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1、- 1 -数控车床对刀及建立工件坐标系的方法摘要：利用数控车床进行零件加工时，开机后，我们先要执行回参考点的操作，以便建立机床坐标系；然后要进行对刀及建立工件坐标系的操作，最后再编制零件的程序并加工。对刀的准确与否直接会影响后面的加工。在实际使用中，试切法对刀有三种形式，本文主要介绍这三种对刀形式。关键字：数控车床 机床坐标系 工件坐标系 试切法对刀正文：在数控车床上加工零件时，我们通常先开机回零，然后安装零件毛坯和刀具，接着要进行对刀和建立工件坐标系的操作，最后才是编制程序和自动加工。对刀操作的正确与否，直接会影响后续的加工。对刀有误的话，轻则影响零件的加工精度，重则会造成机床事故。所以作为
2、数控车床的操作者，首先要掌握对刀及工件坐标系的建立方法。数控车床上的对刀方法有两种：试切法对刀和机外对刀仪对刀。一般学校没有机外对刀仪这种设备，所以采用试切法对刀。而根据实际需要，试切法对刀又可以采用三种形式，本文以华中数控 HNC-21/T 系统为例来阐述这三种形式的对刀及工件坐标系的建立方法。一、T 对刀T 对刀的基本原理是：对于每一把刀，我们假设将刀尖移至工件右端面中心，记下此时的机床指令 X、Z 的位置，并将它们输入到刀偏表里该刀的X 偏置和 Z 偏置中。以后数控系统在执行程序指令时，会将刀具的偏置值- 2 -加到指令的 X、Z 坐标中，从而保证所到达的位置正确。其具体的操作如下：（1
3、）开启机床，释放“急停” 按钮，按 “回零”，再按 “+X”和“+Z”，执行回参考点操作。（2）按“主轴 正转” 启动 主轴，按“手动”，将刀具移 动到合适的位置然后按“-Z”手动车削外圆 ，最后按“+Z” 沿 Z 向退刀，如图 1 所示。（3）按“主轴 停止” 停止主 轴，然后测量试切部分的直径， 测得直径为69.934，按“F4（MDI ）”，再按“F2（刀偏表） ”，将光条移到 1 号刀的试切直径上，回车，输入 69.934，再回车，1 号刀的 X 偏置会自动计算出来，如图3 所示。图 1 图 2- 3 -（4）移动刀具到合适的位置，按“主轴正转 ”启动主轴，按“手动”，然后按“-X”
4、手动车 削端面，最后按“+X”沿 X 向退刀，如图 2 所示。（5）按“主轴 停止” 停止主 轴，将光条移到 1 号刀的试切长度上，回车，输入 0，再回车，1 号刀的 Z 偏置会自动计 算出来，如图 3 所示。图 32 号刀的对刀过程与 1 号刀类似，只不过不能切端面。具体如下：（1）按“刀位 转换” 将 2 号刀换到切削位置，按 “主轴正转”启动主轴，按“手动” ，将刀具移动 到合适的位置然后按 “-Z”手动车削外圆，最后按“+Z”- 4 -沿 Z 向退刀，如图 4 所示。（2）按“主轴 停止” 停止主 轴，然后测量 2 号刀 试切部分的直径，测得直径为 65.980，将光条移到 2 号刀的
5、试切直径上，回车，输入 65.980，再回车，2 号刀的 X 偏置会自动计算出来，如图 6 所示。（3）按“主轴 正转” 启动 主轴，按“手动”，然后按 “-Z”手动继续车削外圆，最后按“+X” 沿 X 向退刀，如图 5 所示。（4）按“主轴 停止” 停止主 轴，测量 2 号刀的 试切长度，得 33.087， 将光条移到 2 号刀的试切 长度上，回车， 输入-33.087，再回车，2 号刀的 Z 偏置会自动计算出来，如图 6 所示。如果还有 3 号和 4 号刀具，其对刀方法与 2 号刀具是一样的，这里不再赘述。- 5 -图 4 图 5图 6使用 T 对刀需要注意两点：- 6 -（1）G54G5
6、9 这六个坐标系的坐标原点都要设成（0，0），后面将会讲述。（2）程序中，每一把刀具在使用前，都应该用 T 指令调用相应的刀偏，如 T0101，T0202 等。二、G54G59 对刀G54G59 又称零点偏置指令，它是将机床坐标系偏移一定的距离来建立工件坐标系。其具体操作如下：（1）按“刀位 转换” 将 1 号刀换到加工位置上，按 “主轴正转”启动主轴，按“ 手动”，将刀具移 动到合适的位置然后按 “-Z”手动车削外圆，最后按“+Z”沿 Z 向退刀，如图 1 所示。（2）按“主轴 停止” 停止主 轴，然后测量 1 号刀 试切部分的直径，测得直径为 69.934，则半径为 34.967。记下机床
7、指令位置的 X 值，为-185.034。那么工件轴线在机床坐标系下的 X 坐标为 X=-185.034-34.967=-220.001。（3）按“主轴 正转” 启动 主轴，按“手动”，将刀具移 动到合适位置，然后按“-X” 手动车 削端面，最后按“+X”沿 X 向退刀，如图 2 所示。（4）按“主轴 停止” 停止主 轴，记下机床指令位置的 Z 坐标 Z=-103.167，这表示工件右端面在机床坐标系下的 Z 坐标 Z=-103.167。（5）按“F10（返回）”返回 顶层菜单，按“F4 （MDI）”，再按 “F4（坐标系）”，进入自动坐标系 G54 的界面，在 MDI 的提示下 输入“X-22
