1、学号：0705110135 毕业论文（设计）题 目: 数控车床加工前的筹备 系 别: 机电工程系 专业班级： 数控技术十班 学生姓名： 孙 成 成 成 绩： 指导教师： 侯 学 民 2011 年 4 月商丘科技职业学院毕业论文（设计）I摘要随着计算机业的快速发展，数控技术在我国机械制造业的应用已比较成熟。数控车床具有集机、电、液于一身的特点，是一种自动化程度高的先进设备，而数控车床车削加工过程中，首先应确定零件的加工原点，以建立准确的工件坐标系；其次要考虑刀具的不同尺寸对加工的影响，这些都需要通过对刀来解决。数控车床的对刀的方法很多，但都较复杂，不实用。因此寻找简单实用的对刀方法来缩短辅助时间
2、、提高生产效率为突破口就显得尤为重要。能否找出一种理论分析及实用相结合的方法，定量研究提高其实用性的数控车床对刀方法的因素，寻求方便快捷的对刀方法。本文力图在建立工件坐标系中了解对刀方法、对刀原理和操作步骤等问题进行简单阐述。主要集中在对刀方法进行总结和改进，如：定位对刀法、光学对刀法、试切对刀法等方面。关键词：数控车床 坐标系 对刀方法 对刀原理数控车床对刀方法的探讨II目 录摘要 I第 1 章 刀位点 .1第 2 章 刀补的测量 .22.1 刀补设置的目的 22.2 刀补值的测量原理与方法 2第 3 章 工件坐标系的确定与建立 43.1 工件坐标系的确定 43.2 工件坐标系建立及步骤 .
3、5第 4 章 对刀理论基础 .64.1 单刀对刀理论基础 64.2 多刀对刀的理论基础 6第 5 章 数控车床常用的对方法 85.1 试切发对刀 .85.2 光学检测对刀仪对刀（机外对刀） 115.3 自动对刀 125.4 六工位（卧式）自动转位刀架 13结论 .14参考文献 .15商丘科技职业学院毕业论文（设计）1第 1 章 刀位点刀位点是程序编制中，用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。对于各类车刀，其刀位点如图 1-1 所示。 图 1-1 各类刀具刀位点通过对刀，使刀架上每把车刀的刀位点趋于一致，或在一定精度内达到一致。因为确定对刀点的位置的工作实际上是对刀工作的延续，所以它与对
4、刀工作一样具有重要的意义。数控车床对刀方法的探讨2第 2 章 刀补的测量2.1 刀补设置的目的 数控车床刀架内有一个刀具参考点（即基准点），见图 2-1 中的“”。数控系统通过控制该点运动，间接地控制每把刀的刀位点的运动。而各种形式的刀具安装后，由于刀具的几何形状及安装位置的不同，其刀位点的位置是不一致的，即每把刀的刀位点在两个坐标方向的位置尺寸是不同的。所以，刀补设置的目的是测出各刀的刀位点相对刀具参考点的距离即刀补值（X，Z），并将其输入 CNC 的刀具补偿寄存器中。在加工程序调用刀具时，系统会自动补偿两个方向的刀偏量，从而准确控制每把刀的刀尖轨迹。图 2-1 刀补值商丘科技职业学院毕业论
5、文（设计）32.2 刀补值的测量原理与方法 刀补值的测量过程称为对刀操作。对刀的方法常见有三种：定位法对刀、试切法对刀、对刀仪对刀法。对刀仪又分机械检测对刀仪和光学检测对对刀仪。 各类数控机床的对刀方法各有差异，可查阅机床说明书，但其原理及目的是一致的，即通过对刀操作，将刀补值测出后输入 CNC 系统，加工的系统根据刀补值自动补偿两个方向的刀偏量，使零件加工程序不受刀具（刀位点）安装位置的不同，而给切削带来影响。数控车床对刀方法的探讨4第 3 章 工件坐标系的确定与建立3.1 工件坐标系的确定 数控车床在出厂时已规定了车床坐标系，开机时通过回车床参考点，使数控系统确认车床坐标系。一旦数控机床确
