數(shù)控車削加工中刀具補(bǔ)償應(yīng)用

田林紅 宣 峰

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽 473009）

數(shù)控車削加工中刀具補(bǔ)償應(yīng)用

田林紅 宣 峰

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽 473009）

通過數(shù)控車床加工中刀具補(bǔ)償功能，結(jié)合典型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)敘述刀具補(bǔ)償?shù)妮斎敕椒ê筒襟E，提出了刀具補(bǔ)償應(yīng)用中注意的問題。對(duì)目前典型數(shù)控車床刀具補(bǔ)償?shù)妮斎胱髁私榻B，為數(shù)控車床編程人員提供學(xué)習(xí)、參考的依據(jù)。

刀具補(bǔ)償 數(shù)控車床 補(bǔ)償值輸入

1 刀具補(bǔ)償?shù)奶岢?/h2>

在數(shù)控車削加工編程中，以刀具為基準(zhǔn)，當(dāng)實(shí)際位置與基準(zhǔn)產(chǎn)生偏移出現(xiàn)偏差時(shí)，就需要給予糾正、補(bǔ)償。如圖1所示，以車刀刀尖位置來編程，在加工過程中，當(dāng)其他刀具轉(zhuǎn)換到加工位置時(shí)，刀尖位置偏差就會(huì)發(fā)生變化，有偏差(ΔXj、ΔZj)，不可能和基準(zhǔn)刀尖重合。此外，刀具在加工過程中的磨損也會(huì)使刀尖位置發(fā)生變化，因此，應(yīng)對(duì)偏移量(ΔXm、ΔZm)進(jìn)行補(bǔ)償。

圖1 刀尖位置變化示意圖

為了提高刀具強(qiáng)度和工件表面加工質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命，通常將車刀刀尖磨成圓弧狀。當(dāng)車錐面時(shí)，由于刀尖圓弧的存在，實(shí)際起作用的切削刀刃是圓弧與共建輪廓表面的切點(diǎn)，車出的工件形狀就會(huì)和零件圖樣上的尺寸不重合。如圖2所示，虛線即為實(shí)際車出的工件形狀，這樣就會(huì)產(chǎn)生圓錐表面誤差。

如果工件精度要求不高，此量可以忽略不計(jì)，但是如果工件精度要求高，就應(yīng)考慮刀尖圓弧半徑對(duì)工件表面形狀的影響。

圖2 車錐面產(chǎn)生誤差示意圖

2 數(shù)控車床刀具補(bǔ)償

2.1 偏置補(bǔ)償

數(shù)控車床加工零件時(shí)，安裝刀具手動(dòng)方式操作使數(shù)控車床回機(jī)床參考點(diǎn)，機(jī)床的原點(diǎn)和工件的原點(diǎn)是不重合的，也不可能重合。這時(shí)車刀的關(guān)鍵點(diǎn)(刀尖或刀尖圓弧中心)處于一個(gè)具體位置上，然后將刀具的關(guān)鍵點(diǎn)移動(dòng)到工件原點(diǎn)上(這個(gè)過程叫對(duì)刀)。刀具偏置補(bǔ)償是用來補(bǔ)償位置之間的距離差異，可分為刀具幾何偏置補(bǔ)償和刀具磨損偏置補(bǔ)償，幾何補(bǔ)償是指實(shí)際刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具在X方向和Z方向的差值，磨損補(bǔ)償是指刀具磨損以后和實(shí)際值之間的偏差。

不同數(shù)控系統(tǒng)刀具偏置補(bǔ)償指令格式有所區(qū)別，一般用T功能指令來實(shí)現(xiàn)，程序中位置補(bǔ)償指令格式為T功能及后面的數(shù)字代碼。例如TXXXX中前兩個(gè)XX為刀具號(hào)，后兩個(gè)XX為刀具補(bǔ)償號(hào)(指存儲(chǔ)補(bǔ)償數(shù)據(jù)的寄存單元)。當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償號(hào)數(shù)值為0時(shí)，則表明取消刀具位置值。

