摘要對刀是數(shù)控加工中基本的和較為復雜的工藝準備工作之一，對刀操作的規(guī)范程度和準確度將直接影響到加工程序的編制及零件的尺寸精度。準確理解對刀原理和刀具補償原理十分重要，這些內(nèi)容對學生在加工實踐中靈活、有效處理相關(guān)工藝問題有很大幫助。

關(guān)鍵詞對刀刀位點坐標系刀具補償數(shù)控系統(tǒng)

中圖分類號:TG501文獻標識碼:A

對刀是數(shù)控加工中基本的和較為復雜的工藝準備工作之一，對刀操作的規(guī)范程度和準確度將直接影響到加工程序的編制及零件的尺寸精度。通過多年理論教學和實訓教學，我對如何在教學中引導學生理解對刀原理及應用進行了一些總結(jié)，寫出來和大家交流、討論。主要內(nèi)容包括以下三個:

1 數(shù)控車床的坐標系

要正確理解對刀原理，首先要清楚數(shù)控車床上有關(guān)坐標系的規(guī)定及其作用，清楚不同坐標系之間的聯(lián)系和區(qū)別。

如右圖，以M點為原點的坐標系稱為機床坐標系，以W點為原點的坐標系稱為編程坐標系，對刀的目的就是確定編程坐標系的原點在唯一的機床坐標系中的位置。

A點稱為機床參考點，它是機床上的一個固定點(也就是零點限位位置)。刀架上的B點稱為對刀參考點。刀架上各把刀具的刀尖相對于刀參考點在X軸和Y軸方向的尺寸稱為刀偏值。每次利用回零功能使刀架回到機床參考點后，對刀參考點B和機床參考點A重合。在手動操作、對刀等過程中CNC顯示的是對刀參考點在機床坐標系中的坐標值。

這些規(guī)定，是為了精確、嚴密描述刀位點(車刀上可以作為編程和加工基準的點)在工作臺上的位置。

2 試切對刀原理

深入理解數(shù)控車床的對刀原理對操作者保持清晰的對刀思路，正確、安全、高效完成對刀過程十分重要。對刀方法有很多，試切法對刀是最基本的對刀方法。所謂對刀操作就是在加工程序執(zhí)行前，調(diào)整每把刀的刀位點，使其盡量重合于某一理想基準點，這一過程稱為對刀。

在機床的機床坐標系中設有一固定點，用來給機床本身定位。每次開機后無論刀架停留在哪個位置，系統(tǒng)都把當前位置設定為(0，0)，這樣就會造成基準不統(tǒng)一，所以每次開機的第一步操作就是機械回零(或稱回參考點)，通過確定(X，Z)來確定原點(0，0)。如圖一，回零操作過程中，刀架分別沿X向、Z向運動至A點，CNC就獲得了A點在機床坐標中的坐標值，這個坐標值需要操作者提前在系統(tǒng)中賦值。理論上講可以任意賦一個值。這是因為不論如何賦值，都不會改變A點是一個固定點和刀具已處在A點的事實?；亓悴僮鹘Y(jié)束后，就可以進行對刀了，具體的操作過程在這里不再說明，只著重分析為什么通過試切法對刀能確定編程原點位置和獲得刀偏值。

如右圖，按照“手動試切工件的外圓和端面→分別記錄試切點的X、Z機床坐標→推算編程原點的機床坐標”的過程進行對刀。

假設首先進行Z向?qū)Φ?，刀具完成試切削端面的動作后，處于圖示位置(具體操作時應控制刀具沿X向離開工件一定距離。這里不影響問題的說明)。測量卡盤外工件長度為L，卡盤端面到M點的距離是一個固定的值，CNC會自我默認一個數(shù)值，這里記為H。因此，W點在機床坐標系中的Z向坐標值為Z=L+H。假設接著進行X向?qū)Φ叮毒咄瓿稍嚽型鈭A動作后，處于圖示

位置(具體操作時應控制刀具沿Z向離開工件一定的距離)。測量工件外徑值為U，則工件外圓在機床坐標系中的坐標值為U。在對刀操作完成后，系統(tǒng)獲得了刀具的刀偏值。這是因為，根據(jù)前面對坐標系相關(guān)規(guī)定、原理的介紹，我們知道，經(jīng)過回零操作后，刀具運動時，CNC系統(tǒng)顯示的是對刀參考點(也就是B點)在機床坐標系中的坐標，那么通過對刀操作中測量得到的U、L值，系統(tǒng)就可以計算出圖示的X、Z值，即刀偏值。數(shù)控系統(tǒng)通過B點的坐標值進而利用刀偏值X、Z來間接的精確控制刀尖的運動，從而有效保證加工精度。

上述整個回零和對刀操作過程就是把理論上的設計用一定的方法在機床上得到具體實現(xiàn)。

3 刀位點的確定

所謂刀位點是車刀上可以作為編程和加工基準的點，在理想情況下，我們認為和工件發(fā)生車削作用的就是刀位點，而且在加工的任何時候都是刀具上的刀位點和工件發(fā)生車削作用，而事實上不是這樣一個情況。這是因為任何一把尖形車刀的刀尖都會帶有一定的刀尖圓弧，刀尖帶有半徑不大的圓弧能有效提高刀具使用壽命和降低加工表面的粗糙度。但是刀尖圓弧的存在也造成了一定的負面影響，會產(chǎn)生加工工件的幾何形狀誤差。下面對這一問題作一分析。

如右圖，在試切法對刀時，由于刀尖圓弧半徑的影響，切削外圓時，刀具與工件的實際接觸點為A點。切削端面時，刀具與工件的實際接觸點為B點。對刀后，會沿X軸、Z軸平行的交線形成理論刀尖C點，C點即成為系統(tǒng)認定的刀位點，可以看到刀具在(下轉(zhuǎn)第126頁)(上接第114頁)進行車削外圓和端面時，和工件發(fā)生車削作用的不是刀尖上的同一位置點。刀具在車削外圓和端面時不會對加工精度造成明顯影響，但在錐面加工、圓弧加工等過程中，由于理論刀尖和實際刀尖不一致就會產(chǎn)生明顯的位置誤差。在已知刀尖圓弧半徑的情況下(刀尖圓弧半徑可通過估算或通過對刀儀測量獲得)，將刀尖圓弧半徑值輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，通過半徑補償指令，可以對加工誤差進行補償。采取刀尖圓弧半徑補償后，刀具的刀位點為刀尖圓弧的圓心。相應加工結(jié)束后，須用半徑補償取消指令，取消圓弧半徑補償。

在教學中，學生準確、深入理解對刀原理和刀具補償原理十分重要，這些內(nèi)容對學生在加工實踐中靈活、有效處理相關(guān)工藝問題有很大幫助。數(shù)控加工專業(yè)涉及多學科知識，如何使學生理解數(shù)控加工理論和數(shù)控車床結(jié)構(gòu)和工作原理之間聯(lián)系，是多年教學中感到比較困難的內(nèi)容，還需要在教學實踐中進一步努力解決。