摘 要：在數(shù)控車削加工中，系統(tǒng)通過(guò)控制刀架上某個(gè)固定點(diǎn)與刀尖點(diǎn)之間的距離，準(zhǔn)確地控制每把刀的刀具軌跡加工零件。理論上，在試切與測(cè)量之后所得的對(duì)刀參數(shù)已經(jīng)較為精準(zhǔn)，但受機(jī)床精度及其相應(yīng)操作模式等的限制，手動(dòng)對(duì)刀的精確程度往往不盡如人意。在不同加工誤差下，可通過(guò)修改刀具偏置值的方法保證加工精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車削；坐標(biāo)系；試切對(duì)刀；刀具偏置值

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

數(shù)控車床在加工零件的過(guò)程中，刀具、工件間的運(yùn)動(dòng)模式主要由設(shè)定參數(shù)確定，為進(jìn)一步提高加工進(jìn)度，確定好兩者的位置關(guān)系，建立相應(yīng)坐標(biāo)軸是非常有必要的。通過(guò)試切對(duì)刀法計(jì)算刀尖與對(duì)刀參考點(diǎn)之間的距離，保證加工程序的正確執(zhí)行。在試切加工后，如果出現(xiàn)工件加工偏差，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際測(cè)試參數(shù)完成對(duì)刀偏值的修正。

1 機(jī)床坐標(biāo)系

工件制造與機(jī)床調(diào)整必須以機(jī)床的固定坐標(biāo)系為參照來(lái)確定工件的實(shí)際坐標(biāo)，正常情況下不得進(jìn)行擅自改動(dòng)。

機(jī)床零點(diǎn)也被稱為機(jī)床零點(diǎn)，在機(jī)床出廠時(shí)，生產(chǎn)商會(huì)在其上預(yù)留好固定點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。機(jī)床零點(diǎn)能夠?yàn)榇_保機(jī)床與控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，是機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，一般取卡盤端面與主軸軸線的交點(diǎn)。

機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸：機(jī)床主軸軸線為Z軸，以刀具遠(yuǎn)離工件方向?yàn)檎还ぜ惭b面向平行平面中，與工件旋轉(zhuǎn)軸線為X軸，以刀具遠(yuǎn)離軸線方向?yàn)檎?/p>

機(jī)床參考點(diǎn)作為機(jī)床中重要的固定點(diǎn)之一，其多選擇刀具沿著軸向運(yùn)動(dòng)的極限點(diǎn)。

數(shù)控機(jī)床通電后，不管刀具位于何處，這是顯示屏中給定的相對(duì)（增量）坐標(biāo)參數(shù)并非刀架在坐標(biāo)系中的具體坐標(biāo)參數(shù)，并未建立刀具運(yùn)動(dòng)的具體坐標(biāo)。在刀具已經(jīng)返回參考點(diǎn)之后，處于縱橫方向上滑板的行程限位開(kāi)關(guān)與機(jī)械擋塊相接觸后，就會(huì)給數(shù)控系統(tǒng)傳送相應(yīng)的電信號(hào)，進(jìn)而由系統(tǒng)控制滑板改變其運(yùn)動(dòng)方式，完成回到參考點(diǎn)這一步驟。正常情況下參考點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床出廠時(shí)已經(jīng)建立，一般不用進(jìn)行調(diào)整，在必須調(diào)整的情況下，應(yīng)該選擇修改預(yù)定參數(shù)或是更改擋塊位置的方式完成對(duì)參考點(diǎn)的修正，在調(diào)整后必須重新精確測(cè)量并改變相應(yīng)的機(jī)床參數(shù)。在實(shí)際調(diào)整的過(guò)程中，需要結(jié)合加工零件的實(shí)際情況進(jìn)行修正，如加工同一零件，參考點(diǎn)位置一經(jīng)確定，不得二次更改。

數(shù)控車床使刀架中心和機(jī)床參考點(diǎn)重合，數(shù)控裝置通過(guò)機(jī)床參考點(diǎn)確認(rèn)出機(jī)床原點(diǎn)的位置，建立一個(gè)Z軸與X軸的直角坐標(biāo)系，表示數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)建立了真實(shí)的坐標(biāo)系，這個(gè)時(shí)候顯示屏中所顯示的坐標(biāo)參數(shù)就是刀架中心在設(shè)定坐標(biāo)系中的具體坐標(biāo)參數(shù)值，該操作步驟也被稱之為“回零”。在零件加工之前，必須進(jìn)行該操作，進(jìn)而建立起加工工件的真實(shí)坐標(biāo)系。

2 工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是編程時(shí)使用的坐標(biāo)系，又稱“編程坐標(biāo)系”。零件圖樣給出后，首先根據(jù)被加工零件的幾何形狀和尺寸，在零件圖上設(shè)定工件坐標(biāo)系，按工件坐標(biāo)系進(jìn)行編程。其它各項(xiàng)尺寸都以此坐標(biāo)系中的坐標(biāo)原點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)注，確保零件圖中任意幾何元素在該坐標(biāo)系中都能夠找到對(duì)應(yīng)的位置，進(jìn)而為刀架運(yùn)行編程給以軌跡坐標(biāo)與運(yùn)動(dòng)方向。

