1．2 数控车床对刀与偏置、补偿应用
1．2．1 数控车床坐标系及机床各点
a机床零点与参考点不在同一点 b机床零点与参考点在同一点 图8-2-1 机床坐标系中的各点 1．数控车床原点及机床的坐标系
数控车床一般这样规定坐标系：平行主轴线的运动方向取名Z轴方向，横滑座上导轨方向名为X轴方向，且规定刀架离开工件方向为正向。如图8-2-1a，若数车生产厂把机床坐标零点设在主轴线与卡盘定位面之交点M，则建立了以M为原点的数控车床坐标系。如图8-2-1b，数车生产厂把机床坐标零点M设在X、Z正向的极限行程点。
2．机床参考点
对于增量式测量系统的数控机床，机床厂家设置另一固定的点——机床参考点，机床参考点通常设在X、Z正向的极限行程点，用于标定进给测量系统的测量起点。机床参考点相对机床零点具有准确坐标值，出厂前由机床厂家精密测量并固化存储在数控装置的内存里。
一些机床将机床参考点和机床原点不设为同一点。如图8-2-1a，机床参考点在机床坐标系中坐标值为（X600，Z1010）。
一些机床将机床参考点和机床原点设为同一点。如图8-2-1b，机床参考点在机床坐标系中坐标值为（X0，Z0）。
3．刀架参考点
机床坐标系无法直接提供追踪测量刀具相对工件坐标位置的功能，是因为数车生产厂无法预先确定具体工件和刀具的位置。数车生产厂选择刀架上一定点——刀架参考点，作为机床坐标系直接追踪测量的目标。刀架参考点用来代表刀架在机床的位置，如图8-2-1中的刀架中心。
4．回参考点操作
增量式测量的数控机床开机后，首先要执行回参考点操作，让刀架参考点与机床参考点重合，确立进给测量系统的测量起点及坐标值，然后，机床具有在坐标系上对测量目标的位置测量功能。
若机床将机床参考点和机床原点设为同一点，则起始坐标值为零坐标值，返回参考点操作又称为回零操作。值得注意的是参考点操作不能让CNC直接测量到刀具刀位点相对工件位置，数控车床坐标系追踪测量的目标是刀架参考点的坐标位置。
5．刀位点
刀具相对工件的进给运动中，工件轮廓的形成往往是由刀具上的特征点直接决定的，如外圆车刀的刀尖点的位置决定工件的直径，端面车刀的刀尖点的位置决定工件的被加工端面的轴向位置，钻削时，刀具的刀尖中心点代表刀具钻入工件的深度，圆弧形车刀的圆弧刃的圆心距加工轮廓总是一个刀具半径值 ，用这些点可表示刀具实际加工时的具体位置。选择
图8-2-2 一些常见车刀具的刀位点 刀具的这些点作为代表刀具车削加工运动的特征点，称为刀具刀位点。
图8-2-2所示为一些常见车刀具的刀位点。其中对（a）（b）（f）刀具刀位点并不在刀具上，而是刀具外的一个点，我们可称之为假想的刀尖，其位置是由对刀的方法和特点决定的。
6．工件原点及工件坐标系
选择工件一点，为工件零点，代表工件在机床的位置。如图8-2-1 a 、b，取工件右端面中心为工件零点，取与机床坐标系名称和方向相同的坐标轴，建立工件坐标系。工件坐标系坐标的零点随编程者的意愿确定。
1．2．2 数控车床的对刀
1．两个坐标系的差异
在零件图纸上规划刀具相对工件的运动轨迹并形成编程数据，无疑是方便的，但值得注意的是，编程数据表达的是刀位点相对工件零点的位置。而CNC机床在机床坐标系内，所能
直接追踪测量的目标是刀架参考点的坐标位置。因此，即使当程序已经输入，工件、刀具已经安装上机床，机床CNC也不能直接理解编程数据，更不能精确控制刀位点在工件坐标系内按程序进给，根本原因是机床坐标系与工件坐标系存在差别。
差别表现在以下两个方面：
⑴ 坐标系追踪测量的目标不一致，机床坐标系追踪测量刀架参考点的坐标，编程坐标表达刀位点坐标。
⑵ 坐标的零点不一致。从编程者角度看，工件零点也就是工件编程原点。从机床数控系统的角度看，它事先并不知道工件及零点装在机床的什么位置。
