對刀是數(shù)控加工中的主要操作和重要技能。對刀的準(zhǔn)確性決定了零件的加工精度，同時，對刀效率還直接影響數(shù)控加工效率。華中世紀(jì)星車削系統(tǒng)是武漢華中數(shù)控股份公司近年推出的優(yōu)秀國產(chǎn)數(shù)控車削系統(tǒng)，是2004 年首屆全國數(shù)控技能大賽的指定數(shù)控車削系統(tǒng)之一。但遺憾的是，華中公司以往多通過其技術(shù)人員口頭向用戶說明對刀操作，在他們編寫的《操作說明書》中卻沒有提到對刀操作，給用戶學(xué)習(xí)、使用帶來不便。筆者通過實踐探索，結(jié)合教學(xué)、技能考證培訓(xùn)與加工實踐的經(jīng)驗，將該系統(tǒng)的幾種快速準(zhǔn)確的試切對刀方法予以小結(jié)，供大家參考，希望借此對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的推廣，推動我國數(shù)控技能人才的培訓(xùn)盡一點微薄之力。

一、數(shù)控車試切對刀法的原理及對刀思路

　　深入理解數(shù)控車床的對刀原理對于操作者保持清晰的對刀思路、熟練掌握對刀操作以及提出新的對刀方法都具有指導(dǎo)意義。對刀的實質(zhì)是確定隨編程而變化的工件坐標(biāo)系的程序原點在唯一的機床坐標(biāo)系中的位置。對刀的主要工作是獲得基準(zhǔn)刀程序起點的機床坐標(biāo)和確定非基準(zhǔn)刀相對于基準(zhǔn)刀的刀偏置。本文作以下約定來說明試切法對刀的原理與思路：使用華中世紀(jì)星教學(xué)型車削系統(tǒng)HNC-21T（應(yīng)用軟件版本號為5.30）；以工件右端面中心為程序原點，用G92指令設(shè)定工件坐標(biāo)系；直徑編程，程序起點H 的工件坐標(biāo)為（100，50）；刀架上裝四把刀：1 號刀為90°外圓粗車刀、2 號基準(zhǔn)刀為90°外圓精車刀、3 號刀為切斷刀、4號刀為60°三角螺紋刀（全文所舉實例均與此相同）。

　　如圖1 所示，基準(zhǔn)刀按照“手動試切工件的外圓與端面，分別記錄顯示器（CRT）顯示試切點A 的X 、Z 機床坐標(biāo)→推出程序原點O 的機床坐標(biāo)→推出程序起點H 的機床坐標(biāo)”的思路對刀。根據(jù)A 點與O 點的機床坐標(biāo)的關(guān)系：XO= XA －Φ d，ZO =ZA，可以推出程序原點O 的機床坐標(biāo)。再根據(jù)H 相對于O點的工件坐標(biāo)為(100,50)，最后推出H 點的機床坐標(biāo)：XH=100 －Φd，ZH=ZA+50。這樣建立的工件坐標(biāo)系是以基準(zhǔn)刀的刀尖位置建立的工件坐標(biāo)系。

　　如圖2 所示，由于各刀裝夾在刀架的X、Z方向的伸長和位置不同，當(dāng)非基準(zhǔn)刀轉(zhuǎn)位到加工位置時，刀尖位置B相對于A點就有偏置，原來建立的工件坐標(biāo)系就不再適用了。此外，每把刀具在使用過程中還會出現(xiàn)不同程度的磨損，因此各刀的刀偏置和磨損值需要進行補償。獲得各刀刀偏置的基本原理是：各刀均對準(zhǔn)工件上某一基準(zhǔn)點（如圖1的A點或O點），由于CRT顯示的機床坐標(biāo)不同，因此將非基準(zhǔn)刀在該點處的機床坐標(biāo)通過人工計算或系統(tǒng)軟件計算減去基準(zhǔn)刀在同樣點的機床坐標(biāo)，就得到了各非基準(zhǔn)刀的刀偏置。