工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，通俗的來(lái)講也就是工件原點(diǎn)、編程原點(diǎn)，該原點(diǎn)也就是編程過(guò)程中人為設(shè)定的幾何參考點(diǎn)。在原點(diǎn)位置確定時(shí)，必須滿足編程計(jì)算簡(jiǎn)便、數(shù)控機(jī)床調(diào)整快捷、對(duì)刀方便的原則，還需要結(jié)合加工零件的幾何特性。通常情況下，原點(diǎn)需要設(shè)置在設(shè)計(jì)、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(diǎn)處于主軸線與工件兩端（任意一端）的交點(diǎn)處。

工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸的設(shè)置過(guò)程中，必須結(jié)合工件安裝的位置以及加工的方式。通常來(lái)說(shuō)，該坐標(biāo)系Z軸應(yīng)該與機(jī)床坐標(biāo)系Z軸相互對(duì)應(yīng)，垂直于工件定位支撐平面，其X需要與坐標(biāo)系Z軸相互對(duì)應(yīng)，多選用較大工件或切削加工時(shí)主要的給進(jìn)方向。數(shù)控車床應(yīng)取在零件的回轉(zhuǎn)中心處。

3 對(duì)刀點(diǎn)的確定

對(duì)刀參考點(diǎn)，也被稱之為“刀架中心”，是表明刀架位置的參考點(diǎn)。數(shù)控車床回參考點(diǎn)后，使刀架中心和機(jī)床參考點(diǎn)重合。

刀位點(diǎn)，一般是車刀刀尖上的一點(diǎn)，是編制加工程序時(shí)用來(lái)表示刀具位置的坐標(biāo)點(diǎn)。數(shù)控加工程序?qū)嶋H上是控制刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)控制刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。

對(duì)刀點(diǎn)，也就是工件加工過(guò)程中刀具位置相對(duì)應(yīng)零件相對(duì)位移的起點(diǎn)，用來(lái)確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系關(guān)系，對(duì)刀點(diǎn)也常被稱之為程序起點(diǎn)，其選擇方式較為簡(jiǎn)單，但需要與工件的定位基準(zhǔn)相互聯(lián)系，以確保機(jī)床變成與對(duì)到的可操作性。

4 試切對(duì)刀法

工件加工前，必須以對(duì)刀的方式確定好機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系間的位置關(guān)系。對(duì)刀，就是測(cè)量編程原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的偏移距離，并設(shè)置編程原點(diǎn)在以刀尖為參照點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即將參考坐標(biāo)系通過(guò)對(duì)刀平移得到工件坐標(biāo)系。也就是將刀位點(diǎn)置于對(duì)刀點(diǎn)上，進(jìn)而做好建立工件坐標(biāo)系的準(zhǔn)備。對(duì)刀精度與工件制造的精度有著直接的關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)今，機(jī)床對(duì)刀可采用人工以及高精度專用對(duì)刀儀完成，前者需要操作人員具有較高的技術(shù)能力，后者精度極高。

數(shù)控車削試切測(cè)量，首先選擇MDI方式操作機(jī)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(guò)對(duì)試且后工件直徑的測(cè)量就能夠測(cè)試出刀尖在坐標(biāo)系X軸線的坐標(biāo)參數(shù)，同時(shí)記錄好對(duì)刀參考點(diǎn)在X軸上的當(dāng)前坐標(biāo)值Xt。此后，可采用與上文相同的辦法對(duì)工件右端面進(jìn)行試刀，確保其Z軸位置保持不變，沿X軸退刀，進(jìn)而獲得試切端面到工件原點(diǎn)的距離L，同時(shí)記錄好CRT上所顯示的顯示的對(duì)刀參考點(diǎn)在坐標(biāo)系中Z軸上的真實(shí)坐標(biāo)參數(shù)。

設(shè)定的工件外升長(zhǎng)度和工件直徑來(lái)確定編程坐標(biāo)系原點(diǎn)時(shí)：

Z軸坐標(biāo)值Zt=刀偏值Zp+工件外伸長(zhǎng)度L；

X軸坐標(biāo)值Xt=刀偏值Xp+工件直徑D；

找工件原點(diǎn)在機(jī)械坐標(biāo)系中的位置并不是求該點(diǎn)的實(shí)際位置，而是找刀尖點(diǎn)到達(dá)（0，0）時(shí)刀架的位置。endprint

4.1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)刀偏置參數(shù)分析

以90゜外圓車刀為例，試切對(duì)刀并建立工件坐標(biāo)系后，通過(guò)加工零件分析修改刀具偏置參數(shù)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(fù)之分，正確理解并分析刀具偏置量所代表的真實(shí)含義，是修改刀具偏置量的前提。

