刀具補(bǔ)償在數(shù)控銑削編程加工中的應(yīng)用

吳慧敏 李曉妹

摘 要：零件的數(shù)控加工是由CNC系統(tǒng)控制刀架的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，但實(shí)際切削時(shí)是由刀位點(diǎn)即刀尖或者是刀具切削刃完成的，這就需要在刀架與刀位點(diǎn)之間進(jìn)行位置偏置，從而使數(shù)控系統(tǒng)的控制對象由刀架變換到刀位，這種變換過程就稱為刀具補(bǔ)償。利用刀具補(bǔ)償，編程人員只需按照工件的輪廓尺寸編程而不需計(jì)算刀位點(diǎn)的具體走刀輪廓，極大地提高了程序編制的效率。本文結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用，講述刀具補(bǔ)償在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削加工;刀具半徑補(bǔ)償;刀具長度補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TG547文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）28-0043-04

Abstract： The NC machining of parts is controlled by the CNC system to the false motion to realize the machining. But the actual cutting is done by the knife position that is the tip of the knife or cutting edge. This needs to be carried out between the tool holder and knife position. Thus， the control object of the NC system is transformed from the tool holder to the knife position. This transformation is called tool compensation. Using cutting tools to compensate， the programmer only needs to program according to the contour size of the workpiece， and does not need to calculate the specific tool location to the contour. Greatly improve the efficiency of programming. This paper discussed the application of cutter compensation in NC milling.

Keywords： NC milling machining;tool radius compensation;tool length compensation

數(shù)控機(jī)床是指用數(shù)字程序控制機(jī)床進(jìn)行加工制造的機(jī)床。在使用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，工件外形輪廓并不等同于刀架刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)控加工時(shí)系統(tǒng)必須按照工件外形輪廓以及刀具的幾何形狀計(jì)算出刀具刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以便保證工件輪廓形狀。數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生初期，數(shù)控機(jī)床沒有刀具補(bǔ)償?shù)母拍?，程序員只能按刀具的理論路線和刀具的具體形狀計(jì)算出刀具的實(shí)際路線進(jìn)行編程，這樣編程效率既低，又容易出錯(cuò)，刀具補(bǔ)償概念應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)中解決了這一問題[1]。利用刀具補(bǔ)償，編程人員可以忽略刀具的實(shí)際尺寸，按照工件的輪廓尺寸進(jìn)行編程而不需計(jì)算刀具的具體走刀輪廓，從而使編程工作得到極大簡化，提高了數(shù)控程序的編制效率。刀具補(bǔ)償不僅能應(yīng)用于數(shù)控程序的編制，也可應(yīng)用于數(shù)控加工過程[2]。例如，當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)磨損時(shí)，只需更改刀具補(bǔ)償參數(shù)，而不必修改程序;當(dāng)使用多把刀具時(shí)設(shè)置好刀具補(bǔ)償參數(shù)而不需要每把刀都對刀，極大提高了生產(chǎn)效率[3]。基于以上情況，本文將介紹刀具補(bǔ)償在數(shù)控銑削編程中的應(yīng)用。

1 刀具補(bǔ)償概述

1.1 刀具補(bǔ)償?shù)姆诸?/p>

刀具補(bǔ)償有兩類：刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。

1.1.1 刀具半徑補(bǔ)償。數(shù)控程序是根據(jù)零件加工輪廓進(jìn)行編制的。由于刀具有一定的半徑，所以刀位點(diǎn)運(yùn)行的路徑不等于所需加工零件的實(shí)際輪廓，而是需要偏移工件輪廓一個(gè)刀具半徑值，這種偏移稱作刀具半徑補(bǔ)償[4]。

①刀具半徑補(bǔ)償指令。刀具半徑左補(bǔ)償：G41 G00/G01 X_Y_Z_D_F_。刀具半徑右補(bǔ)償：G42 G00/G01 X_Y_Z_D_F_。取消刀具半徑補(bǔ)償：G40 G00/ G01 X_Y_Z_。

②G41、G42指令的判斷方法。如圖1所示，從垂直于輪廓所在平面的第三軸的正向，沿著刀具進(jìn)給方向看，如果刀具位于切削輪廓的左側(cè)，稱為刀具半徑左補(bǔ)償，即左刀補(bǔ)[圖1（a）];如果刀具位于切削輪廓的右側(cè)，稱為刀具半徑右補(bǔ)償，簡稱為右刀補(bǔ)[圖1（b）]。

