FANUC數(shù)控車床加工過程中刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用介紹

1、數(shù)控車床加工過程中刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用介紹前言數(shù)控車床通常連續(xù)實(shí)行各種切削加工，刀架在換刀時(shí)前一刀具刀尖位置和新?lián)Q的刀具位置之間會(huì)產(chǎn)生差異，刀具安裝也存在誤差、刀具磨損和刀尖圓弧半徑等誤差，若不利用刀具補(bǔ)償功能予以補(bǔ)償，就切削不出符合圖樣要求形狀的零件。此外，合理利用刀具補(bǔ)償還可以簡(jiǎn)化編程。數(shù)控車床的刀具補(bǔ)償可分為兩類，即刀具位置補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。1 刀具位置補(bǔ)償加工過程中，若使用多把刀具，通常取刀架中心位置作為編程原點(diǎn)，即以刀架中心 ! 為程序的起始點(diǎn)，如圖1 所示，而刀具實(shí)際移動(dòng)軌跡由刀具位置補(bǔ)償值控制。 由圖 1（a）可見，刀具位置補(bǔ)償包含刀具幾何補(bǔ)償值和磨損補(bǔ)償值。圖 1 刀具位置補(bǔ)償由于

2、存在兩種形式的偏移量，所以刀具位置補(bǔ)償使用兩種方法，一種方法是將幾何補(bǔ)償值和磨損補(bǔ)償值分別設(shè)定存儲(chǔ)單元存放補(bǔ)償值，其格式為：另一種方法是將幾何偏移量和磨損偏移量合起來補(bǔ)償，如圖（b）所示，其格式為：總補(bǔ)償值存儲(chǔ)單元編號(hào)有兩個(gè)作用， 一個(gè)作用是選擇刀具號(hào)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值，并執(zhí)行刀具位置補(bǔ)償功能； 另一個(gè)作用是當(dāng)存儲(chǔ)單元編號(hào)00 時(shí)可以取消位置補(bǔ)償，例如 t0100，表示消去 +號(hào)刀具當(dāng)前的補(bǔ)償值。圖2 表示位置補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑘D 2 中的實(shí)線是刀架中心a 點(diǎn)的編程軌跡線，虛線是執(zhí)行位置補(bǔ)償時(shí)a 點(diǎn)的實(shí)際軌跡線，實(shí)際軌跡的方位和x、z 軸的補(bǔ)償值有關(guān)，其程序?yàn)椋簄010 g00 x10 z-10 t020

3、2；n020 g01 z-30；n030 x20 z-40 t0200；圖 2 刀具位置補(bǔ)償作用數(shù)控車床系統(tǒng)刀具結(jié)構(gòu)如圖3 所示，圖 3 中 p為假想刀尖， s 為刀頭圓弧圓心， r 為刀頭半徑， a 為刀架參考點(diǎn)。圖 3 車刀結(jié)構(gòu)車床的控制點(diǎn)是刀架中心，所以刀具位置補(bǔ)償始終需要。刀具位置補(bǔ)償是用來實(shí)現(xiàn)刀尖圓弧中心軌跡與刀架參考點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)圖 3 中 a 與 s之間的轉(zhuǎn)換，但是實(shí)際上我們不能直接測(cè)得這兩個(gè)中心點(diǎn)之間的距離矢量，而只能測(cè)得假想刀尖 ! 與刀架參考點(diǎn) $ 之間的距離。為了簡(jiǎn)便起見，不妨假設(shè)刀頭半徑r=0，這時(shí)可采用刀具長(zhǎng)度測(cè)量裝置測(cè)出假想刀尖點(diǎn) p相對(duì)于刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo)和，并

4、存入刀具參數(shù)表中。式中：假想刀尖 p點(diǎn)坐標(biāo)；（x，z） 刀架參考點(diǎn) a 的坐標(biāo)。至此很容易寫出刀具位置補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式為式中假想刀尖 p 的坐標(biāo)實(shí)際上即為加工零件軌跡點(diǎn)坐標(biāo)，可從數(shù)控加工程序中獲得。此時(shí)，零件輪廓軌跡經(jīng)式（2）補(bǔ)償后，即能通過控制刀架參考點(diǎn)a來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于圖 3 中 r0 的情況，在進(jìn)行刀具位置補(bǔ)償時(shí)， 不但需要考慮到刀頭圓弧半徑的補(bǔ)償，而且還要考慮到刀具的安裝方式（具體見2.2） 。2 刀具半徑補(bǔ)償編制加工程序時(shí)，一般是將刀尖看作是一個(gè)點(diǎn)，然而實(shí)際上刀尖是有圓弧的，在切削內(nèi)孔、外圓及端面時(shí)，刀尖圓弧不影響加工尺寸和形狀，但在切削錐面和圓弧時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致刀具的行走軌跡與編程軌跡不相吻

5、合，而有一差值。圖 4 表示圓弧刀尖有半徑補(bǔ)償和無半徑補(bǔ)償時(shí)的軌跡。從圖中可以看出，采用假想刀尖 p編程時(shí)，刀具圓弧中心軌跡如圖4 中雙點(diǎn)劃線所示，刀具實(shí)際加工軌跡和工件要求的輪廓形狀存在誤差，誤差大小和圓弧半徑r 有關(guān)。若采用刀具圓弧中心編程并使用半徑補(bǔ)償功能時(shí)刀具圓弧中心的軌跡是圖4 中的細(xì)實(shí)線，加工軌跡和工件要求的輪廓相等。圖 4 圓弧刀尖有半徑補(bǔ)償和無半徑補(bǔ)償時(shí)的軌跡因?yàn)檐嚨兜陌惭b和幾何形狀較復(fù)雜，下面通過幾個(gè)方面作進(jìn)一步闡述. 2.1 假想刀尖 p的方位確定假想車刀刀尖 p 相對(duì)圓弧中心的方位與刀具移動(dòng)方向有關(guān)，它直接影響圓弧車刀補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果。 圖 5 是圓弧車刀假想刀尖方位及代碼。

