论文部分内容阅读
摘 要：在数控生产中，对刀是十分重要的一个环节。哪怕是有了正确的加工程序，也会因为不会对刀而加工出废品。加工质量的好坏与对刀的精度有着直接的关系，对刀的效率也极大地影响着加工效率，从而影响生产效率，影响生产成本。在学生的日常数控实习实训中，也总会出现很多对刀带来的问题。该文就以FANUC Oi 系列数控车床为例，通过原理和实例结合，研究常用的对刀方法。
关键词：FANUC Oi系统 坐标系 数控车床 对刀方法
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0117-02
对刀是数控生产实训中的主要也是重要操作。在加工过程中出现了乱走刀，撞刀等问题，往往第一个检查的就是对刀建立的坐标系是否正确。在中职教学中，对学生的讲解大都是采用试切法对刀也就是T指令对刀，这种对刀理论和操作都比较简单。但对于大多数较为复杂的工件加工，仅仅使用这种方法就有局限。因此，文章以FANUC Oi系统数控车床为例，结合理论和实例，介绍讲解T指令对刀、G50对刀、G54对刀这三种方法，并比较他们的区别与联系。
1 坐标系及对刀原理
1.1 机床坐标系
机床原点是生产厂家在制造机床是设置的固定坐标系原点，也称机床零点，一般位于卡盘端面与主轴中心线的交点处。也有位于机床各坐标轴正向运动的极限处，这一点通常称为机床参考点，即这些机床原点与参考点重合。以机床原点为坐标原点的坐标系称为机床坐标系。通过开机回零点确定[1]。
1.2 编程坐标系
以编程原点为坐标原点的坐标系是编程坐标系，为了便于数学计算、找正便于检查一般选取在工件右端面和主轴中心线交点处，通过对刀确定。如图1所示。
1.3 对刀原理
编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。由于机床原点与程序原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离。因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。所谓对刀，其实就是测量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标[2]。
2 对刀方法
2.1 T指令试切法对刀
以图2为例，步骤如下。
（1）在JOG或者手轮方式下，用外圆刀在加工余量范围内试切工件外圆。
（2）保持X方向不动，Z向退刀。停止主轴测量被车外圆直径。按OFFSET键，在刀补/形状下用光标键找G01，输入X直径，按测量键，系统自动计算并显示零点偏置量。
（3）手动控制刀具车端面，在车至中心后Z方向不动，X方向退刀。
（4）按OFFSET键，相同方法找G01，输入Z0按测量键，系统自动计算并显示零点偏置量。[3]
对于其它刀具，也可采用这种方法。切断刀：可按步骤（1）、（2）完全操作，注意吃刀量小些，对于端面的步骤（3）、（4）不切削，采用轻靠，即听到轻微兹兹声即可。螺纹刀，可以少量车外圆，也可按步骤（1）、（2）完全操作，由于其不能车端面，必须使刀尖准确轻靠在图2的A点。
这种方式具有易懂、操作简单、编程与对刀可以完全分开进行等优点。同时，在各种组合设置方式中都会用到刀偏设置，因此在对刀中应用最为普遍。也有一些小技巧：可以让切断刀和螺纹刀的切削刃去轻靠已车外圆面，使用小的手轮进给量，听见轻微兹兹声即可，此时在刀补/形状输入X直径，在POS按键下，看相对坐标，Z值定为负值，如Z-13.65，在刀补表中不能输Z0要输Z-13.65。和上面相对比，每把刀只要靠一次，效率大大提高，在中职学生的实训中可以推广。
2.2 G50对刀
以G50X150Z150为例，步骤如下。
（1）开机回零点，建立机床坐标系。
（2）试切削。操作步骤如同上面T指令试切削大体相同，同样测量被车外圆直径D，只不过同时记录POS下X方向的机床坐标值Xt，且在端面处不能输Z0要记录POS下的Z方向机床坐标值Zt 。
（3）设定刀具起点位置。用手轮移动刀具至POS下显示的坐标位置（Xt+150-D，Zt+150），此时在MDI下执行指令G50X150Z150，则CRT显示的坐标变成X150Z150，工件坐标原点X0Z0确定，即数控系统建立了工件坐标系。此时，这把刀是标刀，其刀补值为X0Z0[4]。
