数控车削加工中试切对刀法修改刀偏置时的分析应用

摘 要：在数控车削加工中，系统通过控制刀架上某个固定点与刀尖点之间的距离，准确地控制每把刀的刀具轨迹加工零件。理论上，在试切与测量之后所得的对刀参数已经较为精准，但受机床精度及其相应操作模式等的限制，手动对刀的精确程度往往不尽如人意。在不同加工误差下，可通过修改刀具偏置值的方法保证加工精度。

关键词：数控车削；坐标系；试切对刀；刀具偏置值

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.007

数控车床在加工零件的过程中，刀具、工件间的运动模式主要由设定参数确定，为进一步提高加工进度，确定好两者的位置关系，建立相应坐标轴是非常有必要的。通过试切对刀法计算刀尖与对刀参考点之间的距离，保证加工程序的正确执行。在试切加工后，如果出现工件加工偏差，应当根据实际测试参数完成对刀偏值的修正。

1 机床坐标系

工件制造与机床调整必须以机床的固定坐标系为参照来确定工件的实际坐标，正常情况下不得进行擅自改动。

机床零点也被称为机床零点，在机床出厂时，生产商会在其上预留好固定点，这个点就是设置机床坐标系的原点。机床零点能够为确保机床与控制系统的协调性，是机床运动坐标系的原点，一般取卡盘端面与主轴轴线的交点。

机床坐标系的坐标轴：机床主轴轴线为Z轴，以刀具远离工件方向为正；工件安装面向平行平面中，与工件旋转轴线为X轴，以刀具远离轴线方向为正。

机床参考點作为机床中重要的固定点之一，其多选择刀具沿着轴向运动的极限点。

数控机床通电后，不管刀具位于何处，这是显示屏中给定的相对（增量）坐标参数并非刀架在坐标系中的具体坐标参数，并未建立刀具运动的具体坐标。在刀具已经返回参考点之后，处于纵横方向上滑板的行程限位开关与机械挡块相接触后，就会给数控系统传送相应的电信号，进而由系统控制滑板改变其运动方式，完成回到参考点这一步骤。正常情况下参考点在数控机床出厂时已经建立，一般不用进行调整，在必须调整的情况下，应该选择修改预定参数或是更改挡块位置的方式完成对参考点的修正，在调整后必须重新精确测量并改变相应的机床参数。在实际调整的过程中，需要结合加工零件的实际情况进行修正，如加工同一零件，参考点位置一经确定，不得二次更改。

数控车床使刀架中心和机床参考点重合，数控装置通过机床参考点确认出机床原点的位置，建立一个Z轴与X轴的直角坐标系，表示数控系统内部已经建立了真实的坐标系，这个时候显示屏中所显示的坐标参数就是刀架中心在设定坐标系中的具体坐标参数值，该操作步骤也被称之为“回零”。在零件加工之前，必须进行该操作，进而建立起加工工件的真实坐标系。

2 工件坐标系

工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称“编程坐标系”。零件图样给出后，首先根据被加工零件的几何形状和尺寸，在零件图上设定工件坐标系，按工件坐标系进行编程。其它各项尺寸都以此坐标系中的坐标原点为基准进行标注，确保零件图中任意几何元素在该坐标系中都能够找到对应的位置，进而为刀架运行编程给以轨迹坐标与运动方向。

工件坐标系原点，通俗的来讲也就是工件原点、编程原点，该原点也就是编程过程中人为设定的几何参考点。在原点位置确定时，必须满足编程计算简便、数控机床调整快捷、对刀方便的原则，还需要结合加工零件的几何特性。通常情况下，原点需要设置在设计、工艺及精度要求较高的加工工件表面上。一般情况下，车床工件原点处于主轴线与工件两端（任意一端）的交点处。

工件坐标系的坐标轴的设置过程中，必须结合工件安装的位置以及加工的方式。通常来说，该坐标系Z轴应该与机床坐标系Z轴相互对应，垂直于工件定位支撑平面，其X需要与坐标系Z轴相互对应，多选用较大工件或切削加工时主要的给进方向。数控车床应取在零件的回转中心处。

3 对刀点的确定

对刀参考点，也被称之为“刀架中心”，是表明刀架位置的参考点。数控车床回参考点后，使刀架中心和机床参考点重合。

刀位点，一般是车刀刀尖上的一点，是编制加工程序时用来表示刀具位置的坐标点。数控加工程序实际上是控制刀位点的运动轨迹来控制刀具的运动轨迹。

对刀点，也就是工件加工过程中刀具位置相对应零件相对位移的起点，用来确定工件坐标系与机床坐标系关系，对刀点也常被称之为程序起点，其选择方式较为简单，但需要与工件的定位基准相互联系，以确保机床变成与对到的可操作性。

4 试切对刀法

工件加工前，必须以对刀的方式确定好机床坐标系与工件坐标系间的位置关系。对刀，就是测量编程原点与机床原点之间的偏移距离，并设置编程原点在以刀尖为参照点的机床坐标系中的坐标，即将参考坐标系通过对刀平移得到工件坐标系。也就是将刀位点置于对刀点上，进而做好建立工件坐标系的准备。对刀精度与工件制造的精度有着直接的关联。现今，机床对刀可采用人工以及高精度专用对刀仪完成，前者需要操作人员具有较高的技术能力，后者精度极高。