6、认车床坐标系后，不管工作台（溜板）移动到任何位置，数控系统都可以知道工作台当前的车床坐标值，如图 31 所示。 图 3-1 数控机床坐标系商丘科技职业学院毕业论文（设计）5在进行数控车削加工时，使用的数控加工程序是按照工件坐标系（X 工,O 工,Z 工）建立的加工轨迹。要完成零件的精确加工，就必须让数控系统清楚工件坐标系与车床坐标系的对应关系。 3.2 工件坐标系建立及步骤 假定程序中工件坐标系设定指令为：G50（G92）X100.0Z100.0,工件坐标系设置在工件轴线和右端面的交点处。 方法一： 1) 用一号刀（基准刀）车削工件右端面和工件外圆。2) 让基准刀尖退到工件右端面和外圆母线的交
7、点。3) 让刀尖向 Z 轴正向退 100mm。4) 停止主轴转动。5) 用外径千分尺测量工件外径尺寸 d。6) 让刀尖向 X 轴正向退 100d 7) 则刀尖现在的位置就为程序中 G50（G92）规定的 X100.0Z100.0 的位置。 方法二： 1) 让 1 号刀（基准刀）车削工件外圆，X 向不动，刀具沿 Z 轴正向退出后置零2) 停止主轴转动3) 用外径千分尺测量工件外径尺寸 d。4) 让基准刀刀尖和工件右端面对齐或车削右端面，让刀尖向工件中心运动 d 数值（若测得工件外径为 40mm，刀尖向工件中心运动时，在手动状态下注意 CRT 显示器上 X 轴坐标值向工件中心增量进给了40mm 时
8、，停止进给）。5) 然后再次将 X，Z 坐标数值置零。6) 将刀尖运动到程序 G50（G92）规定的 X,Z 坐标值。如主程序中编制 G50（G92）X100.0Z100.0 ，则将刀尖运动到 CRT 显示器上 X.Z 轴的坐标值均为 100 处，当前点即为程序的起始点。 、数控车床对刀方法的探讨6当程序运行加工工件时，执行 G50（G92）程序后，系统内部即对当前刀具点（X,Z）进行记忆并显示在显示器上，这就相当于在系统内部建立了一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系，当前刀具点位于工件坐标系的 X100.0Z100.0 处。第 4 章 对刀理论基础4.1 单刀对刀理论基础 数控车削加工中，只
9、要保证刀具刀尖在工件坐标系中运行出符合零件形状规定的轨迹，就能加工出符合要求的零件。刀尖只要能在切削过程中，在工件坐标系中走出工件的轮廓轨迹就可以加工出所需的零件。 由于工件坐标系与车床坐标系具有确定的对应关系，因此只要知道刀具刀尖在工件坐标系或工件坐标系中的位置就可以控制刀具完成相应的移动轨迹。而确定刀尖在工件坐标系或车床坐标系中位置的操作过程就是对刀操作。 如何确定刀尖在车床坐标系中的位置呢？在前面建立工件坐标系的操作中，可以知道采用相同方式就能确定刀尖在工件坐标系中的位置。如采用这种方式，仅需要向数控系统输入测量获得的直径值（X 轴方向坐标值）及端面距离（ Z 轴方向坐标值） ，然后由数
10、控系统计算出刀尖及工件坐标系在车床坐标系中的位置。这种对刀方式称为试切对刀，是数控车加工中最常用的对刀方法。 数控车削加工中常采用的对刀方式还有定点对刀方式。定点对刀方式的原理与试切对刀方式相同，它通过指定工件坐标系中的一点（定点） ，移动刀尖到达该点，然后向数控系统发出确认信号。这种方式只是事先已确认该定点在工件坐标系中的位置，减少了测量的过程与误差，但是难点在于保证刀尖与定点重合。这种方式广泛应用于带有对刀仪的数控车床上。 4.2 多刀对刀的理论基础 在自动刀架上安装多把车刀后，当每把车刀转到切削位置时，刀尖的位置是不同的，保证在多刀加工中每把刀的切削中和毛坯具有相同的相互位置关系，理论上
11、有两种方法：1) 每把刀均建立各自的工件坐标系，如果这些工件坐标系的原点重合，也能保证每商丘科技职业学院毕业论文（设计）7把刀在切削中与毛坯具有相同的相互位置关系。2) 当以一把刀（标准刀）建立工件坐标系后，只要知道其它各刀在工件坐标系的偏差位置，并将这种偏差代入计算，就可以保证每把刀在切削中与毛坯具有相同的相互位置关系，如图 4-1 所示。数控车床对刀方法的探讨8第 5 章 数控车床常用的对方法5.1 试切发对刀5.1.1 使用 G50、G92 指令对刀在对刀时，我们可以通过设置刀具起点相对工件坐标系的坐标值来设定工件坐标系，如图 5-1 所示，对刀的目的就是将刀具的刀位点移至 A 点，这样