　　受多種因素的影響，手動試切對刀法的對刀精度十分有限，將這一階段的對刀稱為粗略對刀。為得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果，如圖3 所示，加工前在零件加工余量范圍內(nèi)設(shè)計簡單的自動試切程序，通過“自動試切→測量→誤差補償”的思路，反復(fù)修調(diào)基準(zhǔn)刀的程序起點位置和非基準(zhǔn)刀的刀偏置，使程序加工指令值與實際測量值的誤差達到精度要求，將這一階段的對刀稱為精確對刀。由于保證基準(zhǔn)刀程序起點處于精確位置是得到準(zhǔn)確的非基準(zhǔn)刀刀偏置的前提，因此一般修正了前者后再修正后者。

　　綜合這兩個階段的對刀，試切法對刀的基本操作流程如下：用基準(zhǔn)刀手動試切得到對刀基準(zhǔn)點的機床坐標(biāo)→人工計算或自動獲得各非基準(zhǔn)刀的刀偏置→基準(zhǔn)刀處于大概的程序起點位置→基準(zhǔn)刀反復(fù)調(diào)用試切程序，測量尺寸后，以步進或MDI方式移動刀架進行誤差補償，修正其程序起點的位置→非基準(zhǔn)刀反復(fù)調(diào)用試切程序，在原刀偏置的基礎(chǔ)上修正刀偏置→基準(zhǔn)刀處于準(zhǔn)確的程序起點不動。

二、幾種粗略對刀方法小結(jié)

　　下述每種方法的對刀準(zhǔn)備工作均相同：在系統(tǒng)MDI 功能子菜單下按F2鍵，進入刀偏表；用▲、鍵移動藍色亮條到各刀對應(yīng)的刀偏號位置，按F5鍵；將刀偏號為#0000、#0001、#0002、#0003、#0004 的X 偏置、Z 偏置的數(shù)據(jù)均修改為零，再按下F5 鍵。

　　1. 選定基準(zhǔn)刀為標(biāo)準(zhǔn)刀，自動設(shè)置刀偏置法如圖1、圖4 所示，對刀步驟如下：

　　(1)用▲、鍵移動藍色亮條對準(zhǔn)2號基準(zhǔn)刀的刀偏號#0002位置處，按F5鍵設(shè)置2號刀為標(biāo)準(zhǔn)刀具，則所在行變成紅色亮條。

　　(2)用基準(zhǔn)刀試切工件右端面，記錄試切點A 的Z 機床坐標(biāo)；試切工件外圓，記錄A 點的X 機床坐標(biāo)，退刀后停車，測量已切削軸段外徑ΦD。

　　(3)基準(zhǔn)刀按記錄值通過“點動+步進”方式重回A 點，在刀偏表的試切直徑和試切長度欄內(nèi)分別輸入ΦD和零。

　　(4)退刀，選擇非基準(zhǔn)刀的刀號手動換刀，讓各非基準(zhǔn)刀的刀尖分別在主軸轉(zhuǎn)動下通過“點動+ 步進”方式目測對準(zhǔn)A點，然后分別在相應(yīng)刀偏號的試切直徑欄和試切長度欄內(nèi)輸入ΦD和零，則各非基準(zhǔn)刀的刀偏置會在X、Z 偏置欄處自動顯示。

　　(5)基準(zhǔn)刀重回A 點后，MDI 運行“G91 G00/或G01 X[100-ΦD] Z50”，使其處于程序起點位置。

　　2.將基準(zhǔn)刀在對刀基準(zhǔn)點處坐標(biāo)置零，自動顯示刀偏置法如圖1、圖5 所示，對刀步驟如下：

　　(1)與前述步驟（2）相同。

　　(2)基準(zhǔn)刀按記錄值通過“點動+步進”方式重回試切點A。

　　(3)在圖4界面按F1鍵“X軸置零”，按F2 鍵“Z 軸置零”，則CRT顯示的“相對實際坐標(biāo)”為（0，0）。

　　(4)手動換非基準(zhǔn)刀，使其刀尖目測對齊A 點，這時C R T 上顯示的“相對實際坐標(biāo)”的數(shù)值，就是該刀相對于基準(zhǔn)刀的刀偏置，用▲、鍵移動藍色亮條到非基準(zhǔn)刀的刀偏號，分別將其記錄并輸入到相應(yīng)位置。

