數(shù)控車(chē)削加工中的刀具補(bǔ)償應(yīng)用研究

趙為軍

摘要：在我國(guó)日益繁榮昌盛，科技不斷創(chuàng)新發(fā)展的今天，數(shù)控車(chē)削加工中，刀具補(bǔ)償功能是用來(lái)補(bǔ)償?shù)毒邔?shí)際安裝位置及實(shí)際刀尖圓弧半徑與理論編程位置及假想刀尖之差的一種功能，包含刀具外形補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償三方面。使用刀具補(bǔ)償功能后，不改變?cè)绦?，僅通過(guò)改變刀具補(bǔ)償值就能實(shí)現(xiàn)刀具位置的改變，從而實(shí)現(xiàn)零件的高效加工。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)削;加工;刀具補(bǔ)償;應(yīng)用

引言

我們通常情況下所闡述的數(shù)控系統(tǒng)中常用刀具補(bǔ)償是來(lái)修正刀具具體半徑或長(zhǎng)度與其程序規(guī)定的值之差。機(jī)床對(duì)刀具的控制是以刀架中心為基準(zhǔn)的，但零件加工程序卻僅給出了零件輪廓軌跡，它們之間的轉(zhuǎn)換就涉及到刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償（刀架中心與刀尖圓弧中心間的軌跡轉(zhuǎn)換）及刀具半徑補(bǔ)償（零件輪廓與刀具刀尖圓弧中心間的軌跡轉(zhuǎn)換。對(duì)刀具的磨損進(jìn)行精密補(bǔ)償，才能進(jìn)一步提高加工精度。因此，精密鎖削和精密車(chē)削加工過(guò)程中的誤差補(bǔ)償技術(shù)是機(jī)械加工工藝裝備研究中的重要課題。

1數(shù)控車(chē)削中刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑?/p>

在數(shù)控車(chē)削中，為了提高刀尖的強(qiáng)度，降低加工表面粗糙度，延長(zhǎng)車(chē)刀使用壽命，通常所選用的刀具的刀尖處有一個(gè)圓弧過(guò)渡刃（一般圓弧半徑為0.2—1.6）。X向和Z向的交點(diǎn)P稱(chēng)為假想刀尖，該點(diǎn)是編程時(shí)確定加工軌跡的點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)控制該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。然而實(shí)際切削時(shí)起作用的切削刃是圓弧的A、B之間的圓弧切點(diǎn)，所以如果在數(shù)控加工或數(shù)控編程時(shí)不對(duì)刀尖圓角半徑進(jìn)行補(bǔ)償，僅按照工件輪廓進(jìn)行編制的程序來(lái)加工，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生加工誤差。用圓頭車(chē)刀進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)，實(shí)際切削點(diǎn)A和B分別決定了X向和Z向的加工尺寸。因此，車(chē)端面和內(nèi)外圓柱表面時(shí)不需要對(duì)刀尖圓弧半徑進(jìn)行補(bǔ)償。但是當(dāng)加工軌跡與機(jī)床軸線不平行（斜線或圓弧時(shí)），則實(shí)際切削點(diǎn)與理想刀尖點(diǎn)之間在X、Z軸方向都存在位置偏差。在數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定偏置參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡，使刀具偏離圖形輪廓一個(gè)刀具半徑值，從而使刀具能加工到圖形的實(shí)際輪廓，這種功能即為刀具半徑補(bǔ)償功能。

2數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償

刀具偏置補(bǔ)償

數(shù)控車(chē)床加工零件時(shí)，安裝刀具手動(dòng)方式操作使數(shù)控車(chē)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(chē)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(guò)程叫對(duì)刀）。刀具偏置補(bǔ)償是用來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，程序中位置補(bǔ)償指令格式為T(mén)功能及后面的數(shù)字代碼。

2.2刀具外形補(bǔ)償

刀具外形補(bǔ)償有絕對(duì)補(bǔ)償和相對(duì)補(bǔ)償2種方式。絕對(duì)補(bǔ)償方式中，刀具外形補(bǔ)償值是機(jī)床回到機(jī)床零點(diǎn)、各車(chē)刀旋轉(zhuǎn)至加工工位時(shí)，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)相對(duì)于刀架當(dāng)前加工工位上各車(chē)刀刀尖位置的有向距離，也稱(chēng)為刀具偏置值。目前，國(guó)內(nèi)使用的數(shù)控車(chē)系統(tǒng)如FANUC0iT、HNC21-T、HNC8-T等均使用絕對(duì)補(bǔ)償。圖1刀具外形補(bǔ)償早期的數(shù)控車(chē)系統(tǒng)也有采用相對(duì)補(bǔ)償方式，在對(duì)刀時(shí)，假定1號(hào)刀為標(biāo)準(zhǔn)刀，其刀具外形補(bǔ)償值是機(jī)床回到機(jī)床零點(diǎn)、1號(hào)車(chē)刀旋轉(zhuǎn)至加工工位時(shí)工件坐標(biāo)系零點(diǎn)相對(duì)于1號(hào)車(chē)刀刀尖位置的有向距離。當(dāng)其他各車(chē)刀轉(zhuǎn)到加工位置時(shí)，其刀尖位置相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刀具刀尖位置會(huì)出現(xiàn)偏差，因此，將此有向偏差值ΔX、ΔZ作為其外形補(bǔ)償值。

