基于試切原理數(shù)控車床對刀方法的研究與應(yīng)用

馬穎化，李學(xué)成

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300）

基于試切原理數(shù)控車床對刀方法的研究與應(yīng)用

馬穎化，李學(xué)成

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300）

數(shù)控車床廣泛應(yīng)用于各種機械加工過程中，對刀是影響其輔助工作時間和工件加工質(zhì)量的重要因素；對現(xiàn)有對刀方法和原理進行了分析對比，結(jié)合在應(yīng)用中存在的問題，提出了一種簡單且有效的激光對刀方法，以這種對刀方法設(shè)計的對刀儀不僅可以減少對刀過程因撞刀產(chǎn)生的質(zhì)量問題且能在一定程度上緩解企業(yè)因經(jīng)濟負(fù)擔(dān)無法配置昂貴對刀儀的困境。

數(shù)控車床；試切法；激光對刀

數(shù)控車床是機電一體化的典型產(chǎn)品，具有加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠的特點，被廣泛的應(yīng)用到各個行業(yè)中，普及率不斷提高[1]。然而在實際生產(chǎn)中，數(shù)控車床加工又存在諸多誤差，主要包括測量誤差、對刀誤差、刀尖尺寸誤差、以及數(shù)控車床系統(tǒng)誤差等，其中對刀誤差因產(chǎn)生因素較多，不易控制[2]。因此對于對刀誤差的討論分析及改進方法的確立成為研究數(shù)控車床加工技術(shù)的主要問題之一。所謂對刀，其實質(zhì)就是測量工件坐標(biāo)系原點與機床原點之間的偏移距離，并設(shè)置工件坐標(biāo)系原點在以刀尖為參照的機床坐標(biāo)系里的坐標(biāo)，即找出“工件坐標(biāo)系（編程坐標(biāo)系）”與“機床坐標(biāo)系”之間的對應(yīng)關(guān)系[3]。為解決現(xiàn)有數(shù)控車床對刀設(shè)備成本較高，試切對刀效率低、精度低、新手操作容易發(fā)生意外的問題，對常見的數(shù)控車削方法進行分析對比，提出一種簡單有效的激光對刀方法思路。

1 常見數(shù)控車削加工對刀方法及原理

1.1 試切法

在數(shù)控車床加工生產(chǎn)中試切法對刀因其不需要任何輔助設(shè)備，成本低，簡單易操作而應(yīng)用廣泛。試切法主要分以下步驟：即試切、測量、計算、調(diào)整（補償）。首先啟動主軸，調(diào)用外圓車刀試切工件外圓，車削出便于測量的尺寸長度，且切削表面光滑（即徑向尺寸均被切削），刀具在X方向不移動，沿Z軸方向退出，此時主軸停止轉(zhuǎn)動，并測量已切削表面的外圓直徑尺寸為X，車床操作面板進入?yún)?shù)設(shè)定頁面，并進行如下操作：“刀偏”—“形狀”—刀具號對應(yīng)的位置輸入“X”值—按“測量”鍵，此時對應(yīng)的刀補位上生成對應(yīng)刀補值，刀具X向?qū)Φ督Y(jié)束。

再次啟動主軸，移動刀具車削工件端面，同樣切削至表面光滑，車削端面時注意端面中心是否切中，以此確定刀具安裝高度是否合理。車削斷面完成后，刀具沿Z向不動，直接沿X正方向退出，停止主軸轉(zhuǎn)動，與X向?qū)Φ斗绞筋愃撇僮骱?，在刀具號對?yīng)的位置輸人“Z=0”，按“測量”鍵，此時對應(yīng)的刀補位上生成對應(yīng)刀補值，刀具Z向?qū)Φ督Y(jié)束[4，5]。

1.2 其他對刀方法

1.2.1 專用對刀儀對刀

對刀儀對刀其原理是利用刀具刀尖與百分表測頭接觸，獲得X和Z向的刀偏量，如果數(shù)控車床安裝有刀具探測裝置，也可通過移動刀具觸及系統(tǒng)中固定的觸頭，繼而測量相應(yīng)數(shù)據(jù)修正刀補值[6，7]。使用光學(xué)檢測對刀儀對刀是以放大鏡中的十字線中心為基準(zhǔn)，移動刀具在X向和Z向移動，使其刀尖與對刀鏡中的十字線中心重合，通過微型讀書器獲得得X向和Z向的長度值，確定此刀具刀偏量。

1.2.2 自動對刀

利用CNC（Computer Numerical Control）裝置的刀具自動檢測功能，引入現(xiàn)代化控制技術(shù)，如精密測量技術(shù)、傳感器技術(shù)等，刀尖以一定的速度向傳感器接近，接觸時發(fā)出觸發(fā)信號，自動精確的檢測出刀具在各個坐標(biāo)方向的長度，CNC系統(tǒng)記錄瞬時坐標(biāo)值，并自動修正刀具補償值[7，8]，方可直接加工工件。

1.3常見對刀方法存在缺點分析

試切法在X向和Z向?qū)Φ稌r，均是試切完成后，刀具在試切方向不移動，沿原路退回，此時工件因車削會發(fā)生塑性變形（試車車削量越大，變形越大）。而刀具在退回時不離開工件，對工件產(chǎn)生反切削，易導(dǎo)致已切削表面受損，同時因副切削刃產(chǎn)生反切削會使刀具受到磨損，顯然已經(jīng)無法滿足高精度要求[9]。