　　(5)與前述步驟（5）相同。

　　3. 多刀試切外圓軸段，人工計算獲得刀偏置法

　　系統(tǒng)在手動狀態(tài)下對好1、2、4 號刀，并切出一個臺階軸，分別記錄各刀切削終點（如圖6中F、E、D 點）的機床坐標(biāo)，并測量各段的直徑和長度。換3 號切斷刀，切一退刀槽，以切斷刀的右尖點對刀，記錄B 點坐標(biāo)，測量圖示的Φ D3 和L3。獲得了上述數(shù)據(jù)后，根據(jù)各刀對應(yīng)的F、E、D、B 點與程序原點O 的坐標(biāo)增量關(guān)系，可知基準(zhǔn)刀的程序起點的機床坐標(biāo)為（X2-ΦD2+100，Z2-L2+50）；而且可以推出各非基準(zhǔn)刀對應(yīng)程序原點的機床坐標(biāo)并通過人工計算獲得刀偏置，計算方法如表1 所示，將記錄值和計算值填入相應(yīng)空格處。這里要注意：試切長度是指工件坐標(biāo)零點至試切終點之間Z方向的有向距離，按坐標(biāo)軸方向確定正、負方向。

　　此法試切過程簡單，省去了目測對齊試切點的步驟，但刀偏置需要人工計算獲得。如果將含計算公式的計算表打印出來，數(shù)值填入其對應(yīng)空格內(nèi)計算，就能很快算出刀偏置。

　　4. 世紀(jì)星車削數(shù)控系統(tǒng)，多刀自動對刀法

　　上述對刀方法均為相對刀偏法。HNC-21T經(jīng)過專業(yè)人員進行參數(shù)的設(shè)定和系統(tǒng)調(diào)試，還可以讓用戶選擇“絕對刀偏法”對刀。絕對刀偏法在加工程序編制上與前述相對刀偏法略有不同，不必要用G92 或G54建立工件坐標(biāo)系，也不用取消刀補，實例可參見程序O1005。其對刀步驟如下：系統(tǒng)回零后，如圖6所示，讓各刀分別手動試切一圓柱段，測量直徑與長度尺寸后，按圖7所示填入在各刀對應(yīng)刀偏號的試切直徑于試切長度欄內(nèi)，依據(jù)在“多刀試切外圓軸段，人工計算獲得刀偏置法”中講述的原理，系統(tǒng)軟件能自動算出各刀對應(yīng)程序原點的機床坐標(biāo)，從而達到自動對刀的目的。這種對刀方法最快捷，特別適合于工業(yè)生產(chǎn)。

三、幾種精確對刀方法小結(jié)

　　精確對刀階段總的思路是“自動試切→測量→誤差補償”。誤差補償分兩種情況：對于基準(zhǔn)刀MDI 運行或步進移動刀架補償其程序起點位置；對于非基準(zhǔn)刀補償其刀偏置或磨損值。為避免記錄混亂，設(shè)計表2 所示的表格記錄并計算數(shù)值。

　　1. 基準(zhǔn)刀修正程序起點位置后，再單獨修調(diào)各非基準(zhǔn)刀刀偏置法如圖3 所示，對刀步驟如下：

　　(1)基準(zhǔn)刀處于粗略對刀后的程序起點位置，將各非基準(zhǔn)刀刀偏置輸入到刀偏表的相應(yīng)位置。

　　(2)調(diào)用加工ΦD2×L2的O1000程序試切。

　　(3)測量切削軸段的直徑與長度，與程序指令值比較，求出誤差。

　　(4)步進移動或MDI 運行誤差值，修調(diào)程序起點位置。

　　(5) 根據(jù)測量尺寸，動態(tài)修改O1000 程序下劃線的指令數(shù)值并保存程序，重復(fù)步驟(2)、(3)，直至基準(zhǔn)刀程序起點被修正在精度允許范圍內(nèi)為止，記錄修正后程序起點的機床坐標(biāo)并將坐標(biāo)置零。

