數(shù)控車(chē)床的對(duì)刀原理及對(duì)刀方法講解

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

2、 試切對(duì)刀法 62.2 對(duì)刀儀自動(dòng)對(duì)刀法 73 刀偏值的修改 7結(jié) 論 8參考文獻(xiàn) ： 9致 謝 101 數(shù)控車(chē)床的對(duì)刀原理1.1 概述數(shù)控車(chē)床的對(duì)刀問(wèn)題一直是一個(gè)難題，這一問(wèn)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(chē)床的對(duì)刀原理， 并從實(shí) 用角度介紹了幾種常用的對(duì)刀方法。所謂對(duì)刀，就是在數(shù)控車(chē)床進(jìn)行切削加工之前要確定每一把刀具的刀位點(diǎn)在工件 坐標(biāo)系和數(shù)控車(chē)床需坐標(biāo)系中的位置，也就是求刀偏值。1.2 數(shù)控車(chē)床坐標(biāo)系與數(shù)控車(chē)床參考點(diǎn)數(shù)控車(chē)床坐標(biāo)系是指以機(jī)床原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)所建立的坐標(biāo)系。 數(shù)控車(chē)床的 機(jī)床原點(diǎn)通常取在卡盤(pán)前端面與主軸中心線交點(diǎn)處（如圖

3、1中 O點(diǎn)）。一般機(jī)床原點(diǎn)在數(shù)控車(chē)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(dòng)。如圖1中 XOZ為機(jī)床坐標(biāo)系。數(shù)控車(chē)床參考點(diǎn)是指刀架上某一固定點(diǎn)，即對(duì)刀參考點(diǎn)T （如圖 1 中 T點(diǎn)）退離距機(jī)床原點(diǎn) O最遠(yuǎn)的一個(gè)固定點(diǎn) R點(diǎn)（如圖 1中 R點(diǎn)）。該 R點(diǎn)在機(jī)床出廠 時(shí)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(jī)床參考點(diǎn) R對(duì)機(jī)床原點(diǎn) O的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)，一個(gè)固定值。一般對(duì)刀之前，必先使數(shù)控車(chē)床進(jìn)行“回零” 操作（即使刀架返回參考點(diǎn)操作） ，就是使刀架上對(duì)刀參考點(diǎn) T 與機(jī)床參考點(diǎn) R重合。 此時(shí) CRT屏幕上顯示值 x、z 即為機(jī)床參考點(diǎn) R相對(duì)于機(jī)、床原點(diǎn) O點(diǎn)在 X

4、方向和 Z 方向的值。此時(shí)，若再次對(duì)機(jī)床進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，例如，使刀架向工件靠近時(shí)，此時(shí) CRT屏幕上顯示值為刀架上對(duì)刀參考點(diǎn) T相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn) O點(diǎn)在 X向 Z向上的值（即 對(duì)刀參考點(diǎn) T在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值 x 、z ）。數(shù)控車(chē)床參考點(diǎn) R點(diǎn)的位置由設(shè)置在機(jī)床 Z 向和 X向滑板上的機(jī)械擋塊通過(guò)行程 開(kāi)關(guān)來(lái)確定， 刀架返回參考點(diǎn)時(shí)由擋塊壓下相應(yīng)行程開(kāi)關(guān)向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)， 即停 止滑板運(yùn)動(dòng)，完成返回參考點(diǎn)操作。1.3 工件坐標(biāo)系與起刀點(diǎn)1.3.1 工件坐標(biāo)系（又稱為編程坐標(biāo)系） 是指以工件原點(diǎn)（或稱編程原點(diǎn)）為坐標(biāo)原點(diǎn)所建立的坐標(biāo)系。編程坐標(biāo)系，供 編程用，是人為設(shè)置的。 工件原點(diǎn)可以是工

