數(shù)控編程之刀具點(diǎn)位全套知識(shí)

刀位點(diǎn)是刀具上的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，刀位點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡即加工路線，也稱編程軌跡。

2．對(duì)刀和對(duì)刀點(diǎn)

對(duì)刀是指操作員在啟動(dòng)數(shù)控程序之前，通過一定的測(cè)量手段，使刀位點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合?？梢杂脤?duì)刀儀對(duì)刀，其操作比較簡(jiǎn)單，測(cè)量數(shù)據(jù)也比較準(zhǔn)確。還可以在數(shù)控機(jī)床上定位好夾具和安裝好零件之后，使用量塊、塞尺、千分表等，利用數(shù)控機(jī)床上的坐標(biāo)對(duì)刀。對(duì)于操作者來說，確定對(duì)刀點(diǎn)將是非常重要的，會(huì)直接影響零件的加工精度和程序控制的準(zhǔn)確性。在批生產(chǎn)過程中，更要考慮到對(duì)刀點(diǎn)的重復(fù)精度，操作者有必要加深對(duì)數(shù)控設(shè)備的了解，掌握更多的對(duì)刀技巧。

（1）對(duì)刀點(diǎn)的選擇原則

在機(jī)床上容易找正，在加工中便于檢查，編程時(shí)便于計(jì)算，而且對(duì)刀誤差小。對(duì)刀點(diǎn)可以選擇零件上的某個(gè)點(diǎn)（如零件的定位孔中心），也可以選擇零件外的某一點(diǎn)（如夾具或機(jī)床上的某一點(diǎn)），但必須與零件的定位基準(zhǔn)有一定的坐標(biāo)關(guān)系。

提高對(duì)刀的準(zhǔn)確性和精度，即便零件要求精度不高或者程序要求不嚴(yán)格，所選對(duì)刀部位的加工精度也應(yīng)高于其他位置的加工精度。選擇接觸面大、容易監(jiān)測(cè)、加工過程穩(wěn)定的部位作為對(duì)刀點(diǎn)。對(duì)刀點(diǎn)盡可能與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)統(tǒng)一，避免由于尺寸換算導(dǎo)致對(duì)刀精度甚至加工精度降低，增加數(shù)控程序或零件數(shù)控加工的難度。

為了提高零件的加工精度，對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。例如以孔定位的零件，以孔的中心作為對(duì)刀點(diǎn)較為適宜。對(duì)刀點(diǎn)的精度既取決于數(shù)控設(shè)備的精度，也取決于零件加工的要求，人工檢查對(duì)刀精度以提高零件數(shù)控加工的質(zhì)量。尤其在批生產(chǎn)中要考慮到對(duì)刀點(diǎn)的重復(fù)精度，該精度可用對(duì)刀點(diǎn)相對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)值來進(jìn)行校核。

（2）對(duì)刀點(diǎn)的選擇方法

對(duì)于數(shù)控車床或車銑加工中心類數(shù)控設(shè)備，由于中心位置（X0，Y0，A0）已有數(shù)控設(shè)備確定，確定軸向位置即可確定整個(gè)加工坐標(biāo)系。因此，只需要確定軸向（Z0或相對(duì)位置）的某個(gè)端面作為對(duì)刀點(diǎn)即可。

對(duì)于三坐標(biāo)數(shù)控銑床或三坐標(biāo)加工中心，相對(duì)數(shù)控車床或車銑加工中心復(fù)雜很多，根據(jù)數(shù)控程序的要求，不僅需要確定坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置（X0，Y0，Z0），而且要同加工坐標(biāo)系G54、G55、G56、G57等的確定有關(guān)，有時(shí)也取決于操作者的習(xí)慣。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)在被加工零件上，也可以設(shè)在夾具上，但是必須與零件的定位基準(zhǔn)有一定的坐標(biāo)關(guān)系，Z方向可以簡(jiǎn)單的通過確定一個(gè)容易檢測(cè)的平面確定，而X、Y方向確定需要根據(jù)具體零件選擇與定位基準(zhǔn)有關(guān)的平面、圓。

對(duì)于四軸或五軸數(shù)控設(shè)備，增加了第4、第5個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，同三坐標(biāo)數(shù)控設(shè)備選擇對(duì)刀點(diǎn)類似，由于設(shè)備更加復(fù)雜，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)智能化，提供了更多的對(duì)刀方法，需要根據(jù)具體數(shù)控設(shè)備和具體加工零件確定。

對(duì)刀點(diǎn)相對(duì)機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)關(guān)系可以簡(jiǎn)單地設(shè)定為互相關(guān)聯(lián)，如對(duì)刀點(diǎn)的坐標(biāo)為（X0，Y0，Z0），同加工坐標(biāo)系的關(guān)系可以定義為（X0+Xr，Y0+Yr，Z0+Zr），加工坐標(biāo)系G54、G55、G56、G57等，只要通過控制面板或其他方式輸入即可。這種方法非常靈活，技巧性很強(qiáng)，為后續(xù)數(shù)控加工帶來很大方便。一旦因?yàn)榫幊虆?shù)輸入錯(cuò)誤，機(jī)床發(fā)生碰撞，對(duì)機(jī)床精度的影響是致命的。所以對(duì)于高精度數(shù)控車床來說，碰撞事故要杜絕。

