数控车床对刀原理深度剖析

坐 标 值 为 Xa ／ Za， 更 换 刀 具 Tb 后 ， 修 正 Tb 坐 标 值 的 公 式
为：
Xb ＝ Xa＋Uba，
Zb ＝ Za＋Wba 。
通常将刀具偏置值保存在数据库中与刀号对应的位
置 ， 例 如 T01 偏 置 值 保 存 在 01 号 位 置 ， T02 保 存 在 02 号
位置 （图 7）。 值得注意的是， 刀具偏置表中保存的是位置
试切对刀法需要用基准刀具设定了坐标系后， 移动其 它刀具至工件表面进行切削， 输入工件表面的实际测量 值， 系统会自动计算出刀具的偏置值。 参照图 6 的偏差 值， 说明试切对刀的步骤 及 原 理 ： ① 以 01 号 刀 作 为 基 准 刀 并 取 消 刀 具 偏 置 ， 执 行 T0100， 用 试 切 对 刀 法 将 工 件 原 点设定在右端面中心； ② 执 行 T0200 换 上 02 号 刀 具 ， 手 动让刀尖轻轻触碰右端面， 进入刀补页面 （偏置序号以 ‘“1” 开 头 的 页 面 ）， 光 标 移 到 序 号 102， 键 入 “Z0” →按 ［输 入 ］ 键 。 由 于 02 号 刀 也 使 用 00 号 偏 置 值 ， 因 此 在 换 刀后 CNC 没有修正 02 号刀位点的坐标值， 仍然显示 01 号 刀 位 点 的 坐 标 值 。 02 号 刀 与 01 号 刀 在 Z 轴 有＋10 的 偏 差 量 ， 当 02 号 刀 移 动 到 右 端 面 时 ， CNC 显 示 的 当 前 Z 轴 坐 标 值 （01 号 刀 ） 为 “Z－10” （ 图 8） 。 按 [ 输 入 ] 键 后 ， CNC 用当前 01 号刀坐标值 “Z－10” 减去键入值 “Z0”， 得 到 Z 轴 偏 置 值 “Z－10”， 存 入 002 号 偏 置 位 置 （图 7）； ③ 用 02 号 刀 对 工 件 外 圆 进 行 切 削 ， 测 量 切 削 外 圆 直 径 （假
图 2 工件原点在右端
图 5 刀具偏差
4．1 刀具偏置的作用
通常指定一把刀具为基准刀， 然后测出其余刀具相对 基准刀的位置偏差。 如图 6 所示， 以 T01 刀 位 点 为 基 准 ， 测 量 其 余 刀 具 相 对 T01 的 位 置 偏 差 ： T01 （0， 0） 、 T02
图 3 工件原点在左端
图 8 设定 Z 轴偏置 （下转第 74 页）
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研究与开发
机电工程技术 2011 年第 40 卷第 1 期
导热性高， 强度好， 因此不易产生热疲劳裂纹。 从图 7 可以看出， 气缸盖原始组织硬度 为 HV195， 热
冲击试验后硬度为 HV194。 从图 4 到图 7 可以看出， 2000 次热冲击试验后材料的
加 工 表 明 的 直 径 （图 4）， 在 MDI 界 面 下 将 直 径 d 作 为 X 轴坐标， 执行 G50 Xd， 则 CNC 记录当前刀 位 点 在 X 轴 的
图 4 试切对刀
图 6 相对基准刀的偏差
（－14， 10）、 T03 （－22， －8）、 T04 （20， 5）， 基 于 以 上 位
特别要注意与每把刀具对应的偏置值的存储位置， 例 如 02 号 刀 没 有 使 用 02 号 偏 置 值 ， 而 执 行 T0203， 就 会 使 位置偏差计算产生错误， 导致坐标值修正出错。 如果换刀 时偏置编号为 00， 例如 T0200， 则 表 示 取 消 刀 具 偏 置 ， 此 时 CNC 会 以 “0” 作 为 偏 置 值 （因 为 00 号 偏 置 内 的 数 据 全为 0） 与前一刀具的偏置值相减， 求出位置偏差。 因此， 只要前后刀具指定的偏置值不一样， CNC 就会对刀位点的 坐标值进行修正。
4．2 测量刀具偏置的原理
测量各把刀具位置偏差需要进行对刀操作， 对刀的方 法也有 “定点对刀” 和 “试切对刀” 两种。 定点对刀法的 实质是分别将基准刀具的刀位点和非基准刀具的刀位点定 位到某一标准点， 测出基准刀具和非基准刀具的刀位点在 X 方向和 Z 方向上的位置偏差， 并设置相应的补偿 ［1］。 其 方法如下， 首先将基准刀尖移动到一个标准点 （比如工件 某一角点）， 并将增量坐标值 U ／ W 清零， 然后将下一刀具 的刀尖也移动到同一标准点， 此时屏幕上显示的增量坐标 值 U／W 就是该刀具与基准刀的位置偏差， 将 U／W 值存入 系统刀补数据库中对应刀号的 X／Z 轴偏置量位置。 用同样 的方法可以测量出其余刀具相对基准刀的位置偏差。
坐 标 值 ， 使 CNC 能 参 照 刀 位 点 找 到 工 件 坐 标 系 原 点 的 位 置。
图 1 车刀刀位点
例 如 ， 在 车 床 上 装 夹 一 根 40mm×70mm 的 棒 料 ， 手 动将刀尖移动到工件的右下角， 要将工件原点设置在右端 面 中 心 （图 2）， 则 执 行 G50 X40 Z0。 执 行 G50 指 令 后 ， 在 CNC 位置界面中会显示出当前刀位点在工件坐标系中的 绝对坐标值： X40．0 Z0．0， 表明 CNC 已 经 记 录 下 刀 位 点 与 工件原点之间的相互位置关系， 即建立了工件坐标系。 同 理， 将工件原点设置在左端面中心 （图 3）， 则需执行 G50 X40 Z70。
