马颖化，李学成

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）

基于试切原理数控车床对刀方法的研究与应用

马颖化，李学成

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）

数控车床广泛应用于各种机械加工过程中，对刀是影响其辅助工作时间和工件加工质量的重要因素；对现有对刀方法和原理进行了分析对比，结合在应用中存在的问题，提出了一种简单且有效的激光对刀方法，以这种对刀方法设计的对刀仪不仅可以减少对刀过程因撞刀产生的质量问题且能在一定程度上缓解企业因经济负担无法配置昂贵对刀仪的困境。

数控车床；试切法；激光对刀

数控车床是机电一体化的典型产品，具有加工精度高，加工质量稳定可靠的特点，被广泛的应用到各个行业中，普及率不断提高[1]。然而在实际生产中，数控车床加工又存在诸多误差，主要包括测量误差、对刀误差、刀尖尺寸误差、以及数控车床系统误差等，其中对刀误差因产生因素较多，不易控制[2]。因此对于对刀误差的讨论分析及改进方法的确立成为研究数控车床加工技术的主要问题之一。所谓对刀，其实质就是测量工件坐标系原点与机床原点之间的偏移距离，并设置工件坐标系原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标，即找出“工件坐标系（编程坐标系）”与“机床坐标系”之间的对应关系[3]。为解决现有数控车床对刀设备成本较高，试切对刀效率低、精度低、新手操作容易发生意外的问题，对常见的数控车削方法进行分析对比，提出一种简单有效的激光对刀方法思路。

1 常见数控车削加工对刀方法及原理

1.1 试切法

在数控车床加工生产中试切法对刀因其不需要任何辅助设备，成本低，简单易操作而应用广泛。试切法主要分以下步骤：即试切、测量、计算、调整（补偿）。首先启动主轴，调用外圆车刀试切工件外圆，车削出便于测量的尺寸长度，且切削表面光滑（即径向尺寸均被切削），刀具在X方向不移动，沿Z轴方向退出，此时主轴停止转动，并测量已切削表面的外圆直径尺寸为X，车床操作面板进入参数设定页面，并进行如下操作：“刀偏”—“形状”—刀具号对应的位置输入“X”值—按“测量”键，此时对应的刀补位上生成对应刀补值，刀具X向对刀结束。

再次启动主轴，移动刀具车削工件端面，同样切削至表面光滑，车削端面时注意端面中心是否切中，以此确定刀具安装高度是否合理。车削断面完成后，刀具沿Z向不动，直接沿X正方向退出，停止主轴转动，与X向对刀方式类似操作后，在刀具号对应的位置输人“Z=0”，按“测量”键，此时对应的刀补位上生成对应刀补值，刀具Z向对刀结束[4，5]。

1.2 其他对刀方法

1.2.1 专用对刀仪对刀

对刀仪对刀其原理是利用刀具刀尖与百分表测头接触，获得X和Z向的刀偏量，如果数控车床安装有刀具探测装置，也可通过移动刀具触及系统中固定的触头，继而测量相应数据修正刀补值[6，7]。使用光学检测对刀仪对刀是以放大镜中的十字线中心为基准，移动刀具在X向和Z向移动，使其刀尖与对刀镜中的十字线中心重合，通过微型读书器获得得X向和Z向的长度值，确定此刀具刀偏量。

1.2.2 自动对刀

利用CNC（Computer Numerical Control）装置的刀具自动检测功能，引入现代化控制技术，如精密测量技术、传感器技术等，刀尖以一定的速度向传感器接近，接触时发出触发信号，自动精确的检测出刀具在各个坐标方向的长度，CNC系统记录瞬时坐标值，并自动修正刀具补偿值[7，8]，方可直接加工工件。

1.3常见对刀方法存在缺点分析

试切法在X向和Z向对刀时，均是试切完成后，刀具在试切方向不移动，沿原路退回，此时工件因车削会发生塑性变形（试车车削量越大，变形越大）。而刀具在退回时不离开工件，对工件产生反切削，易导致已切削表面受损，同时因副切削刃产生反切削会使刀具受到磨损，显然已经无法满足高精度要求[9]。

