法步骤(实用详细).doc

数控车床对刀原理及对刀方法
对刀就是数控加工中得主要操作与重要技能.在一定条件下,对刀得精度可以决定零件得加工精度,同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。
    仅仅知道对刀方法就是不够得,还要知道数控系统得各种对刀设置方式,以及这些方式在加工程序中得调用方法,同时要知道各种对刀方式得优缺点、使用条件(下面得论述就是以FANUC OiMate数控系统为例)等. 1 　为什么要对刀

    一般来说，零件得数控加工编程与上机床加工就是分开进行得。数控编程员根据零件得设计图纸,选定一个方便编程得坐标系及其原点,我们称之为程序坐标系与程序原点。程序原点一般与零件得工艺基准或设计基准重合，因此又称作工件原点。
   　数控车床通电后,须进行回零（参考点）操作,其目得就是建立数控车床进行位置测量、控制、显示得统一基准,该点就就是所谓得机床原点，它得位置由机床位置传感器决定。由于机床回零后，刀具（刀尖)得位置距离机床原点就是固定不变得,因此，为便于对刀与加工，可将机床回零后刀尖得位置瞧作机床原点.
    在图1中，O就是程序原点,O'就是机床回零后以刀尖位置为参照得机床原点.
    编程员按程序坐标系中得坐标数据编制刀具（刀尖)得运行轨迹.由于刀尖得初始位置(机床原点)与程序原点存在X向偏移距离与Z向偏移距离,使得实际得刀尖位置与程序指令得位置有同样得偏移距离，因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统,使系统据此调整刀尖得运动轨迹.
   　所谓对刀，其实质就就是侧量程序原点与机床原点之间得偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照得机床坐标系里得坐标。　2  试切对刀原理
    对刀得方法有很多种,按对刀得精度可分为粗略对刀与精确对刀；按就是否采用对刀仪可分为手动对刀与自动对刀;按就是否采用基准刀，又可分为绝对对刀与相对对刀等。但无论采用哪种对刀方式，都离不开试切对刀,试切对刀就是最根本得对刀方法。
   　以图2为例,试切对刀步骤如下：
   　①在手动操作方式下，用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆，记下此时显示屏中得Ｘ坐标值,记为Xａ。（注意:数控车床显示与编程得X坐标一般为直径值）。
    ②将刀具沿＋Z方向退回到工件端面余量处一点（假定为α点)切削端面，记录此时显示屏中得Ｚ坐标值,记为Za。
    ③测量试切后得工件外圆直径，记为φ.
   　如果程序原点O设在工件端面（一般必须就是已经精加工完毕得端面）与回转中心得交点，则程序原点O在机床坐标系中得坐标为
    Xo＝Xａ－φ(1)
    Zo=Zａ
    注意：公式中得坐标值均为负值.将Xo、Zo设置  进数控系统即完成对刀设置。3  程序原点（工件原点）得设置方式
    在FＡNUC数控系统中,有以下几种设置程序原点得方式：①设置刀具偏移量补偿；②用G50设置刀具起点;③用G54~G５９设置程序原点;④用“工件移”设置程序原点。
    程序原点设置就是对刀不可缺少得组成部分。每种设置方法有不同得编程使用方式、不同得应用条件与不同得工作效率.各种设置方式可以组合使用.
   　（１)设置刀具偏移量补偿车床得刀具补偿包括刀具得“磨损量”补偿参数与“形状”补偿参数,两者之与构成车刀偏移量补偿参数。试切对刀获得得偏移一般设置在“形状”补偿参数中。
    试切对刀并设置刀偏步骤如下:  ①用外圆车刀试车－外圆，沿+Ｚ轴退出并保持X坐标不变.
