陳青艷

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北武漢430205)

數(shù)字化控制技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。由于數(shù)控車床不僅能自動完成各種形狀不同、精度要求高的軸類、盤類、套類等回轉(zhuǎn)體零件的切削加工，而且具備加工靈活、通用性強(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點，能夠滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和品種多、批量小、成本低、生產(chǎn)自動化要求，從而成為應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床。

目前，文獻(xiàn) ［1－3］中以介紹單刀對刀為主，很難滿足實際切削加工需求。即使介紹多把刀具的試切對刀方法［4－7］，也沒有把多把刀具的試切對刀方法的區(qū)別、注意事項與聯(lián)系說透徹，而且不同的刀具其對刀方法和技巧各不相同。鑒于目前數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)主要有FANUC系統(tǒng)、HNC華中世紀(jì)星系統(tǒng)及GSK廣州數(shù)控系統(tǒng)，而FANUC系統(tǒng)在現(xiàn)代數(shù)控加工中占據(jù)了半壁江山的份額?，F(xiàn)結(jié)合實例詳細(xì)介紹FANUC 0iT系統(tǒng)數(shù)控車床的多刀實際對刀方法，對數(shù)控車床的推廣和使用很有必要。

對刀一般有試切對刀、機(jī)外對刀儀對刀和自動對刀3種方法。

機(jī)外對刀儀對刀和自動對刀對刀速度快、精度高，減少數(shù)控加工的對刀輔助時間，提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，但是機(jī)外對刀儀和自動對刀儀的成本高，對大量的中小企業(yè)是不經(jīng)濟(jì)的;對教學(xué)來說，不利于學(xué)生掌握對刀的原理與對刀過程，所以掌握試切對刀勢在必行，而且掌握對刀的原理與對刀過程后再使用機(jī)外對刀儀對刀和自動對刀儀去對刀就顯得非常簡單。

1 對刀原理［8］

為簡化數(shù)控程序編制及使編制的程序?qū)ν愋蜋C(jī)床有互換性，數(shù)控機(jī)床必須統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)。機(jī)床坐標(biāo)系是用來確定其刀具運動路徑的依據(jù);機(jī)床坐標(biāo)系在機(jī)床一經(jīng)設(shè)計和制造調(diào)整后，便被固定下來。而機(jī)床參考點作為機(jī)床坐標(biāo)系的固定不變的位置點，用于對機(jī)床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和控制，即根據(jù)機(jī)床參考點在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值間接確定機(jī)床原點的位置。

實際上，在數(shù)控加工時刀具和工件都安裝在機(jī)床上，刀具和工件在動力機(jī)構(gòu)的帶動下按照一定的規(guī)律作相對運動，即在機(jī)床坐標(biāo)系中刀具與工件作相對運動。數(shù)控機(jī)床一般有3種相對運動方式:(1)工件靜止，在各坐標(biāo)方向都是刀具相對工件運動;(2)刀具靜止，工件相對刀具運動;(3)刀具和工件都作部分運動。

工件坐標(biāo)系是在數(shù)控編程時用來定義工件形狀和刀具相對工件運動的坐標(biāo)系。在編程時，不論機(jī)床的實際運動如何，一律視工件靜止，即刀具相對工件運動，所以將切削加工過程中刀具與工件的相對運動看作刀具在工件坐標(biāo)系中的運動，零件加工程序及其刀具運動軌跡只與工件坐標(biāo)系有關(guān)而與機(jī)床坐標(biāo)系無關(guān)。為保證編程與機(jī)床加工的一致性，工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸應(yīng)與機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向保持一致。

零件加工程序及其刀具運動軌跡必須通過某種操作來建立工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互位置坐標(biāo)關(guān)系，才能夠?qū)崿F(xiàn)刀具與工件在機(jī)床坐標(biāo)系中作相對運動進(jìn)行數(shù)控加工切削。對刀就是實現(xiàn)確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系相互位置關(guān)系的操作。

機(jī)床坐標(biāo)系中的刀具通過找正與工件坐標(biāo)系中的對刀點來實現(xiàn)對刀的。換句話說，將零件加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)后，通過對刀操作，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對刀點在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值換算成對刀點在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。所以對數(shù)控加工者，編制數(shù)控零件加工程序時需要選擇合理的刀具對刀點。對刀點的選擇一般原則有:便于確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系，容易找正;加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小等。

在數(shù)控車床上加工工件時，根據(jù)數(shù)控車床加工零件的特點和便于編程、測量、檢驗的需要，工件原點一般設(shè)在主軸中心線與工件右端面 (或左端面)的交點處。

