淺析數控（kòng）車床中接觸對（duì）刀儀相關技術問題，看了你就（jiù）會了

什麽是（shì）接觸對刀儀？

接觸對刀儀（yí）是利用普通車床外加的監控檢測設備利用普通車（chē）床自身（shēn）的位置測（cè）量係統來（lái）進行工作的。

總體來說，它雖然是附屬於普通車（chē）床，為提高車床加工的精度（dù）和效率而設計的，但作（zuò）為一（yī）套獨立的儀器，對普通車床用接觸對刀儀的研究設計方案應包括對刀原理的研究與實現、精密機械部分、電氣控製部分、接（jiē）觸對刀儀的操作方法、誤差（chà）與精度分析等部分。機械部分是接觸對刀儀的主體部（bù）分，它主（zhǔ）要包括傳感器（qì）的（de）設計與連接臂的設計（jì），其中傳感器的設計尤其關鍵，要求它能適應（yīng）內孔車刀、端（duān）麵車刀、螺紋刀、外圓車刀等不同刀具和不同刀偏角的刀具；另外，傳感器表麵要有硬度要（yào）求，不能因為頻繁地撞擊表麵產生小的凹坑，影響對刀儀的精度，當然，我們也可以對傳感（gǎn）器的測頭進行修（xiū）磨；

傳感（gǎn）器應保證應（yīng）有的精度要（yào）求；傳感器的結構設計合理，重（chóng）量不（bú）能太大（dà）且安裝方便（biàn），適合刀具的對準與操作。電氣控製部分主要包（bāo）括接口電路的設（shè）計，對刀儀在刀具接觸到傳感器後應有聲光信號顯示，以便操作者進行及時操作，傳感器的觸發（fā）信號（hào）要能準確地反映到數控係統；要對刀補值算法（fǎ）的獲得進行算法研究，根據算法對係統進行參（cān）數化編（biān）程以（yǐ）獲取刀尖點的信息並分析計算刀補值。

操作方（fāng）法要求給出具體的操作步驟，根（gēn）據對刀儀的（de）工作原理及實際特點（diǎn），按照對刀（dāo）的操作規程，用（yòng）戶可以（yǐ）方便地對普通車床進行對刀；應給出對刀過程的（de）注意事項，以免錯誤操作，影響加工生產。接觸對刀儀（yí）的開發設計工作完成之後，要對其進行多方位（wèi）的誤差與精度分析，分析產生誤差所有可能的來源並對精（jīng）度作出分析，校驗其可行性。

一、刀具位置偏差原因分析

因為對（duì）刀儀（yí）是建立在車床自身係統測量的基礎之上的（de），普通車床的加工是由程序控製完成的，所（suǒ）以坐標係的確定與使用非常重要。根（gēn）據（jù）IS0841標準，普通車床坐標係用（yòng）右（yòu）手笛卡兒坐標係作為標準（zhǔn）確定。普（pǔ）通車床平行於主軸方向即縱（zòng）向（xiàng）為Z軸，垂直於主軸方向即（jí）橫向為X軸，刀（dāo）具（jù）遠離工件方向為正向。
1.普通車床坐標係與普通車（chē）床（chuáng）參考點
普通車床坐標（biāo）係是指以機床原點為坐標原點所建立的坐標（biāo）係，普通車床的機床（chuáng）原點（diǎn）通常取在卡盤前（qián）端麵（miàn）與主軸中心線交點處，一般機床原點在普通車床出廠前由生產廠（chǎng）家已經調整好，不允許用（yòng）戶隨意變動。普通（tōng）車床（chuáng）參（cān）考點是指刀架上某一固定點，即對刀參考點退（tuì）離（lí）距機床原點O最遠的一個固定點（diǎn）R點，該R點在機床出廠時也由生產廠家調試好，並（bìng）將數據輸入到數控係（xì）統中。因此機床參（cān）考點R對機床原點O的坐標（biāo）是一個已知數，一（yī）個（gè）固（gù）定值。一般對刀之前，必先使普通車床進行“回零”操作(即使刀（dāo）架返（fǎn）回參考點（diǎn）操作)，就是使刀架上對刀參（cān）考點與機（jī）床參考點R重合。此時CRT屏幕上顯示值x，z即為機床參（cān）考點R相對於機床原點O點在X方（fāng）向和Z方向的值。

