基于試切原理數控車床對刀方法的研究與應用

馬穎化，李學成

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安710300）

基于試切原理數控車床對刀方法的研究與應用

馬穎化，李學成

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安710300）

數控車床廣泛應用于各種機械加工過程中，對刀是影響其輔助工作時間和工件加工質量的重要因素；對現有對刀方法和原理進行了分析對比，結合在應用中存在的問題，提出了一種簡單且有效的激光對刀方法，以這種對刀方法設計的對刀儀不僅可以減少對刀過程因撞刀產生的質量問題且能在一定程度上緩解企業因經濟負擔無法配置昂貴對刀儀的困境。

數控車床；試切法；激光對刀

數控車床是機電一體化的典型產品，具有加工精度高，加工質量穩定可靠的特點，被廣泛的應用到各個行業中，普及率不斷提高[1]。然而在實際生產中，數控車床加工又存在諸多誤差，主要包括測量誤差、對刀誤差、刀尖尺寸誤差、以及數控車床系統誤差等，其中對刀誤差因產生因素較多，不易控制[2]。因此對于對刀誤差的討論分析及改進方法的確立成為研究數控車床加工技術的主要問題之一。所謂對刀，其實質就是測量工件坐標系原點與機床原點之間的偏移距離，并設置工件坐標系原點在以刀尖為參照的機床坐標系里的坐標，即找出“工件坐標系（編程坐標系）”與“機床坐標系”之間的對應關系[3]。為解決現有數控車床對刀設備成本較高，試切對刀效率低、精度低、新手操作容易發生意外的問題，對常見的數控車削方法進行分析對比，提出一種簡單有效的激光對刀方法思路。

1 常見數控車削加工對刀方法及原理

1.1 試切法

在數控車床加工生產中試切法對刀因其不需要任何輔助設備，成本低，簡單易操作而應用廣泛。試切法主要分以下步驟：即試切、測量、計算、調整（補償）。首先啟動主軸，調用外圓車刀試切工件外圓，車削出便于測量的尺寸長度，且切削表面光滑（即徑向尺寸均被切削），刀具在X方向不移動，沿Z軸方向退出，此時主軸停止轉動，并測量已切削表面的外圓直徑尺寸為X，車床操作面板進入參數設定頁面，并進行如下操作：“刀偏”—“形狀”—刀具號對應的位置輸入“X”值—按“測量”鍵，此時對應的刀補位上生成對應刀補值，刀具X向對刀結束。

再次啟動主軸，移動刀具車削工件端面，同樣切削至表面光滑，車削端面時注意端面中心是否切中，以此確定刀具安裝高度是否合理。車削斷面完成后，刀具沿Z向不動，直接沿X正方向退出，停止主軸轉動，與X向對刀方式類似操作后，在刀具號對應的位置輸人“Z=0”，按“測量”鍵，此時對應的刀補位上生成對應刀補值，刀具Z向對刀結束[4，5]。

1.2 其他對刀方法

1.2.1 專用對刀儀對刀

對刀儀對刀其原理是利用刀具刀尖與百分表測頭接觸，獲得X和Z向的刀偏量，如果數控車床安裝有刀具探測裝置，也可通過移動刀具觸及系統中固定的觸頭，繼而測量相應數據修正刀補值[6，7]。使用光學檢測對刀儀對刀是以放大鏡中的十字線中心為基準，移動刀具在X向和Z向移動，使其刀尖與對刀鏡中的十字線中心重合，通過微型讀書器獲得得X向和Z向的長度值，確定此刀具刀偏量。

1.2.2 自動對刀

利用CNC（Computer Numerical Control）裝置的刀具自動檢測功能，引入現代化控制技術，如精密測量技術、傳感器技術等，刀尖以一定的速度向傳感器接近，接觸時發出觸發信號，自動精確的檢測出刀具在各個坐標方向的長度，CNC系統記錄瞬時坐標值，并自動修正刀具補償值[7，8]，方可直接加工工件。

1.3常見對刀方法存在缺點分析

試切法在X向和Z向對刀時，均是試切完成后，刀具在試切方向不移動，沿原路退回，此時工件因車削會發生塑性變形（試車車削量越大，變形越大）。而刀具在退回時不離開工件，對工件產生反切削，易導致已切削表面受損，同時因副切削刃產生反切削會使刀具受到磨損，顯然已經無法滿足高精度要求[9]。