（3）碰撞發(fā)生的最主要的原因:

a. 對(duì)刀具的直徑和長(zhǎng)度輸入錯(cuò)誤；

b. 對(duì)工件的尺寸和其他相關(guān)的幾何尺寸輸入錯(cuò)誤以及工件的初始位置定位錯(cuò)誤；

c. 機(jī)床的工件坐標(biāo)系設(shè)置錯(cuò)誤，或者機(jī)床零點(diǎn)在加工過程中被重置，而產(chǎn)生變化，機(jī)床碰撞大多發(fā)生在機(jī)床快速移動(dòng)過程中，這時(shí)候發(fā)生的碰撞的危害也最大，應(yīng)絕對(duì)避免。

所以操作者要特別注意機(jī)床在執(zhí)行程序的初始階段和機(jī)床在更換刀具的時(shí)候，此時(shí)一旦程序編輯錯(cuò)誤，刀具的直徑和長(zhǎng)度輸入錯(cuò)誤，那么就很容易發(fā)生碰撞。

在程序結(jié)束階段，數(shù)控軸的退刀動(dòng)作順序錯(cuò)誤，那么也可能發(fā)生碰撞。為了避免上述碰撞，操作者在操作機(jī)床時(shí)，要充分發(fā)揮五官的功能，觀察機(jī)床有無異常動(dòng)作，有無火花，有無噪音和異常的響動(dòng)，有無震動(dòng)，有無焦味。發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即停止程序，待機(jī)床問題解決后，機(jī)床才能繼續(xù)工作。

3．零點(diǎn)漂移現(xiàn)象

零點(diǎn)漂移現(xiàn)象是受數(shù)控設(shè)備周圍環(huán)境影響因素引起的，在同樣的切削條件下，對(duì)同一臺(tái)設(shè)備來說、使用相同一個(gè)夾具、數(shù)控程序、刀具，加工相同的零件，發(fā)生的一種加工尺寸不一致或精度降低的現(xiàn)象。

零點(diǎn)漂移現(xiàn)象主要表現(xiàn)在數(shù)控加工過程的一種精度降低現(xiàn)象或者可以理解為數(shù)控加工時(shí)的精度不一致現(xiàn)象。零點(diǎn)漂移現(xiàn)象在數(shù)控加工過程中是不可避免的，對(duì)于數(shù)控設(shè)備是普遍存在的，一般受數(shù)控設(shè)備周圍環(huán)境因素的影響較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響數(shù)控設(shè)備的正常工作。影響零點(diǎn)漂移的原因很多，主要有溫度、冷卻液、刀具磨損、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度變化大等。

4．刀具補(bǔ)償

經(jīng)過一定時(shí)間的數(shù)控加工后，刀具的磨損是不可避免的，其主要表現(xiàn)在刀具長(zhǎng)度和刀具半徑的變化上，因此，刀具磨損補(bǔ)償也主要是指刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。

5．刀具半徑補(bǔ)償

在零件輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑如銑刀半徑，刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于所需加工零件的實(shí)際軌跡，而是需要偏置一個(gè)刀具半徑值，這種偏移習(xí)慣上成為刀具半徑補(bǔ)償。因此，進(jìn)行零件輪廓數(shù)控加工時(shí)必須考慮刀具的半徑值。需要指出的是，UG/CAM數(shù)控程序是以理想的加工狀態(tài)和準(zhǔn)確的刀具半徑進(jìn)行編程的，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡為刀心運(yùn)動(dòng)軌跡，沒有考慮數(shù)控設(shè)備的狀態(tài)和刀具的磨損程度對(duì)零件數(shù)控加工的影響。因此，無論對(duì)于輪廓編程，還是刀心編程，UG/CAM數(shù)控程序的實(shí)現(xiàn)必須考慮刀具半徑磨損帶來的影響，合理使用刀具半徑補(bǔ)償。

6．刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償

在數(shù)控銑、鏜床上，當(dāng)?shù)毒吣p或更換刀具時(shí)，使刀具刀尖位置不在原始加工的編程位置時(shí)，必須通過延長(zhǎng)或縮短刀具長(zhǎng)度方向一個(gè)偏置值的方法來補(bǔ)償其尺寸的變化，以保證加工深度或加工表面位置仍然達(dá)到原設(shè)計(jì)要求尺寸。

7．機(jī)床坐標(biāo)系

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸命名規(guī)定為機(jī)床的直線運(yùn)動(dòng)采用笛卡兒坐標(biāo)系，其坐標(biāo)命名為X、Y、Z，通稱為基本坐標(biāo)系。以X、Y、Z坐標(biāo)軸或以與X、Y、Z坐標(biāo)軸平行的坐標(biāo)軸線為中心旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，分別稱為A軸、B軸、C軸，A、B、C的正方向按右手螺旋定律確定。

