淺析數控車床中接觸對刀儀相關技術問題，看了你就會了（le）

什麽是接觸對刀儀（yí）？

接觸對刀儀是利用普通車床外加（jiā）的監控檢測設（shè）備利用普通車床自身的位置測量係統（tǒng）來進行工作的。

總（zǒng）體來說，它雖然是附屬於普通車床，為提高（gāo）車床加工的精度和效（xiào）率而設計的，但作為一套獨立的儀器，對普通車床用接（jiē）觸對刀儀的研究設計方案應包括對刀原理的（de）研究與實現（xiàn）、精密機械部分、電氣控製部（bù）分（fèn）、接觸對（duì）刀儀的操作方法、誤差與（yǔ）精度（dù）分析等部分（fèn）。機械（xiè）部分是接觸對刀儀的主（zhǔ）體部分，它主要包括傳感器的設計與連接臂的設（shè）計，其（qí）中傳感器的設計尤（yóu）其關鍵，要求它能（néng）適應內孔車刀、端麵車刀、螺紋刀、外圓車刀等不同刀具和不同（tóng）刀偏角的刀具；另外，傳感器（qì）表麵要有（yǒu）硬度要求（qiú），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，我們也可以對傳感器的測頭（tóu）進行修磨；

傳感器應保證應有的精度要求；傳感器的結構設計合（hé）理，重量不能太大且（qiě）安裝（zhuāng）方便，適合刀具的對準與操作。電氣控製部（bù）分主要包括接口電路的設計，對刀儀在（zài）刀具（jù）接（jiē）觸到傳（chuán）感器後應有聲光信號顯（xiǎn）示，以便操作者進（jìn）行及時（shí）操作（zuò），傳感器（qì）的觸發信（xìn）號要能準確地反映到數控係統；要對刀補值算法的獲得（dé）進行算法研究，根據算法（fǎ）對係統進行參數化（huà）編程（chéng）以獲（huò）取刀尖點的信息並分析計算刀補值。

操作方法要求給出具體的操作步驟，根據對刀（dāo）儀的工作原（yuán）理（lǐ）及實際特點，按照對（duì）刀的操作規程，用戶可以方便地對普通車床進行對刀；應給出對刀過（guò）程的注意事項，以免錯誤操作，影響加工生產。接觸對刀儀的開發設計工作完成之後（hòu），要對其進行（háng）多方位的誤差與精度分析，分（fèn）析產生誤差所有可能的來（lái）源（yuán）並對精度作出分析，校驗其可行性。

一、刀具（jù）位置偏差原因分析

因為對刀儀是建立在車床自（zì）身（shēn）係統測量的基礎之上的，普通車床的加工是由程序控製完成的，所以坐（zuò）標係的確定與使用非常重要。根據IS0841標準（zhǔn），普通車床（chuáng）坐標係用右手笛卡兒坐標係作為標準確（què）定。普通車床平行於主軸方向即縱（zòng）向為Z軸，垂直於主軸方向即橫向為X軸，刀具遠離工件方向為正向。
1.普通車床坐標係與（yǔ）普通車床參（cān）考點
普通（tōng）車床坐標係是（shì）指以（yǐ）機床原點為坐標原點所（suǒ）建立的坐標係，普（pǔ）通車床的機床原點通常取（qǔ）在（zài）卡盤前端（duān）麵與（yǔ）主（zhǔ）軸（zhóu）中心（xīn）線交點處，一般（bān）機床（chuáng）原點在普通車床出廠前由生產（chǎn）廠家已經調整好，不允許用戶隨意變動。普通車床參考（kǎo）點是指刀架上某一固定點，即對刀參考點退（tuì）離距機床原點O最遠的一個固定點R點，該R點在機床出（chū）廠時也由生（shēng）產廠（chǎng）家調試（shì）好，並將數據輸入到數控係統中。因此機（jī）床參考點R對機（jī）床原點O的坐標是一（yī）個已知數，一個固定值。一般對刀（dāo）之前，必先使普通車床進行“回零”操作(即（jí）使刀架返回參（cān）考點操作（zuò）)，就是（shì）使刀架上對刀參考點與機（jī）床參考點R重（chóng）合。此（cǐ）時CRT屏幕上顯示值x，z即為機床參考點R相對於機床原點O點在X方向和Z方向的值。