2 試切對刀的3種方法

2.1 使用刀具補償T指令對刀

2.1.1 對刀步驟

(1)在刀架的1號刀位裝上第1把外圓車刀，試切工件右端面后，沿X軸正方向遠(yuǎn)離工件 (注意Z方向數(shù)值不變)，測量工件長度L1，如圖1所示，按“offset setting”鍵→按“補正”軟鍵→按“形狀”軟鍵，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“ZL1”后按“測量”軟鍵，即將Z軸對刀后的數(shù)值自動輸入到刀具幾何形狀Z中，如圖2所示，G001番號中Z=－397.545。

圖1 FANUC 0iT系統(tǒng)測量界面

圖2 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補正/幾何”界面

(2)試切工件外圓，停主軸后，車刀沿Z軸正方向遠(yuǎn)離工件 (注意X方向數(shù)值不變)，用上述同樣的方法測量外圓直徑D1，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“XD1”后按“測量”鍵，即將X軸對刀后的數(shù)值自動輸入到刀具幾何形狀X中，如圖2所示，G001番號中X=－260.000。

(3)回機(jī)床參考點，第一把刀試切對刀完畢。

(4)在刀架的2號刀位裝上第二把刀，分別試切外圓、端面后測量外圓直徑D2、工件長度L2，用同樣的方法將X軸、Z軸對刀坐標(biāo)值輸入到“刀具補正/幾何”界面中，第二把刀對刀完畢。

(5)同理進(jìn)行其他刀具的對刀。

2.1.2 對刀注意事項

(1)在對刀之前，每一把刀一定要進(jìn)行回參考點REF操作。

(2)在機(jī)床開機(jī)后，手動鍵和主軸正轉(zhuǎn)鍵是不起作用。需使用MDI方式啟動主軸后手動鍵和主軸正轉(zhuǎn)鍵才起作用。

(3)機(jī)床顯示的機(jī)床坐標(biāo)為負(fù)值，測量的直徑、長度均為正值;工件原點設(shè)置在主軸中心線與工件左端面的交點處;如果要將工件原點設(shè)置在主軸中心線與工件右端面的交點處，只需在命令行中將輸入值“ZL1”作適當(dāng)修改即可。

(4)必須將“刀具補正/磨耗”界面對應(yīng)的地址X、Z處清零;“刀具補正/磨耗”界面中G001～G006番號的X=0.00、Z=0.00清零，如圖3所示。

圖3 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補正/磨耗”界面

(5)程序中不能含有G50XαZβ的對刀指令，此處的α、β表示對刀點到工件坐標(biāo)系原點的有向距離。

(6)若程序開頭的某處寫入G54～G58指令，則必須在“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面命令行中輸入X0、Z0使對應(yīng)的地址X、Z處清零。“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面中番號01～06(G54～G59)的X=0.000、Z=0.000，如圖4所示。

圖4 FANUC 0iT系統(tǒng)“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面

(7)在程序開頭的適當(dāng)處必須寫入刀具T指令。

(8)內(nèi)孔鏜刀、內(nèi)螺紋刀的對刀方法與外圓車刀、外螺紋刀的對刀方法相同，但是試切對刀要車削內(nèi)孔與端面。

(9)由于鉆頭安裝在數(shù)控車床的尾架上，尾架的軸心線與工件夾具的軸心線在同一條線上，所以只需要將鉆頭移動到與工件剛發(fā)生“沙沙”聲時立即停止主軸，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入X0、ZL到對應(yīng)的X、Z處即可完成對刀。

2.2 使用G54～G59指令對刀

2.2.1 對刀步驟

(1)在刀架的1號刀位裝上第1把車刀，試切工件外圓，退刀后停主軸，測量外圓直徑D1，把車刀沿Z軸正方向退出，在“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面的命令行中輸入“XD1”后按“測量”鍵將對應(yīng)值輸?shù)紾54的X中。

(2)車工件端面，測量工件的長度L1，把車刀沿X軸正方向退出，在“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面的命令行中輸入“ZL1”后按“測量”鍵將對應(yīng)值輸?shù)紾54的Z中。

(3)回機(jī)床參考點REF，第一把刀試切對刀完畢。

(4)在刀架的2號刀位裝上第二把刀，分別試切外圓、端面后測量外圓直徑D2、工件長度L2，用同樣的方法在“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面的命令行中，分別輸入XD2、ZL2后按“測量”鍵將對應(yīng)值輸?shù)紾55對應(yīng)的X、Z中，第二把刀對刀完畢。

(5)同理進(jìn)行其他刀具的對刀。

2.2.2 對刀注意事項

(1)必須將“刀具補正/幾何”界面對應(yīng)的地址X、Z處清零?！暗毒哐a正/幾何”界面中G001～G006番號的X=0.000、Z=0.000，如圖5所示。

