中職教學中FANUC系統數控車床對刀方法研究

臧兆磊

摘 要：在數控生產中，對刀是十分重要的一個環節。哪怕是有了正確的加工程序，也會因為不會對刀而加工出廢品。加工質量的好壞與對刀的精度有著直接的關系，對刀的效率也極大地影響著加工效率，從而影響生產效率，影響生產成本。在學生的日常數控實習實訓中，也總會出現很多對刀帶來的問題。該文就以FANUC Oi 系列數控車床為例，通過原理和實例結合，研究常用的對刀方法。

關鍵詞：FANUC Oi系統 坐標系 數控車床 對刀方法

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0117-02

對刀是數控生產實訓中的主要也是重要操作。在加工過程中出現了亂走刀，撞刀等問題，往往第一個檢查的就是對刀建立的坐標系是否正確。在中職教學中，對學生的講解大都是采用試切法對刀也就是T指令對刀，這種對刀理論和操作都比較簡單。但對于大多數較為復雜的工件加工，僅僅使用這種方法就有局限。因此，文章以FANUC Oi系統數控車床為例，結合理論和實例，介紹講解T指令對刀、G50對刀、G54對刀這三種方法，并比較他們的區別與聯系。

1 坐標系及對刀原理

1.1 機床坐標系

機床原點是生產廠家在制造機床是設置的固定坐標系原點，也稱機床零點，一般位于卡盤端面與主軸中心線的交點處。也有位于機床各坐標軸正向運動的極限處，這一點通常稱為機床參考點，即這些機床原點與參考點重合。以機床原點為坐標原點的坐標系稱為機床坐標系。通過開機回零點確定[1]。

1.2 編程坐標系

以編程原點為坐標原點的坐標系是編程坐標系，為了便于數學計算、找正便于檢查一般選取在工件右端面和主軸中心線交點處，通過對刀確定。如圖1所示。

1.3 對刀原理

編程員按程序坐標系中的坐標數據編制刀具（刀尖）的運行軌跡。由于機床原點與程序原點存在X向偏移距離和Z向偏移距離，使得實際的刀尖位置與程序指令的位置有同樣的偏移距離。因此，須將該距離測量出來并設置進數控系統，使系統據此調整刀尖的運動軌跡。所謂對刀，其實就是測量程序原點與機床原點之間的偏移距離并設置程序原點在以刀尖為參照的機床坐標系里的坐標[2]。

2 對刀方法

2.1 T指令試切法對刀

以圖2為例，步驟如下。

（1）在JOG或者手輪方式下，用外圓刀在加工余量范圍內試切工件外圓。

（2）保持X方向不動，Z向退刀。停止主軸測量被車外圓直徑。按OFFSET鍵，在刀補/形狀下用光標鍵找G01，輸入X直徑，按測量鍵，系統自動計算并顯示零點偏置量。

（3）手動控制刀具車端面，在車至中心后Z方向不動，X方向退刀。

（4）按OFFSET鍵，相同方法找G01，輸入Z0按測量鍵，系統自動計算并顯示零點偏置量。[3]

對于其它刀具，也可采用這種方法。切斷刀：可按步驟（1）、（2）完全操作，注意吃刀量小些，對于端面的步驟（3）、（4）不切削，采用輕靠，即聽到輕微茲茲聲即可。螺紋刀，可以少量車外圓，也可按步驟（1）、（2）完全操作，由于其不能車端面，必須使刀尖準確輕靠在圖2的A點。

這種方式具有易懂、操作簡單、編程與對刀可以完全分開進行等優點。同時，在各種組合設置方式中都會用到刀偏設置，因此在對刀中應用最為普遍。也有一些小技巧：可以讓切斷刀和螺紋刀的切削刃去輕靠已車外圓面，使用小的手輪進給量，聽見輕微茲茲聲即可，此時在刀補/形狀輸入X直徑，在POS按鍵下，看相對坐標，Z值定為負值，如Z-13.65，在刀補表中不能輸Z0要輸Z-13.65。和上面相對比，每把刀只要靠一次，效率大大提高，在中職學生的實訓中可以推廣。