專用對刀儀對刀以及自動對刀方法因借助專門的對刀儀器來找準刀具刀位點相對工件的位置而加工精度較高，但這種方法需配置對刀儀等輔助設備，成本較高，裝卸刀具比較費力，一般用于精度要求較高的數控機床對刀[8]。

總之，現有對刀方法存在的誤差可歸納為以下幾點：（1）對刀過程中因刀具與工件直接接觸，產生撞刀、工件報廢等問題；（2）各種對刀方法中人為參與較多，導致了更多不易控制的誤差；（3）專用對刀儀及自動對刀方法因精密性較高其成本升高，同時對操作者的熟練程度要求較高，普通機床難以滿足相應配置。

2 簡易激光對刀儀方法及思路

針對以上分析結果易知，數控加工過程中對刀裝置的精度及其對刀裝置的效率，直接影響著零件的加工精度和整個數控加工系統的工作效率。為了能夠解決現有對刀方法中存在的普遍問題，即試切法對刀刀具與工件直接接觸，且容易出現各種誤差，以及其他對刀設備的種種缺點。提出設計使用數控車削加工激光對刀儀，其原理是利用發射激光束光線直線傳播原理對刀，同時結合現有專用對刀儀的測量、讀數優點，使用中刀具不與工件接觸，通過觸及激光發射對刀信號對刀，將對刀儀置于工件端面上，且確定激光發射光線與工件外圓面和端面X、Z方向一致，移動刀架，刀尖與激光射線接觸并發出信號，即可實現對刀；此對刀設備制造成本低，可適用于各種車床，適用范圍廣，便與推廣；對刀時車刀不與工件接觸，保證安全；由于激光發射器發出的光線為直線，光束方向不會發生變化，因此對刀精度高；對刀儀結構簡單，操作方便，對于新手來說也沒有什么難度。此結構直接避免對刀中刀具與工件直接接觸產生崩刀、工件損壞、精度低等問題，同時具備結構簡單，易于安裝、拆卸，便于制造、經濟合理；易操作者上手，使用方便，省時省力。

3 結束語

本文通過討論總結現有對刀方法中存在的優缺點，并對其原理進行分析，結合實際生產需求并考慮企業經濟效益；利用試切法對刀基礎理論和非接觸對刀基本思路，擬提出一種數控車床車削加工激光對刀儀的設計思路，旨在解決數控車削加工更加簡單方便的確立“機床坐標系”與“工件坐標系”之間關系的難題；利用發射激光束原理對刀，便于操作新手理解應用，實用性強，具有推廣價值。

[1]劉建明，馬保振.數控車輪車床故障的診斷與處理方法[J].鐵道機車車輛工程，2005，（01）：1-5.

[2]崔立軍.數控車床對刀誤差分析[J].現代制造技術與裝備，2012，（04）：31-32.

[3]姚益民.數控車床對刀常用方法及實踐[J].裝備制造技術，2013，（04）：195-197.

[4]安豐金，王宗玲.淺談數控車床的對刀、坐標系確定在加工中的應用[J].科學中國人，2016，（15）：22.

[5]王洋.淺析數控車床對刀的便捷方法[J].科技信息，2013，（20）：477.

[6]李麗，王磊，牟明皋.簡易對刀儀在數控車床中的應用[J].金屬加工（冷加工），2009，（01）：36-37.

[7]吳繼忠.數控車床對刀研究綜述[J].黑龍江科技信息，2013，（30）：85.

[8]吳舒風，邵吉林.數控車床對刀方法分析及應用[J].科技傳播，2011，（11）：175.

[9]顏震平.基于數控車床對刀操作的研究[J].科教文匯（下旬刊），2010，（01）：120，124.

Research and Application of the Tool-Setting Method of CNC Lathe Based on the Principle of Trial Cutting

MA Ying-hua，LI Xue-cheng
（Shaanxi Institute of Technology，Xi’an Shanxi 710300，China）

CNC lathe is widely used in various mechanical machining process，the tool-setting is an important factor to influence the work time and work quality；this paper analysis and comparison of existing methods and principle，combined with some problems in application，and putting forward to the simple and effective methods of laser tool-setting.This tool-setting method can not only reduce the quality problems produced by the collision knife and alleviate economic burden for enterprises unable to configure expensive tool-setting instruments.

CNC lathe；trial cutting method；laser tool-setting

TH161文獻識別碼：A

：1672-545X（2017）01-0241-02

2016-10-11

陜西國防工業職業技術學院科研基金項目（Gfy16-07）

馬穎化（1986-），女，陜西西安人，講師，碩士，研究方向：機械工程學科教育研究。