   　②测量外圆直径，记为φ。
    ③按“ＯFＳET　ＳＥT"(偏移设置)键→进入“形状"补偿参数设定界面→将光标移到与刀位号相对应得位置后，输人Xφ(注意：此处得φ代表直径值，而不就是一符号,以下同），按“测量”键，系统自动按公式(1）计算出X方向刀具偏移量(如图3所示)。
    注意：也可在对应位置处直接输人经计算或从显示屏得到得数值,按“输人”键设置。④用外圆车刀试车工件端面,沿＋Ｘ轴退出并保持Z坐标不变。
    ⑤按“OFＳＥT SET”键→进人“形状”补偿参数设定界面→将光标移到与刀位号相对应得位置后,输人Zｏ，按“测量”键,系统自动按公式(1）计算出Z方向刀具偏移量。同样也可以自行“输入”偏移量.
   　⑥设置得刀具偏移量在数控程序中用T代码调用。
    这种方式具有易懂、操作简单、编程与对刀可以完全分开进行等优点。同时，在各种组合设置方式中都会用到刀偏设置，因此在对刀中应用最为普遍.
    （2）用G50设置刀具起点
   　①用外圆车刀试车一段外圆，沿＋Z轴退至端面余量内得一点(假定为ａ点）.
    ②测量外圆直径，记为φ。
    ③选择“MDI”(手动指令输入）模式,输人GO1 Ｕ一φF０、 3,切端面到中心（程序原点)。
    ④选择“MＤＩ”模式,输人G50　Ｘ0 ZO,按“启动”按钮.把刀尖当前位置设为机床坐标系中得坐标（0，０）,此时程序原点与机床原点重合。
    ⑤选择“ＭDI”模式，输入GO Ｘ150 2２00,使刀尖移动到起刀点。该点为刀具离开工件、便于换刀得任意位置,此处假设为b点,坐标为(1、50、200）.
   　⑥加工程序得开头必须就是G5０ X１50 2200，即把刀尖所在位置设为机床坐标系得坐标（１50,20０）。此时刀尖得程序坐标(1５０，２0０）与刀尖得机床坐标(150,2００)在同一位置,程序原点仍与机床原点重合。
   　⑦当用G５0 X150 2200设置刀具起点坐标时，基准刀程序起点位置与终点位置必须相同,即在程序结束前，需用指令GO Ｘ150 22０0使基准刀具回到同一点,才能保证重复加工不乱刀。
    ⑧若用第二参考点Ｇ３０,并在数控系统得参数里将第二参考点设为起刀点位置,能保证重复加工不乱刀，此时程序开头为：G30　UＯ　ＷＯ；　G50　X15０　Z２00。

   　⑨若不用上述③、④、⑤步骤中得GＯ１ Ｕ~φＦ0、3、G5０ XO ZO、GO X1５0 2200指令来获得起刀点位置,也可用下述公式计算指定起刀点在机床坐标系(显示屏)中得坐标：
    Xb=Xａ-φ＋15０（2）
    Zｂ=Ｚa＋200
    然后用点动或脉冲操作，使刀尖移动到(Xｂ，Zb)位置。
注意：运行程序前要先将基准刀移到设定得位置.
    在用G５0设置刀具得起点时，一般要将该刀得刀偏值设为零。
    此方式得缺点就是起刀点位置要在加工程序中设置,且操作较为复杂。但它提供了用手工精确调整起刀点得操作方式,有得人对此比较喜欢。
    （3）用Ｇ54～G５9设置程序原点
    ①试切与测量步骤同前述一样。
   　②按“ＯＦSＥＴ SET”键，进人“坐标系”设置，移动光标到相应位置，输入程序原点得坐标值,按“测量”或“输入”键进行设置。如图4所示.
    ③在加工程序里调用，例如：Ｇ55　X１0０ Z5、、、。G５4为默认调用.
    注意：若设置与使用了刀偏补偿，最好将G５4～G59得各个参数设为0，以免重复出错。对于多刀加工,可将基准刀得偏移值设置在G5４～Ｇ59得其中之一，将基准刀得刀偏补偿设为零,而将其它刀得刀偏补偿设为其相对于基准刀得偏移量。
    这种方式适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置得加工。铣削加工用得较多。
    执行Ｇ54~G５9指令相当于将机床原点移到程序原点。
   　（4)用“工件移"设置程序原点
    ①通过试切工件外圆、端面,测量直径，根据公式（1)计算出程序原点（工件原点）得X坐标，记录显示屏显示得原点Z坐标.
