数控车床对刀操作优化

数控车床的对刀可分为基准车刀的对刀和各个刀具相对位置偏差的测定两部分。先从所需用到的众多车刀中选定一把作为基准刀具，进行对刀操作，再分别测出其他各刀具与基准刀具刀位点的位置偏差值（这可通过分别测量各刀具相对于刀架中心或相对于刀座装刀基准点在X、Z方向的偏置值来得到），不必对每把刀具都进行对刀操作。

本节以FANUC0i数控系统为例对数控车床的对刀方法做介绍，其他系统的对刀方法与原理基本相同，以后不再赘述。

1.数控车床的对刀调整

（1）基准车刀的对刀 基准车刀的对刀就是在加工前测定出加工起始点（起刀点）处，刀具刀位点（如刀尖）在预想的工件坐标系（编程坐标系）中的相对坐标位置。对刀操作通常是在建立工件坐标系以前进行的，只有通过对刀，才可确保建立一个和编程坐标系一致的工件坐标系。

对于具有参考点功能的数控车床而言，在经过回参考点操作后，由于机床原点是已知的、固定不变的，因此在参考点处显示的是刀架上某参照点（如刀架中心）在机床坐标系中的位置坐标。对刀操作在机床坐标系控制下进行，当刀具装夹好后，刀架中心和刀具刀位点之间的距离是固定的，因此，可以通过刀架中心在机床坐标系中的坐标变化来推测出刀具刀位点在设想的工件坐标系中的坐标。可以说，刀架中心点是用于对刀的参照点。其试切对刀的过程大致如下：

1）先进行手动返回参考点的操作。

2）试切外圆。用MDI（Manual Data Input，手动输入方式）方式操纵机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在X轴方向上的位置不变，沿Z轴方向退刀，记下此时显示器上显示的刀架中心在机床坐标系中的X坐标值X_t，并测量工件试切后的直径D，此即当前位置上刀尖在工件坐标系中的X值（通常X零点都选在回转轴心上）。

3）试切端面。用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具Z坐标不变，沿X方向退刀，记下此时刀架中心在机床坐标系中的Z坐标值Z_t，且测出试切端面至预定的工件原点的距离L，即当前位置处刀尖在工件坐标系中的Z值，利用机床坐标数据试切对刀如图2-9所示。

图2-9 利用机床坐标数据试切对刀

4）对刀。根据上述得到的四个数据，可用如下两种方法进行对刀。

①方法一：若已经在将要运行的程序中写好了“G92 Xa Zb；”的程序行，那么就应该用手动或MDI方法移动刀具，将刀具移至使显示器上所显示的刀架中心在机床坐标系中的坐标值为（X_t+a-D，Z_t+b-L）的位置。这样就实现了将刀尖放在程序所要求的起刀点位置（a，b）上的对刀要求。

②方法二：将刀具移到工件外可作为起刀点的任意某位置，记下此时刀架中心在机床坐标系中的坐标如（X₀，Z₀），可以算出该位置在工件坐标系中的坐标值应该是（D+X₀-X_t，L+Z₀-Z_t）。在运行程序前保持此起刀点位置不变的情况下，根据此计算结果值改写程序中“G92 X_Z_”，指令为“G92 X(D+X0-Xt)Z(L+Z0-Zt)”。

5）建立工件坐标系。可在上述对刀完成后，在保持当前刀具位置不变的情形下，用MDI方式运行“G92 Xa Zb；”（方法一）或“G92 X(D+X0-Xt)Z(L+Z0-Zt)；”（方法二）的程序指令，或者直接开始运行编好的程序，则显示器中将显示当前刀尖在工件坐标系中的位置坐标（a，b）或（D+X₀-X_t，L+Z₀-Z_t）。

对于无参考点功能的数控车床，因为没有固定的机床坐标原点，所以不能利用机床坐标系来对刀。若系统不能对当前坐标位置进行断电自动记忆，则中途因某些原因退出了控制系统的话，就必须重新对刀。如下试切对刀的方法，可供参考。

①装夹好工件及刀具后，在主菜单上选择“点动操作”，然后按X、Z轴移动键，使刀具慢慢靠近工件，并调好一定的背吃刀量为车外圆做准备，再按+Z方向键稍离开工件。

②按主轴正转按钮，启动主轴。

③在主菜单上选择“MDI功能”，在输入“G91 G01 Z-20 F15”后，按F10键开始执行（即让车刀以15mm/min的速度向Z轴负向移动20mm进行试切外圆，如图2-10a所示），车完后，再输入“G91 G01 Z25 F100”退出。按“主轴停转”按钮，使主轴停转。

图2-10 无参考点机床的对刀

④测量加工后工件的外径值，记为D。

⑤置点动操作方式，点按一下Z轴方向键，调整好用于端面车削的背吃刀量，然后正转启动主轴。

⑥切换至“MDI功能”，在光标处输入：“G91 G01 X-D/2 F15”，然后再执行（由工件外圆面处向轴心处进给以试切端面，如图2-10b所示）。

注意：D/2应为按步骤④实测值计算的结果。

⑦待车完端面后，让主轴停转，则刀尖就已经定位在工件右端回转轴心处，如图2-10c所示。返回到第一层菜单后执行“坐标清零”，则当前坐标位置即被设为相对零点。如果工件坐标原点就设在此右端轴心处的话，编写程序时就应用“G92 X0 Z0；”指令建立工件坐标系。从图2-10c可以看出，此位置点距当前机床坐标原点有一定的距离。由于图形跟踪总是按机床坐标系来显示的，所以为便于观察，有必要令工件坐标系和机床坐标系重合，为此重新启动软件进入控制系统，即可将此位置点重置为新的机床零点，如图2-10d所示。