我们认识到CNC不能理解编程数据的根本原因是两种的坐标表达的差别，于是，测量它们间的差别进行弥补，使两个坐标测量统一起来，以便CNC能认识理解编程数据代表的具体位置，并正确控制刀具相对工件的运动轨迹。弥补差别的方法通常有零点偏置和几何位置补
图8-2-3 零点偏置示意图 偿。
2．零点偏置
如图8-2-3，以机床参考点和机床原点设为同一点的机床为例。当执行回参考点（回零）操作后，刀架参考点与机床原点重合，此时，机床坐标系追踪测量目标——刀架参考点坐标值为（X0，Z0），此时，机床认为位置坐标是（X0，Z0）。
如果手动操作机床移动刀架，使刀位点到达工件零点W，此时，工件坐标系追踪测量目标——刀位点坐标值为（X0，Z0）。此时，工件坐标认为是（X0，Z0）。
由图8-2-3可见：刀位点到达工件零点W时，刀架参考点处于P，刀架参考点在此位置时，机床坐标系认为机床坐标是（X＝－167.08×2，Z－734.91）。由此可见，当刀具与工件如图安装时，两坐标系显示坐标的差别是：
XM—XW＝A＝－167.08×2－0＝－167.08×2； ZM—ZW ＝B＝－734.91－0＝－734.91
可以这样设想，如果把机床的零点M偏置到P点，则刀位点就到达工件零点，机床坐标系认为机床坐标是（X0，Z0），工件坐标也认为是（X0，Z0），那么两坐标系坐标显示的差别就可以消除了，这就是零点偏置的意义。
零点偏置的方法是：当刀具与工件安装后，手动操作机床测量图8-2-3中的偏移值A、B，并把A、B值输入到CNC的零点偏置画面，如图8-2-4。执行程序时，CNC自动按给定值偏移机床零点，从而使机床坐标系显示坐标与工件坐标一致。
加工程序如：“G54 G00 X60 Z5”，其中“G54”的功能是调用如图8-2-4中的零点偏置，操作工须预先测量输入的零点偏置。
零点偏置值的大小与机床零点位置、工件零点、刀位点位置相关。
图8-2-4 零点偏置画面 3．长度补偿（几何尺寸偏移）
图8-2-5 长度补偿示意图 如图8-2-5，当执行回参考点操作，刀架参考点与机床原点重合后，机床坐标认为是（X0，Z0）。但此时刀位点在工件坐标系的坐标是（X＝+167.08×2，Z+734.91）。
可以这样设想，当机床坐标是（X0，Z0）后，如果把刀位点向X负向再移动2B（直径值），向Z负向再移动A，这样刀位点就到达了工件零点，使得工件坐标为（X0，Z0）。这就是长度补偿的意义。
由图8-2-3、图8-2-5可见，零点偏置与长度补偿的方法，对弥补两个坐标系测量差别的方法不一样，但补偿或偏置数值却是一样的。
4．典型的对刀方法
当刀具与工件安装后，工件零点、刀位点就有了确定的位置，回参考点后，机床明确了
起始位置，然后就可以操作机床，测量工件坐标与机床坐标间的差别，即对刀测量。
FANUC—0TC使用的一种对刀方法，基于上述的原理，对刀方法如下： （选择工件右端面中心为工件零点）：
1．选择刀具（如T01），并手对操作试切削工件外圆后，测量当前外圆尺寸（如φ51.020）； 2．按MDI键盘中的【OFFSET SETTING】键，按软键〖补正形状〗，显示刀具几何尺寸偏置参数表，如表8-2-1。
3．移动光标至指定的刀补号，输入试切后测量的工件外圆尺寸，如“X51.020”，按〖测量〗软键（如表8-2-1下方），然后系统自动计算出X向刀具相对工件零点的几何尺寸偏移值（可称为刀补值）。
4．试切端面后输入“Z0”，按“测量”软键后得出Z向刀具相对工件零点的几何尺寸偏移值。
5．同理设定其他刀具的刀补参数。
6．在刀补设定后可使用MDI操作方式验证刀补的正确性。
上述对刀测量刀补值的实质是：从刀架处于回零位置开始测量刀位点到工件零点的距离，只不过系统提供了自动的算术计算和自动填写补偿值的功能罢了。如图8-2-5所示的长度补偿或几何尺寸偏移的取值。
表8-2-1 几何尺寸形状偏置表