5、件上任意點(diǎn)， 但為了編程，方便數(shù)值計(jì)算， 一般數(shù)控車(chē)床編程原點(diǎn)選工件右端面或左端面與中心線交點(diǎn)作為工件原點(diǎn)（如圖 1 中 OP點(diǎn)）。如圖 1中 XPOPZP為工件坐標(biāo)系。數(shù)控編程時(shí)應(yīng)首先確定工件坐標(biāo)系。21.3.2 起刀點(diǎn) B（又稱程序起點(diǎn)）即刀具刀位點(diǎn) A（如圖 1 中車(chē)刀的刀位點(diǎn)為刀尖 A點(diǎn)）相對(duì)工件原 OP點(diǎn)的位置， 即刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)。如圖 1中 B點(diǎn)，圖 1B點(diǎn)與 A點(diǎn)重合。工件坐標(biāo)系 的建立實(shí)際上是確定刀具起刀點(diǎn)相對(duì)于工件原點(diǎn)的坐標(biāo)值的過(guò)程。1.3.3 工件坐標(biāo)系建立目前數(shù)控車(chē)床上建立工件坐標(biāo)系的方法一般用相應(yīng)的 G指令來(lái)設(shè)定 （例如 FANUC 用 G50 指令 , I

6、SO 標(biāo)準(zhǔn)中為 G92）。如圖 1 所示，假設(shè)刀具起點(diǎn)相對(duì)于工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值為（ xo、zo）則執(zhí)行該程 序段后，即建立了工件坐標(biāo)系 XPOPZP。例如： N010 G50當(dāng)工件坐標(biāo)系建立以后， 并未與機(jī)床坐標(biāo)系發(fā)生任何聯(lián)系， 此時(shí)， 兩者仍然相互 獨(dú)立，數(shù)控系統(tǒng)既不知道工件在機(jī)床中的位置， 也不知道刀具刀位點(diǎn) A 在機(jī)床中的位 置，即無(wú)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(diǎn) A與機(jī)床坐 標(biāo)原點(diǎn) O之間的關(guān)系， 即一般加工之前通過(guò)對(duì)刀方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如圖 1 所示數(shù)控車(chē)床的 二種坐標(biāo)系即機(jī)床坐標(biāo)系 XOZ與工件坐標(biāo)系 XPOPZP之間關(guān)系如下：1.4 對(duì)刀參考點(diǎn)及對(duì)刀過(guò)程

7、1.4.1 對(duì)刀參考點(diǎn) T是指數(shù)控機(jī)床加工時(shí)， 校準(zhǔn)刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)的一個(gè)刀具參考點(diǎn)， 數(shù)控車(chē)床 上常取刀架上某一固定點(diǎn)作為車(chē)刀的對(duì)刀參考點(diǎn)（如圖 1中 T點(diǎn)）。數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)控 制該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，間接地控制每把刀的刀尖運(yùn)動(dòng)。1.4.2 對(duì)刀過(guò)程刀偏值的設(shè)置過(guò)程稱為對(duì)刀操作。 數(shù)控車(chē)床加工時(shí)， 首先應(yīng)按編程所確定的刀具 刀位點(diǎn)相對(duì)工件原點(diǎn)的尺寸值（ x0、z0）來(lái)校準(zhǔn)刀位點(diǎn)起始位置。對(duì)于多刀作業(yè)數(shù)控 車(chē)床，由于每把刀的刀尖就其各自安裝位置相對(duì)于對(duì)刀參考點(diǎn)“T”點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)方向的位置均不同， 即每一把刀具的刀位點(diǎn)不可能調(diào)整到同一坐標(biāo)點(diǎn)上， 為此這就需要 確定各刀具刀位點(diǎn) A相對(duì)于對(duì)刀參考點(diǎn) T的刀偏

8、值（如圖 1中 L1、L2）并輸入到相應(yīng) 刀偏寄存器中， 這一過(guò)程就稱為對(duì)刀過(guò)程。 在加工程序中調(diào)用刀具時(shí)， 數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自 動(dòng)補(bǔ)償兩個(gè)方向 X、Z 的刀偏值（刀具位置補(bǔ)償量）從而準(zhǔn)確地控制每把刀的刀尖軌 跡即使各把不同位號(hào)上的不同刀具的刀尖在加工零件執(zhí)行程序時(shí)， 處于同一個(gè) 位置上，這樣給加工與編程帶來(lái)很大的方便。1.5 刀具位置補(bǔ)償及刀偏值的設(shè)定原理1.5.1 刀具位置補(bǔ)償?shù)毒呶恢醚a(bǔ)償又稱為刀具位置偏置補(bǔ)償。 下列三種情況下， 均須進(jìn)行刀具位置的 偏置補(bǔ)償： 一是在實(shí)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(duì)于某固定點(diǎn)的位置各不相同）加工同一輪廓尺寸的工件，