2.工件坐標（biāo）係與起（qǐ）刀點
工件坐標係(又稱為（wéi）編程坐（zuò）標係)是指以工件（jiàn）原點(或稱編程原點)為坐標原（yuán）點所建立的坐（zuò）標係。編程坐標係供編程用（yòng），是人為設（shè）置的。工件原點可以是工件上任意點，但為了編程，方便數值計算，一般普通車床（chuáng）編（biān）程原點選工件右（yòu）端麵或左端麵與中心線（xiàn）交點作為工件原點，數控編程時應首先確定工（gōng）件坐標係。起刀點(又稱程序起（qǐ）點)即刀具刀位點相對工件原點OP的位（wèi）置，即刀具相對（duì）於工件運動的起始點，工件坐標係的建立（lì）實（shí）際上是（shì）確定刀具起刀點相對於工件原點的（de）坐標值的過程。目前普通車床上建立工件坐（zuò）標係的方法一般用相應的G指令來設定。當工件坐標係建立以後，並未與機床坐（zuò）標係發生任何聯係，此時，兩者仍然（rán）相（xiàng）互獨立，數控係統既不知道工件在機床中的位置，也不知道刀具刀位點在機床（chuáng）中的位置（zhì），即無法按所編程序正確（què）加工，因此加工之前，還必須確定刀具刀位點與機床坐標原點O之間的關係，即一般加工之前（qián）通（tōng）過對刀方法來實現。
本（běn）對刀儀的（de）設計使用的是NUM數控係統，現（xiàn）將NUM數控係統坐（zuò）標變換簡單介紹如下（xià）：當CNC上電（diàn）時，沒有測量起點可用於計算軸的運動。在執行任何（hé）程序編（biān）製的運（yùn）動前必須對係統進行初始（shǐ）化(各（gè）軸回原位)，回原位過程將給CNC係（xì）統提供用於編程運動的坐標係統。如果回（huí）原位過程沒（méi）有（yǒu）完（wán）成，則隻（zhī）能進行點動操作。係統通過一個回原位過程建立一個測量起（qǐ）點OM(原位開（kāi）關被安置（zhì）在一個（gè）特定的物理位置上)。每個軸的回原位過程是這樣完成的：在（zài）由車床或數控係統製造廠商定（dìng）義（yì）的運動方向上(測量起點設置方向)激活起始限（xiàn）位開關，數控係統的處理（lǐ）器能計算所有相對於機（jī）床起（qǐ）點或零（líng）點的位（wèi）移量，在回原位(測量起點設備)過（guò）程（chéng）完成後，係（xì）統將（jiāng）由製造廠商定義的每個軸的坐標變（biàn）換值應用到每個軸上以建立測量（liàng）起點。為了寫一個零件程序，編程者（zhě）必須定義一個程序起點（diǎn），該點通常也是（shì）零件圖上的（de）尺寸測量起點。

3.刀具位置補償
對於刀具位置補（bǔ）償來講，下列3種情況下，均須進行刀具位置的偏置補（bǔ）償：
(1)在實際加（jiā）工中，通常是各把不同位置的若幹把刀具(即各把刀具的刀尖在刀架上相對於某固定點的位置各不（bú）相同)加工同一輪廓尺（chǐ）寸的工件（jiàn），而編程時往往都建立統一的坐標係，要求使所（suǒ）有的刀尖都移到坐標係中的一個基準點上，或者以一把刀為基準設定（dìng）工件坐標（biāo）係（xì），因此須將其餘刀具的刀尖都偏移到此基準刀尖（jiān）位置上。利（lì）用刀具位置補償即可完成。
(2)對同一把刀具而言，當刀具重磨或更換新刀後，再（zài）把它準確地安（ān）裝到程序所設定的原位置，是非常困難的，總是存在位置誤（wù）差，這個位置誤差在實際（jì）加（jiā）工後（hòu）即成為加工誤差（chà），此時，需通過刀具位置補償（cháng）功能來修正刀具安裝位置誤差。
(3)每把刀具在使用過程中都有不同程度的磨損（sǔn），而磨損後的刀尖（jiān）位置與編程位置存在差值，同樣會造成加工誤差，這種誤差也可通過刀具位置補償功能來糾（jiū）正。

