数控车床对刀理论及方法的探讨(附中英文摘要).doc

[摘 要]通过对数控加工中工件坐标系建立的理论实质的探讨，分别介绍了在FANUC0i-TD数控车床上用G50、G54、T指令对刀的实质和方法，并介绍了如何充分运用三种指令建立工件坐标系的有效途径。
[关键词]刀偏 基准刀 非基准刀 刀位点 绝对刀偏 相对刀偏

[Abstract]Through the CNC machining workpiece coordinate system of the establishment of the essence of the theory, were introduced in the FANUC0i-TD CNC lathe with a G50, G54, T instruction and methods of the substance on the knife, and describes how to make full use of three commands create jobs Coordinate an effective way.
[Key words]Partial non-reference benchmark knife knife knife knife partial sites relative absolute bias knife

数控车床对刀理论及方法的探讨
在数控加工操作中，最重要的一环就是建立工件坐标系，工件坐标系的建立是通过对刀来实现的。对刀的目的有两个，一方面通过对刀建立工件坐标系，另一方面通过对刀可以找出非基准刀与基准刀之间的刀位偏差（简称刀偏）。
　　（一）绝对刀偏法和相对刀偏法对刀的实质
　　加工工件时，通常要使用多把刀具，我们将其中的一把常用的刀称为基准刀，把其它的刀称为非基准刀。如果刀位偏差为零，如图1所示，则每一把刀转到加工位置时，其刀位点都应在图1A所示的位置。但由于每一把刀的几何形状及其安装位置的不同，不同刀位上的刀具转到工作位置时，它们的刀位点的位置并不重合，如图2所示，而在X、Z向存在一定的偏差。我们将非基准刀的刀位点相对于基准刀的刀位点（或基准点）在X、Z向的偏差ΔΧ、ΔΖ称为刀位偏差(简称刀偏)。
　　根据非基准刀刀位点相对位置的不同，可以把刀位偏差分为绝对刀偏和相对刀偏。某一把的绝对刀偏是指该把刀的刀位点位于工件原点时，刀架的转塔中心相对于机床零点在X和Z向的偏差。而相对刀偏是指非基准刀的刀位点位于工件原点时刀架的转塔中心相对于基准刀的刀位点位于工件原点时刀架的转塔中心在Ｘ、Ｚ方向的偏差。根据所采用的刀位偏差的不同，对刀又可以分为绝对刀偏对刀法和相对刀偏对刀法。相对刀偏法只为基准刀建立了一个工件坐标系，而非基准刀是根据其刀位偏差的正负，来确定它在对应的X、Z方向应比基准刀多走或少走一个刀位偏差，从而使长度不一样的刀具达到同一实际位置。一般来说，如果某一非基准刀在X或Z方向的刀位偏差为负值，说明这把刀在对应的X或Z向比基准刀短。程序运行时，通过刀具长度补偿使该把刀在对应的方向比基准刀多走一个刀位偏差。如果某一非基准刀的刀位偏差为正值，说明这把刀在对应的X或Z向比基准刀长。程序运行时，通过刀具长度补偿使该把刀在对应的方向比基准刀少走一个刀位偏差。

　　绝对刀偏法对刀的过程，实质上就是压某一把刀的刀位点与工件原点重合时，找出刀架的转塔中心在机床坐标系中的坐标。只是我们没有把这个坐标存储在G54这个寄存器中，而是直接把它存储到刀补寄存器中，这样调用T指令进行刀具长度补偿时，就相当于为每一把刀建立了一个工件坐标系。每一把刀的工件坐标系原点实质上并不是建立在刀位点上，而是建在刀架的转塔中心上，但是不管那一把刀转到工作位置，当刀架的转塔中心位于该把刀的工件坐标系的原点如图3的A时，这把刀的刀位点都应在O点，为了便于描述，所以我们通常说工件坐标系的原点建在O点，实质上它是在A点的。

　　（二）G54对刀的实质及方法
　　FANUC系统有三种对刀方法可以将工件坐标系建立起来。第一种方法是用G54~G59选择工件坐标系，从而将工件坐标系建立起来。这种方法是一种相对刀偏对刀法，它实际上是通过寻找工件原点在机床坐标系中的坐标从而将基准刀的工件坐标系建立起来。我们可以把G54~G59看成是六个寄存器，对刀过程实质上就是一个寻找工件原点在机床坐标系中的坐标，并把这个坐标存在六个寄存器中的任一一个寄存器的过程。而调用G54~G59的过程，实质上就是从对应的寄存器中将工件原点在机床坐标系中的坐标取出来，并在该坐标对应的点上将工件坐标系建立起来的过程。
　　在FANUC 0I 系统中用G54～G59设置工件零点的对刀步骤如下：
　　1.基准刀的对刀。
　　（1）手动切削端面。
　　（2）沿X轴移刀具但不改变Z坐标，然后停止主轴。
　　（3）按下功能键OFFSET/SETING。
　　（4）按下软键[WORK]显示工件原点偏置的设定画面。
　　（5）将光标定位在所需设定的工件原点偏置G54上。
　　（6）按下所设定偏置的轴的地址键Z，输入0，然后按下[MEASUR]，工件原点在机床坐标系中的Z坐标就存储在G54的Z存储单元。
　　（7）动切削外圆。
　　（8）沿Z轴移动刀具但不改变X坐标然后主轴停止（9）测量外圆直径D，然后输入直径XD，按下[MEASUR]，工件原点在机床坐标系中的X坐标就存储在G54的X存储单元。
　　（9）在MDI模式，输入G54G1XDZ0M03S600后，按循环启动键,若刀具刚好走到图4的位置，则说明对刀是正确的，工件坐标系刚好建在了工件前端面的正中心。