2.3刀尖圓弧半徑補(bǔ)償

數(shù)控車(chē)床編程和對(duì)刀操作時(shí)，是以理想尖銳的車(chē)刀刀尖點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行的.為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度，實(shí)際加工中的車(chē)刀刀尖不是理想的尖點(diǎn)，總是有一個(gè)半徑不大的圓弧，刀尖的磨損還會(huì)改變小圓弧的半徑.刀尖半徑補(bǔ)償?shù)哪康木褪墙鉀Q刀尖圓弧可能引起的加工誤差.數(shù)控編程時(shí)假設(shè)固定的刀尖點(diǎn)沿零件輪廓移動(dòng)進(jìn)行車(chē)削，而實(shí)際上刀尖圓弧上的各個(gè)點(diǎn)都有可能是切削點(diǎn).在加工端面或圓柱面時(shí)，切削刃的移動(dòng)軌跡與零件輪廓重合，不會(huì)產(chǎn)生加工誤差.而在加工圓弧面或錐面時(shí)，車(chē)床的兩個(gè)軸聯(lián)動(dòng)，切削刃的移動(dòng)軌跡與零件輪廓不重合，則會(huì)造成欠切削或過(guò)切削的現(xiàn)象，采用刀具半徑補(bǔ)償功能，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡指的不是刀尖，而是刀尖上刀刃圓弧中心位置的運(yùn)動(dòng)軌跡.編程者以假想刀尖按零件實(shí)際輪廓編程，數(shù)控系統(tǒng)利用刀尖半徑補(bǔ)償功能自動(dòng)計(jì)算出刀尖的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，使車(chē)刀偏離零件輪廓一個(gè)刀具半徑值，使刀刃與工件輪廓相切，從而消除了刀尖圓弧半徑對(duì)工件形狀的影響，加工出所要求的工件輪廓.

3數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用及注意事項(xiàng)

3.1應(yīng)用

（1）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(lái)處理粗、精加工問(wèn)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。（2）保證工件位置不變的措施：首件試切完端面后，用鋼尺測(cè)量工件距三爪自定心卡盤(pán)端面的伸出長(zhǎng)度。當(dāng)更換工件時(shí)，用鋼尺檢測(cè)，保證下次裝夾后的伸出長(zhǎng)度略長(zhǎng)，并在程序中添加端面車(chē)削簡(jiǎn)單循環(huán)指令（如G94X-0.5Z0F0.2）即可確保后續(xù)零件和試切件在Z向的相對(duì)位置不改變。由于三爪自定心卡盤(pán)的自動(dòng)定心功能，重新裝夾后，零件在X向的相對(duì)位置不改變。

3.2刀具補(bǔ)償應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）正確判斷工件相對(duì)于刀具的位置。（2）G41、G42指令應(yīng)和G01、G00一起調(diào)用，并在切削完輪廓后用G40指令取消刀尖半徑補(bǔ)償。（3）在有錐面或圓弧加工時(shí)，必須在精車(chē)錐面或圓弧前一程序段或之前添加刀具半徑補(bǔ)償。（4）必須在刀具補(bǔ)償界面對(duì)應(yīng)位置準(zhǔn)確填入刀尖半徑值，作為CNC裝置自動(dòng)計(jì)算移動(dòng)補(bǔ)償量的依據(jù)。（5）正確判斷刀尖形狀方位參數(shù)，并在刀具補(bǔ)償界面對(duì)應(yīng)位置準(zhǔn)確填入假想刀尖的補(bǔ)償號(hào)，作為刀具半徑準(zhǔn)確方位補(bǔ)正的依據(jù)。（6）指令刀尖半徑補(bǔ)償G41、G42后，刀具路徑必須單方向遞增或遞減，即指定刀具路徑為Z軸負(fù)方向就不可向Z軸正方向走刀。如必須正向走刀，必須提前取消刀尖半徑補(bǔ)償。（7）建立刀尖補(bǔ)償后，需注意在Z向移動(dòng)量必須大于刀尖半徑，在X軸方向的移動(dòng)量必須大于二倍刀尖半徑才能保證不欠切。（8）切削工件右端面時(shí)，無(wú)需指令G41、G42進(jìn)行刀尖半徑補(bǔ)償，但是X軸進(jìn)給的終點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)為-2R，即刀尖越過(guò)工件中心線的距離恰好是刀尖圓弧半徑，這樣才能夠保證加工面的質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

隨著數(shù)控車(chē)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，在數(shù)控程序的編制過(guò)程中，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法以及刀具的補(bǔ)償參數(shù)的處理.正確合理使用刀具的補(bǔ)償功能，能夠減少加工誤差，保證工件的加工質(zhì)量，切實(shí)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率.

參考文獻(xiàn)：

[1]焦紅衛(wèi).基于FANUC-OiTD的刀尖圓弧半徑補(bǔ)償應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓，2013，41（4）：56-57.

（作者單位：皖西經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)校）