2.2 刀具半徑補(bǔ)償

數(shù)控車床是以刀尖對(duì)刀的，車刀的刀尖，總有一個(gè)小圓弧，如圖3所示。對(duì)刀時(shí)，刀尖位置是一個(gè)假想刀尖A，編程時(shí)，按照A點(diǎn)的軌跡進(jìn)行程序編制，即工件輪廓與假想刀尖A重合。車削時(shí)，實(shí)際起作用的切削刀刃是圓弧與共建輪廓表面的切點(diǎn)。在車削過程中，刀尖圓弧半徑中心與編程軌跡會(huì)偏移一個(gè)刀尖圓弧半徑值，稱為刀具半徑補(bǔ)償。

圖3 假想刀尖位

編程時(shí)不需要計(jì)算刀具中心軌跡，只需按照零件輪廓編程，然后使用刀具半徑補(bǔ)償指令，數(shù)控系統(tǒng)就能自動(dòng)地計(jì)算出刀具中心軌跡，從而準(zhǔn)確地加工出所需要的工件輪廓。刀具半徑補(bǔ)償指令用G41和G42來實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，用G40來注銷刀具半徑補(bǔ)償。順著刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具在被加工工件的左邊，則用G41指令，也稱為左補(bǔ)償；順著刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具在被加工工件的右邊，則用G42指令，因此，G42也稱為右補(bǔ)償。

圖4 刀具半徑補(bǔ)償

3 數(shù)控車床刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

3.1 改變刀補(bǔ)值適應(yīng)刀具的變化

在零件的自動(dòng)加工過程中，應(yīng)用刀補(bǔ)值可以避免在刀具磨損、重磨或更換時(shí)，重新修改程序的工作。假設(shè)原來設(shè)置的刀補(bǔ)值為X1、Z1，經(jīng)過一段時(shí)間的加工后，刀具的偏差減小量為ΔX1、ΔZ1，此時(shí)，可僅修改該刀具的刀補(bǔ)值，即刀補(bǔ)值由原來的改為(X1－ΔX1)、(Z1－ΔZ1)，而不必改變?cè)械某绦?，即可滿足加工要求。同樣，當(dāng)?shù)毒咧啬ズ笠嗫烧沾颂幚怼．?dāng)需要更換刀具時(shí)，可以用新刀具的補(bǔ)償值作為刀補(bǔ)值代替原有程序中的刀補(bǔ)值進(jìn)行加工。因此，編程人員還可在未知實(shí)際使用刀具尺寸的情況下，先假設(shè)一刀具尺寸來進(jìn)行編程，實(shí)際加工時(shí)，對(duì)于刀補(bǔ)值可用實(shí)際值代替假設(shè)刀補(bǔ)值。

3.2 改變刀補(bǔ)值實(shí)現(xiàn)零件的粗、精加工

若人為地使刀具中心與工件輪廓偏置值不是一個(gè)刀具半徑，而是某一給定值，則可以用來處理粗、精加工問題。在粗加工時(shí)，可將刀具實(shí)際半徑再加上精加工余量作為刀具半徑補(bǔ)償值輸入，而在精加工時(shí)只輸入刀具實(shí)際半徑值，這樣可使粗、精加工采用同一個(gè)程序，其補(bǔ)償方法為：設(shè)精加工余量為Δ1，刀具半徑為r，微量調(diào)整量為Δ2，首先，人工輸入刀具的半徑補(bǔ)償為r＋Δ1，即可完成粗加工；在精加工時(shí)，輸入刀具的半徑補(bǔ)償值為r＋Δ1+Δ2，即可完成最終的輪廓精加工。調(diào)整量為Δ2視實(shí)際情況而定，粗加工完了測(cè)量加工尺寸，如果實(shí)際尺寸比所要尺寸大則Δ2就為正值，比實(shí)際尺寸小則為負(fù)值。這樣可使粗、精加工采用同一個(gè)程序，極大減少計(jì)算工作量，提高加工效率。

改變刀補(bǔ)值對(duì)零件進(jìn)行加工修正，將刀具半徑補(bǔ)償與子程序結(jié)合應(yīng)用，不但可簡(jiǎn)化編程，進(jìn)行粗、精加工，而且可以進(jìn)行加工的修正，以保證加工精度和質(zhì)量。