数控车削试切测量，首先选择MDI方式操作机床在工件外圆表面试切一刀，再保持刀具在X轴方向的位置尺寸不变，沿Z轴方向退刀；在通过对试且后工件直径的测量就能够测试出刀尖在坐标系X轴线的坐标参数，同时记录好对刀参考点在X轴上的当前坐标值Xt。此后，可采用与上文相同的办法对工件右端面进行试刀，确保其Z轴位置保持不变，沿X轴退刀，进而获得试切端面到工件原点的距离L，同时记录好CRT上所显示的显示的对刀参考点在坐标系中Z轴上的真实坐标参数。

设定的工件外升长度和工件直径来确定编程坐标系原点时：

Z轴坐标值Zt=刀偏值Zp+工件外伸长度L；

X轴坐标值Xt=刀偏值Xp+工件直径D；

找工件原点在机械坐标系中的位置并不是求该点的实际位置，而是找刀尖点到达（0，0）时刀架的位置。endprint

4.1 通过实验对刀偏置参数分析

以90゜外圆车刀为例，试切对刀并建立工件坐标系后，通过加工零件分析修改刀具偏置参数后，工件尺寸的变化。从表1中可以看出，刀具偏置量有大小正负之分，正确理解并分析刀具偏置量所代表的真实含义，是修改刀具偏置量的前提。

4.2 通过修改刀偏值改变工件尺寸的应用方法

在首件试切后，对工件加工尺寸进行测量得到对刀误差，通过对表1的分析，对数控车床刀具偏置参数修正，使加工工件尺寸与正确尺寸相同。

当将Z轴刀偏值增大时，刀架中心点向右偏移减少，即将刀尖点移至82.28处，使实际刀尖点比修改后的刀尖点向左长出，加工工件时刀具以修改后的刀偏值设定刀尖点加工，所以加工零件变短。相反，若将Z轴刀偏值减小时，刀架中心点向右偏移增大，使实际刀尖点比修改后的刀尖点向左短出，加工工件时刀具以修改后的刀偏值设定刀尖点加工，所以加工零件变长。

当将X轴刀偏值增大时，刀架中心點向上偏移减小，使实际刀尖点比修改后的刀尖点向上长出，加工工件时刀具以修改后的刀偏值设定刀尖点加工，所以加工零件变细。相反，若将X轴刀偏值减小时，刀架中心点向上偏移增大，使实际刀尖点比修改后的刀尖点向上短出，加工工件时刀具以修改后的刀偏值设定刀尖点加工，所以加工零件变粗。

同样，当试切加工后发现工件尺寸不符合要求时，可根据工件实测值进行刀偏值调整。

若比理论尺寸大了，则要求把该把刀的刀具偏置值减去一个理论尺寸与实测尺寸的差值；比理论尺寸小了，则要求把该把刀的刀具偏置值加上一个理论尺寸与实测尺寸的差值。

4.3 通过修改程序段改变工件尺寸的应用方法

在加工中，建立工件坐标系，如图2所示，若执行程序段G50 Xα Zβ（有的数控系统使用G92指令），此时CRT上将立刻显示出现今刀尖在工件坐标系中所处的位置参数（α，β），也就是说，所建立的全新工件坐标系已经替代了原本机床坐标系的基本功能。

通过G50在数控系统的MDI界面建立工件坐标系后，以通过工件端面和中心轴线的两条直线建立工件坐标系XOZ， 参照表1，我们可以看出，以标准刀偏值为例，倘若非基准刀在Z轴方向上的刀偏量为正值，那么就认为该刀具的点位在左右方向已经穿越了Z轴，超过了基准刀的长度，所以如果安装该刀具进行加工，工件就会更短；某一非基准刀在X轴方向上的刀偏量为正值，那么就认为该刀具的点位在前后方向已经穿越了x轴，所以如果安装该刀具进行加工，其比基准刀伸出更长，则工件变细。

计算坐标增量，应该经由试切所得D（工件直径）、L（端面距离）、（α，β）（程序要求的起刀点坐标），计算出刀尖与起刀点间的位移之差，也就是（α-D，β-L）（X、Y轴坐标增量）。

对刀，按照计算所得（α-D，β-L），使用手摇脉冲发生器移动刀具，使（Xt，Zt）增加计算所得的坐标增量，也即是说确保刀具的移动能够使刀架中心在CRT中显示的坐标位移值转变为（Xt—D+β，Zt—L+α）。以此确保刀尖能够处于程序要求的起刀点坐标（α，β）上。

实际中，可通过修改G50程序段改变工件尺寸。这种方法主要用于试切后零件的外形偏大的情况，要注意的是修改G50起点会引起所有刀具的移动，容易造成零件报废。

如图2所示，整个零件对于理论尺寸都大了一个值，可以通过修改G50起点的方法来修改尺寸，可将程序段修改为G50 X（α+X方向差值） Z（β+Z方向差值），获得符合理论尺寸的零件。

5 结语

综上所述，在数控车削加工中，当成品零件出现加工误差时，可通过修改刀偏值的方法，或者修改程序段的方法修改零件尺寸，以满足加工要求。

作者简介：张丽娟（1985-），女，甘肃兰州人，工学学士，工程师，主要研究方向：机械设计制造、机电一体化技术、数控加工技术。endprint