2.工件坐標係與起刀點
工件坐標係(又稱為編程坐標係)是指以工件原點(或稱編程原點)為坐標原（yuán）點所建立的坐標係。編程坐（zuò）標係（xì）供編程用，是人為設置的。工件原點可以是工件上任意點，但為了編程，方（fāng）便數值計算，一般普通車床編程原點（diǎn）選工件右端麵或左端麵與中心線交點作為工件原點，數控編程時應首先確定工件坐標係。起刀點(又稱程序起點)即刀具刀（dāo）位點相（xiàng）對工件原點OP的位置，即刀具相對於工件運（yùn）動的起始點，工（gōng）件坐標係的建立實際上是確（què）定刀具（jù）起刀點相對於工件原點的坐標值的過程。目前普通車床上建立工件坐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，並未與機床坐標係（xì）發生任何聯係，此時，兩者仍然相互獨立，數控係統既不知道工件（jiàn）在機床中的位置，也不知道刀具刀位點（diǎn）在機床中的位置，即無法按所編程序正確加（jiā）工（gōng），因此加工之前，還必須確定刀具（jù）刀位點與機床坐標原點O之間的關（guān）係，即一般加工之前通（tōng）過對刀方法來實現。
本（běn）對刀儀的設（shè）計使用的是NUM數控係統，現將NUM數控係統（tǒng）坐標變換簡（jiǎn）單介紹如下：當CNC上電時，沒有測量起點可用於計算軸的運動。在（zài）執行任（rèn）何程序編製的運動前必須對係統進（jìn）行初始化(各軸回原位)，回原位過程將給CNC係統提供（gòng）用於編程運（yùn）動的坐標係（xì）統。如果回原位過程沒有完成（chéng），則隻能進（jìn）行點動操作。係統（tǒng）通過一個（gè）回原位過程建立一個測量起點（diǎn）OM(原位開關被安置在一個特定的物（wù）理位置上)。每個軸的回原位過程是這樣完成的：在由車床或數控係統製（zhì）造（zào）廠商定義的運動方向上(測量起點設置方向)激活（huó）起始（shǐ）限位開關，數控係統（tǒng）的處理器能計算所（suǒ）有相對於機床起點或零點的位移量（liàng），在回原位(測量起點設備)過程完成後，係統將由（yóu）製（zhì）造廠商定義的每個軸（zhóu）的坐標變換值應用到每個軸上以建立測量起點。為了寫一個零件程序，編程者必須定義一個程序起點，該點（diǎn）通常也是零（líng）件圖上的尺寸測量起點。

3.刀具位置（zhì）補償
對於刀具位置補償來（lái）講，下列3種情況（kuàng）下，均須進行刀（dāo）具（jù）位置的（de）偏置補償：
(1)在實際加工中，通常是各把不（bú）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相同)加工同一輪廓尺寸的工件，而編程時（shí）往往都建立統一的坐標係，要求使所有的（de）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工件坐標係（xì），因此（cǐ）須將其餘刀具的刀尖都偏移到此基準刀尖位置上。利用刀具位置補償即可完成。
(2)對同（tóng）一把刀具而言，當刀具重磨或更換新刀後，再把它準確地安裝到程序所設定的（de）原位置，是非常困難的，總是（shì）存在位置誤差，這個位置誤差在實際加工後即成為（wéi）加工誤差，此（cǐ）時，需通過刀具位置補償功能來修正刀具（jù）安裝位置誤差。
(3)每把刀具在使用過程中都有不（bú）同程度（dù）的磨損，而（ér）磨損後的（de）刀尖位置與編程位置存在差值，同（tóng）樣會（huì）造成加工誤差，這種誤差也可通過（guò）刀具位置補償（cháng）功能來糾正。