圖5 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補正/幾何”界面

(2)程序開頭適當(dāng)處寫入G54～G58指令和刀具T指令，程序才能正常運行。

(3)鉆頭對刀時，只需要將鉆頭移動到與工件剛發(fā)生“沙沙”聲時立即停止主軸，在“工件坐標(biāo)系設(shè)定”界面的命令行中輸入X0、ZL后按“測量”鍵對應(yīng)G54～G59的X、Z處即可完成對刀。

(4)其他注意事項同使用刀具補償T指令對刀的注意事項 (1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(7)、(8)。

2.3 使用G50指令對刀

2.3.1 對刀步驟

(1)在刀架的1號刀位裝上第1把車刀，將顯示方式置于絕對坐標(biāo)方式，用外圓車刀先試車一外圓，把刀沿Z軸正方向退出(注意X方向數(shù)值不變)，停主軸，測量外圓直徑D1，在“程式 (MDI)”界面的命令行中，采用手動輸入 (MDI)方式，輸入G50 XD1完成X軸方向的對刀;

(2)在“刀具補正/磨耗”界面和“刀具補正/幾何”界面對應(yīng)的地址X處清零，以完成X軸方向?qū)Φ兜暮罄m(xù)處理?！暗毒哐a正/磨耗”界面中G001番號的X=0.00，如圖3所示;“刀具補正/幾何”界面中G001番號X=0.00，如圖5所示。

(3)車工件端面，把刀沿X軸正方向退出，停主軸 (注意Z方向數(shù)值不變)，此時測量工件長度L(正值)，在“程式 (MDI)”界面的命令行中，采用手動輸入 (MDI)方式輸入G50 ZL1完成Z軸方向的對刀;

(4)在“刀具補正/磨耗”界面和“刀具補正/幾何”界面對應(yīng)的地址Z處清零，以完成Z軸方向?qū)Φ兜暮罄m(xù)處理。 “刀具補正/磨耗”界面中番號G001的Z=0.000，如圖3所示;“刀具補正/幾何”界面中G001番號的Z=0.000，如圖5所示。

(5)主軸轉(zhuǎn)動后，為運行方便，使用MDI方式，輸入“G00 X200 Z350”并運行，刀具即移動到距工件原點 (200，350－L)處，第一把刀試切對刀完畢。

(6)在刀架的2號刀位裝上第二把刀試切端面后，測量工件長度L2，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“L2－L1”到番號G002對應(yīng)的地址Z中。

(7)第二把刀試切外圓后，測量外圓直徑D2，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“D2－D1”到番號G002對應(yīng)的地址X中，第二把刀對刀完畢。

(8)同理進(jìn)行其他刀具的對刀。

2.3.2 對刀注意事項

(1)第一把刀對好之后，不能再回機(jī)床參考點，也就是說，后面的刀具是以第一把刀為基準(zhǔn)的。

(2)G00 X200 Z350中的X、Z值也可以為其他適當(dāng)?shù)闹怠?/p>

(3)在程序開頭的適當(dāng)處寫入G50 X200 Z350－L，程序才能正常運行。

(4)程序中盡量不要寫G54～G59指令，避免與G50指令發(fā)生沖突。

(5)其他注意事項同使用刀具補償T指令對刀的注意事項 (2)、(3)、(7)、(8)。

3 加工實例

3.1 加工實例圖

如圖6所示盤類毛坯與零件圖，外圓和內(nèi)孔的精車余量均為X向0.4 mm;Z向0.1 mm;鉆頭直徑23 mm。

圖6 加工毛坯圖與零件圖

現(xiàn)假設(shè)工件原點設(shè)置在軸心線與試切后右端面的交點處，加工中共用外圓粗車刀、外圓精車刀、鉆頭、內(nèi)孔粗鏜刀、內(nèi)孔精鏜刀、外螺紋刀6把刀。

3.2 實例手工數(shù)控程序［9－11］

程序中可以采用第1種和第2種試切對刀方法進(jìn)行對刀。若要采用第3種試切對刀方法，只需將G54指令用G50 G00指令取代，同時將G55、G56、G57、G58、G59指令語句刪掉即可。加工零件圖如圖7所示。

圖7 FANUC 0iT加工后零件圖

與對刀相關(guān)的手工程序如下:

4 結(jié)束語

詳細(xì)闡述了3種典型的多刀試切對刀方法的具體步驟、注意事項、3種對刀的區(qū)別與聯(lián)系。通過實例說明數(shù)控加工的對刀操作是數(shù)控加工技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。只有掌握對刀的原理和步驟要領(lǐng)、注意事項及不同對刀方法的區(qū)別與聯(lián)系，才能在實際CNC加工中靈活運用各種試切對刀方法。

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