數控編程中的坐標係（xì）建立概念及測頭自動對刀（dāo）刀具補償

1.刀具位置

刀位是刀具上的一個參考點，刀位（wèi）相（xiàng）對運動的路徑就是加工路徑，也稱為編程路徑。

2.刀（dāo）具（jù）設置和刀具（jù）設置點

對（duì）刀是指操作（zuò）者在啟動數控程序之前，通（tōng）過一定的測量手段使刀具位置與對刀點重（chóng）合。使（shǐ）用對刀儀或數控測頭進（jìn）行對刀，操作簡單，測（cè）量（liàng）數（shù）據（jù）準確。也可以在（zài）數控機床上定位夾具和安裝零件，然後用量塊、塞（sāi）尺、千分表等（děng）。使用數控機床上的坐標來設置刀具。對於操作者來說（shuō），確定對刀點是非常重要的，它將直接影響零件的加工（gōng）精度和程序控製的（de）精（jīng）度。在批量生產過程中，更要注意對刀的重複精度。操作人員有必要加深對數控設備的了解，掌握更多的對（duì）刀技巧（qiǎo）。

(1)刀具刀尖選擇的原則（zé）

在機床上找正，加工時檢查（chá），編程時計算，容易導（dǎo）致對刀誤差。可以（yǐ）選擇零件上的一點(如零件的（de）定位孔中心（xīn）)或零件（jiàn）外的一點(如夾具或機床上的一點)進行對刀，但必須與零件的定位基準有一定的坐標關係。提高對刀（dāo）的（de）準確度和（hé）精度。即使零件要求精度不高或程序要求不（bú）嚴格，所選對刀位置的（de）加工精度也要高於其他（tā）位置。選擇接觸麵（miàn）大、易於監控、加工過程穩定的零（líng）件作（zuò）為對刀點（diǎn）。對刀點應盡可能與設計基準或工藝基準統一，避（bì）免因（yīn）尺寸換算導致對刀精度甚至加工精度降低，增加數控程序或零件數控加工的難度。為了提高零件的加工精度，對刀點應盡可（kě）能選在零件（jiàn）的設計（jì）基準或工藝基準（zhǔn）上。比如用孔定位的零件，以孔的中心為對刀點比較合適。對刀精度不僅取決於數控設備（bèi）的精度，還取決於零件加工的要求。手動檢查（chá）對刀（dāo）精度，提高零（líng）件數控加工質（zhì）量。特別是在批量生產中，要考慮對刀的重複精度，可以通過對（duì）刀相對於機床原點的坐標值來檢查。

(2)刀點的選擇方法

對於數控車床或車銑加工（gōng）中（zhōng）心數控設備，由於中心位置(X0，Y0，A0)已經由數控（kòng）設備確定，所以整個加工坐標係可以通（tōng）過確定軸向位置來（lái）確定。因（yīn）此，隻需要確定軸向上的一個端麵(Z0或相對位置)作為刀具設（shè）定（dìng）點。對於（yú）三坐標數控銑（xǐ）床或（huò）三（sān）坐標（biāo）加工中心來說，比數控車床或車銑加工中心複雜得（dé）多。根據數控程序的要求，不僅要確定坐標係的原（yuán）點（diǎn）位置(X0，Y0，Z0)，還要確定加工坐標係G54，G55，G56，G57等。，有時取（qǔ）決於（yú）操作（zuò）者的習慣。對刀點（diǎn）可以設（shè）置在被加工零件上，也可以設置在夾具上，但必須與零件的（de）定位基準有一定的坐標關係。Z方向可以簡單地通過（guò）確定一個（gè）容易檢測的平麵來確定，而X和（hé）Y方（fāng）向則（zé）需要根據具體（tǐ）零件選（xuǎn）擇與（yǔ）定位基準相關的平麵和圓。對於4軸或（huò）5軸數控設備，增加第4和第5旋轉軸，類似於3軸（zhóu）數控（kòng）設備對刀點的選擇。因為（wéi）設備更複雜，數控係統智能化，所以提供了更多的對刀方式（shì），需要根據具體（tǐ）的數控設備和具體加工的零件（jiàn）來確定。可以簡單地將刀具設定點和（hé）機床坐標係之間的坐標關係設定為相互關聯。比如對刀（dāo）點的坐標為(X0，Y0，Z0)，與加工坐標係的關係可以定義為(X0+Xr，Y0+Yr，Z0+Zr)，加工坐標係G54，G55，G56，G57等。，可通過控製麵（miàn）板或其他方（fāng）式輸（shū）入。這種方法非常靈活巧妙，為後續的數控（kòng）加工帶來了極大的便利。

