刀具半徑補償方法不當(dāng)引起的問題及解決對策

陳鑫燁

摘 要：正確的理解和使用刀具半徑補償功能，能夠減少數(shù)控編程中的繁瑣計算，會對手工編程和加工帶來很大的方便。然而，在實踐操作過程中，如果刀具半徑補償方法使用不當(dāng)就會引起工件過切等常見問題。該文借助生產(chǎn)加工實例，分析說明了由于刀具半徑補償方法使用不當(dāng)產(chǎn)生零件加工過切，影響工件加工質(zhì)量形成廢品的原因，并提出避免產(chǎn)生該問題的解決對策，確保了工件的尺寸和形狀精度，為刀具半徑補償方法更恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床 刀具半徑補償 過切 對策

中圖分類號：TG65 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0071-02

刀具半徑補償使用不當(dāng)會引起過切等現(xiàn)象，影響到零件加工質(zhì)量，甚至造成零件廢品[1]。該文借助生產(chǎn)加工實例，分析說明了由于刀具半徑補償方法使用不當(dāng)引起過切等現(xiàn)象形成廢品的原因并給出了解決對策。

1 刀具半徑補償

1.1 刀具半徑補償?shù)哪康?/p>

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)具備刀具半徑補償功能時，編程只需按工件輪廓線進行，數(shù)控系統(tǒng)會自動計算刀心軌跡坐標(biāo)，使刀具偏離工件輪廓一個半徑值，即進行半徑補償[2]。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進方向的左邊時，稱為刀具半徑左補償，用G41表示；刀具中心軌跡在編程軌跡前進方向的右邊時，稱為刀具半徑右補償，用G42表示；取消刀具半徑補償用G40表示[3]。

1.2 使用刀具半徑補償不當(dāng)常見的問題

（1）在指定平面G54～G59（如XY平面）內(nèi)的半徑補償，若有另一坐標(biāo)軸（Z軸）移動。如：刀具起始點O點，高度為100mm處，加工輪廓深度為10mm，刀具半徑補償在起始點處開始，若接近工件及切削工件時有Z軸移動，將會出現(xiàn)過切現(xiàn)象。

（2）加工半徑小于刀具半徑補償?shù)膬?nèi)圓弧：當(dāng)程序給定的內(nèi)圓弧半徑小于刀具半徑補償時，向圓弧圓心方向的半徑補償將會導(dǎo)致過切。所以只有“過度內(nèi)圓角R≥刀具半徑+加工余量（或修正量）”情況下才可正常切削。

（3）被銑削槽底寬小于刀具直徑。如果刀具半徑補償使刀具中心向編程路徑反方向運動，將會導(dǎo)致過切。在這種情況下，機床會報警并停留在該程序段的起始點。

（4）無移動類指令。在補償模式下使用無坐標(biāo)軸移動類指令有可能導(dǎo)致兩個或兩個以上語句沒有坐標(biāo)移動，出現(xiàn)過切現(xiàn)象。

（5）建立刀補和取消刀補的位置和時機的設(shè)置錯誤。建立刀補不能在加工輪廓上執(zhí)行，只能在切線切入工件前完成，如果在輪廓上執(zhí)行就有可能產(chǎn)生過切。加工凸模時在輪廓外執(zhí)行；加工凹模時在輪廓內(nèi)執(zhí)行。取消刀補則在切線切出后才執(zhí)行，如果在輪廓上執(zhí)行取消刀補就有可能產(chǎn)生過切[4]。

2 生產(chǎn)實例分析

2.1 零件結(jié)構(gòu)分析

零件主要包括凸臺、平面、凹槽、凸凹圓弧及圓孔等。在加工該類復(fù)雜零件時， 正確采用刀具半徑補償編程， 可以防止零件表面產(chǎn)生過切或欠切現(xiàn)象， 確保工件的尺寸和形狀精度。

2.2 產(chǎn)生過切現(xiàn)象

該零件的底板部分如圖1所示。在加工該外輪廓過程中采用刀具半徑左補償，為了提高表面質(zhì)量，保證零件曲面的平滑過渡，刀具沿零件輪廓延長線切入與切出。

數(shù)控程序如下：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

G00X-100Y-90；

…

M30；

但加工后，由于刀具半徑補償方法不當(dāng)引起了過切現(xiàn)象，成為廢品。

2.3 分析解決對策

（1）分析原因。

產(chǎn)品檢驗：加工軌跡（即A-B-C-D-E-F-G-H-I）如圖2所示，銑掉了陰影部分，在零件表面形成了過切，使零件造成廢品。

觀察過切現(xiàn)象出現(xiàn)在該加工工件的B-D段和 H-I段，推測出現(xiàn)該過切現(xiàn)象的原因是：①刀具半徑補償在起始點處開始，接近工件及切削工件時有Z軸移動；②建立刀補和取消刀補的位置和時機的設(shè)置錯誤。經(jīng)查看加工程序發(fā)現(xiàn)：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01； 在切入工件前完成建立刀補

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

接近工件時有Z軸移動

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

取消刀補過早

G00X-100Y-90；

…

M30；

分析研究表明：刀具雖然在切入工件前已完成刀補的建立，但“在接近工件時有Z軸的移動”，所以引起過切現(xiàn)象，銑掉了B-D段的陰影面積，而H-I段的陰影面積被銑掉的原因是“取消刀補過早”，使零件造成廢品。

（2）解決措施。

修改數(shù)控程序如下：

O0002

…

G00X-100Y-90；

Z5.0；

G01Z-12.0F100；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

X-80；

G40G01X-100Y-90；

…

M30；

實踐證明：可采用O2程序加工零件，刀具半徑補償加工輪廓如圖3所示，避免了過切現(xiàn)象的產(chǎn)生。

解決該輪廓加工中引起過切現(xiàn)象的措施是：

①只需把刀補程序段：“G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；”放置在Z軸移動程序段：“G01Z-12.0F100；”之后，就能避免B-D段過切現(xiàn)象；②取消刀補時，刀具必須在完全離開毛坯件I點后方可取消刀補，可避免退刀時引起的 H-I段過切現(xiàn)象。

3 結(jié)論

數(shù)控機床加工中， 有刀具半徑補償功能的數(shù)控系統(tǒng)，編程時不需要計算刀具中心的運動軌跡，只按零件輪廓編程。使用刀具半徑補償功能，能減少數(shù)控編程中的繁瑣計算，為程序編制提供方便。然而，在加工中使用刀具半徑補償功能時，可能造成加工過切等現(xiàn)象，影響到工件加工質(zhì)量。該文通過工件加工過程中，刀具半徑補償使用不當(dāng)出現(xiàn)過切現(xiàn)象的實例，對其形成廢品的原因進行了分析并提出避免產(chǎn)生過切問題的對策，以提高工件的加工精度。

參考文獻

[1] 王甫，岳宏梅.建立和取消刀補引起的過切現(xiàn)象及對策[J].制造業(yè)信息化，2009（11）：108-109.

[2] 楊衛(wèi)群.數(shù)控工藝員培訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[3] 顧京.數(shù)控加工編程與操作[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4] 羅斐.數(shù)控銑削加工中過切現(xiàn)象淺析[J].機械管理開發(fā)，2010（6）：76-77.

[5] 王朝翔.利用刀具半徑補償功能編程與加工實例[J].呂梁教育學(xué)院學(xué)報，2010（9）：101-103.