8、0.001 Z-103.167”，如图 7 所示。（6）按回车，结果 G54 的界面就会显示“X-220.001 Z-103.167”，如图 8所示。- 7 -图 7- 8 -图 82 号刀的对刀过程与 1 号刀类似，只不过不能切端面。具体如下：（1）按“刀位 转换” 将 2 号刀换到切削位置，按 “主轴正转”启动主轴，按“手动” ，将刀具移动 到合适的位置然后按 “-Z”手动车削外圆，最后按“+Z”沿 Z 向退刀，如图 4 所示。（2）按“主轴 停止” 停止主 轴，然后测量 2 号刀 试切部分的直径，测得直径为 65.980，则半径为 32.990。记下机床指令位置的 X 值，为-108.9
9、9。那么工件轴线在机床坐标系下的 X 坐标为 X=-108.99-32.99=-141.980。（3）按“主轴 正转” 启动 主轴，按“手动”，然后按 “-Z”手动继续车削外圆，- 9 -最后按“+X” 沿 X 向退刀，如图 5 所示。（4）按“主轴 停止” 停止主 轴，测量 2 号刀的 试切长度，得 33.087。记下机床指令位置的 Z 值 ，为-70.559 。那么工件右端面在机床坐 标系下的 Z 坐标 Z=-70.559-33.087=-103.646。（5）按“F10（返回）”返回 顶层菜单，按“F4 （MDI）”，再按 “F4（坐标系）”，进入自动坐标系 G54 的界面，按 “PgD
10、n”键进入 G55 的界面，在 MDI 的提示下输入“X-141.980 Z-103.646”，按回车，结果 G55 的界面就会显示“X-141.980 Z-103.646”，如图 9 所示。如果还有 3 号和 4 号刀具，其对刀方法与 2 号刀具是一样的，这里不再赘述。使用 G54G59 对刀需要注意以下几点：（1）刀偏表中所有刀具的 X 偏置和 Z 偏置都要设为 0。这是因为如果采用 G54G59 进行了零点偏移，而同时在刀偏表中设置了刀具偏置，程序执行时会进行双重偏置，系统会产生超程报警，不予执行。 - 10 -图 9（2）程序中，每一把刀具在使用前，都应该用 G54G59 指令调用相应
11、的工件坐标系，如：%0001G54 （调用 G54 坐 标系）M03 S800 T0101 （用 1 号刀）G55 （调用 G55 坐 标系）- 11 -T0202 （用 2 号刀）M30 （程序结束）三、G92 设定工件坐 标系上面介绍的 T 对刀和 G54G59 对刀都是在程序执行之前手动进行的。我们也可以在程序执行的过程中动态地建立工件坐标系，这就要用到 G92指令。它的格式是 G92 X Z。其原理是：以刀具当前位置为基准，建立一个坐标系，使得刀尖在该坐标系下的坐标值是（，）。用法如下：（1）按“刀位 转换” 将 1 号刀换到加工位置上，按 “主轴正转”启动主轴，按“ 手动”，将刀具移
12、 动到合适的位置然后按 “-Z”手动车削外圆，最后按“+Z”沿 Z 向退刀。（2）按“主轴 停止” 停止主 轴，然后测量 1 号刀 试切部分的直径，测得直径为 69.934，则半径为 34.967。记下机床指令位置的 X 值，为-185.034。那么工件轴线在机床坐标系下的 X 坐标为 X=-185.034-34.967=-220.001。（3）按“主轴 正转” 启动 主轴，按“手动”，将刀具移 动到合适位置，然后按“-X” 手动车 削端面，最后按“+X”沿 X 向退刀。（4）按“主轴 停止” 停止主 轴，记下机床指令位置的 Z 坐标 Z=-103.167，这表示工件右端面在机床坐标系下的 Z
13、 坐标 Z=-103.167。（5）按“F10（返回）”返回 顶层菜单，按“F4 （MDI）”，再按 “F6（MDI 运行）”，在 MDI 方式下，逐行 输入以下程序段。每输入一行后敲回车，并按“循环- 12 -启动”。M03 S600 （主轴正转，转速 600r/min）G53 G90 G01 Z-103.167 F100（直接机床坐标系编程，刀具移动到工件右端平面上）G53 G90 G01 X-220.001 F100（直接机床坐标系编程，刀具移动到工件右端面中心，如图 10）G91 G00 X100 Z50（相对编程，刀具相对右端面中心，沿 X 正向移动 100，Z 正向移动 50，如
14、图 11、图 12）M05（主轴停止）图 10 图 11进行以上操作后，编写程序时，程序开头应该有 G92 X100 Z50。例如：%0002- 13 -G92 X100 Z50M03 S600G00 X100 Z50M30图 12使用 G92 应该注意以下 问题：（1）G92 只是在程序开 头动态建立工件坐标系，实际系统执行该指令时，刀具并不产生动作。- 14 -（2）使用 G92 时，1 号刀的 X 偏置和 Z 偏置都要 设为 0，G54G59 这六个坐标系的 X 和 Z 也都要设为 0。（3）MDI 方式下将刀具移 动到（100， 50）后，在程序执行前不要再手动移动刀具。（4）程序结束前，应该将刀具移动到（100，50）的位置。否则下次执行程序时会产生偏移。（5）本例中只给了一把刀具，如果有几把刀具，则其它刀具的 X 偏置和 Z 偏置只能设置为 相对于 1 号刀的相对刀偏。至于怎么设置，本文不作深入讨论，有兴趣的读者可以自行研究。四、结论对刀方法灵活多样，初学者容易迷惑。建议初学者开始只使用 T 对刀，等慢慢熟练后，再试用另外两种方法并且掌握它们。这样，我们就可以根据不同的场合需要而采用相应的对刀方法。参考文献：华中数控 HNC-21/T 编程说明书华中数控 HNC-21/T 操作说明书宇龙数控仿真系统使用说明书
