实验(二) 华中世纪星教学型数控车床的对刀操作一．实验目的1）掌握游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺、钢直尺等的测量与读数方法；2）掌握数控车床手动试切法对刀的工作原理及基本步骤；3）掌握用G92与G54~G59指令对刀操作的异同点；4）对手动试切法对刀进行误差分析，并掌握其误差补偿方法。
二．实验设备和工具1）毛坯：φ30mm的棒料，材料：L Y122）常用工具：卡盘与刀架扳手、螺丝批、手锤、活动扳手等；3）刀具与垫片：1号刀为90°外圆精车刀，2号刀为90°外圆粗车刀或60°尖刀，3号刀为切断刀、4号刀为60°三角螺纹刀；4）测量工具：0.02mm精度的游标卡尺、0.01mm精度的千分尺、0.02mm精度的深度游标卡尺、150mm长的钢直尺；5）油壶、刷子及清洁棉纱。
三. 常用测量工具的测量与读数方法（演示说明）介绍0.02mm精度的游标卡尺、0.01mm精度的千分尺、0.02mm精度的深度游标卡尺的测量与读数方法。
四．华中世纪星教学型数控车床手动试切法对刀的基本原理方向零点偏置在数控车削中，手动试切对刀法由于不需添置昂贵的对刀、检测等辅助设备，方法简单，而且加工铝棒、尼龙棒等软材质工件，即使高速断续切削，刀尖也不容易崩落，因此被广泛地应用于教学型数控车床。
数控机床的机床坐标系是唯一固定的，CRT显示的是切削刀刀位点的机床坐标，但为计算方便和简化编程，在编程时都需设定工件坐标系，它是以零件上的某一点为坐标原点建立起来的X-Z直角坐标系统。
因此，对刀的实质是确定随编程变化的工件坐标系工件零点的机床坐标以及确定数控程序调用的刀具相对于基准刀的刀偏置数值。
手动试切对刀的对刀模式为“试切→测量→调整”，其原理示意图如上图1所示。
五．手动试切——相对刀偏法对刀的基本步骤手动试切对刀中，如果确定了一把基准刀，且在刀偏表中输入它的刀偏置为零，而且非基准刀相对于基准刀有一定的刀偏置，这种试切对刀方法叫相对刀偏法对刀，具体又分为G92指令对刀和G54指令对刀两种方法。
使用这种对刀方法的程序结构形式具有以下特点：％××××G92 X_ Z_（或G54 G90 G00 X_ Z_）M06 T0202…...T0200M06 T0101小结：Ⅰ. 加工最大直径小于30mm 、长度为L （小于100mm ）、程序原点选在零件的右端面中心、直径编程的工件，用G92 X100 Z50指令对刀的简要操作步骤： （一）装夹棒料，棒料伸出卡爪端面约（L+50）mm ； （二）装刀，保证各刀的刀位点与主轴等中心高； （三）在系统软件中设定为直径编程方式；（四）开机后，回参考点，将基准刀处于工作位置；（五）用点动方式[或为避免爬行用“MDI 运行（G91 G00 X-120 Z-220）+点动”]移动刀架到装夹的棒料右端面附近，在MDI 功能子菜单下（图3所示）按F2键，进入刀偏数据设置方式； 1、2、3、4号刀的刀偏号分别为#0001、#0002、#0003、#0004，用▲、▼键移动蓝色亮条到各刀对应的刀偏号位置，首先将刀偏号为#0000、#0001、#0002、#0003、#0004的X 偏置、Z 偏置的数据均修改为零；用▲、▼键将蓝色亮条对准基准刀的刀偏号位置处，按F5键设置基准刀为标准刀具，所在行变成红色；用基准刀试切工件外径，记录试切点A 的X 机床坐标，在图4界面按F1“X 轴清零”，则CRT 