3.零漂移現象（xiàng）

零點漂移現象是由數控設（shè）備周圍的環境因素（sù）引起的。在相（xiàng）同的切（qiē）削條件下，同一設備使用相同的夾具、數控程序和刀具加工相同的零件時，會出現加工尺寸不一致或（huò）精（jīng）度降低的現象（xiàng）。零點漂移現象主要表現為數控加工過程（chéng）中的一種精度降低現象或者可以理解為（wéi）數控（kòng）加（jiā）工（gōng）中的精度不一致現象（xiàng）。零點漂移現象在數控加工過程中是不（bú）可避免的，對（duì）於（yú）數控設備來說是常見的。一般受數控設備周圍環境因素影響（xiǎng）較（jiào）大（dà），嚴重時會影響數控設備的（de）正常（cháng）工作。影響零點漂（piāo）移的因素很多，如溫（wēn）度、冷卻液、刀具磨損、主軸轉（zhuǎn）速和進給（gěi）速度的大幅度變化等。

4.工具補償

數控加工經過一定時期後，刀具磨損是不可避免的，主（zhǔ）要（yào）表現在（zài）刀具長度和刀具半徑的（de）變化。所以刀具磨（mó）損補償主要是指刀具長度補償和刀具半徑補償。

5.刀具半徑補償

在零件輪廓加（jiā）工中，由於刀（dāo）具總是有（yǒu）一定（dìng）的（de）半徑，如（rú）銑刀的半徑，刀具中（zhōng）心的運（yùn）動軌跡並不等於被加工零件（jiàn）的實際軌跡，而是需要偏（piān）移一個刀具半徑值，習慣上稱為刀具半徑補償。因此，數控加工零件輪廓時，必須（xū）考慮刀具的（de）半徑值。需要指出的是，UG/CAM數控程（chéng）序是用理想的加工狀（zhuàng）態和（hé）精確的刀（dāo）具半徑編程的，刀具軌跡是刀具中心軌跡，沒（méi）有考慮數控設備的狀態（tài）和刀具磨損程度對零件數控加工的影響。因此，無（wú）論是輪廓編程還是刀具中心編程，UG/CAM數控程序的實（shí）現都必（bì）須考慮刀具半徑磨損的影響，合（hé）理利用刀具半徑補償。

6.刀具長度補償

在數控銑床和鏜床上，當刀具磨損或改變，使刀尖位置不在原加工的（de）編程（chéng）位置時，需要通過在刀具長度方向上延長或（huò）縮短一個偏移值來補（bǔ）償其尺寸的（de）變化，以保證加工深度或加工（gōng）表麵位置仍滿足原設計要求。

7.機床坐標係

數控機床的坐標軸命名規定是機床的直線運（yùn）動采用笛卡爾（ěr）坐標係，其坐標命（mìng）名為X、Y、Z，俗稱基本坐（zuò）標係。繞X、Y、Z坐標（biāo）軸旋（xuán）轉或平行於X、Y、Z坐標軸（zhóu）旋（xuán）轉的運動分別（bié）稱為A軸（zhóu）、B軸和C軸。根據右手螺旋定律確定A、B、C的正方向。Z軸:通常（cháng）將傳遞切削力（lì）的主軸定義為Z軸。對於有刀具（jù）旋轉的機床，如鏜床、銑床、鑽床（chuáng）等。，刀具旋轉的軸稱為Z軸。x軸:x軸通常平行於工件夾緊（jǐn）麵，垂直於z軸（zhóu）。對於帶有旋轉刀具的機床，如臥式銑床和臥（wò）式鏜床，右手方（fāng）向是從刀（dāo）具主（zhǔ）軸到工（gōng）件（jiàn）看（kàn）X軸的正方向。當（dāng）Z軸（zhóu）垂直時，對於單柱機床(如立式銑床),從刀具主軸（zhóu）看（kàn），右手方向是X軸（zhóu）的正方向。Y軸:Y軸垂（chuí）直於X軸和Z軸，可以根據確定的X軸和Z軸以及右手笛卡爾坐標係確定其方向。

