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华中世纪星教学型数控车床的对刀操作
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3秒自动关闭窗口导读：华中世纪星数控车床的几种精确对刀方法，文中首先介绍了数控车床常用的“试切对刀法”的原理及对刀思路，介绍了华中世纪星车削数控系统的四种手动试切对刀方法，并总结介绍了四种精确对刀方法，对刀是数控加工中的主要操作和重要技能，对刀效率还直接影响数控加工效率，华中世纪星车削系统是武汉华中数控股份公司近年推出的优秀国产数控车削系统，是2004年首届全国数控技能大赛的指定数控车削系统之一，将该系统的几种快速 华中世纪星数控车床的几种精确对刀方法
“有用”是本刊，尤其是本栏目的宗旨。本文就是一篇非常实用的文章，文中首先介绍了数控车床常用的“试切对刀法”的原理及对刀思路；接着，介绍了华中世纪星车削数控系统的四种手动试切对刀方法；为改进其对刀精度，根据“自动试切→测量→误差补偿”的思路，设计出了用程序控制的自动试切法，并总结介绍了四种精确对刀方法。文后还给出了几种对刀的示例程序，可能会对大家有所帮助。
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。华中世纪星车削系统是武汉华中数控股份公司近年推出的优秀国产数控车削系统，是2004年首届全国数控技能大赛的指定数控车削系统之一。但遗憾的是，华中公司以往多通过其技术人员口头向用户说明对刀操作，在他们编写的《操作说明书》中却没有提到对刀操作，给用户学习、使用带来不便。笔者通过实践探索，结合教学、技能考证培训与加工实践的经验，将该系统的几种快速准确的试切对刀方法予以小结，供大家参考，希望借此对国产数控系统的推广，推动我国数控技能人才的培训尽一点微薄之力。 一、数控车试切对刀法的原理及对刀思路
深入理解数控车床的对刀原理对于操作者保持清晰的对刀思路、熟练掌握对刀操作以及提出新的对刀方法都具有指导意义。对刀的实质是确定随编程而变化的工件坐标系的程序原点在唯一的机床坐标系中的位置。对刀的主要工作是获得基准刀程序起点的机床坐标和确定非基准刀相对于基准刀的刀偏置。本文作以下约定来说明试切法对刀的原理与思路：使用华中世纪星教学型车削系统HNC-21T（应用软件版本号为5.30）；以工件右端面中心为程序原点，用G92指令设定工件坐标系；直径编程，程序起点H的工件坐标为（100，50）；刀架上装四把刀：1号刀为90°外圆粗车刀、2号基准刀为90°外圆精车刀、3号刀为切断刀、4号刀为60°三角螺纹刀（全文所举实例均与此相同）。
如图1所示，基准刀按照“手动试切工件的外圆与端面，分别记录显示器（CRT）显示试切点A的X、Z机床坐标→推出程序原点O的机床坐标→推出程序起点H的机床坐标”的思路对刀。根据A点与O点的机床坐标的关系：XO= XA－Φd，ZO =ZA，可以推出程序原点O的机床坐标。再根据H相对于O点的工件坐标为(100,50)，最后推出H点的机床坐标：XH=100－Φd，ZH= ZA+50。这样建立的工件坐标系是以基准刀的刀尖位置建立的工件坐标系。
图1 手动试切对刀示意图
如图2所示，由于各刀装夹在刀架的X、Z方向的伸长和位置不同，当非基准刀转位到加工位置时，刀尖位置B相对于A点就有偏置，原来建立的工件坐标系就不再适用了。此外，每把刀具在使用过程中还会出现不同程度的磨损，因此各刀的刀偏置和磨损值需要进行补偿。获得各刀刀偏置的基本原理是：各刀均对准工件上某一基准点（如图1的A点或O点），由于CRT显示的机床坐标不同，因此将非基准刀在该点处的机床坐标通过人工计算或系统软件计算减去基准刀在同样点的机床坐标，就得到了各非基准刀的刀偏置。