   　②按“ＯFSEＴ　ＳEＴ"键，进入“工件移"设置，将光标移到对应位置，分别输入得到得X、　Z坐标值，按机床MDI键盘上得“ＩNPUT"键进行设置。如图5所示。
    ③使X、Z轴回机床原点(参考点),建立程序原点坐标。
   　“工件移”设置亦相当于将机床原点移到程序原点（工件原点)。对于单刀加工，如果设置了“工件移”,最好将其刀偏补偿设为０,以防重复出错;对于多刀加工,“工件移"中得数值为基准刀得偏移值，将其它刀具相对于基准刀得偏移值设置在相应得刀偏补偿中。4  多刀对刀
   　FANＵC数控系统多刀对刀得组合设置方式有：①绝对对刀；②基准刀Ｇ50+相对刀偏;③基准刀“工件移”＋相对刀偏;④基准刀Ｇ5４～G5９＋相对刀偏。
    （1)绝对对刀所谓绝对对刀即就是用每把刀在加工余量范围内进行试切对刀，将得到得偏移值设置在相应刀号得偏置补偿中。这种方式思路清晰,操作简单,各个偏移值不互相关联，因而调整起来也相对简单，所以在实际加工中得到广泛应用。
    （2)相对对刀所谓相对对刀即就是选定一把基准刀,用基准刀进行试切对刀,将基准刀得偏移用Ｇ50，“工件移”或G５４～G５9来设置，将基准刀得刀偏补偿设为零，而将其它刀具相对于基准刀得偏移值设置在各自得刀偏补偿中.
   　下面以图2所示为例，介绍如何获得其它刀相对基准刀得刀偏值.
    ①当用基准刀试切完外圆,沿Ｚ轴退到ａ点时，按显示器下方得“相对”软键,使显示屏显示机床运动得相对坐标.
    ②选择“ＭDＩ”方式,按"ＳＨＩFT"换档键,按"XU”选择U，这时U坐标在闪烁，按“ORIGIN”置零,如图6所示。同样将w坐标置零.
    ③换其它刀，将刀尖对准a点,显示屏上得U坐标、W坐标即为该刀相对于基准刀得刀偏值。此外,还可用对刃仪测定相对刀偏值。5  精确对刀
   　从理论上说,上述通过试切、测量、计算；得到得对刀数据应就是准确得，但实际上由于机床得定位精度、重复精度、操作方式等多种因素得影响,使得手动试切对刀得对刃精度就是有限得,因此还须精确对刀。

    所谓精确对刀,就就是在零件加工余量范围内设计简单得自动试切程序，通过“自动试切→测量→误差补偿"得思路,反复修调偏移量、或基准刀得程序起点位置与非基准刀得力偏置，使程序加工指令值与实际测量值得误差达到精度要求。由于保证基准刀程序起点处于精确位置就是得到准确得非基准刀刀偏置得前提，因此一般修正了前者后再修正后者。
    精确对刀偏移量得修正公式为:
   　记：δ=理论值(程序指令值)—实际值（测量值）,则
   　xｏ2=xo1 ＋δx（3)
    Zo２=Zo１－δZ
    注意:δ值有正负号。
    例如：用指令试切一直径40、长度为50得圆柱,如果测得得直径与长度分别为０4０、2５与４９、85，则该刀具在Ｘ、Z向得偏移坐标分别要加上-0、25与-0、15，当然也可以保持原刀偏值不变,而将误差加到磨损栏.6  结束语
    笔者设计了一段多刀加工程序,在FANUC Oi数控车削系统上验证了上述几种组合对刀设置方式,取得了相同得效果。对其它数控系统也具有一定推广价值。