⑧若要执行的程序中指令为“G92 Xa Zb；”，则应在运行程序之前，先用MDI方式执行指令“G91 G00 Xa Zb；”，让刀架移到屏幕坐标显示为（a，b）的位置，如图2-10e所示。

（2）其他各刀具的对刀 其他各刀具的对刀就是测定出每一把刀具转位到加工方位时，其刀位点相对于基准车刀刀位点在X、Z两方向上的位置偏差；然后，将偏差值存入对应的刀具数据库即可。这样，只需要在加工程序中用指令标明所用的刀具，则执行到刀具指令时，机床会自动移动调整刀架，直到新刀具刀位点与前一把刀具刀位点重合。整个程序均可按基准车刀刀位点进行编写。

2.刀具参数的设置输入

进入“刀具参数”菜单项，依次输入各参数即可。(www.xing528.com)

（1）刀偏数据的测定 事实上，这里所称的刀偏数据就是前面所讲到的各刀具相对于基准刀具的几何补偿。可通过下述方法获得其偏置数据。

1）用点动或步进操作移动拖板并结合旋动小刀架手柄，使基准刀具的刀尖对准工件上的一基准点（如右端面轴心），并使屏幕上显示的X轴、Z轴坐标清零，再点动使刀具退到远离刀架的某位置。旋动刀架换一把刀具，再用点动及步进方式（不可再动小刀架手柄）使该刀具刀尖对准工件上的同一基准点，此时屏幕上显示的坐标值即是该刀号刀具的几何偏置∆X_j，∆Z_j。同理，可测定到其他刀具相对于基准刀具的几何偏置。

2）用本节中的试切对刀方法，先用基准车刀试切，获得X₁、D₁，Z₁、L₁，换刀后再去试切，获得另一组数据X₂、D₂，Z₂、L₂，则该刀号刀具的几何偏置为：∆X=X₂-X₁-(D₂-D₁)，∆Z=Z₂-Z₁-(L₂-L₁)。若为半径编程，则式中D₁、D₂应除以2。（2）刀偏数据的输入

1）选择刀具编号。通过上下光标键移动，选择机床系统中存储的刀具数据所需刀号；如本画面没有，可以继续翻页选择。

2）输入数据。先在数据区左下端显示“INPUT：”处输入数据，如X，再将刀号处的光标用左右光标移动键移至X下方，按回车键即可；Z的输入方法一样。

3）退出返回，系统即可自动存储刀偏数据。

用同样的操作，可输入设置几何补偿和磨损补偿数据。

（3）刀具补偿值的输入 为保证加工精度和编程方便，在加工过程中必须进行刀具补偿，每一把刀具的补偿量需要在空运行前输入到数控系统中，以便在程序的运行中自动进行补偿。

为了编程及操作的方便，通常是使T代码指令中的刀具编号和刀具补偿号相同。如“T0101”中前面的“01”是刀具编号，后面的“01”表示刀具补偿号。

（4）更换刀具后刀具补偿值的输入 更换刀具时引起刀具位置变化，需要进行刀具的位置补偿。按下面的顺序输入刀具补偿值：

1）按下功能键“MENU OFFSET”。

2）将光标移到欲设定的补偿号位置上。

3）分别输入X、Z、R、T的补偿值，按下“INPUT”键。

刀具补偿值输入到数控系统后，刀具运行轨迹便会自动校正。当刀具磨损后需要修改已存储在相应存储器里的刀具补偿值时，操作顺序同上，修改后的刀补值替换原刀补值。

3.刀具补偿值的直接输入

在实际编程时可以不使用G50指令设定工件坐标系，而是将任一位置作为加工的起始点，当然该点的设置要保证刀具、卡盘、工件不发生干涉。用试切法确定每一把刀具起始点的坐标值，并将此坐标值作为刀补值输入到相应的存储器内。其操作过程如下：

1）手动返回机床参考点。

2）任选一把加工中所使用的刀具。

3）按下“MENU OFFSET”键，CRT屏幕上显示“OFFSET/GEOMETRY”页面。

4）将光标移动到该刀具补偿号的Z值处。

5）以手摇轮方式移动滑板，轻轻车一刀工件端面，沿X方向退刀，并停下主轴，记录该点Z坐标。

6）测量工件端至工件原点的距离。

7）按下“M”键和“Z”键，输入工件原点到工件端面的距离，按下“INPUT”键。如果端面需留有精加工余量，则应将该余量值加入刀补值中。

8）将光标移动到该刀具补偿号的X值处。

9）用手摇轮方式轻轻车一刀外圆，沿Z向退刀，主轴停转，记录该点X坐标。

10）测量切削后的工件直径。

11）按下“M”键和“X”键，输入测量的直径值，按下“INPUT”键。

12）对其他的刀具，返回第2）步，重复执行以上的操作，直到所有刀具的补偿值输入完毕。