（4）对非标刀。其余的刀具都是非标刀。不同刀具规格不相同，其刀尖不可能重合，因此在X和Z方向有了偏差，这就是非标刀与标刀之间的相对位置偏差。因此要使非标刀同样在G50定义的工件坐标系里，必须进行非标刀的相对补偿。其算法如下：使用非标刀试切削同一段外圆和轻靠同一个端面时。分别记录POS下的机床坐标值Xq和Zq。则刀补值△X=Xq- Xt，△Z=Zq-Zt。将其输入到刀补值对应的刀具下即可。
注意：对于非标刀的试切削时同样也可以采用轻靠的方法，类似与上面T指令试切削时轻靠法，也可以计算出Zq。并且在使用G50对刀编制程序时注意，程序的第一行G代码必须是G50X150Z150，并且刀具起始也必须在X150Z150的位置，最后刀具还要回到这个位置。
2.3 设定工件坐标系G54～G59
在很多中职教学中，此方法一般不讲解。其实在实际应用中也常用到。比如：在含有宏程序编程和大段圆弧的工件中，或者多刀分别对应G54～G59。这样对加工和编程来说，方便了很多，只不过需要对刀时计算准确，精度要高。关键在于机床操作者要计算出在机床坐标系下的G54坐标。例如：对刀点在工件坐标系中的坐标值是（50，15），建立工件坐标系的程序段是G50X50Z15，对刀点在机床坐标系中的坐标为（-365.73，-615.62），这样可以反推出编程原点在机床坐标系的坐标值为（-415.73，-330.62）。在OFFSET下，按坐标系对应的软键调出G54的界面输入该坐标值即可[5]。
注意：若设置和使用了刀偏补偿，最好将G54～G59的各个参数设为0，以免重复出错。对于多刀加工，可将基准刀的偏移值设置在G54～G59的其中之一，将基准刀的刀偏补偿设为零，而将其它刀的刀偏补偿设为其相对于基准刀的偏移量。这种方式适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。
3 结语
对于FANUC Oi系统的数控车床来说，这三种对刀方式各有千秋，在中职学生的实习实训中应注意灵活使用，不要机械的套用。在一定程度上，还可以相互转化使用、调试。并且也可以指导生产。
参考文献
[1] 王继明，任树棠.数控车床试切法对刀原理与操作[J].机电产品开发与创新，2008（4）：186-188.
[2] 顾立平.数控机床编程与操作（数控车床分册）[M].2版.北京：中国劳动社会保障出版社，2005.
[3] 高枫，肖卫宁.数控车削编程与操作训练[M].2版.北京：高等教育出版社出版，2010.
[4] 倪春杰，徐昆鹏.数控车床技能鉴定培训教程[M].北京：化学工业出版社，2009.
[5] 周虹，董小金，张克昌.数控编程与仿真实训[M].北京：人民邮电出版社，2012.
关键词：FANUC Oi系统 坐标系 数控车床 对刀方法
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0117-02
对刀是数控生产实训中的主要也是重要操作。在加工过程中出现了乱走刀，撞刀等问题，往往第一个检查的就是对刀建立的坐标系是否正确。在中职教学中，对学生的讲解大都是采用试切法对刀也就是T指令对刀，这种对刀理论和操作都比较简单。但对于大多数较为复杂的工件加工，仅仅使用这种方法就有局限。因此，文章以FANUC Oi系统数控车床为例，结合理论和实例，介绍讲解T指令对刀、G50对刀、G54对刀这三种方法，并比较他们的区别与联系。
1 坐标系及对刀原理
1.1 机床坐标系
机床原点是生产厂家在制造机床是设置的固定坐标系原点，也称机床零点，一般位于卡盘端面与主轴中心线的交点处。也有位于机床各坐标轴正向运动的极限处，这一点通常称为机床参考点，即这些机床原点与参考点重合。以机床原点为坐标原点的坐标系称为机床坐标系。通过开机回零点确定[1]。
1.2 编程坐标系
以编程原点为坐标原点的坐标系是编程坐标系，为了便于数学计算、找正便于检查一般选取在工件右端面和主轴中心线交点处，通过对刀确定。如图1所示。
1.3 对刀原理
编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。由于机床原点与程序原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离。因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。所谓对刀，其实就是测量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标[2]。
2 对刀方法
2.1 T指令试切法对刀
以图2为例，步骤如下。
（1）在JOG或者手轮方式下，用外圆刀在加工余量范围内试切工件外圆。