9、而編程時(shí)， 往往都建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系， 要求使所有的刀尖都移到坐標(biāo)系中的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上， 或者 以一把刀為基準(zhǔn)設(shè)定工件坐標(biāo)系， 因此須將其余刀具的刀尖都偏移到此基準(zhǔn)刀尖位置 上。利用刀具位置補(bǔ)償即可完成； 二是對(duì)同一把刀具而言， 當(dāng)?shù)毒咧啬セ蚋鼡Q新刀后， 再把它準(zhǔn)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(gè) 位置誤差，在實(shí)際加工后，即成為加工誤差，此時(shí)，需通過(guò)刀具位置補(bǔ)償功能來(lái)修正 刀具安裝位置誤差； 三是每把刀具在使用過(guò)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(huì)造成加工誤差， 這種誤差， 也可通過(guò)刀具位置補(bǔ) 償功能來(lái)糾正。1.5.2 刀

10、偏值的設(shè)定原理各類數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀方法各異， 但其原理與目的一致： 即通過(guò)對(duì)刀操作， 將刀偏 值人工算出后輸入 CNC系統(tǒng)；或把對(duì)刀時(shí)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(dòng)換算出刀偏值存入刀具數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖 2 為數(shù)控車(chē)床試切對(duì)刀原理圖。圖中 XOZ為機(jī)床坐標(biāo)系， XPOPZP為工件坐標(biāo) 系。在手動(dòng)、對(duì)刀狀態(tài)下， GRT動(dòng)態(tài)坐標(biāo)為刀具參考點(diǎn)“ T”在機(jī)床坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo) 值（ x，z）。刀偏值（ L1、 L2 ）可通過(guò)下式 :L2=xdL1=z（ L0+L）（2）2 對(duì)刀方法目前數(shù)控車(chē)床常用對(duì)刀的方法有試切對(duì)刀法和對(duì)刀儀自動(dòng)對(duì)刀法等。2.1 試切對(duì)刀法對(duì)刀前，應(yīng)先進(jìn)行手動(dòng)機(jī)床回參考點(diǎn)操

11、作。 然后按圖 2 所示，將一工件毛坯夾持 于卡盤(pán)上，測(cè)出 d、L，啟動(dòng)機(jī)床，以手動(dòng)方式進(jìn)行對(duì)刀（以 外圓車(chē)刀為例）。 將車(chē)刀刀尖與棒料端面輕輕接觸對(duì)刀， 然后 Z向不動(dòng)，X向退出車(chē)刀，記下 CRT 動(dòng)態(tài)坐標(biāo)值 z。 將車(chē)刀刀尖與棒料外圓輕輕接觸對(duì)刀， 然后 X向不動(dòng)，Z向退出車(chē)刀，記下 CRT 動(dòng)態(tài)坐標(biāo)值 x。 計(jì)算刀偏值（ L1，L2 ）。由于 x、z、 d、 L0、L 已知，代入公式（ 2）式計(jì)算即 可計(jì)算出 L2、L1 的值。 將刀偏值（ L1、 L2 ）輸入 系統(tǒng)中。刀具補(bǔ)償值輸入到數(shù)控系統(tǒng)后， 刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡便會(huì)自動(dòng)校正。 對(duì)于多刀加工時(shí)， 其它各刀的對(duì)刀過(guò)程一樣， 將各刀的刀偏值