4.2 通過(guò)修改刀偏值改變工件尺寸的應(yīng)用方法

在首件試切后，對(duì)工件加工尺寸進(jìn)行測(cè)量得到對(duì)刀誤差，通過(guò)對(duì)表1的分析，對(duì)數(shù)控車床刀具偏置參數(shù)修正，使加工工件尺寸與正確尺寸相同。

當(dāng)將Z軸刀偏值增大時(shí)，刀架中心點(diǎn)向右偏移減少，即將刀尖點(diǎn)移至82.28處，使實(shí)際刀尖點(diǎn)比修改后的刀尖點(diǎn)向左長(zhǎng)出，加工工件時(shí)刀具以修改后的刀偏值設(shè)定刀尖點(diǎn)加工，所以加工零件變短。相反，若將Z軸刀偏值減小時(shí)，刀架中心點(diǎn)向右偏移增大，使實(shí)際刀尖點(diǎn)比修改后的刀尖點(diǎn)向左短出，加工工件時(shí)刀具以修改后的刀偏值設(shè)定刀尖點(diǎn)加工，所以加工零件變長(zhǎng)。

當(dāng)將X軸刀偏值增大時(shí)，刀架中心點(diǎn)向上偏移減小，使實(shí)際刀尖點(diǎn)比修改后的刀尖點(diǎn)向上長(zhǎng)出，加工工件時(shí)刀具以修改后的刀偏值設(shè)定刀尖點(diǎn)加工，所以加工零件變細(xì)。相反，若將X軸刀偏值減小時(shí)，刀架中心點(diǎn)向上偏移增大，使實(shí)際刀尖點(diǎn)比修改后的刀尖點(diǎn)向上短出，加工工件時(shí)刀具以修改后的刀偏值設(shè)定刀尖點(diǎn)加工，所以加工零件變粗。

同樣，當(dāng)試切加工后發(fā)現(xiàn)工件尺寸不符合要求時(shí)，可根據(jù)工件實(shí)測(cè)值進(jìn)行刀偏值調(diào)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(gè)理論尺寸與實(shí)測(cè)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(gè)理論尺寸與實(shí)測(cè)尺寸的差值。

4.3 通過(guò)修改程序段改變工件尺寸的應(yīng)用方法

在加工中，建立工件坐標(biāo)系，如圖2所示，若執(zhí)行程序段G50 Xα Zβ（有的數(shù)控系統(tǒng)使用G92指令），此時(shí)CRT上將立刻顯示出現(xiàn)今刀尖在工件坐標(biāo)系中所處的位置參數(shù)（α，β），也就是說(shuō)，所建立的全新工件坐標(biāo)系已經(jīng)替代了原本機(jī)床坐標(biāo)系的基本功能。

通過(guò)G50在數(shù)控系統(tǒng)的MDI界面建立工件坐標(biāo)系后，以通過(guò)工件端面和中心軸線的兩條直線建立工件坐標(biāo)系XOZ， 參照表1，我們可以看出，以標(biāo)準(zhǔn)刀偏值為例，倘若非基準(zhǔn)刀在Z軸方向上的刀偏量為正值，那么就認(rèn)為該刀具的點(diǎn)位在左右方向已經(jīng)穿越了Z軸，超過(guò)了基準(zhǔn)刀的長(zhǎng)度，所以如果安裝該刀具進(jìn)行加工，工件就會(huì)更短；某一非基準(zhǔn)刀在X軸方向上的刀偏量為正值，那么就認(rèn)為該刀具的點(diǎn)位在前后方向已經(jīng)穿越了x軸，所以如果安裝該刀具進(jìn)行加工，其比基準(zhǔn)刀伸出更長(zhǎng)，則工件變細(xì)。

計(jì)算坐標(biāo)增量，應(yīng)該經(jīng)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(diǎn)坐標(biāo)），計(jì)算出刀尖與起刀點(diǎn)間的位移之差，也就是（α-D，β-L）（X、Y軸坐標(biāo)增量）。

對(duì)刀，按照計(jì)算所得（α-D，β-L），使用手搖脈沖發(fā)生器移動(dòng)刀具，使（Xt，Zt）增加計(jì)算所得的坐標(biāo)增量，也即是說(shuō)確保刀具的移動(dòng)能夠使刀架中心在CRT中顯示的坐標(biāo)位移值轉(zhuǎn)變?yōu)椋╔t—D+β，Zt—L+α）。以此確保刀尖能夠處于程序要求的起刀點(diǎn)坐標(biāo)（α，β）上。

實(shí)際中，可通過(guò)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(diǎn)會(huì)引起所有刀具的移動(dòng)，容易造成零件報(bào)廢。

如圖2所示，整個(gè)零件對(duì)于理論尺寸都大了一個(gè)值，可以通過(guò)修改G50起點(diǎn)的方法來(lái)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(jié)語(yǔ)

綜上所述，在數(shù)控車削加工中，當(dāng)成品零件出現(xiàn)加工誤差時(shí)，可通過(guò)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(jiǎn)介：張麗娟（1985-），女，甘肅蘭州人，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造、機(jī)電一體化技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)。endprint