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数控车床螺纹加工及对刀方法的研究
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图3-1 数控车削对刀原理
编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。由于刀尖的初始位置（机床原点）与程序原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离，因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。
所谓对刀，其实质就是侧量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。 3.1.1 试切对刀原理
对刀的方法有很多种，按对刀的精度可分为粗略对刀和精确对刀；按是否采用对刀仪可分为手动对刀和自动对刀；按是否采用基准刀，又可分为绝对对刀和相对对刀等。但无论采用哪种对刀方式，都离不开试切对刀，试切对刀是最根本的对刀方法。
图3-2 数控车削试刀对刀
以图3-2为例，试切对刀步骤如下：
在手动操作方式下，用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆，记下此时显示屏中的X坐标值，记为Xa。（注意：数控车床显示和编程的X坐标一般为直径值）。
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将刀具沿＋Z方向退回到工件端面余量处一点（假定为α点）切削端面，记录此时显示屏中的Z坐标值，记为Za。
测量试切后的工件外圆直径，记为φ。
如果程序原点O设在工件端面（一般必须是已经精加工完毕的端面）与回转中心的交点，则程序原点O在机床坐标系中的坐标为
Xo＝Xa-φ （3-1） Zo＝Za （3-2）
注意：公式中的坐标值均为负值。将Xo、Zo设置 进数控系统即完成对刀设置。
3.1.2 程序原点（工件原点）的设置方式
在FANUC数控系统中，有以下几种设置程序原点的方式：①设置刀具偏移量补偿；②用G50设置刀具起点；③用G54~G59设置程序原点；④用“工件移”设置程序原点。
程序原点设置是对刀不可缺少的组成部分。每种设置方法有不同的编程使用方式、不同的应用条件和不同的工作效率。各种设置方式可以组合使用。
设置刀具偏移量补偿车床的刀具补偿包括刀具的“磨损量”补偿参数和“形状”补偿参数，两者之和构成车刀偏移量补偿参数。试切对刀获得的偏移一般设置在“形状”补偿参数中。
3.1.3 试切对刀并设置刀偏步骤如下：
（1）用外圆车刀试车-外圆，沿＋Z轴退出并保持X坐标不变。 （2）测量外圆直径，记为φ。
（3） 按“OFSET SET”（偏移设置）键→进入“形状”补偿参数设定界面→将光标移到与刀位号相对应的位置后，输人Xφ（注意：此处的φ代表直径值，而不是一符号，以下同），按“测量”键，系统自动按公式（1)计算出X方向刀具偏移量。
（4） 注意：也可在对应位置处直接输人经计算或从显示屏得到的数值，按“输人”键设置。用外圆车刀试车工件端面，沿＋X轴退出并保持Z坐标不变。
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（5） 按“OFSET SET”键→进人“形状”补偿参数设定界面→将光标移到与刀位号相对应的位置后，输人Zo，按“测量”键，系统自动按公式（1)计算出Z方向刀具偏移量。
3.2数控车床对刀方法研究
自动对刀采用的“固定一寻位一加工”模式与传统的“定位一夹紧一加工”模式有着重大差别,它以主动寻位代替被动定位,以顺应现实灵活加工代替按既定关系强制加工。对于此类工件的加工,主动寻位的关键是确定每次切削进刀点的位置;顺应现实灵活加工所要解决的问题是根据主动寻位所获得的信息,能动态的对刀具路径进行校正,达到实时生成可满足加工要求的刀具轨迹路径和机床运动控制命令的目的,完成对工件的加工。
以圆柱螺纹的加工为例,如图1-1所示,数控加工的坐标系原点设定在机床主轴的回转中心线上,坐标系原点在轴线方向的位置可任取,Z坐标轴的正方向是刀具与工件距离增大的方向。以图中A(Xa,Za)点作为每次螺纹切削进给的起点。在工件找正夹紧后(不需定位),先使螺纹车刀正好对到工件上某一螺纹沟槽的底部。此时刀尖位置为B(Xb,Zb)点,设图中工件端面上的C(Xc,Zc)点为已知点,Xc=r,r为螺纹小径(半径),由图可知:
Xa = Xb = Xc =r; （3-3） B点到端面的Z向距离为1(已知),由此可确定B点的Z向坐标为; Zb=Zc-1; （3-4）
将B点沿Z正向移动nt(t为螺距,n为整数)距离到达A'点位置,且nt>l, A'点可作为螺纹螺旋线轨迹的起点位置。
图3-3 自动对刀示意图
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由于工件在周向不定位,其位置是随机的,工件安装好后,主轴光电编码器一般不可能正好处于零位,要保证零位信号发生时进刀能从螺纹轨迹的起点位置切入,必须对螺纹轨迹起点位置进行补偿来确定进刀起点A的位置。设光电编码器每转发出的脉冲数为No,从工件安装好的静止状态位置到主轴零位信号位置按主轴光电编码器的计数脉冲计数(沿主轴的转向)为N,按螺纹切削时主轴转一圈车刀进给移动一个螺距的距离的运动关系,则可确定螺纹轨迹起点的补偿量△为:
（3-5）
由此可确定进刀起点A的Z向位置坐标为:
（3-6）
这样,进刀起点A在数控加工坐标系里的位置就确定下来了。在这寻位算法所用的已知量中,除了螺纹的小径r事先已知外,C点的Z向坐标Zc,B点到端面的Z向距离1和从工件安装好的静止状态位置到主轴零位信号位置按主轴光电编码器的计数脉冲计数(沿主轴的转向)N都必须在工件固定后实时的获取,其中Zc和1要通过工件信息获取系统(视觉系统和触觉系统)来确定,N可以利用脉冲计数装置对主轴光电编码器发出的计数脉冲个数进行实时的计数测得。