数控车床基本坐标关系及几种对刀方法比较

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在数控车床的操作与编程过程中，弄清楚基本坐标关系和对刀原理是两个非常重要的环节。这对我们更好地理解机床的加工原理，以及在处理加工过程中修改尺寸偏差有很大的帮助。  
一、基本坐标关系  
一般来讲，通常使用的有两个坐标系：一个是机械坐标系 ；另外一个是工件坐标系，也叫做程序坐标系。两者之间的关系可用图1来表示。  
  
图1 机械坐标系与工件坐标系的关系  
在机床的机械坐标系中设有一个固定的参考点(假设为(X，Z))。这个参考点的作用主要是用来给机床本身一个定位。因为每次开机后无论刀架停留在哪个位置，系统都把当前位置设定为(0，0)，这样势必造成基准的不统一，所以每次开机的第一步操作为参考点回归(有的称为回零点)，也就是通过确定(X，Z)来确定原点(0，0)。  
为了计算和编程方便，我们通常将程序原点设定在工件右端面的回转中心上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。机械坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机械坐标系中的位置。这通常在接下来的对刀过程中完成。  
二、对刀方法  
1. 试切法对刀  
试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法。下面以采用MITSUBISHI 50L数控系统的RFCZ12车床为例，来介绍具体操作方法。  
工件和刀具装夹完毕，驱动主轴旋转，移动刀架至工件试切一段外圆。然后保持X坐标不变移动刀具远离工件，测量出该段外圆的直径。将其输入到相应的刀具参数中的刀长中，系统会自动用刀具当前X坐标减去试切出的那段外圆直径，即得到工件坐标系X原点的位置。再移动刀具试切工件一端端面，在相应刀具参数中的刀宽中输入Z0，系统会自动将此时刀具的Z坐标减去刚才输入的数值，即得工件坐标系Z原点的位置，参见图2。  
例如，2#刀刀架在X为150.0车出的外圆直径为25.0，那么使用该把刀具切削时的程序原点X值为150.0-25.0=125.0；刀架在Z为180.0时切的端面为0，那么使用该把刀具切削时的程序原点Z值为180.0-0=180.0。分别将(125.0，180.0)存入到2#刀具参数刀长中的X与Z中，在程序中使用T0202就可以成功建立出工件坐标系。  
事实上，找工件原点在机械坐标系中的位置并不是求该点的实际位置，而是找刀尖点到达(0，0)时刀架的位置。采用这种方法对刀一般不使用标准刀，在加工之前需要将所要用刀的刀具全部都对好。  
  
图2试切法对刀  
2. 对刀仪自动对刀  
现在很多车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差，大大提高对刀精度。由于使用对刀仪可以自动计算各把刀的刀长与刀宽的差值，并将其存入系统中，在加工另外的零件的时候就只需要对标准刀，这样就大大节约了时间。需要注意的是使用对刀仪对刀一般都设有标准刀具，在对刀的时候先对标准刀。  
下面以采用FANUC 0T系统的日本WASINO LJ-10MC车削中心为例介绍对刀仪工作原理及使用方法。对刀仪工作原理如图3所示。刀尖随刀架向已设定好位置的对刀仪位置检测点移动并与之接触，直到内部电路接通发出电信号(通常我们可以听到嘀嘀声并且有指示灯显示)。在2#刀尖接触到a点时将刀具所在点的X坐标存入到图2所示G02的X中，将刀尖接触到b点时刀具所在点的Z坐标存入到G02的Z中。其他刀具的对刀按照相同的方法操作。  
  
图3 对刀仪工作原理  
事实上，在上一步的操作中只对好了X的零点以及该刀具相对于标准刀在X方向与Z方向的差值，在更换工件加工时再对Z零点即可。由于对刀仪在机械坐标系中的位置总是一定的，所以在更换工件后，只需要用标准刀对Z坐标原点就可以了。操作时提起Z轴功能测量按钮“Z-axis shift measure”，CRT出现如图4所示的界面。  
  
图4 对刀数值界面  
手动移动刀架的X、Z轴，使标准刀具接近工件Z向的右端面，试切工件端面，按下“POSITION RECORDER”按钮，系统会自动记录刀具切削点在工件坐标系中Z向的位置，并将其他刀具与标准刀在Z方向的差值与这个值相加从而得到相应刀具的Z原点，其数值显示在WORK SHIFT工作画面上，如图5所示。  
  
图5 WORK SHIFT工作界面  
三、小结  
以上根据笔者在多年的数控机床编程与操作中积累的一些经验与体会，介绍了在数控车床操作中容易犯错的几个地方，所述内容皆经过笔者的实际操作验证。  

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