浅议数控车床刀架定位法

徐建君

（中国石化集团江汉石油管理局职工培训中心，湖北 潜江433121）

随着数控技术的不断普及，数控加工在工业生产中的应用也越来越广泛。普通车床加工过程中，工件的装夹、进刀量、主轴的转速、走刀路线、吃刀量等均由操作者人为实时控制和调整，而数控加工则不然，大部分操作均由程序控制。为保证数控加工的精度和可重复性，在数控加工过程中，工件装夹后的准确定位尤为重要，特别是主轴方向（Z方向 ）的位置定位。

1 常用传统定位方法的不足

1.1 三爪自定心卡盘定位

在批量生产中，三爪自定心卡盘定位最为常见。三爪卡盘具有自动定心功能，即在机床坐标系X径向自动定位，方便快捷；但是，它不具备主轴横向上也就是机床坐标系Z向的自动定位的功能。在实际生产过程中，三爪自定心卡盘实现回转主轴Z轴方向的定位主要有两种方法。

一是将三爪卡盘的卡爪反向安装，利用三爪的凸起台阶进行Z向的定位，如图1所示。传统的卡盘都是图示2所示方位进行安装的，即正爪，只能进行X向的径向定位，不能进行Z向定位。将三爪反向安装后，不但能进行X向的径向自动定心，又能同时进行轴向的（Z向）定位，可实现工件的快速装夹。

图1 卡爪反向安装装夹

图2 三爪卡盘常规装夹

二是对可用内孔进行定位的工件，按图3所示的方法装夹，也能实现轴向（Z向 ）的快速定位。这种装夹方式，夹紧力的方向是沿卡盘平面径向向外的，在实际生产中应用相当广泛。但不足之处是，这种装夹方法对工件的内径尺寸有一定的要求，如果内径太小，三爪不能伸入工件内孔，就无法装夹。

图3 三爪卡盘内孔定位装夹

以上两种轴向定位的装夹方式，较适合盘类零件的定位装夹，对轴类零件的轴向定位装夹却较难实现。

1.2 轴向定位块定位法

轴向定位块定位法就是在三爪自定心卡盘内设置轴向定位块，利用定位块限制工件的轴向移动，实现工件定位，如图4所示。轴向定位块左端面与卡盘平面紧靠，右端面与工件的左端面紧靠，这样，工件在轴向即机床坐标Z向就不能移动，起到了Z向定位的作用。

图4 轴向定位块定位

利用定位块进行定位的优点是方便快捷，成本低，定位效率高。缺点就是制作定位块费时费料，对不同尺寸的工件，定位块不具通用性。所加工工件尺寸不同，对定位块的尺寸也有相应的要求，因此，往往每加工一批不同规格的零件，就要设计并制作出不同尺寸和形状的定位块。但对大批量的单一工件加工，应用定位块定位不失为一种既经济又高效的方法。

1.3 专用夹具定位法

对于专业性较强的产品加工及采用流水线大批量加工特定形状产品的，为了提高生产效率和保证加工精度，常需要设计专用夹具进行定位。专用夹具的设计要求比较高，造价昂贵，定位精度高，但通用性差。一个专用夹具只能针对一种规格的产品，而不能用于其它规格的零件加工。图5是一个专用夹具的图例，图中可以看到，左侧是夹具连接盘，右侧是专用夹具。夹具与连接盘用螺栓连接，专用夹具的行程与装夹均受到一定的限制。

图5 专用夹具定位

2 数控车床刀架定位方法介绍

常用传统工件定位法各有优缺点，不能完全满足实际生产的需要，特别是数控加工的需要。在数控加工过程中，刀架定位方法可以弥补这些常用定位方法的不足，利用数控车床的刀架定位功能及刀架对工件的限位作用，进行工件定位，效果理想，不仅定位精度高，且方便快捷。

在现有的技术条件下，数控车床的定位精度可以轻易的达到0.01 mm。利用其这一优势，可轻松实现数控车床刀架的精准定位。以FANUC Oi－TD数控系统为例，定位方法如下：

