西門(mén)子系統(tǒng)刀具補(bǔ)償功能的應(yīng)用研究

毛云秀

（沈陽(yáng)工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，沈陽(yáng)110136）

0 引言

刀具補(bǔ)償功能是數(shù)控機(jī)床中非常重要的一項(xiàng)功能，它的出現(xiàn)使復(fù)雜的刀具軌跡計(jì)算成為歷史，使外形復(fù)雜、高精度的零件加工成為可能?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具備刀具補(bǔ)償功能，這使得零件的編程和加工變得更加簡(jiǎn)單、方便。

在實(shí)際生產(chǎn)中，比較常用的刀具補(bǔ)償功能有刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。本文以SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)為例探討數(shù)控銑床的刀具補(bǔ)償功能。

1 刀具補(bǔ)償功能

1.1 刀具半徑補(bǔ)償

1）刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｔ跀?shù)控銑床加工中都是按照?qǐng)D紙給出的零件輪廓尺寸進(jìn)行編程的，即是將刀具視為一個(gè)點(diǎn)。如果按此加工零件，實(shí)際加工出的零件輪廓尺寸會(huì)與圖紙標(biāo)注尺寸相差一個(gè)半徑值。出現(xiàn)這種情況的原因是輪廓加工時(shí)刀具圓柱表面的主切削刃（周刃）在切削，而數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)是以刀具徑向中心為基準(zhǔn)的。刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔镁褪菍⒘慵喞壽E轉(zhuǎn)換為刀具中心軌跡。

2）刀具半徑補(bǔ)償指令代碼。在數(shù)控銑床中默認(rèn)的加工平面為X、Y平面（G17），實(shí)際生產(chǎn)中，零件的尺寸被稱(chēng)為長(zhǎng)度、寬度和深度。在X、Y平面中，X對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度，Y對(duì)應(yīng)寬度，Z對(duì)應(yīng)深度。

G00/G01 G40 X…Y… ；取消刀具半徑補(bǔ)償

G00/G01 G41 X…Y…D… ；刀具半徑左補(bǔ)償

G00/G01 G42 X…Y…D… ；刀具半徑右補(bǔ)償

從上述指令可以看出，刀具半徑補(bǔ)償功能只能跟在直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)指令（G00/G01）的后面，而不能跟在圓弧插補(bǔ)指令（G02/G03）的后面。在X、Y平面下，刀具半徑補(bǔ)償只有加在X、Y軸上才有效，而加在Z軸上無(wú)效。

3）刀具半徑左、右補(bǔ)償?shù)呐卸ǚ椒?。在?shí)際生產(chǎn)中，刀具半徑左、右補(bǔ)償最簡(jiǎn)單的判定方法就是看刀具中心在加工路線(xiàn)的哪一側(cè)。如果刀具中心在加工路線(xiàn)的左側(cè)即為左補(bǔ)償G41，如圖1（a）所示；右側(cè)則為右補(bǔ)償G42，如圖 1（b）所示。

圖1 刀具半徑左、右補(bǔ)償?shù)呐卸?/p>

4）刀具半徑補(bǔ)償值。刀具半徑補(bǔ)償值是由刀具補(bǔ)償號(hào)D決定的。在西門(mén)子系統(tǒng)中，一把刀具最多可設(shè)定9個(gè)不同的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，即D1～D9。功能鍵“OFFSET PARAM”下的“刀具表”即為刀具補(bǔ)償號(hào)D的設(shè)定界面，“半徑”一欄中的數(shù)據(jù)即為刀具半徑補(bǔ)償值，如圖2所示。

圖2 刀具補(bǔ)償號(hào)D的設(shè)定界面

1.2 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償

1）刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)母拍睢Ｔ跀?shù)控銑床編程中，我們一般設(shè)定毛坯的上表面或下表面作為Z軸的編程零點(diǎn)。由于在加工中刀具會(huì)產(chǎn)生磨損，這就會(huì)造成刀位點(diǎn)與編程零點(diǎn)不一致，從而導(dǎo)致零件加工深度尺寸與圖紙標(biāo)注不符。利用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能，可假想出與原刀具相同長(zhǎng)度的刀具，從而不必對(duì)零件重新編程，即可對(duì)零件深度尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確控制。

