數(shù)銑刀具半徑補(bǔ)償過切現(xiàn)象分析與處理*

淮 妮，劉 雯

(咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

0 引言

刀具補(bǔ)償是補(bǔ)償實(shí)際加工時刀具刀位點(diǎn)和編程時假想的刀具刀位點(diǎn)之間的差值[1]。實(shí)踐證明，合理應(yīng)用刀具補(bǔ)償功能能很好地解決刀具磨損或換刀引起的刀位點(diǎn)變化問題，并能提高編程效率和加工精度[2]。

數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償功能能使刀具中心在加工輪廓前自動偏移好，編程路線只需按工件輪廓線進(jìn)行即可，數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)補(bǔ)償值自動計算刀心偏移后的軌跡坐標(biāo)；另外，通過改變刀具半徑的補(bǔ)償值，可以產(chǎn)生形狀相同大小不同的刀心路線，用以去除外輪廓以外、內(nèi)輪廓以內(nèi)的銑削余量，從而簡化數(shù)控銑削編程[3]。

1 數(shù)銑刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^程

數(shù)銑刀具半徑補(bǔ)償包括刀補(bǔ)建立、刀補(bǔ)執(zhí)行和刀補(bǔ)取消三個階段[4]。刀具半徑補(bǔ)償過程如圖1所示，具體步驟如下：①刀補(bǔ)的建立：刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個補(bǔ)償量的過程(從1點(diǎn)向2點(diǎn)走刀的過程中刀具發(fā)生偏移，實(shí)際刀心路線是1點(diǎn)到5點(diǎn))，指令G41或G42實(shí)施；②刀補(bǔ)的運(yùn)行：刀具中心始終與編程軌跡相距一個補(bǔ)償量(編程路線2點(diǎn)到3點(diǎn)，實(shí)際刀心路線為5點(diǎn)到6點(diǎn))，指令G41或G42生效；③刀補(bǔ)的取消：刀具中心從與編程軌跡偏離過渡到與編程軌跡重合的過程(從3點(diǎn)向4點(diǎn)走刀的過程中刀具發(fā)生偏移，實(shí)際刀心路線是6點(diǎn)到4點(diǎn)，刀具回到?jīng)]有刀補(bǔ)的狀態(tài))，指令G40實(shí)施。具體的補(bǔ)償值輸入刀具半徑補(bǔ)償?shù)刂稤中。

圖1 刀具半徑補(bǔ)償過程

2 數(shù)銑刀具半徑補(bǔ)償過切現(xiàn)象分析與處理

數(shù)控銑削加工刀具半徑補(bǔ)償對于輪廓加工來說是不可避免的，刀具半徑補(bǔ)償也會影響到基于后期工件的加工工藝性和加工效率[5-8]。本文對數(shù)銑刀具半徑補(bǔ)償常見的過切現(xiàn)象進(jìn)行分析(本文均以宇龍數(shù)控加工仿真軟件FNUNC 0i系統(tǒng)為例編寫程序并加工)。

2.1 無切入切出路線引起過切

如圖2所示，加工40×40的方形凸臺，從1點(diǎn)往2點(diǎn)移動時加右刀補(bǔ)。若刀補(bǔ)值為一個刀具半徑，則加刀補(bǔ)時刀心的實(shí)際軌跡是從1點(diǎn)到6點(diǎn)偏移了一個刀具半徑，刀刃的實(shí)際移動位置在切線方向產(chǎn)生，如圖2所示粗實(shí)線，則在工件左下角會有微量過切產(chǎn)生，取消刀具半徑補(bǔ)償會產(chǎn)生同樣的情況，切削結(jié)果如圖3所示。如果在建立或取消刀具半徑補(bǔ)償?shù)穆肪€前后分別加一段切入和切出路線，即編程路線為從1點(diǎn)往7點(diǎn)走刀時加刀補(bǔ)，加好后從7點(diǎn)切入，刀心的實(shí)際軌跡為從1點(diǎn)到8點(diǎn)發(fā)生偏移，從8點(diǎn)切入，刀刃延輪廓切線方向切入，取刀補(bǔ)時同理，則可避免這種微量過切。