Z軸：通常把傳遞切削力的主軸規(guī)定為Z坐標(biāo)軸。對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如鏜床、銑床、鉆床等，刀具旋轉(zhuǎn)的軸稱為Z軸。

X軸：X軸通常平行與工件裝夾面并與Z軸垂直。對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，例如臥式銑床、臥式鏜床，從刀具主軸向工件方向看，右手方向?yàn)閄軸的正方向，當(dāng)Z軸為垂直時(shí)，對(duì)于單立柱機(jī)床如立式銑床，則沿刀具主軸向立柱方向看，右手方向?yàn)閄軸的正方向。

Y軸：Y軸垂直于X軸和Z軸，其方向可根據(jù)已確定的X軸和Z軸，按右手直角笛卡兒坐標(biāo)系確定。

機(jī)床原點(diǎn)就是機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)。機(jī)床上有一些固定的基準(zhǔn)線，如主軸中心線；也有一些固定的基準(zhǔn)面，如工作臺(tái)面、主軸端面、工作臺(tái)側(cè)面等。當(dāng)機(jī)床的坐標(biāo)軸手動(dòng)返回各自的原點(diǎn)以后，用各坐標(biāo)軸部件上的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面之間的距離便可確定機(jī)床原點(diǎn)的位置，該點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床的使用說明書上均有說明。

8．零件加工坐標(biāo)系和坐標(biāo)原點(diǎn)

工件坐標(biāo)系又稱編程坐標(biāo)系，是由編程員在編制零件加工程序時(shí)，以工件上某一固定點(diǎn)為原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系。零件坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為零件零點(diǎn)（零件原點(diǎn)或程序零點(diǎn)），而編程時(shí)的刀具軌跡坐標(biāo)是按零件輪廓在零件坐標(biāo)系的坐標(biāo)確定的。

加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中稱為調(diào)整點(diǎn)。在加工時(shí)，零件隨夾具安裝在機(jī)床上，零件的裝夾位置相對(duì)于機(jī)床是固定的，所以零件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置也就確定了。這時(shí)測(cè)量的零件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的距離稱作零件零點(diǎn)偏置，該偏置需要預(yù)先存儲(chǔ)到數(shù)控系統(tǒng)中。

在加工時(shí)，零件原點(diǎn)偏置便能自動(dòng)加到零件坐標(biāo)系上，使數(shù)控系統(tǒng)可按機(jī)床坐標(biāo)系確定加工時(shí)的絕對(duì)坐標(biāo)值。因此，編程員可以不考慮零件在機(jī)床上的實(shí)際安裝位置和安裝精度，而利用數(shù)控系統(tǒng)的偏置功能，通過零件原點(diǎn)偏置值，補(bǔ)償零件在機(jī)床上的位置誤差，現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床都有這種功能，使用起來很方便。零件坐標(biāo)系的位置以機(jī)床坐標(biāo)系為參考點(diǎn)，在一個(gè)數(shù)控機(jī)床上可以設(shè)定多個(gè)零件坐標(biāo)系，分別存儲(chǔ)在G54/G59等中，零件零點(diǎn)一般設(shè)在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)處，便于計(jì)算尺寸。

一般數(shù)控設(shè)備可以預(yù)先設(shè)定多個(gè)工作坐標(biāo)系（G54～G59），這些坐標(biāo)系存儲(chǔ)在機(jī)床存儲(chǔ)器內(nèi)，工作坐標(biāo)系都是以機(jī)床原點(diǎn)為參考點(diǎn)，分別以各自與機(jī)床原點(diǎn)的偏移量表示，需要提前輸入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，或者說是在加工前設(shè)定好的坐標(biāo)系。

加工坐標(biāo)系（MCS）是零件加工的所有刀具軌跡輸出點(diǎn)的定位基準(zhǔn)。加工坐標(biāo)系用OM XM YM ZM表示。有了加工坐標(biāo)系，在編程時(shí)，無需考慮工件在機(jī)床上的安裝位置，只要根據(jù)工件的特點(diǎn)及尺寸來編程即可。

加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)即為工件加工零點(diǎn)。工件加工零點(diǎn)的位置是任意的，是由編程人員在編制數(shù)控加工程序時(shí)根據(jù)零件的特點(diǎn)選定。工件零點(diǎn)可以設(shè)置在加工工件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上。為了提高零件的加工精度，工件零點(diǎn)盡量選在精度較高的加工表面上；為方便數(shù)據(jù)處理和簡(jiǎn)化程序編制，工件零點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，對(duì)于對(duì)稱零件，最好將工件零點(diǎn)設(shè)在對(duì)稱中心上，容易找準(zhǔn)，檢查也方便。

9．裝夾原點(diǎn)

裝夾原點(diǎn)常見于帶回轉(zhuǎn)（或擺動(dòng)）工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床和加工中心，比如回轉(zhuǎn)中心，與機(jī)床參考點(diǎn)的偏移量可通過測(cè)量存入數(shù)控系統(tǒng)的原點(diǎn)偏置寄存器中，供數(shù)控系統(tǒng)原點(diǎn)偏移計(jì)算用。