2）刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值。在西門(mén)子系統(tǒng)中，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值也與刀具補(bǔ)償號(hào)D有關(guān)。如圖2所示的設(shè)定界面中，“長(zhǎng)度1”、“長(zhǎng)度2”一欄中的數(shù)據(jù)即為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值。刀具調(diào)用后，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值立即生效，而無(wú)需額外G代碼。

2 刀具補(bǔ)償功能在數(shù)控銑床中的應(yīng)用

1）利用刀具半徑補(bǔ)償功能可完成零件輪廓外余量的分次銑削。數(shù)控銑床加工中，如果輪廓外余量較大，可給定不同的刀具半徑補(bǔ)償值來(lái)完成分次銑削，而無(wú)須額外編制程序。

2）利用刀具半徑補(bǔ)償功能可實(shí)現(xiàn)零件輪廓的粗、精加工及精度控制。數(shù)控銑床加工中，為了保證加工質(zhì)量，零件都需進(jìn)行粗、精加工。假定刀具實(shí)際半徑值為d，精加工雙邊余量為Δ，粗加工后實(shí)際測(cè)量尺寸與標(biāo)注尺寸的差值為e。粗、精加工補(bǔ)償值的確定方法如下：

a.粗加工時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償值為d+Δ；b.精加工時(shí)，標(biāo)注尺寸精度要求不高時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償值為d；c.精加工時(shí)，標(biāo)注尺寸精度要求較高時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償值不能為d。粗加工結(jié)束后，理論上Δ=e，實(shí)際上由于刀具讓刀、磨損等因素會(huì)造成e≠Δ，此時(shí)刀具半徑補(bǔ)償值為d-e+Δ。

3）利用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能控制零件深度尺寸的精度。對(duì)于深度尺寸精度要求較高的零件，可在粗加工時(shí)利用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能在深度方向留余量Δ，精加工時(shí)根據(jù)標(biāo)注尺寸減去實(shí)際測(cè)量尺寸的差值k確定新的長(zhǎng)度補(bǔ)償值為k-Δ。

3 刀具補(bǔ)償功能的實(shí)踐舉例

加工如圖3所示零件，材料為45鋼。選用φ12 mm立銑刀加工。

圖3 零件圖

1）零件工藝分析。零件輪廓尺寸為88±0.03 mm，表面粗糙度Ra3.2，深度尺寸為3+0.060mm，表面粗糙度Ra3.2。輪廓尺寸、深度尺寸和表面粗糙度要求較高，加工時(shí)采用粗、精加工方式進(jìn)行。粗加工時(shí)雙邊余量為1 mm，深度尺寸余量0.5 mm。工件坐標(biāo)系零點(diǎn)選擇在毛坯中心，Z向零點(diǎn)為毛坯上表面。

2）零件加工程序。零件的加工程序及釋義如下：

N01 G17 G90 G54 T1 M03 S500；技術(shù)參數(shù)定義

N02 G00 Z20；抬刀到安全高度

N03 G41 X-44 Y-60 D1；左補(bǔ)償至起刀點(diǎn)

N04 G01 Z-3 F30；輪廓外下刀

N05 Y-12；開(kāi)始做輪廓

N06 G03 X-44 Y12 CR=12

N07 G01 X-44 Y44 RND=6

N08 X-12

N09 G03 X12 Y44 CR=12

N10 G01 X44 Y44 RND=6

N11 Y12

N12 G03 X44 Y-12 CR=12

N13 G01 X44 Y-44 RND=6

N14 X12

N15 G03 X-12 Y-44 CR=12

N16 G01 X-44 Y-44 RND=6

N17 Y0；輪廓結(jié)束

N18 G00 Z20；抬刀

N19 G40 X0 Y0；取消刀補(bǔ)

N20 M30

3）刀具補(bǔ)償值設(shè)定。刀具補(bǔ)償值在圖2所示的設(shè)定界面里輸入，零件加工中所使用的具體補(bǔ)償值如表2所示。粗加工后實(shí)測(cè)零件深度尺寸為2.62 mm，輪廓尺寸為89.14 mm。

表1 零件加工刀具補(bǔ)償值mm

4 結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)正確、合理地使用刀具補(bǔ)償功能，可以在不改變?cè)谐绦虻幕A(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輪廓外余量的分次銑削、零件的粗、精加工以及尺寸精度的控制，極大地簡(jiǎn)化了程序編制過(guò)程，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了零件的生產(chǎn)效率，具有非常重要的實(shí)際意義。

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