1）在手动状态下，将某一空刀位作对刀操作。（注意该刀位必须为空，但同样进行对刀操作）

2）在数控编程时，用G00将数控刀架定位在一个适当的位置，然后用 M00程序设置暂停。

3）操作者将工件的右侧端面向刀架侧面靠紧。

4）保持工件轴向位置不动，拧紧三爪卡盘，实现工件的Z向定位。

5）按下循环启动键，继续启动程序。进入自动加工阶段。

刀架定位法应用举例（数控系统以FANUC Oi－TD为例 ）：

图6所示的工件，毛坯的尺寸为Φ64×150 mm，由于设计基准为工件的右端面。因此，采用工件的右端面为定位基准面，采用刀架定位法进行工件毛坯的定位装夹，较为适宜。

图6 待加工零件图

编程如下：

O0313：

N10 T0303……………调出刀架空刀位（3号刀不能装刀具 ）。

N20 G00 X0…………快速定位到主轴中心线上。

N30 G00 Z50…………根据工件伸出的长度要求，轴向定位到50 mm处。

N40 M00……………程序无条件暂停（此时进行工件装夹，如下图所示：安装时将工件右侧端面与刀架左侧的平面靠紧后上紧卡盘。（安装后的效果如图7所示）。

图7 刀架定位装夹工件

N50 G00 Z250………装夹完成后刀架快速退出。

N60 G00 X100………退到换刀点。

N70 T0101……………换刀，进入自动加工程序。

（以下自动加工程序略）。

在N10程序段，数控系统将会执行三号车位，注意三号刀位不要装刀，因为要用此刀位的卡盘方向的一个侧面进行工件的定位。也即将此刀位的侧面与工件的右端面靠紧，从而达到Z向的定位。

N20和N40两个程序段的其作用是，当数控程序执行完N30程序段后，三号刀位所在的刀架平面将会停在坐标（0，50）处，此时将工件的右侧端面紧贴三号车刀刀架侧面，再将三爪卡盘拧紧。这样，工件在机床中轴向也即Z向位置也就固定下来了。不用定位块也起到了轴向定位的作用。

对于N50和N60程序段，程序执行完这两段后，刀架已经距离工件右端面有一定的安全距离。也就为N70程序段的换刀做好准备。当执行完程序段N70后。程序进入正常运行阶段，与平时的编程没有什么两样。在此不再赘述。

3 刀架定位法的优缺点

优点：工件在机床中的定位是巧妙利用了机床本身的自动精确定位功能进行定位的，由于数控车床的定位精度可以达到0.01 mm。所以，采用刀架定位工件的方法可以达到较高的定位精度。并且编程操作起来也相当的方便、实用、经济。

缺点：首先，程序中有M00无条件程序暂停。将装夹工件的整个过程放在程序执行的阶段，比较麻烦、操作者也会感觉与平时的操作方法不太一样。也不太习惯。并且，由于装夹工件是在程序执行中进行，如果在装夹工件的过程序中由于强的电磁干扰或者天气原因（如打雷）而干扰到数控车床的数控系统，可能使程序自行启动，从而造成安全隐患。当然，这种可能性微乎其微。其次，采用刀架进行定位，必须空出一个刀位（因该刀架的侧面要与工件的右端面接触，若装有刀具，则可能导致在夹紧的过程中使刀尖受损，造成经济损失 ）。

4 结论

在用数控车床进行加工的过程中，利用数控车床具有的精确定位能力和刀架的限位作用，实现工件装夹过程中的准确定位，即为刀架定位法。刀架定位法定位精度高，广泛适用于不同尺寸的工件，且操作方便，安全可靠，经济实用，值得在数控加工生产中推广应用。

［1］顾佩兰，朱生根.数控车工：高级［M］.北京：化学工业出版社，2010：57－102.

［2］金福吉，周维泉，舒荣辉等.数控大赛［M］.北京：机械工业出版社，2006：361－362.

［3］罗光秀.机械制图［M］.武汉：华中科技大学出版社，2008：165－174.

［4］袁锋.数控车床培训教程［M］.北京：机械工业出版社，2004：193－240.