12、，通过 A 点间接确定出工件的编程坐标系原点 O 的位置。图 5-1 试切法对刀对刀步骤如下：1) 使数控车床返回机床参考点。2) 使刀具原有的偏置量清零。3) 用“手轮”方式车削工件右端面和工件外圆。商丘科技职业学院毕业论文（设计）94) 使刀具退到工件右端面和外圆母线的交点。5) 让刀尖向 Z 轴正向退 mm（可使用相对坐标清零方式操作）。6) 停止主轴转动。7) 用外径千分尺测量工件外径尺寸 d。8) 让刀尖向 X 轴正向退 b-d。9) 则刀尖现在的位置就为程序中 G50（G92）规定的位置。要求其程序形式为：O * * * *（程序号）N10 G50（G92） X bN20 至此，对
13、刀工作全部结束，可以调出程序进行加工了。但要注意的是采用此种方法对刀，加工前必须将刀具的刀位点放在指定的位置上，而且此种对刀方法，仅适合一把刀具加工工件。5.1.2 使用 G54/G55/G56/G57/G58/G59 指令对刀我们可以使用现代数控车床提供的存储型零点偏置模式建立坐标系，它是将对刀特定点的当前机床坐标输入到数控系统零点偏置的存储单元中，从而得到刀具当前刀位点的工件编程坐标。对刀步骤如下： 1) 使数控机床返回机床参考点。2) 使刀具原有的偏置量清零。3) 用“手轮”方式车削工件右端面。4) 沿+X 方向退刀，并停下主轴（不要在+Z 方向上移动刀架）。5) 把当前该把刀的机床坐标
14、系下的 Z 方向坐标值，输入到 G54 零点偏置存储单元上的 Z 方向坐标上。6) 用“手轮”方式车削工件外圆。7) 沿+ Z 方向上退刀，并停下主轴（不要在+ X 方向上移动刀架）。数控车床对刀方法的探讨108) 测量车削后的外圆直径 d。9) 读取当前该把刀的机床坐标下的 X 方向坐标值，并把此值减去外圆直径 d 后的坐标值，输入到 G54 零点偏置存储单元中的 X 坐标上。用同样的方法，可以把第 2 刀、第 3 刀，对应的输入到 G55、G56G59 零点偏置存储单元中。要求程序形式为：O * * * *（程序号）N10 T0101（调用已经设有刀偏量的 1 号刀）N20 G54 X M
15、03 S700（调用通过 G54 设置的工件坐标系）N T0202（调用已经设有刀偏量的 2 号刀）N G55 X M03 S800（调用通过 G54 设置的工件坐标系）采用此种方法对刀，加工前无须将刀具放在一个特定点上，而且适合多把刀具加工工件。5.1.3 使用绝对型刀具位置补偿方式对刀数控系统通过对刀可以直接获得每把刀具的刀位点相对于工件编程坐标原点的机床绝对坐标，并将此坐标直接输入到数控系统的刀具位置存储单元中，在程序中调用带有刀具位置补偿号的刀具功能指令后，即建立起工件的编程坐标系。对刀步骤如下： 1）使数控机床返回机床参考点。2）用“手轮”方式车削工件右端面。3）沿+X 方向退刀，并
16、停下主轴（不要在+Z 方向上移动刀架）。4）选择数控车床操作面板中的“刀补”键或是“OFFSET”键，在相对应的刀号上输入 Z=0。5）用“手轮”方式车削工件外圆。6）沿+ Z 方向上退刀，并停下主轴（不要在+ X 方向上移动刀架）。7）测量车削后的外圆直径 d。商丘科技职业学院毕业论文（设计）118）选择数控车床操作面板中的“刀补”键或是“OFFSET”键，在相对应的刀号上输入 X=d。采用该种方法对刀，加工前无须将刀具放在一个特定点上，而且程序中并无G50、G54 等指令。5.1.4 使用相对补偿法对刀此种对刀方法是先确定一把刀作基准（标准）刀，并设定一个对刀基准点，把基准刀的刀补值设为零