图2 刀具的偏置和磨损补偿
受多种因素的影响，手动试切对刀法的对刀精度十分有限，将这一阶段的对刀称为粗略对刀。为得到更加准确的结果，如图3所示，加工前在零件加工余量范围内设计简单的自动试切程序，通过“自动试切→测量→误差补偿”的思路，反复修调基准刀的程序起点位置和非基准刀的刀偏置，使程序加工指令值与实际测量值的误差达到精度要求，将这一阶段的对刀称为精确对刀。由于保证基准刀程序起点处于精确位置是得到准确的非基准刀刀偏置的前提，因此一般修正了前者后再修正后者。
综合这两个阶段的对刀，试切法对刀的基本操作流程如下：用基准刀手动试切得到对刀基准点的机床坐标→人工计算或自动获得各非基准刀的刀偏置→基准刀处于大概的程序起点位置→基准
刀反复调用试切程序，测量尺寸后，以步进或MDI方式移动刀架进行误差补ィ拚涑绦蚱鸬愕奈恢谩腔嫉斗锤吹饔檬郧谐绦颍谠镀玫幕∩闲拚镀谩嫉洞τ谧既返某绦蚱鸬悴欢?/P>
图3 多刀试切对刀示意图 二、几种粗略对刀方法小结
下述每种方法的对刀准备工作均相同：在系统MDI功能子菜单下按F2键，进入刀偏表；用▲、键移动蓝色亮条到各刀对应的刀偏号位置，按F5键；将刀偏号为#0000、#0001、#0002、#0003、#0004的X偏置、Z偏置的数据均修改为零，再按下F5键。 1. 选定基准刀为标准刀，自动设置刀偏置法 如图1、图4所示，对刀步骤如下：
(1)用▲、键移动蓝色亮条对准2号基准刀的刀偏号#0002位置处，按F5键设置2号刀为标准刀具，则所在行变成红色亮条。
(2)用基准刀试切工件右端面，记录试切点A的Z机床坐标；试切工件外圆，记录A点的X机床坐标，退刀后停车，测量已切削轴段外径ΦD。
(3)基准刀按记录值通过“点动+步进”方式重回A点，在刀偏表的试切直径和试切长度栏内分别输入ΦD和零。
(4)退刀，选择非基准刀的刀号手动换刀，让各非基准刀的刀尖分别在主轴转动下通过“点动+步进”方式目测对准A点，然后分别在相应刀偏号的试切直径栏和试切长度栏内输入ΦD和零，则各非基准刀的刀偏置会在X、Z偏置栏处自动显示。
(5)基准刀重回A点后，MDI运行“G91 G00/或G01 X[100-ΦD] Z50”，使其处于程序起点位
图4 基准刀为标刀自动设置刀偏置示意图 2.将基准刀在对刀基准点处坐标置零，自动显示刀偏置法 如图1、图5所示，对刀步骤如下： (1)与前述步骤（2）相同。 (2)基准刀按记录值通过“点动+步进”方式重回试切点A。 (3)在图4界面按F1键“X轴置零”，按F2键“Z轴置零”，则CRT显示的“相对实际坐标”为（0，0）。 (4)手动换非基准刀，使其刀尖目测对齐A点，这时CRT上显示的“相对实际坐标”的数值，就是该刀相对于基准刀的刀偏置，用▲、键移动蓝色亮条到非基准刀的刀偏号，分别将其记录并输入到相应位置。 (5)与前述步骤（5）相同。
图5 基准刀在对刀基准点坐标置零自动显示刀偏置示意图 3. 多刀试切外圆轴段，人工计算获得刀偏置法
如图6所示，系统在手动状态下对好1、2、4号刀，并切出一个台阶轴，分别记录各刀切削终点（如图6中F、E、D点）的机床坐标，并测量各段的直径和长度。换3号切断刀，切一退刀槽，以切断刀的右尖点对刀，记录B点坐标，测量图示的ΦD3和L3。获得了上述数据后，根据各刀对应的F、E、D、B点与程序原点O的坐标增量关系，可知基准刀的程序起点的机床坐标为（ X2-ΦD2+100，Z2-L2+50）；而且可以推出各非基准刀对应程序原点的机床坐标并通过人工计算获得刀偏置，计算方法如表1所示，将记录值和计算值填入相应空格处。这里要注意：试切长度是指工件坐标零点至试切终点之间Z方向的有向距离，按坐标轴方向确定正、负方向。