　　2.非基准刀的对刀。
　　（1）验证完第一把刀后，暂时不要将第一把刀移开，先将相对坐标清零，其操作如下：按功能键POS，按软键[（OPRT）]，按软键[ORIGIN]，按软键[ALLEXE]，所有轴的相对坐标均复位为0。
　　（2）移第二把刀的刀位点如图5所示的位置；

　　（3）按功能键POS，再按软键[REL]，记下X、Z后的相对坐标值，该值即为非基准刀相对于基准刀在X、Z方向的刀补值。
　　（4）按功能键OFFSET/SETING，再按软键[OFFSET]。
　　（5） 用PAGE 或键选择长度补偿参数页面，如图6；
　　 （6）用CURSOR或键选择补偿参数编号。
　　（7） 输入刀偏值（即相对坐标中X，Z后的数值）到输入域。
　　（8） 按键，把输入域中间的刀偏值输入到所指定的位置。
　　（三）G50对刀的实质及方法
　　第二种方法是用G50来建立工件坐标系。这种方法对刀的实质是通过确定对刀点或起刀点（调用程序加工之前，刀具所在的位置点）在工件坐标系中的坐标，从而将工件坐标系建立起来。它的格式为：G50 X_ Z_ ，其中X_ 、Z_是对刀点或起刀点在工件坐标系中的坐标。这种对刀方法采用的也是一种相对刀偏法。
　　用G50设置工件零点的步骤如下：
　　1.基准刀的对刀。
　　（1）用外圆车刀先试切一段外圆，按功能键POS，按软键[（OPRT）]，当未显示[WRK-CD]时，按菜单继续键＞，按软键[WRK-CD]，输入X0，按软键[AXS-CD]。
　　（2）主轴停转后，测量工件外圆，然后选择
　　“MDI”模式，输入G01 U-××(××为测量直径)F0.3,切端面到中心。
　　（3）选择MDI模式，输入G50 X0 Z0，启动 键，把当前点设为零点。
　　（4）选择 MDI模式，输入G0 X150 Z150 ，使刀具离开工件。
　　（5）这时程序开头：G50 X150 Z150 ……
　　（6）注意：用G50 X150 Z150，程序起点和终点必须一致即X150 Z150，这样才能保证重复加工不乱刀。
　　2.非基准刀的对刀用G50对刀，其非基准刀的对法与G54的对法相同。
　　（四）T指令对刀的实质及方法
　　第三种方法是直接用T指令建立工件坐标系，它采用的是绝对刀偏法对刀，实质就是使某一把刀的刀位点与工件原点重合时，找出刀架的转塔中心在机床坐标系中的坐标，并把它存储到刀补寄存器中。
　　采用T指令对刀前，应注意回一次机床参考点（零点）。
　　直接用T指令建立工件坐标系的对刀步骤如下：
　　1.基准刀的对法。
　　（1）在手动方式中用一把实际刀具切削端面。　　
（2）仅仅在X轴方向上退刀，不要移动Z轴，停止主轴。
　　（3）测量工件坐标系的零点至端面的距离β（或0）。
　　4）按功能键OFFSET/SETING。
　　（5）按软键[OFFSET]。
　　（6）按软键[GEOM]。
　　（7）将光标移动至欲设定的偏置号处。
　　（8）输入Zβ（或0）。
　　（9）按软键[MESURE]。
　　（10）在手动方式中用一把实际刀具切削外圆。
　　（11）仅仅在Z方向上退刀，不要移动X，停止主轴。
　　（12）测量被车削部分的直径D。
　　（13）按功能键OFFSET/SETING。
　　（14）按软键[OFFSET]。
　　（15）按软键[GEOM]。
　　（16）将光标移动至欲设定的偏置号处。
　　（17）输入XD。
　　（18）按软键[MESURE]。
　　2.非基准刀的对法。
　　（1）移第二把刀的刀位点如图5所示的位置。
　　（2）按功能键OFFSET/SETING。
　　（3）按软键[OFFSET]。
　　（4）按软键[GEOM]。
　　（5）将光标移动至欲设定的偏置号处。
　　（6）输入Zβ（或0）。
　　（7）按软键[MESURE]。
　　（6）输入XD。
　　（7）按软键[MESURE]。
　　（五）结束语
　　对刀在数控加工中非常重要，在实际加工中应根据不同的加工要求和编程方法进行恰当的选用。G50指令是根据刀具当前所在位置，即起刀点来设定工件坐标系的，在加工中受断电或手动回零点及起刀点位置的影响，用G50对刀时，应注意加工前使刀具回到工件坐标系设定的起刀点位置，否则执行程序时，由于工件坐标原点的位置产生移动，可能导致工件报废，甚至造成严重事故。利用G54~G59设定工件坐标系后，工件坐标系原点在机床坐标系中的位置不变，它与刀具的当前位置无关。一旦刀偏值被输入，一直有效。对于用同一夹具加工同批工件时，只对第一件工件对刀即可，且用该指令建立工件坐标系一次可同时对6把刀或一次装夹可加工6个工件，自动化程度高。T指令对刀是三种对刀方法中最简单最快捷的一种方法，利用它建立的工件坐标系的原点在机床坐标系的位置也是不变的，且与刀具的当前位置无关。利用G54~G59和T指令对刀时，应注意在建立工件坐标系之前，首先机床各轴需回一次零点。
参考文献：
[1]眭润舟.数控编程与加工技术[M].北京:机械工业出版社,2001.
[2]顾京.数控编程与操作[M].北京:高等教育版社,2006.