數控車削加工中試切對刀法修改刀偏置時的分析應用

摘 要：在數控車削加工中，系統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已經較為精準，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行。在試切加工后，如果出現工件加工偏差，應當根據實際測試參數完成對刀偏值的修正。

1 機床坐標系

工件制造與機床調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的協調性，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）坐標參數并非刀架在坐標系中的具體坐標參數，并未建立刀具運動的具體坐標。在刀具已經返回參考點之后，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，就會給數控系統傳送相應的電信號，進而由系統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控機床出廠時已經建立，一般不用進行調整，在必須調整的情況下，應該選擇修改預定參數或是更改擋塊位置的方式完成對參考點的修正，在調整后必須重新精確測量并改變相應的機床參數。在實際調整的過程中，需要結合加工零件的實際情況進行修正，如加工同一零件，參考點位置一經確定，不得二次更改。

數控車床使刀架中心和機床參考點重合，數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，表示數控系統內部已經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就是刀架中心在設定坐標系中的具體坐標參數值，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、數控機床調整快捷、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。數控車床應取在零件的回轉中心處。

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。數控加工程序實際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。現今，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，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。

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，對數控車床刀具偏置參數修正，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，當試切加工后發現工件尺寸不符合要求時，可根據工件實測值進行刀偏值調整。

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

通過G50在數控系統的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變為（Xt—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，在數控車削加工中，當成品零件出現加工誤差時，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、數控加工技術。endprint