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文档介绍：
实验(二) 华中世纪星教学型数控车床的对刀操作
一.实验目的
1)掌握游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺、钢直尺等的测量与读数方法;
2)掌握数控车床手动试切法对刀的工作原理及基本步骤;
3)掌握用G92与G54~G59指令对刀操作的异同点;
4)对手动试切法对刀进行误差分析,并掌握其误差补偿方法。
二.实验设备和工具
1)毛坯:φ30mm的棒料, 材料:LY12
2)常用工具:卡盘与刀架扳手、螺丝批、手锤、活动扳手等;
3)***与垫片:1号刀为90°外圆精车刀,2号刀为90°外圆粗车刀或60°尖刀,3号刀为切断刀、4号刀为60°三角螺纹刀;
4)测量工具:0.02mm精度的游标卡尺、0.01mm精度的千分尺、0.02mm精度的深度游标卡尺、150mm长的钢直尺;
5)油壶、刷子及清洁棉纱。
三. 常用测量工具的测量与读数方法(演示说明)
介绍0.02mm精度的游标卡尺、0.01mm精度的千分尺、0.02mm精度的深度游标卡尺的测量与读数方法。
四.华中世纪星教学型数控车床手动试切法对刀的基本原理
在数控车削中,手动试切对刀法由于不需添置昂贵的对刀、检测等辅助设备,方法简单,而且加工铝棒、尼龙棒等软材质工件,即使高速断续切削,刀尖也不容易崩落,因此被广泛地应用于教学型数控车床。
数控机床的机床坐标系是唯一固定的,CRT显示的是切削刀刀位点的机床坐标,但为计算方便和简化编程,在编程时都需设定工件坐标系,它是以零件上的某一点为坐标原点建立起来的X-Z直角坐标系统。因此,对刀的实质是确定随编程变化的工件坐标系工件零点的机床坐标以及确定数控程序调用的***相对于基准刀的刀偏置数值。手动试切对刀的对刀模式为“试切→测量→调整”,其原理示意图如上图1所示。
五.手动试切——相对刀偏法对刀的基本步骤
手动试切对刀中,如果确定了一把基准刀,且在刀偏表中输入它的刀偏置为零,而且非基准刀相对于基准刀有一定的刀偏置,这种试切对刀方法叫相对刀偏法对刀,具体又分为G92指令对刀和G54指令对刀两种方法。使用这种对刀方法的程序结构形式具有以下特点:
%××××
G92 X_ Z_(或G54 G90 G00 X_ Z_)
如下图2所示的对刀步骤流程图,G54指令对刀的步骤基本上与G92指令对刀相同,区别仅在于前者要将后者的步骤⑧与⑩分别修正为步骤⑧’与⑩’。
用G92指令对刀后基准刀刀位点恰好处于程序起点位置,这种对刀方便实习老师检查学生对刀的准确性和监控设备安全性,因此在教学实习应用更广泛。而G54~G59指令对刀需将工件零点的机床坐标输入到数控系统软件的零点偏置寄存器参数中,但加工前刀架不必处于程序起点位置,便于批量生产,在生产中应用更广泛。
Ⅰ. 加工最大直径小于30mm、长度为L(小于100mm)、程序原点选在零件的右端面中心、直径编程的工件,用G92 X100 Z50指令对刀的简要操作步骤:
(一)装夹棒料,棒料伸出卡爪端面约(L+50)
(二)装刀,保证各刀的刀位点与主轴等中心高;
(三)在系统软件中设定为直径编程方式;
(四)开机后,回参考点,将基准刀处于工作位置;