3.3 使用刀具補(bǔ)償時(shí)要注意事項(xiàng)

(1)由于刀具在起刀程序段中，進(jìn)行偏置過渡運(yùn)動(dòng)，因此該段程序不要切入工件輪廓，以免對(duì)工件產(chǎn)生誤切。

(2)刀補(bǔ)指令G41、G42或G40必須跟在直線段上，否則會(huì)出現(xiàn)語法錯(cuò)誤。

(3)必須在刀具補(bǔ)償頁內(nèi)(刀具偏置所在內(nèi)存區(qū))的刀尖半徑處填入該把刀具的刀尖圓弧半徑值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算應(yīng)該移動(dòng)的補(bǔ)償量，作為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償之依據(jù)。

(4)必須在刀具補(bǔ)償頁內(nèi)的假想刀尖位置處填入該把刀具的假想刀尖位置號(hào)碼，以作為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償之依據(jù)。

(5)指令刀尖半徑補(bǔ)償G41或G42的過渡直線段長(zhǎng)度必須大于刀尖圓弧半徑；在X軸的切削移動(dòng)量必須大于2倍刀尖半徑值。

(6)在某個(gè)刀補(bǔ)有效的程序段之后，若有兩個(gè)上不運(yùn)動(dòng)的程序段時(shí)，刀具可能會(huì)對(duì)工件下一個(gè)輪廓產(chǎn)生過切。

(7)當(dāng)用假想刀尖圓弧中心編程時(shí)，假想刀尖號(hào)設(shè)為0～9。編程時(shí)要用刀具半徑補(bǔ)償，對(duì)刀時(shí)要考慮刀尖圓弧半徑。

目前國(guó)際上已形成兩種通用的數(shù)控編程標(biāo)準(zhǔn)，即ISO及EIA。但是由于各個(gè)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠家所用的標(biāo)準(zhǔn)不一，其所用的指令、代碼、格式及其含義不完全相同，因此在使用刀具補(bǔ)償時(shí)必須按所用數(shù)控設(shè)備編程手冊(cè)規(guī)定進(jìn)行。

4 典型數(shù)控車床刀具補(bǔ)償?shù)妮斎?/h2>

4.1 華中數(shù)控車床

1)輸入磨損量補(bǔ)償參數(shù)

刀具使用一段時(shí)間后磨損，會(huì)使產(chǎn)品尺寸產(chǎn)生誤差，因此需要對(duì)刀具設(shè)定磨損量補(bǔ)償。在起始界面下按軟鍵F4，進(jìn)入MDI參數(shù)設(shè)置界面；按軟鍵F2進(jìn)入刀偏表參數(shù)設(shè)定頁面；用方向鍵和翻頁鍵將光標(biāo)移到對(duì)應(yīng)刀偏號(hào)的磨損欄中，按Enter鍵后，此欄可以輸入字符，可通過控制面板上的MDI鍵盤輸入磨損量補(bǔ)償值；修改完畢，按Enter鍵確認(rèn)。

2)輸入刀具偏置量補(bǔ)償參數(shù)

按軟鍵F2，進(jìn)入刀偏表參數(shù)設(shè)定界面；將X、Z的偏置值分別輸入對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值區(qū)域(方法同輸入磨損量補(bǔ)償參數(shù))。

3)輸入刀尖半徑補(bǔ)償參數(shù)

按軟鍵F3進(jìn)入刀補(bǔ)表參數(shù)設(shè)定頁面；用方向鍵和翻頁鍵將光標(biāo)移到對(duì)應(yīng)刀補(bǔ)號(hào)的半徑欄中，按Enter鍵后，此欄可以輸入字符，可通過控制面板上的MDI鍵盤輸入刀尖半徑補(bǔ)償值；修改完畢，按Enter鍵確認(rèn)。

4)輸入刀尖方位參數(shù)

車床中刀尖共有九個(gè)方位，如圖5所示，數(shù)控程序中調(diào)用刀具補(bǔ)償命令時(shí)，需在刀補(bǔ)表中設(shè)定所選刀具的刀尖方位參數(shù)值。輸入方法同輸入刀尖半徑補(bǔ)償參數(shù)。