6、從圖中可以看出，刀尖 p的方位有八種，分別用18 八個(gè)數(shù)字代碼表示，同時(shí)規(guī)定，刀尖取圓弧中心位置時(shí)，代碼為0 或 9，可以理解為沒有圓弧補(bǔ)償。圖 5 圓弧車刀假想刀尖方位及代碼2.2 圓弧半徑補(bǔ)償和位置補(bǔ)償?shù)年P(guān)系如果按照刀架中心a 點(diǎn)作為編程起始點(diǎn)，不考慮圓弧半徑補(bǔ)償，則車刀在x 軸和 z 軸補(bǔ)償值按照?qǐng)D 1（b）所示方法確定。既要考慮車刀位置補(bǔ)償，又要考慮圓弧半徑補(bǔ)償， 此時(shí)車刀在 x 軸和 z 軸的位置補(bǔ)償值可以按照?qǐng)D6 所示方法確定，而將刀具的圓弧半徑r 值放入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，在加工時(shí)數(shù)控裝置自動(dòng)進(jìn)行圓弧半徑補(bǔ)償。在刀具代碼t 中的補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，存放一組數(shù)據(jù)： x 軸 z 軸

7、的長(zhǎng)度補(bǔ)償值，圓弧半徑補(bǔ)償值和假想刀尖方位（09） 。操作時(shí)，可以將每一把刀具的四個(gè)數(shù)據(jù)分別輸入刀具補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償（表1） 。圖 6 圓弧車刀位置補(bǔ)償表 1 刀具補(bǔ)償值2.3 圓弧半徑自動(dòng)補(bǔ)償軌跡刀具半徑是否補(bǔ)償以及采用何種方式補(bǔ)償，是由g 指令中的 g40、g41、g42 決定的：g40_刀具半徑補(bǔ)償取消，即使用該指令后，使g41、g42 指令無效。g41_刀具半徑左補(bǔ)償，即沿刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具位于工件左側(cè)時(shí)的刀具半徑補(bǔ)償。g42_刀具半徑右補(bǔ)償，即沿刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具位于工件右側(cè)時(shí)的刀具半徑補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償?shù)某绦蚋袷綖椋篻40_； 消除補(bǔ)償；g41_； 半徑補(bǔ)償

8、起始程序段；_；圖 7 刀具補(bǔ)償過程從圖 7 可以看出，在起始程序段中，刀具在移動(dòng)過程中逐漸加上補(bǔ)償值。當(dāng)起始程序段結(jié)束之后，刀具圓弧中心停留在程序設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)的垂線上，距離是半徑補(bǔ)償值。3 數(shù)控車床不具備刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)的刀具補(bǔ)償計(jì)算當(dāng)數(shù)控車床沒有刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)，用圓頭車刀加工工件時(shí)，就要用計(jì)算的方法來求解刀具半徑補(bǔ)償量。3.1 按假想刀尖編程加工錐面如圖 8 所示，若假想刀尖沿工件輪廓ab 移動(dòng)，即與 ab 重合，并按 ab尺寸編程，則必然產(chǎn)生圖8（a）中 abcd 殘留誤差。因此按圖8（b）所示，使車刀的切削點(diǎn)移至ab，并沿 ab 移動(dòng)，從而可避免殘留誤差， 但這時(shí)假想刀尖軌跡與輪廓

9、在z 方向相差了 z。式中： r 為刀具圓弧半徑； 為錐面斜角。因此可直接按假想刀尖軌跡的坐標(biāo)值編程，在 x 方向和 z 方向予以補(bǔ)償 z即可。圖 8 車錐面刀補(bǔ)償示意圖3.2 按假想刀尖編程加工圓弧當(dāng)車削圓弧表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖9 所示的情況。圖 9（a）為車削半徑為 r的凸圓弧，由于p 的存在，則刀尖 # 點(diǎn)所走的圓弧軌跡并不是工件所要求的圓弧形狀。其圓心為“” ，半徑為“r+r” ，此時(shí)編程人員仍按假想刀尖p點(diǎn)進(jìn)行編程，不考慮刀尖圓弧半徑的影響， 但要求加工前應(yīng)在刀補(bǔ)值上給z 向和 x 向分別加一個(gè)補(bǔ)償量r。同理，在切削凹圓弧，如圖9（b）時(shí)，則在 x 向和 z 向分別減一個(gè)補(bǔ)償量r。圖 9 車圓弧刀補(bǔ)示意圖3.3 按刀尖圓弧中心軌跡編程圖 10 所示零件是由三段凸圓弧和凹圓弧構(gòu)成的，這時(shí)可用虛線所示的三段等距線進(jìn)行編程，即圓半徑為圓半徑為圓半徑為，三段圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)由等距的切點(diǎn)關(guān)系求得。這種方法編程比較直觀，常被采用。圖 10 按刀尖圓弧中心編程4 結(jié)束語(yǔ)