圖2 方形凸臺加工

過切程序段如下:

………

G00 X-35 Y-20;

G01 Z-3 F120;

G42 X-20 D01;(1至2)

X20;(2至3)

………

修改程序段如下：

………

G00 X-35 Y-20;

G01 Z-3 F120;

G42 X-25 D01;(1至7)

X20;(7至3)

………

圖3 無切入切出路線導(dǎo)致零件過切

2.2 建立刀補(bǔ)后連續(xù)兩個程序段在Z方向移動引起過切

如圖2所示，刀具從某一點(diǎn)往7點(diǎn)走刀時加上右刀補(bǔ)，然后在Z方向很快下刀到距離上表面5 mm的安全距離，換G01指令慢慢下刀到加工平面，從7點(diǎn)到3點(diǎn)切線方向切入開始加工工件，如圖4所示切入第一段出現(xiàn)過切。出現(xiàn)這種過切的原因是由于某一點(diǎn)到7點(diǎn)加上刀補(bǔ)后，刀具實(shí)際應(yīng)該偏移到8點(diǎn)再切入，但是由于下面兩個程序段連續(xù)在Z方向走刀，沒有在XY平面移動，導(dǎo)致G42刀補(bǔ)指令無法判斷刀具的偏移方向，致使本程序段刀具實(shí)際沒有發(fā)生偏移，刀具中心仍然在7點(diǎn)，而Z方向走完刀后，下一句從7點(diǎn)到3點(diǎn)切入時刀具在XOY平面移動，又判斷出了偏移方向，在3點(diǎn)又向右發(fā)生了偏移，最終導(dǎo)致加工的第一段成為斜線，產(chǎn)生了過切現(xiàn)象。針對這一問題，將程序段修改為在加刀補(bǔ)前刀具到達(dá)安全平面，不在Z方向連續(xù)兩句進(jìn)刀，則系統(tǒng)能判斷出走刀方向，可避免過切。

過切程序段如下：

………

G00 X-40 Y-35;

G42 X-30Y-20 D01;(某點(diǎn)到7點(diǎn))

Z5;

G01 Z-3 F100;

X20;(7至3)

………

修改程序段如下：

………

G00X-40 Y-35;

Z5;

G42 X-30Y-20 D01;(某點(diǎn)到7點(diǎn))

G01 Z-3 F100;

X20;(7至3)

………

2.3 刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行過程中連續(xù)出現(xiàn)兩個M功能指令引起過切

如圖2所示，刀具從1點(diǎn)走刀至7點(diǎn)過程中加右刀補(bǔ)，刀具發(fā)生偏移至8點(diǎn)后下刀，刀刃延輪廓切線方向切入(編程至3點(diǎn))，然后在3點(diǎn)關(guān)掉冷卻液暫停，需要執(zhí)行M09和M01指令，則在加工3點(diǎn)到4點(diǎn)時刀具出現(xiàn)如圖5所示的過切。出現(xiàn)這種過切的原因是由于X20程序段后連續(xù)出現(xiàn)兩段M指令，導(dǎo)致刀具從3點(diǎn)向4點(diǎn)走刀時無法預(yù)判刀補(bǔ)的方向，X20程序段的結(jié)束點(diǎn)和Y20程序段的起點(diǎn)3偏移量不夠，刀具只偏置到9點(diǎn)位置(應(yīng)該偏移至3點(diǎn)右下方)，走刀從9點(diǎn)到了10點(diǎn)，即出現(xiàn)過切。針對這一問題，對程序段進(jìn)行修改，不連續(xù)執(zhí)行M09和M01指令，則系統(tǒng)能判斷出刀補(bǔ)方向，從而可避免過切。

圖4連續(xù)兩個程序段在Z方向移動導(dǎo)致零件過切圖5連續(xù)出現(xiàn)兩個M功能指令導(dǎo)致零件過切

過切程序段如下：

………

G00 X-35 Y-20;