圖5 車床中的刀尖方位示意圖

4.2 廣州數(shù)控車床

4.2.1 絕對(duì)值輸入

(1)單擊刀補(bǔ)OFT按鈕，進(jìn)入刀具補(bǔ)償窗口，多頁時(shí)可按翻頁鍵向上或向下，選擇需要的參數(shù)頁。將光標(biāo)移到要輸入的補(bǔ)償號(hào)的位置。

(2)按地址X或Z后，用數(shù)據(jù)鍵，輸入補(bǔ)償量，按輸入IN鍵后，補(bǔ)償量就被輸入系統(tǒng)，并在屏幕上顯示出來。

4.2.2 增量值輸入

(1)將光標(biāo)移到要變更的補(bǔ)償號(hào)的位置。

(2)如要改變X軸的值，則鍵入U(xiǎn)，對(duì)于Z軸，鍵入W。

(3)用數(shù)據(jù)鍵輸入增量值。

(4)按輸入鍵，系統(tǒng)會(huì)把補(bǔ)償量與鍵入的增量值相加，其結(jié)果將作為新的補(bǔ)償量顯示出來。

4.3 三菱數(shù)控車床

4.3.1 刀具磨耗參數(shù)

(1)點(diǎn)擊系統(tǒng)面板上的刀具參數(shù)按鍵，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置操作區(qū)域”。

(2)點(diǎn)擊CRT顯示界面下方的磨耗軟鍵，此時(shí)當(dāng)前界面左上角有刀尖數(shù)據(jù)顯示，有兩種方式輸入刀具磨損補(bǔ)償。用增量方式時(shí)，輸入X、Z軸的刀具磨耗補(bǔ)償值，然后點(diǎn)擊INPUT，此方式輸入的補(bǔ)償數(shù)值會(huì)和刀補(bǔ)的原來數(shù)值累加起來起作用。用增量方式時(shí)，輸入X、Z軸的刀具磨耗補(bǔ)償值，會(huì)替代刀具原來的數(shù)值而起作用。

4.3.2 設(shè)置刀徑補(bǔ)正參數(shù)

點(diǎn)擊系統(tǒng)面板上的刀具參數(shù)按鍵按鍵，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置操作區(qū)域”。

(1)點(diǎn)擊CRT顯示界面下方的刀徑軟鍵，此時(shí)CRT當(dāng)前界面左上角有刀具補(bǔ)正顯示界面。

(2)參數(shù)設(shè)置：在#()里輸入要補(bǔ)償?shù)牡毒咛?hào)，在R()里輸入刀具半徑值，在r()里輸入刀具磨耗量，在P()里輸入刀尖點(diǎn)。填好后點(diǎn)擊INPUT，數(shù)值即被輸入如。

4.4 西門子802D數(shù)控車床

（1）打開刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)窗口，顯示所使用的刀具列表。在該列表下通過光標(biāo)鍵和“上一頁”、“下一頁”鍵選出所要求的刀具。

（2）手動(dòng)測(cè)定刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)

在JOG方式下移動(dòng)該刀具刀沿，使刀尖到達(dá)一個(gè)已知坐標(biāo)值的機(jī)床位置，這可能是一個(gè)已知幾何位置的工件。如圖6所示，輸入基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，坐標(biāo)軸長(zhǎng)度1或2的分配取決于刀具類型（車刀，鉆頭）。如果是車刀，則對(duì)于X軸而言，其基準(zhǔn)點(diǎn)就是直徑尺寸。利用F點(diǎn)（機(jī)床坐標(biāo)）和基準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)際位置，系統(tǒng)可以在所預(yù)選的坐標(biāo)軸（X或Z）方向分別計(jì)算出長(zhǎng)度1或長(zhǎng)度2所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值。

圖6 車刀的長(zhǎng)度補(bǔ)償值

（3）選擇測(cè)量刀具軟鍵，打開手動(dòng)或半自動(dòng)測(cè)量選擇窗口

在輸入?yún)^(qū)Φ中輸入工件直徑，在輸入?yún)^(qū)Z0中輸入工件長(zhǎng)度?？刂葡到y(tǒng)將在按下軟鍵設(shè)定長(zhǎng)度1或設(shè)定長(zhǎng)度2后，根據(jù)預(yù)選的軸確定所查找的長(zhǎng)度1或長(zhǎng)度2。所計(jì)算出的補(bǔ)償值被存儲(chǔ)。