专用对刀仪对刀以及自动对刀方法因借助专门的对刀仪器来找准刀具刀位点相对工件的位置而加工精度较高，但这种方法需配置对刀仪等辅助设备，成本较高，装卸刀具比较费力，一般用于精度要求较高的数控机床对刀[8]。

总之，现有对刀方法存在的误差可归纳为以下几点：（1）对刀过程中因刀具与工件直接接触，产生撞刀、工件报废等问题；（2）各种对刀方法中人为参与较多，导致了更多不易控制的误差；（3）专用对刀仪及自动对刀方法因精密性较高其成本升高，同时对操作者的熟练程度要求较高，普通机床难以满足相应配置。

2 简易激光对刀仪方法及思路

针对以上分析结果易知，数控加工过程中对刀装置的精度及其对刀装置的效率，直接影响着零件的加工精度和整个数控加工系统的工作效率。为了能够解决现有对刀方法中存在的普遍问题，即试切法对刀刀具与工件直接接触，且容易出现各种误差，以及其他对刀设备的种种缺点。提出设计使用数控车削加工激光对刀仪，其原理是利用发射激光束光线直线传播原理对刀，同时结合现有专用对刀仪的测量、读数优点，使用中刀具不与工件接触，通过触及激光发射对刀信号对刀，将对刀仪置于工件端面上，且确定激光发射光线与工件外圆面和端面X、Z方向一致，移动刀架，刀尖与激光射线接触并发出信号，即可实现对刀；此对刀设备制造成本低，可适用于各种车床，适用范围广，便与推广；对刀时车刀不与工件接触，保证安全；由于激光发射器发出的光线为直线，光束方向不会发生变化，因此对刀精度高；对刀仪结构简单，操作方便，对于新手来说也没有什么难度。此结构直接避免对刀中刀具与工件直接接触产生崩刀、工件损坏、精度低等问题，同时具备结构简单，易于安装、拆卸，便于制造、经济合理；易操作者上手，使用方便，省时省力。

3 结束语

本文通过讨论总结现有对刀方法中存在的优缺点，并对其原理进行分析，结合实际生产需求并考虑企业经济效益；利用试切法对刀基础理论和非接触对刀基本思路，拟提出一种数控车床车削加工激光对刀仪的设计思路，旨在解决数控车削加工更加简单方便的确立“机床坐标系”与“工件坐标系”之间关系的难题；利用发射激光束原理对刀，便于操作新手理解应用，实用性强，具有推广价值。

[1]刘建明，马保振.数控车轮车床故障的诊断与处理方法[J].铁道机车车辆工程，2005，（01）：1-5.

[2]崔立军.数控车床对刀误差分析[J].现代制造技术与装备，2012，（04）：31-32.

[3]姚益民.数控车床对刀常用方法及实践[J].装备制造技术，2013，（04）：195-197.

[4]安丰金，王宗玲.浅谈数控车床的对刀、坐标系确定在加工中的应用[J].科学中国人，2016，（15）：22.

[5]王洋.浅析数控车床对刀的便捷方法[J].科技信息，2013，（20）：477.

[6]李丽，王磊，牟明皋.简易对刀仪在数控车床中的应用[J].金属加工（冷加工），2009，（01）：36-37.

[7]吴继忠.数控车床对刀研究综述[J].黑龙江科技信息，2013，（30）：85.

[8]吴舒风，邵吉林.数控车床对刀方法分析及应用[J].科技传播，2011，（11）：175.

[9]颜震平.基于数控车床对刀操作的研究[J].科教文汇（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文献识别码：A

：1672-545X（2017）01-0241-02

2016-10-11

陕西国防工业职业技术学院科研基金项目（Gfy16-07）

马颖化（1986-），女，陕西西安人，讲师，硕士，研究方向：机械工程学科教育研究。