17、，然后使每把刀的刀尖与这一基准点接触，利用这一点为基准，测出各把刀与基准刀的 X、Z 轴的偏置值X、Z。这样就得出每把刀的刀偏量，并把此值输入到数控系统当中。此种方法操作简便易行。采用该种方法对刀，加工前也无须将刀具放在一个特定点上，而且程序中也无 G50、G54 等指令。5.2 光学检测对刀仪对刀（机外对刀）机外对刀仪如图 5-1 所示，是将刀具随同刀架座一起紧固在刀具台安装座上，摇动X 向和 Z 向进给手柄，使移动部件载着投影放大镜沿着两个方向移动直至刀尖或假想刀尖（圆弧刀）与放大镜中+字线交点重合为止。机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间 X 及 Z 方向的距离利用机外对
18、刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。如图 5-2 所示，通过读数器分别读出X 和 Z 向的长度值，即为该刀具的对刀长度，并把此值输入到数控系统当中去。数控车床对刀方法的探讨12图 5-1 机外对刀仪图 5-2 光学对刀仪对刀此种方法是预先将刀具在机床外校对好，以便装上机床即可以使用，大大节省辅助时间。5.3 自动对刀 自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传播器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。自动对刀过程如图 5-3 所示商丘科技职业学院毕业论文（设计）13图 5-3
19、 自动对刀5.4 六工位（卧式）自动转位刀架六工位（卧式）自动转位刀架的外形如图 5-4 所示，它既不同于四工位自动转位刀架也不同于全功能数控车床上设置的多刀位转塔刀架，但兼有上述自动刀架的使用性能。当刀架装上圆刀杆装夹块后，即可装夹各种圆刀杆刀具，以便于各种内孔的车、钻、锪、铰等切削加工。不装圆刀杆装夹块时，则于普通四工位自动转位刀架的装刀方式一样，不过刀架上的六方刀盘是绕着水平轴而转动的。 六工位（卧式）自动转位刀架上进行对刀的方法与前述各种对刀方法一样，但因其结构及转位方向等方面的差异，所以在对刀过程中应注意以下问题： 1）由于刀架在工作时最大旋转半径较大及转刀时间比四工位自动刀架缩短
20、23 倍，在对刀时要特别注意安全。2）装圆刀杆（刀柄）刀具时，为了尽量减小对刀误差，其辅助用的装夹块装上刀架盘后，应当仔细检查装夹块上的定位孔是否处于与车床主轴同轴（X 方向可调）的位置上，对未制出刀杆定位孔的装夹块配件，则可在安装后由本车床自行加工完成。3）孔车刀时，必须注意所装刀具及装夹块的重量平衡，以保护刀架内部结构，提高数控车床对刀方法的探讨14刀架寿命。图 5-4 六工位（卧式）自动转位刀架结论在数控车削中，车刀的位移及其轨迹是受加工程序控制的。为了便于控制每一把刀在位移中的先后顺序、起始位置及规定动作，必须在加工程序执行前调整每把刀的刀位点，使刀架在转位后，每把刀的刀位点都能尽量重
21、合于某一理想位置上，我们应该选择合理的对刀方法。对刀是数控机床加工中极其重要和复杂的工作。对刀精度的高低将直接影响到零件的加工精度。熟练掌握各种对刀方法，不仅可以大大缩短调试加工的辅助时间，还对刀偏差的测定、加工程序的编制及加工质量的保证等，都具有重要的意义。数控车床的对刀方法有很多种，每一种对刀方法都有其自身的优缺点，操作者可以根据自己的实际需要，灵活运用，这样会使整个对刀工作即简单，又能保证加工质量，还大大节省辅助时间，有效地提高生产效率。商丘科技职业学院毕业论文（设计）15商丘科技职业学院毕业论文（设计）参考文献1万象.数控车工生产实践M.动社会保障出版社,19942李军.数控车床加工技能实训M.人民邮电出版社,20073袁锋.数控车床培训教程M.机械工业出版社,20044陈子银.数控理与应用M.北京理工大学出版社,20035顾京.数控加工编程及操作M.高等教育出版社,2008