（2）保持X方向不动，Z向退刀。停止主轴测量被车外圆直径。按OFFSET键，在刀补/形状下用光标键找G01，输入X直径，按测量键，系统自动计算并显示零点偏置量。
（3）手动控制刀具车端面，在车至中心后Z方向不动，X方向退刀。
（4）按OFFSET键，相同方法找G01，输入Z0按测量键，系统自动计算并显示零点偏置量。[3]
对于其它刀具，也可采用这种方法。切断刀：可按步骤（1）、（2）完全操作，注意吃刀量小些，对于端面的步骤（3）、（4）不切削，采用轻靠，即听到轻微兹兹声即可。螺纹刀，可以少量车外圆，也可按步骤（1）、（2）完全操作，由于其不能车端面，必须使刀尖准确轻靠在图2的A点。
这种方式具有易懂、操作简单、编程与对刀可以完全分开进行等优点。同时，在各种组合设置方式中都会用到刀偏设置，因此在对刀中应用最为普遍。也有一些小技巧：可以让切断刀和螺纹刀的切削刃去轻靠已车外圆面，使用小的手轮进给量，听见轻微兹兹声即可，此时在刀补/形状输入X直径，在POS按键下，看相对坐标，Z值定为负值，如Z-13.65，在刀补表中不能输Z0要输Z-13.65。和上面相对比，每把刀只要靠一次，效率大大提高，在中职学生的实训中可以推广。
2.2 G50对刀
以G50X150Z150为例，步骤如下。
（1）开机回零点，建立机床坐标系。
（2）试切削。操作步骤如同上面T指令试切削大体相同，同样测量被车外圆直径D，只不过同时记录POS下X方向的机床坐标值Xt，且在端面处不能输Z0要记录POS下的Z方向机床坐标值Zt 。
（3）设定刀具起点位置。用手轮移动刀具至POS下显示的坐标位置（Xt+150-D，Zt+150），此时在MDI下执行指令G50X150Z150，则CRT显示的坐标变成X150Z150，工件坐标原点X0Z0确定，即数控系统建立了工件坐标系。此时，这把刀是标刀，其刀补值为X0Z0[4]。
（4）对非标刀。其余的刀具都是非标刀。不同刀具规格不相同，其刀尖不可能重合，因此在X和Z方向有了偏差，这就是非标刀与标刀之间的相对位置偏差。因此要使非标刀同样在G50定义的工件坐标系里，必须进行非标刀的相对补偿。其算法如下：使用非标刀试切削同一段外圆和轻靠同一个端面时。分别记录POS下的机床坐标值Xq和Zq。则刀补值△X=Xq- Xt，△Z=Zq-Zt。将其输入到刀补值对应的刀具下即可。
注意：对于非标刀的试切削时同样也可以采用轻靠的方法，类似与上面T指令试切削时轻靠法，也可以计算出Zq。并且在使用G50对刀编制程序时注意，程序的第一行G代码必须是G50X150Z150，并且刀具起始也必须在X150Z150的位置，最后刀具还要回到这个位置。
2.3 设定工件坐标系G54～G59
在很多中职教学中，此方法一般不讲解。其实在实际应用中也常用到。比如：在含有宏程序编程和大段圆弧的工件中，或者多刀分别对应G54～G59。这样对加工和编程来说，方便了很多，只不过需要对刀时计算准确，精度要高。关键在于机床操作者要计算出在机床坐标系下的G54坐标。例如：对刀点在工件坐标系中的坐标值是（50，15），建立工件坐标系的程序段是G50X50Z15，对刀点在机床坐标系中的坐标为（-365.73，-615.62），这样可以反推出编程原点在机床坐标系的坐标值为（-415.73，-330.62）。在OFFSET下，按坐标系对应的软键调出G54的界面输入该坐标值即可[5]。
注意：若设置和使用了刀偏补偿，最好将G54～G59的各个参数设为0，以免重复出错。对于多刀加工，可将基准刀的偏移值设置在G54～G59的其中之一，将基准刀的刀偏补偿设为零，而将其它刀的刀偏补偿设为其相对于基准刀的偏移量。这种方式适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。
3 结语
对于FANUC Oi系统的数控车床来说，这三种对刀方式各有千秋，在中职学生的实习实训中应注意灵活使用，不要机械的套用。在一定程度上，还可以相互转化使用、调试。并且也可以指导生产。
参考文献
[1] 王继明，任树棠.数控车床试切法对刀原理与操作[J].机电产品开发与创新，2008（4）：186-188.
[2] 顾立平.数控机床编程与操作（数控车床分册）[M].2版.北京：中国劳动社会保障出版社，2005.
[3] 高枫，肖卫宁.数控车削编程与操作训练[M].2版.北京：高等教育出版社出版，2010.
[4] 倪春杰，徐昆鹏.数控车床技能鉴定培训教程[M].北京：化学工业出版社，2009.
[5] 周虹，董小金，张克昌.数控编程与仿真实训[M].北京：人民邮电出版社，2012.