　　(6)分別調(diào)用O1001（1、4號刀）、O1002（3號刀）程序試切，測量各段直徑ΦDi 和長度Li（i=1，4，3）。

　　(7)按表3所示方法進行誤差補償。

　　(8)重復(fù)步驟(6)至步驟(7)，直至加工誤差在精度范圍內(nèi)，基準(zhǔn)刀停在程序起點位置不再移動。

　　2. 各刀分別修調(diào)程序起點位置法此法的對刀原理為：各刀均修正其程序起點位置，從而間接保證對準(zhǔn)同一程序原點位置。

　　如圖3 所示，對刀步驟如下：

　　(1) 2 號基準(zhǔn)刀處于粗略對刀后的程序起點位置，且將各非基準(zhǔn)刀刀偏置記錄后均修改為零。

　　(2)至(5)步與第一種精確對刀方法的同序號的對刀步驟相同。

　　(6)分別換非基準(zhǔn)刀，把粗略對刀記錄的刀偏置當(dāng)作非基準(zhǔn)刀程序起點的相對坐標(biāo)，調(diào)用O1000 程序試切，分別測量各段直徑ΦDi和長度Li （i=1，4，3），與程序指令值比較，求出差值。

　　(7)步進移動或MDI運行刀架進行誤差補償，分別修調(diào)各非基準(zhǔn)刀的程序起點位置。

　　(8)重復(fù)步驟（6）和（7），直至各非基準(zhǔn)刀程序起點的位置在精度允許范圍內(nèi)為止。

　　(9)將CRT顯示的相對坐標(biāo)當(dāng)作新刀偏置，輸入到刀偏表的對應(yīng)刀偏號的X、Z 偏置欄內(nèi)。此法簡單方便，修正的刀偏置直接由C R T 顯示的機床相對坐標(biāo)得到，避免了人工計算的失誤，對刀精度較高。

　　3. 修調(diào)基準(zhǔn)刀程序起點位置后，再同時修調(diào)全部非基準(zhǔn)刀刀偏置法此方法與第一種精確對刀方法基本相同，唯一不同之處在于步驟(7)中調(diào)用的程序是同時調(diào)用了三把刀加工的O1003 程序（O1004 去掉2 號刀加工段為O1003 程序），其余步驟相同。

　　4. 四把刀同時修調(diào)法

　　如果采用相對刀偏法粗略對刀，先將得到的各非基準(zhǔn)刀的刀偏置輸入到刀偏表的相應(yīng)位置，運行四把刀加工的O1004 程序，分別測量各段直徑ΦDi和長度Li （i=2，1，4，3），求出加工誤差。對基準(zhǔn)刀，以MDI 運行或步進移動刀架補償誤差值，修調(diào)程序起點位置；對非基準(zhǔn)刀，一方面在原刀偏置的基礎(chǔ)上修正刀偏置，將新的刀偏置重新輸入到刀偏表的X、Z 偏置欄內(nèi)；另一方面還應(yīng)將基準(zhǔn)刀的加工誤差填入到該行的磨損欄內(nèi)。如果采用絕對刀偏法粗略對刀，調(diào)用O1005程序試切，將各刀的加工誤差補償在其對應(yīng)刀偏號的磨損欄內(nèi)。

四、結(jié)束語

　　上述各種對刀方法，是筆者在深入理解對刀原理并結(jié)合華中世紀(jì)星車削系統(tǒng)的特點的基礎(chǔ)上進行的全面總結(jié)，所有方法均已通過實踐驗證。教學(xué)實踐表明，這些方法簡便、實用、有效，能滿足數(shù)控車技能考證和工業(yè)生產(chǎn)的精度要求。在粗、精對刀的多種方法中，從保證對刀精度并兼顧對刀效率考慮，筆者推薦采用“多刀自動對刀法+ 四把刀同時修調(diào)法”或“基準(zhǔn)刀在對刀基準(zhǔn)點處坐標(biāo)置零，自動顯示刀偏置法+ 各刀分別修調(diào)程序起點位置法或“基準(zhǔn)刀在對刀基準(zhǔn)點處坐標(biāo)置零，自動顯示刀偏置法+修調(diào)基準(zhǔn)刀程序起點位置后，再同時修調(diào)全部非基準(zhǔn)刀刀偏置法”的組合方案。文中的對刀思路，不僅適合教學(xué)型數(shù)控車床，也適合生產(chǎn)型數(shù)控車床，不僅適合于華中數(shù)控系統(tǒng)也適合于其他數(shù)控系統(tǒng)，具有一定的推廣價值。