根據右手定（dìng）則，旋轉軸的定義是:繞X軸旋轉為A軸，繞Y軸旋轉為B軸，繞Z軸旋轉為C軸。數控機床的坐標軸如下圖所示。

機床原點是機床坐標（biāo）係的坐標原點。機床上有一些（xiē）固定的基準線，如主軸中心線；還有一些固定的基準麵，如台麵、主軸端（duān）麵、工作台側（cè）麵等。當機床各坐標軸手動返回各自原點時，可以利用各坐標軸部件上（shàng）基準線與基準麵之間的（de）距離來確定機床原點（diǎn）的位置，這一點在數控機床的使用說（shuō）明（míng）書中有說明。

8.零件加工（gōng）坐標係和坐標（biāo）原點

工件坐標（biāo）係也稱編程坐標係，是程序員在編程零件時，以工件上的一個固定（dìng）點為原點建（jiàn）立的坐標係。零件坐標係的原（yuán）點稱為零（líng）件零點(零件原點或程（chéng）序零點)，編程時的刀具軌跡坐標（biāo）是根據零件輪廓在（zài）零件坐標係（xì）中的坐標確定的。加工（gōng）坐標（biāo）係的原點在機床坐標係中稱為調整點。加工時，零件用夾具安裝在機床上，零件的夾（jiá）緊位置相對於機床是固定的，因此確定了零件坐標係在機床坐標係中的位置。此時（shí）測得的零件（jiàn）原點與機床原點（diǎn）之間的距離稱為（wéi）零（líng）件零偏，需要（yào）預（yù）先存儲在數控係統中。在加（jiā）工（gōng）過（guò）程（chéng）中，可（kě）以將零件原點的偏移量自動添加到零件的坐標係中，這樣數控係統（tǒng）就可以根據機床的坐標係來確定加工過程（chéng）中的絕對坐標值。因此，程序員可以利用數控係統的偏置功能，通過零件原點的偏置值來補償零件在機床上的（de）位置誤（wù）差，而不用考慮零件在機床上的實際安裝位置和精度。現在所有數控機床都有（yǒu）這個功能，用起來很方便。零（líng）件坐標係的位置基於機床坐標係。在一（yī）台數控機（jī）床上可以（yǐ）設置多個零件坐標係，這些坐標係存儲在G54/G59等中（zhōng）。零件的零點一般位於零件（jiàn）的設計基準和工藝基準上，便於計算尺寸。一般數控設備可以預置幾（jǐ）個工（gōng）作坐標係(G54~G59)，這些坐（zuò）標（biāo）係存儲在機床的存儲器中。工作坐標係都是基於機床原（yuán）點的，用各自相對於機床原點的偏移量來表（biǎo）示。需要事先輸入機床數控係統，或（huò）者加工（gōng）前（qián）設定的坐標係。加（jiā）工坐標係(MCS)是零件加工中所有刀軌輸出點的定位基準。加工坐標係用OM-XM-YM-ZM表示。有了加工坐標（biāo）係（xì），編（biān）程時就不用考慮工件在機床上的安裝位置，而是根據工件的特點和尺寸進行編程。加（jiā）工坐標係的原點（diǎn）是工件的加工零點。工件零點的位置是（shì）任意的，由程序員在編製數控加工程序時（shí）根據零件的特點選擇。零點可以設置在加工工件（jiàn）上，也可以設置在夾具或機床（chuáng）上。為（wéi）了提高零件的（de）加（jiā）工（gōng）精度（dù），工件的零點應盡可能選在精度較高的加工麵上；為了便於數據處理和簡化編程，工（gōng）件的零點（diǎn）應盡可能設置在零件的設計基準或工藝基準上。對於對稱的（de）零（líng）件，最好將工件的零（líng）點設置在對稱中心上，這樣便於（yú）查找（zhǎo）和檢查。

9.夾緊原點（diǎn）

夾（jiá）緊原點常見於帶（dài）有旋轉(或擺（bǎi）動)工作台的數控機床和（hé）加工中心，如回轉中（zhōng）心。從機床參考點的偏移可以通過測量存儲在CNC係統的原點（diǎn）偏移寄存器中，其（qí）可以用於CNC係統的原（yuán）點偏移的計算。