12、分別輸入相應(yīng)刀偏寄存器中供數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ) 償使用。 也可以以第一把刀的刀位點(diǎn)作為基點(diǎn)， 將其余各刀的刀位點(diǎn)相對(duì)第一把刀的 偏差值作為補(bǔ)償值。用上述方法對(duì)刀，實(shí)質(zhì)上是使每把刀的刀尖與工件外圓母線與端面的交點(diǎn)接觸， 利用這一交點(diǎn)為基準(zhǔn)，算出各把刀的刀偏量。采用試切法對(duì)刀時(shí)，精確對(duì)刀的方法是：手動(dòng)對(duì)刀時(shí)，將工件試件端面、外圓車(chē) 一刀，并仔細(xì)測(cè)量試件伸出卡盤(pán)長(zhǎng)度 L、試切外圓直徑 d，并降低進(jìn)給速度，并使每 把刀對(duì)刀接觸工件的程度盡可能統(tǒng)一，可有效提高試切對(duì)刀的精度。采用試切法對(duì)刀優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需特殊對(duì)刀工具，操作者只需按常規(guī)操作，簡(jiǎn)便快速， 有時(shí) 12min 就能對(duì)出一把刀，而且較為正確有效。2.2 對(duì)刀儀自

13、動(dòng)對(duì)刀法在數(shù)控車(chē)床某固定位置上 （如車(chē)床主軸箱） 固定一顯微對(duì)刀鏡支架， 上裝顯微鏡， 顯微鏡的十字線交點(diǎn)位于機(jī)床坐標(biāo)系的一固定點(diǎn)上 （即與機(jī)床參考點(diǎn)或機(jī)床原點(diǎn)位置 固定并已知）。測(cè)量時(shí)只需將刀架上各刀具的刀位點(diǎn)（車(chē)刀刀尖）分別對(duì)準(zhǔn)顯微對(duì)刀 鏡的十字線交點(diǎn)， 數(shù)控系統(tǒng)便能自動(dòng)算出刀位點(diǎn)相對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的距離， 并把這些數(shù)據(jù) 寄存起來(lái)，在加工時(shí)自動(dòng)把刀尖相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的距離加進(jìn)去。采用對(duì)刀儀自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)， 對(duì)一把刀一般只需一分鐘左右， 對(duì)刀速度快， 而且對(duì) 刀精度高， 大大減少了數(shù)控車(chē)削加工的輔助時(shí)間， 有效提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和車(chē)削加工 質(zhì)量。3 刀偏值的修改刀偏值修改的原因是： 對(duì)刀誤差不可能完全消

14、除， 而且刀具在使用一段時(shí)間后會(huì) 磨損， 這些都影響加工精度， 所以當(dāng)試切加工后發(fā)現(xiàn)工件尺寸不符合要求時(shí)， 可根據(jù) 工件實(shí)測(cè)尺寸進(jìn)行刀偏值修改。 如：由于對(duì)刀誤差，刀具磨損等原因，試切后實(shí)測(cè)工件外圓尺寸，往往與要求不符。 例：實(shí)測(cè)工件外圓偏大 0.3mm（設(shè) 1 號(hào)刀加工），此時(shí)，應(yīng)將 1 號(hào)刀的 X 方向原刀偏 值改大 0.3mm得到一個(gè)新的 X 方向的刀偏值 ，數(shù)控系統(tǒng)據(jù)此參數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償， 可糾正誤差。結(jié)論在數(shù)控加工時(shí)， 我們首先要通過(guò)對(duì)刀操作來(lái)確定工件的加工原點(diǎn)， 以及不同刀 具的偏置量。 由于加工原點(diǎn)的位置決定了刀具的運(yùn)動(dòng)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(dòng)編程補(bǔ)償計(jì)算功能。 簡(jiǎn)化 了數(shù)控加工程序的編制， 使得編程時(shí)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(jìn)行對(duì)刀操作時(shí)必須非常小心，不能出錯(cuò)。如果偏差太大， 刀具可能會(huì)撞到機(jī)床或卡盤(pán)上，使機(jī)床損壞，甚至?xí)鹑松韨Α⒖嘉墨I(xiàn)：【1】王軍. 數(shù)控車(chē)床對(duì)刀及一種簡(jiǎn)易對(duì)刀裝置 J. 機(jī)械工藝師 ,2001(1). 【2】陳光明. 數(shù)控車(chē)床的對(duì)刀原理及對(duì)刀方法 J. 機(jī)床與液壓 ,2002,(3).【3】徐長(zhǎng)壽， 朱學(xué)超. 數(shù)控車(chē)床 M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2005.致謝經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作， 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲， 作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè) 計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以 及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師 老師。老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的 每個(gè)階段， 從外出實(shí)習(xí)到查閱資料， 設(shè)計(jì)草案的確定和修改， 中期檢