（4）選擇保存位置，然后可以沿X方向運(yùn)行，這樣便可以確定諸如工件直徑等參數(shù)。然后，將把所保存的軸位置值用于長(zhǎng)度補(bǔ)償計(jì)算。

4.5 FANUC0i數(shù)控車床

4.5.1 設(shè)定和顯示刀具偏移值和刀尖半徑補(bǔ)償值的步驟

(1)按下功能鍵OFFSET SETING。

(2)按下軟鍵選擇鍵OFFSET或連續(xù)按下OFFSET SETING直至顯示出刀具補(bǔ)償畫面。

(3)用翻頁鍵和光標(biāo)鍵移動(dòng)光標(biāo)至所需設(shè)定或修改的補(bǔ)償值處或輸入所需設(shè)定或修改補(bǔ)償值的補(bǔ)償號(hào)。

(4)為設(shè)定補(bǔ)償值輸入一個(gè)值并按下軟鍵INPUT。為改變補(bǔ)償值輸入一個(gè)值并按下軟鍵+INPUT，該值與當(dāng)前值相加(也可設(shè)負(fù)值)。若按下軟鍵INPUT，則輸入值替換原有值。

4.5.2 刀具偏移量的直接輸入

Z軸偏移量的設(shè)定：

(1)在手動(dòng)方式中用一把實(shí)際刀具切削表面A，如圖7所示。

(2)在X向退回刀具Z向不動(dòng)并停主軸。

(3)測(cè)量工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)至面A的距離β用下述方法將該值設(shè)為指定刀號(hào)的Z向測(cè)量值。

①按功能鍵OFFSET SETING和鍵OFFSET，顯示刀具補(bǔ)償畫面。如果幾何補(bǔ)償值和磨損補(bǔ)償值需要分別設(shè)定就顯示與其相應(yīng)的畫面。

②將光標(biāo)移動(dòng)至欲設(shè)定的偏移號(hào)處。

③按地址鍵Z進(jìn)行設(shè)定。

④鍵入實(shí)際測(cè)量值β。

⑤按鍵MEASURE，則測(cè)量值β與編程的坐標(biāo)值之間的差值作為偏移量被設(shè)入指定的刀偏號(hào)。

X軸偏移量的設(shè)定：

(4)在手動(dòng)方式中切削表面B。

(5)Z向退回而X向不動(dòng)并停止主軸。

(6)測(cè)量表面B的直徑α。用同Z軸的相同方法將該測(cè)量值設(shè)為指定刀號(hào)的X向測(cè)量值。

(7)對(duì)所有使用的刀具重復(fù)以上步驟則其刀偏量可自動(dòng)計(jì)算并設(shè)定。

圖7 偏移量的設(shè)定

5 結(jié)語

在數(shù)控機(jī)床車削過程中，利用刀具補(bǔ)償功能，可按工件輪廓尺寸進(jìn)行編制程序，建立、執(zhí)行刀補(bǔ)后，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，刀位點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整到刀具運(yùn)動(dòng)軌跡上。無論是更換刀具，還是刀具磨損后半徑變小長(zhǎng)度變化，只需在加工時(shí)更換刀具半徑、偏移補(bǔ)償值，就可控制工件外形尺寸的大小了，對(duì)程序不用作一點(diǎn)修改。這對(duì)編程和加工帶來很大的方便，大大提高了編程的工作效率。

[l] BEIJING-FANUC OiMA操作說明書[Z].2006.

[2] SINUMERIK 802D操作編程銑床[Z].2005.

[3] 李艷霞.C功能刀具半徑補(bǔ)償中過切的分析與改進(jìn)措施[J].機(jī)床與液壓,2010(18):107-109.

[4] 黃啟紅,黃戰(zhàn).數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用[J].精密制造與自動(dòng)化,2010(3):44-46.