G42 X-25 D01;

G01 Z-3 F100;

X20;(7至3)

M09;

M01;

Y20;(3至4)

X-20

………

修改程序段如下：

………

G00 X-35 Y-20;

G42 X-25 D01;

G01 Z-3 F100;

X20;(7至3)

M09;

Y20;(3至4)

M01;

X-20

………

2.4 刀補(bǔ)值大于內(nèi)圓弧半徑時引起過切

如圖6所示內(nèi)圓弧半徑為5 mm的外輪廓零件，輪廓深度為3 mm，Z0位于工件上表面，選用直徑8 mm的立銑刀加工，按圖6箭頭所示走刀路線切入切出對零件輪廓進(jìn)行粗加工，刀具半徑補(bǔ)償給定6 mm，得到的加工效果如圖7所示，在兩段內(nèi)圓弧處出現(xiàn)過切。如圖6所示兩條雙點(diǎn)劃線是對零件輪廓分別偏置2 mm和4 mm得到的線條，如若給定刀具半徑補(bǔ)償值為2 mm和4 mm，則走刀路線即是這兩條雙點(diǎn)劃線，可以看出偏置值越大半徑越小，如果偏置值等于或大于圓弧半徑后內(nèi)圓弧則消失，走刀路線將無法確定，即會出現(xiàn)如圖7所示的過切現(xiàn)象。因此，加工有內(nèi)圓弧的輪廓時刀補(bǔ)值取小于內(nèi)圓弧半徑的值則可避免過切現(xiàn)象(如若要用刀補(bǔ)偏置加大的方式粗加工，可去掉內(nèi)圓弧來修改走刀路線進(jìn)行粗加工)。

2.5 內(nèi)輪廓加工加、取刀補(bǔ)方向不合適引起的過切

如圖8所示，三角形槽，深度為3 mm。刀具在2點(diǎn)加取刀補(bǔ)時出現(xiàn)如圖9所示的過切。刀具從1點(diǎn)走刀至2點(diǎn)(三角形左下角點(diǎn))過程中加左刀補(bǔ)，并在2點(diǎn)下刀，下一句向3點(diǎn)走刀，則刀具在向2點(diǎn)走刀時預(yù)判下一句3點(diǎn)的方向向左偏移，所以刀具實(shí)際偏移到左上方5點(diǎn)，即圖中向左的過切；從4點(diǎn)加工到2點(diǎn)后，在2點(diǎn)抬刀，向1點(diǎn)回刀時取了刀補(bǔ)，刀具作了預(yù)判，則在2點(diǎn)刀具取刀補(bǔ)前的實(shí)際位置是偏移到左刀補(bǔ)的6點(diǎn)位置，即圖中向下的過切。針對這一問題，將下刀、抬刀點(diǎn)設(shè)定在8點(diǎn)，從7點(diǎn)向8點(diǎn)走刀時加左刀補(bǔ)，然后下刀，加工回到8點(diǎn)后抬刀，往9點(diǎn)走刀時取刀補(bǔ)，則可避免過切現(xiàn)象。

圖6內(nèi)圓弧輪廓類零件圖7內(nèi)圓弧輪廓類過切

圖8內(nèi)輪廓零件圖9內(nèi)輪廓零件過切

3 結(jié)語

通過以上分析及實(shí)踐驗(yàn)證，得知數(shù)控銑削刀具半徑補(bǔ)償使用時注意以下幾點(diǎn)可在很大程度上避免過切現(xiàn)象的產(chǎn)生：

(1) 加、取刀補(bǔ)前后應(yīng)盡量有切入切出路線。

(2) 刀補(bǔ)執(zhí)行過程中不能連續(xù)兩個程序段不在XY平面移動。

(3) 不能無限大地加刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行粗加工，需要考慮內(nèi)圓弧半徑大小。

(4) 加、取刀補(bǔ)應(yīng)盡量延切入點(diǎn)的延長線或切線方向。