1.1.2 刀具長度補(bǔ)償。數(shù)控機(jī)床通過控制刀架在坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，加工中常用到多把刀加工，刀具長度尺寸完全不同。即便是尺寸相同的兩把刀具安裝在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的刀架上，其刀尖相對于刀架中心的位置也不可能完全相同，因此刀架在相同的運(yùn)動(dòng)軌跡下，由于刀具不同而產(chǎn)生的實(shí)際切削軌跡也不同，這就需要每把刀都要進(jìn)行對刀操作以建立自己的刀具補(bǔ)償。為了減少對刀操作，往往取一把刀作為基準(zhǔn)刀，其他刀具相對基準(zhǔn)刀具的長度差值稱為刀具的長度補(bǔ)償。刀具長度補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是將刀具相對于工件的坐標(biāo)由刀具安裝的定位點(diǎn)移到刀尖位置。長度補(bǔ)償只是和Z坐標(biāo)有關(guān)。

①刀具長度補(bǔ)償?shù)闹噶睢５毒唛L度正補(bǔ)償：G43 G00/ G01 Z_H_。刀具長度負(fù)補(bǔ)償：G44 G00/ G01 Z_H_。取消刀具長度補(bǔ)償：G49 G00/G01 Z_

②G43與G44指令的判斷方法。如圖2所示，在刀庫中同時(shí)安裝3把刀，Z向需分別對刀，這樣操作較麻煩。如果采用刀具長度補(bǔ)償，可以使操作簡便。如以3把刀中最短的中號(hào)刀的Z向?qū)Φ叮?號(hào)刀、3號(hào)刀都比1號(hào)刀長，要想與1號(hào)刀的刀底平齊，2號(hào)刀、3號(hào)刀就要向上移動(dòng)，移動(dòng)距離為與1號(hào)刀長度之差，Z軸上移為正方向。因此，2號(hào)刀、3號(hào)刀采用的就是刀具長度正補(bǔ)償，在HXX中設(shè)定正補(bǔ)償值;反之，如以3把刀中最長的2號(hào)刀的Z向?qū)Φ?，則1號(hào)刀、3號(hào)刀就是刀具長度負(fù)補(bǔ)償，在HXX中設(shè)定負(fù)補(bǔ)償值;如選用3號(hào)刀Z向?qū)Φ?，則1號(hào)刀為負(fù)補(bǔ)償，2號(hào)刀為正補(bǔ)償。

2 刀具補(bǔ)償應(yīng)用實(shí)例

2.1 刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用及實(shí)例

2.1.1 用同一程序段對零件進(jìn)行粗、精加工。①當(dāng)對零件進(jìn)行粗加工時(shí)，可設(shè)置刀具偏置值為刀具半徑+精加工余量。②當(dāng)對零件進(jìn)行精加工時(shí)，可設(shè)置刀具偏置值為刀具半徑。舉例如下。

例如：加工如圖3所示零件，用Φ25立銑刀采用不同的刀具半徑補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)凸臺(tái)的粗精加工，粗加工給精加工留3mm余量。

程序如下：

O1841（主程序）

G17 G54 G90 G40 G49 G21

M03 S1200

G00 X65 Y0 Z50

Z2

G01 Z-5 F150

G41 G00 X30 D01

（建立刀具半徑右補(bǔ)償使刀具沿輪廓外側(cè)切削

刀具補(bǔ)償值D01=刀具半徑+精加工余量=15.5）

M98 P0001（粗加工）

G40 X65

G41 G00 X30 D02（D02=刀具半徑=12.5）

M98 P0001（精加工）

G40 X65

G00 Z50

M05

M30

O0001（子程序）

G01Y-20

G02 X20 Y-30 R10

G01 X-20

G02 X-30 Y-20 R10

G01 Y20

G02 X-20 Y30 R10

G01 X20

G02 X30 Y20 R10

G01 Y0

M99

2.1.2 用同一程序段加工同一尺寸的凸凹型面。①當(dāng)加工零件外輪廓時(shí)，設(shè)置刀具偏置值使刀具在輪廓外側(cè)切削。②當(dāng)加工零件內(nèi)輪廓時(shí)，設(shè)置刀具偏置值使刀具在輪廓內(nèi)側(cè)切削。

例如：如圖4所示零件，加工60×60槽，槽的加工路線與圖2中凸臺(tái)的加工路線相同，因此可以調(diào)用同一個(gè)子程序00001，而采用不同的刀具補(bǔ)償形式完成槽的加工。