偏 差 值 的 “负 值 ”， 即 偏 置 值＝－偏 差 值 。 CNC 在 使 用 偏 置
值 时 会 自 动 取 反 。 利 用 偏 置 值 计 算 Ta 相 对 Tb 位 置 偏 差 的
计算公式为：
Uab＝Xpb－Xpa ， Wab＝Zpb－Zpa ， （Xp＝－U， Zp＝－W）。
图 7 刀具偏置表
2 数控车刀的刀位点
数控加工中用到的各种刀具， 都具有一定尺寸大小， 而不是一个点， 所以当一把刀具在坐标系中的某个位置 （即某一点） 时， 实际上是指刀具上的某一点与坐标系中 的这一点重合。 刀具的定位基准点， 称之为刀位点， 刀具 在坐标系中的位置， 实际上是指刀位点的位置。 数控车削 常见的各种车刀， 主要是以刀尖为刀位点 （图 1） ［1］。
上述建立工件坐标系的方法称为 “定点对刀” 法， 在 数控车床操作中还有一种很常用的对刀方法 “试切对刀”。 举例说明用试切对刀法将工件原点设定在工件右端面中心 的原理。 首先用手动方式切削右端面， 注意不能移动 Z 轴， 在手动数据输入 （MDI） 界面下执行 G50 Z0， CNC 就 会记录下当前刀位点 Z 轴坐标值为 0， 既将 X 轴设置在右 端面。 然后在 X 轴不动的情况下切削一段圆柱面， 测量已
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数控车床对刀原理深度剖析
韩雪松， 钟丽珠
（广西水利电力职业技术学院， 广西南宁 530023）
数控技术
摘要： 数控车床的对刀操作是一项非常重要的工作， 理解对刀方法的原理有助于操作者在对刀过程中保持清晰的思路， 减少对刀
错误的发生。 深入分析了数控车床对刀操作的原理， 包括建立工件坐标系和设置刀具偏置的方法及原理。
置 偏 差 ， 可 以 计 算 出 任 意 两 个 刀 位 点 之 间 的 位 置 偏 差 。 Ta
点相对于 Tb 点的位置偏差计算公式为：
Uab ＝ Ua－Ub ，
Wab ＝ Wa－Wb 。
如 T03 相 对 T02 的 位 置 偏 差 为 U32＝－22－ （－14） ＝－8，
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通常使用基准刀在取消偏置的情况下建立工件坐标 系， 如果使用非基准刀， 则必须调用对应偏置号。 例如，
使 用 01 号 基 准 刀 建 立 工 件 坐 标 系 ， 需 要 首 先 执 行 T0100； 使 用 02 号 刀 具 建 立 工 件 坐 标 系 ， 则 需 要 首 先 执 行 T0202。 假设在 T0200 状态下建立工件坐标 系 ， 然 后 执 行 T0303 换 上 03 号 刀 ， CNC 用 00 号 偏 置 值 “0、 0” 减 去 03 号 偏 置 值 “22、 8” 得到 03 号刀与 02 号刀的位置偏差 “U32＝－22、 W32＝－8”， 显然这个值是错误的。
当机床换刀时， 通过刀具指令 T 可以换上指定刀具并 调 用 相 应 的 偏 置 值 。 例 如 ， 假 设 当 前 刀 具 状 态 为 T0101， 并显示刀位点坐标 X1＝40、 Z1＝30， 既使用 01 号刀具并调用 01 号偏置值， 然后执行 T0202， 则机床会换上 02 号刀具并 调 用 02 号 偏 置 值 。 此 时 CNC 用 01 号 偏 置 值 减 去 02 号 偏 置 值 就 得 到 02 号 刀 相 对 01 号 刀 的 位 置 偏 差 （ U21＝－14、 W21＝10）， 然后用 01 号刀位点坐标加上位置偏差， 得 到 02 号刀位点坐标， X2＝40－14＝26、 Z2＝30＋10＝40。
关键词： 数控车床； 对刀原理； 刀位点； 工件坐标系； 刀具偏置
中图分类号： TG519．1
文献标识码： A 文章编号： 1009－9492 (2011) 01－0027－03
1 前言
数控车床的对刀操作是一项非常重要的工作， 对刀的 目的是在机床上建立工件坐标系， 并使计算机数控系统 （CNC） 掌握刀具在工件坐标系中的位置。 不正确的对刀会 导致工件报废， 甚至发生撞刀事故， 因此掌握正确的对刀 方法是学习数控机床操作中的一项关键内容。 在数控车床 的操作手册和相关教材中， 已经将对刀方法做了比较详尽 的叙述， 操作者可以按照资料中的步骤完成对刀操作。 但 由于教材没有详细说明对刀操作的原理， 使得大部分操作 者只会盲目的按步骤进行对刀， 对刀操作缺乏灵活性， 当 遇到一些特殊零件时就容易发生对刀错误。 所以要成为一 名优秀的数控车床操作员， 就应该理解对刀方法的原理， 才能在对刀过程中保持清晰的思路， 减少对刀错误的发 生。 本文将针对广州数控 GSK980T 系统， 深度剖析数控车 床的对刀原理。