專用對刀儀對刀以及自動對刀方法因借助專門的對刀儀器來找準(zhǔn)刀具刀位點相對工件的位置而加工精度較高，但這種方法需配置對刀儀等輔助設(shè)備，成本較高，裝卸刀具比較費力，一般用于精度要求較高的數(shù)控機床對刀[8]。

總之，現(xiàn)有對刀方法存在的誤差可歸納為以下幾點：（1）對刀過程中因刀具與工件直接接觸，產(chǎn)生撞刀、工件報廢等問題；（2）各種對刀方法中人為參與較多，導(dǎo)致了更多不易控制的誤差；（3）專用對刀儀及自動對刀方法因精密性較高其成本升高，同時對操作者的熟練程度要求較高，普通機床難以滿足相應(yīng)配置。

2 簡易激光對刀儀方法及思路

針對以上分析結(jié)果易知，數(shù)控加工過程中對刀裝置的精度及其對刀裝置的效率，直接影響著零件的加工精度和整個數(shù)控加工系統(tǒng)的工作效率。為了能夠解決現(xiàn)有對刀方法中存在的普遍問題，即試切法對刀刀具與工件直接接觸，且容易出現(xiàn)各種誤差，以及其他對刀設(shè)備的種種缺點。提出設(shè)計使用數(shù)控車削加工激光對刀儀，其原理是利用發(fā)射激光束光線直線傳播原理對刀，同時結(jié)合現(xiàn)有專用對刀儀的測量、讀數(shù)優(yōu)點，使用中刀具不與工件接觸，通過觸及激光發(fā)射對刀信號對刀，將對刀儀置于工件端面上，且確定激光發(fā)射光線與工件外圓面和端面X、Z方向一致，移動刀架，刀尖與激光射線接觸并發(fā)出信號，即可實現(xiàn)對刀；此對刀設(shè)備制造成本低，可適用于各種車床，適用范圍廣，便與推廣；對刀時車刀不與工件接觸，保證安全；由于激光發(fā)射器發(fā)出的光線為直線，光束方向不會發(fā)生變化，因此對刀精度高；對刀儀結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，對于新手來說也沒有什么難度。此結(jié)構(gòu)直接避免對刀中刀具與工件直接接觸產(chǎn)生崩刀、工件損壞、精度低等問題，同時具備結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、拆卸，便于制造、經(jīng)濟合理；易操作者上手，使用方便，省時省力。

3 結(jié)束語

本文通過討論總結(jié)現(xiàn)有對刀方法中存在的優(yōu)缺點，并對其原理進行分析，結(jié)合實際生產(chǎn)需求并考慮企業(yè)經(jīng)濟效益；利用試切法對刀基礎(chǔ)理論和非接觸對刀基本思路，擬提出一種數(shù)控車床車削加工激光對刀儀的設(shè)計思路，旨在解決數(shù)控車削加工更加簡單方便的確立“機床坐標(biāo)系”與“工件坐標(biāo)系”之間關(guān)系的難題；利用發(fā)射激光束原理對刀，便于操作新手理解應(yīng)用，實用性強，具有推廣價值。

[1]劉建明，馬保振.數(shù)控車輪車床故障的診斷與處理方法[J].鐵道機車車輛工程，2005，（01）：1-5.

[2]崔立軍.數(shù)控車床對刀誤差分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2012，（04）：31-32.

[3]姚益民.數(shù)控車床對刀常用方法及實踐[J].裝備制造技術(shù)，2013，（04）：195-197.

[4]安豐金，王宗玲.淺談數(shù)控車床的對刀、坐標(biāo)系確定在加工中的應(yīng)用[J].科學(xué)中國人，2016，（15）：22.

[5]王洋.淺析數(shù)控車床對刀的便捷方法[J].科技信息，2013，（20）：477.

[6]李麗，王磊，牟明皋.簡易對刀儀在數(shù)控車床中的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工），2009，（01）：36-37.

[7]吳繼忠.數(shù)控車床對刀研究綜述[J].黑龍江科技信息，2013，（30）：85.

[8]吳舒風(fēng)，邵吉林.數(shù)控車床對刀方法分析及應(yīng)用[J].科技傳播，2011，（11）：175.

[9]顏震平.基于數(shù)控車床對刀操作的研究[J].科教文匯（下旬刊），2010，（01）：120，124.

Research and Application of the Tool-Setting Method of CNC Lathe Based on the Principle of Trial Cutting

MA Ying-hua，LI Xue-cheng
（Shaanxi Institute of Technology，Xi’an Shanxi 710300，China）

CNC lathe is widely used in various mechanical machining process，the tool-setting is an important factor to influence the work time and work quality；this paper analysis and comparison of existing methods and principle，combined with some problems in application，and putting forward to the simple and effective methods of laser tool-setting.This tool-setting method can not only reduce the quality problems produced by the collision knife and alleviate economic burden for enterprises unable to configure expensive tool-setting instruments.

CNC lathe；trial cutting method；laser tool-setting

TH161文獻識別碼：A

：1672-545X（2017）01-0241-02

2016-10-11

陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項目（Gfy16-07）

馬穎化（1986-），女，陜西西安人，講師，碩士，研究方向：機械工程學(xué)科教育研究。