刀具补正/形状 O0010 N00001 编号 G01 G02 G03 G04 G05 G06 G07 X～偏置 -334.160 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Z～偏置 -734.910 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 半径R 0.800 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 刀尖T 3 0 0 0 0 0 0 „„„„„„„„„„„„„„„ 〖NO检索〗 〖测量〗 〖C·输入〗 〖+输入〗 〖输入〗
4．FANUC车削系统刀具T指令
FANUC系统中对刀具T功能指令用“T××××”四位数字来表示，如“T0101”。为了很好地理解这一功能。将四位数字看成两组，即，前两位为一组，后两位为另一组，各组都有它们规定的含义。
⑴第一组(前面两位数字)：
用来选择刀具，选择编号刀具处于工作位置。
例如：T01××——选择安装在刀架上第一位置上的01号刀具。
⑵第二组(第3和第4个数字)
控制所选择刀具几何尺寸形状偏置和磨损偏置（见表8-2-1、表8-2-2）。后两位数字用来表示几何尺寸形状偏置寄存器和磨损寄存器的编号，它们不一定要与刀具编号一样，但应用时，尽可能让它们一致。
例如：T××01——选择一号几何尺寸形状偏置寄存器或磨损偏置寄存器。
例如，刀具功能T0101将选择1号刀具、1号几何尺寸偏置以及相应的1号刀具磨损偏移。
1．2．3刀具磨损偏置及应用
在CNC车床上，磨损偏置适用于刀具在Z向和X向位置偏差的调整和补偿，或是对刀具磨损后引起的偏差补偿，或是用来调整同一刀架上的刀具刀位点相对基准刀刀位点间的位置偏差。
磨损偏置的值就是调整刀具刀位点在程序中的值与工件实际测量尺寸值之间的差别。如图8-2-6所示 为刀具磨损偏置的原理，这里为了强调，放大了其比例。
表8-2-2所示为磨损偏置寄存器，形式与几何尺寸形状偏置表一致。
表8-2-2刀具磨损偏置表
编号 X～偏置 Z～偏置 半径 刀尖 图8-2-6刀具磨损偏置的原理 01 02 03 04 05 06 07
0.000 0.000 0.083 0.000 0.025 -0.030 0.000 0.000 0.420 0.000 -0.850 -0.560 0.000 0.000 0.400 0.000 0.400 0.000 0.000 0.800 0.000 3 0 3 0 0 2 0 刀具磨损偏置的应用举例如下：
⑴ 对已经磨损但尚可以继续使用的刀具的调整
妥善处置已经磨损但尚可以继续使用的刀具，必须调整编写好的刀具轨迹，协调它以适应加工条件。这种情况下，可以不改变程序本身，而只改变刀具的磨损偏置值，这是刀具磨损偏置最基本的应用。
⑵应用程序试切削时，对工件实际尺寸调整
通常，一旦设定给定刀具的几何尺寸偏置，该值将不再改变。对工件实际尺寸的调整只
能一般由磨损偏置来完成。例如φ80㎜的直径是零件的设计要求，加工工件检测中，测量得到的实际尺寸如φ80.004，可将微小的值-O.004输入磨损偏置寄存器。这种调整对CNC保证零件的加工质量有用。
⑶ 变换刀片与刀具磨损偏置
由于各种原因，在工作半途变换刀片是很正常的，为了保持良好的切削条件并使尺寸公差符合图纸规范。刀片的标准很高，但不同来源的刀片间允许有一定的公差浮动。如果改变刀片，为了确保工作的精确，宜调整磨损偏置，这样可避免产生废品。
⑷ 刀具间相对位置调整
一个数控车床加工程序不可能只由一把刀具完成，如要用到外圆车刀、螺纹车刀、切断刀等多把刀具。在多把刀具中设定一个基准刀具，对刀时只用基准刀具试切对刀确定刀具与工件的位置关系，而其它刀具处于工作位置的刀位点与基准刀具处于工作位置的刀位点的偏差可用磨损偏置的方法进行调整。