二、刀補值的確定

1.試切法
通過以上分析可知：雖然我們可以通過回參考點確（què）定對刀參考點的坐標，也可以通過測量確定工件與機床坐標的位置，但工件坐標係建立以後並未與機床坐標係（xì）發生任何聯係（xì），兩者仍然相互獨立，數控係統既不知道工件在（zài）機床中的位置，也不知道刀具刀位點在機床中的（de）位置，還是不能確定它們的相（xiàng）互位置（zhì）。這樣（yàng）就需要用到試切法對刀，試切法對刀應先進行手（shǒu）動機床回參考點操作，將1工件毛坯（pī）夾持於卡盤上，測出D(工件直徑)、L(工件伸（shēn）出3爪夾（jiá）盤距離)，啟動機床，以手動方式進行對刀(以90°外圓車刀為例)。第一步：將車刀刀（dāo）尖與（yǔ）棒料端麵輕輕接觸對刀，然後Z向不動，X向退（tuì）出車刀，記下CRT動態坐（zuò）標值Z；第二步：將車刀刀尖與（yǔ）棒料外圓輕輕接觸對（duì）刀，然後X向不動，Z向退出車刀，記（jì）下（xià）CRT動態坐（zuò）標值X；第（dì）三步：計算刀補值(Ll，L2)。代入公式計算即可計算出L2，L1的值（zhí）。
最後，將刀補值(Ll，L2)輸入CNC係（xì）統中（zhōng）。刀具補償值輸入數控係統後，刀（dāo）具的運動軌跡便會自動校正。試切法也可用於多刀加工，其它各刀的對刀過程一樣，將各刀的刀補值分（fèn）別輸（shū）入相應刀（dāo）偏寄（jì）存器中供數控係統補償使用。也可以以第一把刀（dāo）的刀位點作為基點，將其（qí）餘各刀的刀位點相對第一把刀的偏差（chà）值（zhí）作為補償值。用上述方法（fǎ）對刀（dāo），實質上是使（shǐ）每把刀的刀尖與工件（jiàn）外圓母線與端麵的交點接觸（chù），利用這一交點為基準，算出（chū）各把（bǎ）刀的刀偏量。采用試切法對刀時，精確對刀的方法是：手動對刀時，將工（gōng）件試件端麵、外（wài）圓車1刀，並仔細測（cè）量試件伸出卡盤長度L、試切外圓直徑D。降低進給速度，並使每把刀對刀接觸工（gōng）件的程度盡可能統一，可有效提高試切對（duì）刀的精度。采用試切法對刀優點是無需特殊對刀（dāo）工具，操作者隻需按常規操（cāo）作，簡便快速，而且較為正確有（yǒu）效。

2.其（qí）它刀具的對刀方法
對於裝有多把刀具的普（pǔ）通車床而言（yán），每（měi）把刀之間也（yě）存在著位置偏差（chà），如果逐個去用試切法（fǎ）確定刀補值，勢必會造成精度（dù）下降，而且效率低下，費時費力。接觸對刀儀對刀時先設置標準刀，用試切（qiē）法對標準刀進行對刀，其它刀具相對於（yú）標準（zhǔn）刀的刀補值是通過對刀儀的傳（chuán）感（gǎn）器來獲取，由數控（kòng）係統計算而得，這（zhè）樣各把刀相對於工件的（de）刀補值（zhí）也就確定了。接（jiē）觸對刀儀刀補值的設定與手動對刀（dāo）法所不同（tóng）的是它能自動將信息捕捉並運算得到刀補值，將其存儲起來。簡單地說，接觸（chù）對刀儀的對刀原理就是通過對刀裝置不（bú）同刀具（jù）相互之間的位置予以確定，由CNC係（xì）統計算出位置補（bǔ）償值(刀補值)，並將刀補值儲存起來（lái）的過程。

三、結（jié）束語

沒有安裝自動對刀裝置的普通車床在加（jiā）工零件時（shí），一般采用實切法對切削的零件進行對刀。刀尖加工（gōng）零件時，輸入所用刀具的（de）幾何尺寸(刀具長度補償)再測量加工零件的實際尺寸，來修改刀具幾何補償值及加工零件的程序（xù），這樣造成很（hěn）多占（zhàn）機試刀工時（shí），試件廢品增加、效率低，不利於實現自動化加工。帶對刀裝置的普通車床的操作者可以根據工藝要求進行刀具（jù）準備，在加工零件時，當對刀裝置接收到信號後（hòu），機床立即停止移動，信號反饋（kuì）給CNC係統，係統（tǒng）自動把測（cè）量的值（zhí）送入幾何補償裏，這時操作者可以根（gēn）據測量值修改相關的零件加工程序。