显示的“相对实际坐标”的X 坐标为零；退刀停车，测量已切削轴段的直径Φd ；用标准刀具试切工件端面，记录试切点A 的Z 机床坐标，在图4界面按F2“Z 轴清零”，则CRT 显示的“相对实际坐标”的Z 坐标为零；通过“点动+步进”或MDI 方式[G91 G01 X-显示相对坐标 Z-显示相对坐标]使基准刀重新回到试切点[此时CRT 显示的相对实际坐标为（0，0）]；图3 MDI 功能子菜单（六）选择非基准刀的刀号，手动换刀，用▲、▼键移动蓝色亮条到非基准刀具的位置，如图5所示，让非基准刀的刀尖分别在主轴转动状态目测对齐试切点A （用“点动+步进”方式，先对齐外圆面，后对齐端面），这时CRT 上显示的“相对实际坐标”的数值，就是该刀对基准刀的刀偏置△X ，△Z ；分别将其输入到对应刀偏号的相应位置。
图4 相对刀偏法对刀的刀偏表（七）点动+步进方式[或先点动到附近再MDI运行G53 G01 XA ZA]，重新让基准刀对准试切点[此时CRT显示坐标为（X A，Z A）]，在MDI方式下，运行程序：G91 G00（或G01）X（100-Φd）Z50；则基准刀刀位点处于程序起点[工件坐标系坐标为（100，50）]的位置。
Ⅱ. 加工最大直径小于30mm、长度为L（小于100mm）、程序原点选在零件的右端面中心、直径编程的工件，用G54 G90 G00 X100 Z50指令对刀的简要操作步骤：（一）装夹棒料，棒料伸出卡爪端面约（L+50）mm；（二）装刀，保证各刀的刀位点与主轴等中心高；（三）在系统软件中设定为直径编程方式；（四）开机后，基准刀在工作位置，回参考点；（五）用点动[或“MDI运行（G91 G00 X-120 Z-220）+点动”]方式移动刀架到装夹的棒料右端面附近，在MDI功能子菜单(图4)下按F2键，进入刀偏数据设置方式，如图4所示；用▲、▼键移动蓝色亮条到要设置为基准刀具的位置；按F5键设置标准刀具，蓝色亮条所在行变成红色；用标准刀具试切工件外径，然后沿着Z轴方向退刀；在刀偏数据的试切直径栏输入试切后工件的直径值；用标准刀具试切工件端面，然后沿着X轴方向退刀；在刀偏数据的试切长度栏输入工件坐标系Z轴零点到试切端面的有向距离；按F7键，弹出如图7所示菜单；用▲、▼键移动蓝色亮条选择要设置的坐标系；按Enter键确认，设置完毕。
图7 选择要设置的坐标系方法二可以MDI手动输入坐标系数据，操作步骤如下：(1)在MDI功能子菜单(图3)下按F4键，进入坐标系手动数据输入方式，图形显示窗口首先显示G54坐标系数据，如图8所示；图8 MDI方式下的坐标系设置(2)按Pgdn或Pgup键，选择要输入的坐标系数据：G54/G55/G56/G57/G58/G59坐标系/当前工件坐标系等的偏置值(坐标系零点相对于机床零点的值)，或当前相对值零点；(3)在命令行输入工件零点的机床坐标，如在图8所示坐标系空栏输入“X0 Z0”，并按Enter键，将设置G54坐标系的X及Z偏置分别为0、0；(4)若输入正确，图形显示窗口相应位置将显示修改过的值，否则原值不变。
（六）各刀刀偏置的测定方法与G92指令对刀方法相同（七）基准刀转位到工作位置，重新进行回零操作。
相对刀偏法对刀注意事项：1）装刀时，各刀的刀位点应与主轴中心等高，装刀时用钢直尺测量刀尖到刀架台面的距离约为79.5~80mm的距离。
若二者等高，试切端面停车后，操作者用手摸端面应感觉平滑，看不到端面中心有尖点突出。
若二者不等高，应细微调整垫片高度。
