G54指令在数控车床中的应用

李国强

[摘           要]  对刀是数控加工中的基础操作和重要技能。在一定条件下，对刀的精度可以决定零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响加工效率。因此仅仅知道对刀方法是不够的，还要知道数控系统的各种对刀设置方式以及这些方式在加工程序中的调用方法，同时要知道各种对刀方式的优缺点、使用条件等。

[关    键   词]  数控车床;对刀;G54

[中图分类号]  G712                [文献标志码]  A            [文章编号]  2096-0603（2018）26-0062-01

在数控车床加工过程中，大家普遍使用刀具号和刀补号的方式，即T0101（FANUC系统）、T1D1（西门子系统），采用试切对刀的方法。这种方式在做批量件，有工装的加工情况下，一般没有什么问题。但在加工单件并且需要多次装夹或小批量零件的时候，需要在一台机床上用多把刀具，很不方便，因为每一次重新装夹工件之后，都需要将每一把刀具的Z方向重新对一次刀，这就增加了辅助时间，影响了效率而且还不能保证每一次对刀的精度都是一样的，不仅对零件的尺寸精度有影响，对零件表面粗糙度也有影响。因为其他刀具在进行Z向对刀时有可能破坏零件端面，影响零件外观。

数控车床通电后，需进行回参考点操作（如果是绝对编码器可以不用），目的是建立数控车床进行位置测量、控制、显示的统一基准。参考点的位置由机床位置传感器决定。由于机床回参考点后，刀尖的位置距离机床原点是固定不变的，因此，为便于对刀和加工，可将机床回零后刀架的位置看作机床原点。

由于机床原点和工件原点在X向和Z向都有偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令描述的工件位置存在同样的偏移距离。因此，需要将这个偏差测量出来并设置到数控系统中，使数控系统据此调整刀具的运动轨迹，加工出符合零件图纸的工件。这个补偿偏移距离的过程就是对刀，对刀的根本目的就是测量出工件原点到机床原点在X向和Z向的偏移距离。

对刀时，使刀位点与对刀点重合，所谓刀位点是指刀具的定位基准点，对车刀来说，理论上可以认为刀位点、对刀点就是刀尖。对刀的目的就是确定刀尖在机床坐标系中的绝对坐标值，测量刀具的刀位偏差值。对刀点找正的准确度直接影响零件的加工精度。在实际加工零件时，通常一把刀具是无法完成零件全部加工要素的，需要使用多把刀具进行加工。在使用多把车刀加工时，在换刀位置不变的情况下，换刀后刀尖点的几何位置将出现偏差，这是由于刀杆、刀片形状、尺寸等因素造成的。因此需要不同刀具在不同的起始位置开始加工时，都能保证程序正常运行。为了解决这个问题，机床数控系统配备了刀具位置补偿功能，利用刀具位置补偿功能，只要事先把每把刀相对编程原点的偏移距离测量出并输入数控系统的“刀具参数补正”栏指定组号里，在加工程序中利用T指令，即可在刀具轨迹中自动补偿刀具位置偏差。

确定工件坐标系常用的方法有以下两种：

第一种：通过试切法进行对刀，然后将数据写入对刀参数中从而获得工件坐标系。这种方法操作简单，可靠性好，通过刀偏与机械坐标系紧密联系在一起，只要不更换刀片、不改变刀偏值，工件坐标系就会存在且不会变，即使断电，重启后进行回参考点操作，工件坐标系还在原来的位置。用这种方法对刀，最大的优点就是任何一把刀具都是独立的，也就是说工作中哪一把刀具磨损了，只要更换那一把，其余互不影响。缺点是后续刀具对刀时，工件表面质量、精度可能会受到一定影响。

第二种：运用G54-G59可以设定六个坐标系。这个坐标系相对于参考点是不变的，这种方法适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的零件加工。这些坐标系存储在机床存储器中，在机床重新开机时仍然存在，在加工时可以分别选取其中一个使用，此种方法多应用于加工中心上。

现在把第一种和第二种方法综合在一起，进行一种综合的对刀操作。这种方法可以在第一次完成所有刀具的对刀操作后，通过G54-G56将其他刀具与基准刀一起进行偏移，这样每次更换工件后只需要将基准刀进行Z向定位，知道前后两个工件Z向的差值，就可以通过机床坐标直接得到数据。最后将差值填入G54-G56中就可以了，其他刀具不需要再进行Z向的对刀操作。不仅保证了对刀精度，还提高了加工效率。

举例说明，如果你加工批量件或多个单件，工件不能精确定位，并且需要4把刀具依次完成。完成第一件以后，上第二件，此时你完全不需要将另外三把刀的Z轴全部重新对刀。只需要把一号刀（相当于基准刀）换到加工位置后，车削端面或移动到端面，看当前的绝对坐标位置Z显示多少。如果显示Z：10。那么此时在G54的Z轴当前数据上（假设当前数据为0）输入10，然后点击“+输入”即可。也可以直接输入数据10，最后在程序的开头加上G54，这样4把刀全部偏移过去了，然后按循环启动键即可继续加工。

这个方法是因为有基准刀，如果基准刀具磨损了，重新对刀后，其余没有磨损的刀具也必须根据基准重新对刀。所以为了保证基准刀具的使用寿命，可以将外圆精车刀作为基准刀，这样就可以尽量延长基准刀具的使用时间，提高生产效率，保证加工精度。有人会说，为什么不把每把刀Z向的偏移数据存储到对应刀具的“磨损/磨耗”中，因为存储到“磨损/磨耗”需要对每一把刀进行数据输入，操作比较麻烦，而使用G54，就可以方便地实现所有刀具的偏移。如果零件需要多次装夹或者不是所有刀具全部偏移，还可以分别使用G55-G59指令，进行单独的偏移设置。

下面以FANUC系统为例，参考程序如下：

%

O1;

T0101;（基准刀）

G54（在1号刀的当前坐标上偏移一个数据，Z向往正方向偏移了10 mm）

G00 X82 Z2

G71 U1.5 R1

G71P1Q3U0.5W0.05F0.15

N1 G0 X0;

G01 Z0 ;

…

…

N3 G1 X50

G00 X150 Z200

M30;

%

参考文献：

[1]刘立.数控车床编程与操作[M].北京理工大学出版社，2009.

[2]席凤征，毕可顺.数控车床編程与操作[M].科学出版社，2014.