程序如下：

O1842

G17 G54 G90 G40 G49 G21

M03 S1200

G00 X0 Y0 Z50

Z2

G01 Z-5 F120

G42 G01 X30 D01

（建立刀具半徑右補(bǔ)償使刀具沿輪廓內(nèi)側(cè)切削，

刀具補(bǔ)償值為D01=刀具半徑+精加工余量=15.5）

M98 P0001（粗加工）

G40 X0 （取消刀具半徑補(bǔ)償）

G42 G01 X30 D02 （D02=刀具半徑=12.5）

M98 P0001（精加工）

G40 X0

G00 Z50

M05

M30

2.1.3 刀具半徑補(bǔ)償使用注意事項(xiàng)。①刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⑹侵傅毒邚钠瘘c(diǎn)到接近工件時(shí)，刀具中心從與編程軌跡重合到與編程軌跡偏離一個(gè)刀具半徑的過程。建立與取消刀具半徑補(bǔ)償?shù)奈恢米詈门c補(bǔ)償方向在同一側(cè)，避免出現(xiàn)刀具干涉問題。②刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⑴c取消程序段在G00或G01指令模式下才有效。采用G00指令時(shí)，需要先建立刀具半徑補(bǔ)償再進(jìn)刀和先退刀再取消刀具半徑補(bǔ)償。③在建立或取消刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)采用切向切入、切出或法向切入、切出方式。在采用切向或法向切入、切出時(shí)，可根據(jù)情況增加一個(gè)圓弧輔助程序段，實(shí)現(xiàn)圓弧切入或切出。④在刀具半徑補(bǔ)償模式下，為避免出現(xiàn)刀具過切等危險(xiǎn)動(dòng)作，一般不允許連續(xù)兩段或兩段以上非補(bǔ)償平面內(nèi)的移動(dòng)指令。

2.2 刀具長度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用實(shí)例

2.2.1 多把刀用于同一坐標(biāo)系編程。例如：加工如圖5所示的零件，要求用Φ20（刀具號(hào)為T03，）立銑刀銑外形Φ16（刀具號(hào)為T05）鍵槽銑刀銑槽，已知Φ20立銑刀比Φ16立銑刀長10mm。在編程時(shí)建立以工件中心為坐標(biāo)原點(diǎn)的工件坐標(biāo)系，對刀時(shí)可以只對Φ20立銑刀，當(dāng)調(diào)用Φ16鍵槽銑刀時(shí)只需建立刀具長度補(bǔ)償即可[5]。

程序如下：

O1843

G17 G54 G90 G21 G40 G49

G28 Z0 T03 M06（主軸換上T03號(hào)Φ20立銑刀）

M03 S1500

...（銑六邊形凸臺(tái)程序略）

...

G28 Z0 T05 M06（主軸換T05號(hào)Φ16立銑刀）

G00 X0 Y0 Z50

G43 Z0 H05（建立刀具長度負(fù)補(bǔ)償05刀具補(bǔ)償值為-10）

...（銑槽程序略）

...

G40 G00 Z50（取消刀具長度補(bǔ)償）

M05

M30

2.2.2 一把刀用于不同深度的加工。例如：如圖6所示零件，用Φ16立銑刀精銑70mm×70mm槽和50mm×50mm槽，可采用不同的刀具半徑補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償進(jìn)行編程加工。

程序如下：

O1843（主程序）

G17 G54 G90 G21 G40 G49

M03 S1500

G00 Z50

G42 G00 X0 Y0 D01（加工50mm×50mm槽刀具補(bǔ)償值為18）

Z2

M98 P0002

G42 G00 Y0 D02（加工70mm×70mm槽刀具補(bǔ)償值為8）

G43 G00 Z2 H01（建立刀具長度負(fù)補(bǔ)償，補(bǔ)償值為-3）

M98 P0002

G40 Y10

G00 Z50

M05

M30

O0002（子程序）

G01 Z-3 F200

G01 Y-35

X-25

G02 X-35 Y-25

G01 Y25

G02X-25 Y35

G01 X25

G02 X35 Y25

G01 Y-25

G02 X-25 Y-35

G01 X0

Y0

G00 Z10

M99

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，正確運(yùn)用刀具補(bǔ)償功能是提高零件加工效率和加工質(zhì)量的重要手段和保障。在數(shù)控加工中操作者和編程人員都應(yīng)該熟悉和掌握刀具補(bǔ)償?shù)脑砗筒僮?，并且能靈活使用數(shù)控機(jī)床的刀具補(bǔ)償。值得注意的是，不管使用何種方式進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償量都不一定完全準(zhǔn)確，這是由于在對刀過程中操作者的視覺誤差、切削阻力的大小變化、工件受力形變等原因造成的。刀具補(bǔ)償量的確定最終還要通過試切工件，對工件進(jìn)行測量，然后再對相應(yīng)的刀補(bǔ)值做進(jìn)一步的修改，以便加工出符合設(shè)計(jì)要求的工件。

參考文獻(xiàn)：

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[5]侯勇強(qiáng)，馬雪峰，數(shù)控編程與加工技術(shù)（實(shí)訓(xùn)篇）[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2008.