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（cān）考（kǎo）點確定（dìng）對刀參考（kǎo）點的（de）坐標，也（yě）可（kě）以通過測量確（què）定工件與機床坐標的位置，但工（gōng）件坐標係建立以後並未與機（jī）床坐標係發生（shēng）任何聯係，兩（liǎng）者仍然相互獨立，數控係統既不知道工件在機床中（zhōng）的位（wèi）置，也不（bú）知道刀（dāo）具刀位點在（zài）機床中的位置，還是（shì）不（bú）能確定它們的相（xiàng）互位置。這樣就需要用到試切法（fǎ）對刀（dāo），試（shì）切法對刀應先進行手動機床回參考（kǎo）點操作，將1工件毛坯夾持於（yú）卡盤上，測出D(工件直徑)、L(工件伸出3爪（zhǎo）夾盤距離)，啟動機床，以手（shǒu）動方式進行對刀(以90°外圓車刀為例)。第一步：將（jiāng）車刀刀尖與棒料端麵輕輕接觸對刀，然後Z向（xiàng）不動（dòng），X向（xiàng）退出（chū）車刀，記下CRT動（dòng）態坐標（biāo）值Z；第二步：將車刀刀（dāo）尖與棒料（liào）外圓輕輕接觸對刀，然後X向不動，Z向退出車刀，記（jì）下CRT動（dòng）態坐標值X；第三步：計算刀補值(Ll，L2)。代入公式計算即可計算出（chū）L2，L1的值（zhí）。
最後，將刀補值(Ll，L2)輸入CNC係統中。刀具補償值輸入數控係統後，刀具的運動軌跡便會自動校正。試切（qiē）法也可用於多刀加工，其它各刀的對刀過程一（yī）樣，將各刀的（de）刀補值分別輸（shū）入相應刀偏寄存器中供數控係（xì）統補償使用。也可以以第一把刀的刀位點（diǎn）作為（wéi）基點，將其餘各刀的刀位點相對第一把刀的偏差（chà）值作為補償值。用上述方法對刀（dāo），實質上是使每把刀的刀尖與（yǔ）工件外圓母線與端麵的交點接觸，利用這（zhè）一交點為基準，算出（chū）各把刀（dāo）的（de）刀偏量。采用試切法對刀時，精確對刀的方法是：手動對刀時，將工件試件端麵、外（wài）圓車1刀，並仔細測量試件伸出卡盤長度L、試切外（wài）圓直徑D。降低進給（gěi）速度，並使每把（bǎ）刀對刀接觸工件（jiàn）的程度盡可能統一，可有效提高試切對（duì）刀的精（jīng）度。采用試切（qiē）法對刀優點是無需（xū）特殊對刀工具，操作者隻需按常規操作，簡便快速，而且（qiě）較為正確有（yǒu）效。

2.其它刀具的對刀方法
對於裝有多把刀具的普通車床而言，每（měi）把刀之間也存在著位置偏差，如果逐個去用試（shì）切法確（què）定刀補值，勢（shì）必會造（zào）成精度下降，而且效率低下，費時費力。接（jiē）觸對刀儀對刀時先設置標準刀，用試（shì）切法對標準刀進行對刀，其它刀具相對於標（biāo）準刀的刀補值是通過對刀儀的傳感器來獲取，由數控係統計算而得，這（zhè）樣各把刀相對於工件的刀補值也就確定了。接觸對刀儀刀（dāo）補值的設定與手（shǒu）動對刀法所不同的是它能自動將（jiāng）信息（xī）捕捉並運算得到刀（dāo）補值，將其存儲起來。簡單地說，接觸對刀（dāo）儀的對刀原理就（jiù）是通過對刀裝置不同（tóng）刀具相互之間的位置予以確定，由（yóu）CNC係統計算出位置補償值(刀補值)，並（bìng）將刀補值儲（chǔ）存（cún）起來的過程。

三、結束語

沒有安裝自動對刀（dāo）裝置的普通車床在加工零件（jiàn）時，一般采用實切法對切削的（de）零件進行對（duì）刀。刀尖加工零件時，輸入所（suǒ）用刀具（jù）的幾何尺寸(刀具長度補（bǔ）償)再測量加工零（líng）件的實際尺寸，來修（xiū）改刀具幾何補償值及（jí）加工零件的程序，這樣（yàng）造成很多占機試刀工時，試件廢品增加、效率低，不利（lì）於實現自動化加工。帶對刀裝置（zhì）的（de）普通車床的操作者可以根據（jù）工藝要求進行刀具準備，在加工零件時，當對刀裝置接收（shōu）到信號後，機床立即停止移動，信（xìn）號反饋給CNC係統，係統自動把測量的值送入（rù）幾何補（bǔ）償裏，這時（shí）操作者可以根據測量值修改相關（guān）的零件加工程序。