2）为便于对刀与监控设备安全，对最大直径小于Φ30mm、长50~60mm的小回转体零件的编程可作统一约定：①工件右端面与卡爪端面之间的装夹长度近似为固定值105mm；②刀具伸出刀架侧面的长度近似为固定值25mm；③编程时统一规定：采用直径编程；工件零点Ｏ选在工件的右端面中心；用G92指令设定工件坐标系，程序起点H的工件坐标为（100，50）且其与程序终点、换刀点三点重合；设定1号刀为90°外圆粗车刀，2号刀为90°外圆精车刀或60°尖刀（对刀基准刀），3号刀为2.5~5mm宽的切断刀、4号刀为60°螺纹刀；加工内表面的刀具刀号另定。
其它尺寸的工件，设其最大直径为ΦD，工件长为L，则约定时只需改变条件①中工件伸长约为（L+50）、条件③中程序起点的工件坐标为（ΦD+70，50），其余条件可不变或根据具体情况作适当调整。
3）按上述条件装刀后，若CRT显示的非基准刀的X偏置在±10mm的范围之内（切断刀因刀头结构特殊可能例外），则刀偏置可能测量较正确，否则可能是测量方法不对或数控系统出现了“爬行”现象，需要重新测定刀偏置。
4）在刀偏数据的输入与修改之前，应先设置刀库数据，将各刀设定对应的刀偏号。
六．手动试切——绝对刀偏法对刀的基本步骤手动试切对刀中，如果没有确定一把刀作基准刀，且在刀偏表中每把切削刀都有刀偏置，这种手动试切对刀方法叫绝对刀偏法对刀。
使用这种方法对刀的程序结构形式具有以下特点：％××××T0202（无G92 或G54建立工件坐标系指令，无M06指令）M03 S××××G90（或G91）G00 X_ Z_…...T0101（无需取消上一把刀的刀补，就直接建立下一把刀的刀具补偿）……对刀步骤：（工件坐标系零点设在工件右端面中心）1）选择1号刀试切端面和外圆，分别记录试切点A点的Z A坐标和X A坐标（图5标识的A 点），退刀停车，测量试切轴段的直径尺寸，主轴正转，点动到A点附近再MDI运行“G53 G01 X A Z A”，将1号刀刀尖按记录的坐标对齐A点。
在图9刀偏表的＃0001刀偏号一栏中，输入试切直径（测量值）和试切长度0（0表示端面在工作坐标系的Z坐标为零）；2）选择2号刀，试切另一轴段，退刀停车，测量试切轴段的直径尺寸；主轴正转，点动＋步进方式，将2号刀刀尖目测对齐端面上试切点。
在图9刀偏表的＃0002刀偏号一栏中，输入试切直径（测量值）和试切长度0；3）3号刀（以切削刃右尖点对刀）及其4号刀，与2号刀的对刀步骤相同。
图9 绝对刀偏法对刀的刀偏表注意：在刀偏表中只需要输入试切直径和试切长度，各刀的X、Z偏置随后自动产生。
七. 手动试切对刀法的误差分析在图2所示的手动对刀操作流程中，步骤⑥中由于用游标卡尺或千分尺测量时不可避免存在测量误差，使得Φd数值有误差，导致步骤⑦中工件零点的机床坐标计算不准确；在步骤⑨中，由于我校购置的华中世纪星CJK6132A型CNC教学车床的定位精度和重复定位精度不太高，分别为0.04mm/300mm、±0.01mm，使得基准刀按记录的试切点机床坐标重回后却被发现其刀尖与工件试切点之间有微小的间隙，且当数控系统不稳定地出现“爬行”现象后，二者的间隙甚至更大，由此验证了CRT显示机床坐标的实际位置与理论位置有定位误差；而且非基准刀的刀尖也难以目测对准试切点，因此非基准刀存在一定的刀偏置误差；另外，在步骤⑩中，由于Φd很难测量准确，导致程序起点H的机床坐标计算不准确，最后刀架实际可能不准确地停在程序起点位置上。