2.2 G50對刀

以G50X150Z150為例，步驟如下。

（1）開機回零點，建立機床坐標系。

（2）試切削。操作步驟如同上面T指令試切削大體相同，同樣測量被車外圓直徑D，只不過同時記錄POS下X方向的機床坐標值Xt，且在端面處不能輸Z0要記錄POS下的Z方向機床坐標值Zt 。

（3）設定刀具起點位置。用手輪移動刀具至POS下顯示的坐標位置（Xt+150-D，Zt+150），此時在MDI下執行指令G50X150Z150，則CRT顯示的坐標變成X150Z150，工件坐標原點X0Z0確定，即數控系統建立了工件坐標系。此時，這把刀是標刀，其刀補值為X0Z0[4]。

（4）對非標刀。其余的刀具都是非標刀。不同刀具規格不相同，其刀尖不可能重合，因此在X和Z方向有了偏差，這就是非標刀與標刀之間的相對位置偏差。因此要使非標刀同樣在G50定義的工件坐標系里，必須進行非標刀的相對補償。其算法如下：使用非標刀試切削同一段外圓和輕靠同一個端面時。分別記錄POS下的機床坐標值Xq和Zq。則刀補值△X=Xq- Xt，△Z=Zq-Zt。將其輸入到刀補值對應的刀具下即可。

注意：對于非標刀的試切削時同樣也可以采用輕靠的方法，類似與上面T指令試切削時輕靠法，也可以計算出Zq。并且在使用G50對刀編制程序時注意，程序的第一行G代碼必須是G50X150Z150，并且刀具起始也必須在X150Z150的位置，最后刀具還要回到這個位置。

2.3 設定工件坐標系G54～G59

在很多中職教學中，此方法一般不講解。其實在實際應用中也常用到。比如：在含有宏程序編程和大段圓弧的工件中，或者多刀分別對應G54～G59。這樣對加工和編程來說，方便了很多，只不過需要對刀時計算準確，精度要高。關鍵在于機床操作者要計算出在機床坐標系下的G54坐標。例如：對刀點在工件坐標系中的坐標值是（50，15），建立工件坐標系的程序段是G50X50Z15，對刀點在機床坐標系中的坐標為（-365.73，-615.62），這樣可以反推出編程原點在機床坐標系的坐標值為（-415.73，-330.62）。在OFFSET下，按坐標系對應的軟鍵調出G54的界面輸入該坐標值即可[5]。

注意：若設置和使用了刀偏補償，最好將G54～G59的各個參數設為0，以免重復出錯。對于多刀加工，可將基準刀的偏移值設置在G54～G59的其中之一，將基準刀的刀偏補償設為零，而將其它刀的刀偏補償設為其相對于基準刀的偏移量。這種方式適用于批量生產且工件在卡盤上有固定裝夾位置的加工。

3 結語

對于FANUC Oi系統的數控車床來說，這三種對刀方式各有千秋，在中職學生的實習實訓中應注意靈活使用，不要機械的套用。在一定程度上，還可以相互轉化使用、調試。并且也可以指導生產。

參考文獻

[1] 王繼明，任樹棠.數控車床試切法對刀原理與操作[J].機電產品開發與創新，2008（4）：186-188.

[2] 顧立平.數控機床編程與操作（數控車床分冊）[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2005.

[3] 高楓，肖衛寧.數控車削編程與操作訓練[M].2版.北京：高等教育出版社出版，2010.

[4] 倪春杰，徐昆鵬.數控車床技能鑒定培訓教程[M].北京：化學工業出版社，2009.

[5] 周虹，董小金，張克昌.數控編程與仿真實訓[M].北京：人民郵電出版社，2012.