(五)用点动方式[或为避免爬行用“MDI运行(G91 G00 X-120 Z-220)+点动”]移动刀架到装夹的棒料右端面附近,在MDI功能子菜单下(图3所示)按F2键,进入刀偏数据设置方式; 1、2、3、4号刀的刀偏号分别为#0001、#0002、#0003、#0004,用▲、▼键移动蓝色亮条到各刀对应的刀偏号位置,首先将刀偏号为#0000、#0001、#0002、#0003、#0004的X偏置、Z偏置的数据均修改为零;用▲、▼键将蓝色亮条对准基准刀的刀偏号位置处,按F5键设置基准刀为标准***,所在行变成红色;用基准刀试切工件外径,记录试切点A的X机床坐标,在图4界面按F1“X轴清零”,则CRT显示的“相对实际坐标”的X坐标为零;退刀停车,测量已切削轴段的直径Φd;用标准***试切工件端面,记录试切点A的Z机床坐标,在图4界面按F2“Z轴清零”,则CRT显示的“相对实际坐标”的Z坐标为零;通过“点动+步进”或MDI方式[G91 G01 X-显示相对坐标 Z-显示相对坐标]使基准刀重新回到试切点[此时CRT显示的相对实际坐标为(0,0)];
图3 MDI功能子菜单
图4 相对刀偏法对刀的刀偏表
(六)选择非基准刀的刀号,手动换刀,用▲、▼键移动蓝色亮条到非基准***的位置,如图5所示,让非基准刀的刀尖分别在主轴转动状态目测对齐试切点A(用“点动+步进”方式,先对齐外圆面,后对齐端面),这时CRT上显示的“相对实际坐标”的数值,就是该刀对基准刀的刀偏置△X,△Z;分别将其输入到对应刀偏号的相应位置。
图5 测量刀偏数据
点动+步进方式[或先点动到附近再MDI运行G53 G01 XA ZA],重新让基准刀对准试切点[此时CRT显示坐标为(XA,ZA)],在MDI方式下,运行程序:G91 G00(或G01)X(100-Φd) Z50;则基准刀刀位点处于程序起点[工件坐标系坐标为(100,50)]的位置。
Ⅱ. 加工最大直径小于30mm、长度为L(小于100mm)、程序原点选在零件的右端面中心、直径编程的工件,用G54 G90 G00 X100 Z50指令对刀的简要操作步骤:
(一)装夹棒料,棒料伸出卡爪端面约(L+50)
(二)装刀,保证各刀的刀位点与主轴等中心高;
(三)在系统软件中设定为直径编程方式;
(四)开机后,基准刀在工作位置,回参考点;
(五)用点动[或“MDI运行(G91 G00 X-120 Z-220)+点动”]方式移动刀架到装夹的棒料右端面附近,在MDI功能子菜单(图4)下按F2键,进入刀偏数据设置方式,如图4所示;用▲、▼键移动蓝色亮条到要设置为基准***的位置;按F5键设置标准***,蓝色亮条所在行变成红色;用标准***试切工件外径,然后沿着Z轴方向退刀;在刀偏数据的试切直径栏输入试切后工件的直径值;用标准***试切工件端面,然后沿着X轴方向退刀;在刀偏数据的试切长度栏输入工件坐标系Z轴零点到试切端面的有向距离;按F7键,弹出如图7所示菜单;用▲、▼键移动蓝色亮条选择要设置的坐标系;按Enter键确认,设置完毕。
图7 选择要设置的坐标系
方法二可以MDI手动输入坐标系数据,操作步骤如下:
在MDI功能子菜单(图3)下按F4键,进入坐标系手动数据输入方式,图形显示窗口首先显示G54坐标系数据,如图8所示;
图8 MDI方式下的坐标系设置
按Pgdn或Pgup键,选择要输入的坐标系数据: G54/G55 /G56/G57/G58/G59坐标系/当前工件坐标系等的偏置值(坐标系零点相对于机床零点的值),或当前相对值零点;
在命令行输入工件零点的机床坐标,如在图8所示坐标系空栏1
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