數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償研究

1、數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償研究鄧忠武漢理工大學(xué)通信與信息工程系,武漢 (430070E-mail: hornbybla摘要:介紹了刀具半徑補償功能的原理, 探討了數(shù)控編程實踐中運用刀具半徑補償功能巧妙地解決加工中出現(xiàn)的工件輪廓尺寸變化和刀具磨損等因素引起的加工誤差問題。關(guān)鍵詞:數(shù)控編程;刀具半徑補償;加工應(yīng)用1. 引言在數(shù)控銑床上進行輪廓加工時, 因為銑刀有一定的半徑, 所以刀具中心(刀心 軌跡和工件輪廓不重合。如不考慮刀具半徑, 直接按照工件輪廓編程是比較方便的, 而加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈(加工外輪廓時 或大了一圈(加工內(nèi)輪廓時 , 為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑,

2、這就是所謂的刀具半徑補償。如圖1所示,應(yīng)用刀具半徑補償功能時, 只需按工件輪廓軌跡進行編程, 然后將刀具半徑值輸入數(shù)控系統(tǒng)中, 執(zhí)行程序時, 系統(tǒng)會自動計算刀具中心軌跡進行刀具半徑補償, 從而加工出符合要求的工件形狀【1】,當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時, 也無需更改加工程序, 使編程工作大大簡化。實踐證明, 靈活應(yīng)用刀具半徑補償功能, 合理設(shè)置刀具半徑補償值, 在數(shù)控加工中有著重要的意義。 圖1 刀具補償示意圖2. 刀具半徑補償?shù)某Ｓ梅椒?.1 B刀補特點:刀具中心軌跡的段間都是用圓弧連接過渡。優(yōu)點:算法簡單,實現(xiàn)容易。缺點:(1外輪廓加工時,由于圓弧連接時,刀具始終在一點切削,外輪廓尖角被加工成小圓

3、角。(2內(nèi)輪廓加工時,必須由編程人員人為的加一個輔助的過渡圓弧,且必須保證過渡圓弧的半徑大于刀具半徑。這樣:一是增加編程工作難度;二是稍有疏忽,過渡圓弧半徑小于刀具半徑時,會因刀具干涉而產(chǎn)生過切,使加工零件報廢。2.2 C 刀補特點:刀具中心軌跡段間采用直線連接過渡。直接實時自動計算刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點。優(yōu)點:尖角工藝性好;在加工內(nèi)輪廓時,可實現(xiàn)過切自動預(yù)報。 兩種刀補在處理方法上的區(qū)別:B 刀補采用讀一段,算一段,走一段的處理方法。故無法預(yù)計刀具半徑造成的下一段軌跡對本段軌跡的影響。C 刀補采用一次對兩段進行處理的方法。先處理本段,再根據(jù)下一段來確定刀具中心軌跡的段間過渡狀態(tài),從而完成本段

4、刀補運算處理。下面我們主要討論C 刀具半徑補償功能。如圖2所示,AB 段為B 刀補,AB段為C 刀補。刀具編程軌跡刀具G41G42刀具中心軌跡C”C'AB'C AB圖2 B 刀補,C 刀補示意圖3. 刀具半徑補償?shù)墓ぷ髟?.1 C 刀具半徑補償功能的實現(xiàn)只有B 刀具半徑補償功能的NC 系統(tǒng),在數(shù)控加工時,采取讀一段,算一段,走一段的控制方法。因此,無法預(yù)計由于刀補半徑補償所造成的下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響。為了解決這一問題,需要在計算完本段編程軌跡后,提前將下段程序讀入,然后根據(jù)它們之間的轉(zhuǎn)接具體情況,求得本段程序的刀具中心軌跡。按照這一思路,具有C 刀具半徑補償功能

5、的NC 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置多個數(shù)據(jù)寄存區(qū)【2】,如圖3所示。 圖3 帶C刀補功能NC系統(tǒng)的工作流程3.2 刀具半徑補償?shù)慕⑴c撤銷刀具半徑補償包括刀具半徑補償?shù)慕?刀具半徑補償?shù)倪M行及刀具半徑補償?shù)淖N。進入C刀補程序,首先判斷刀具半徑補償是否已經(jīng)建立。若沒有建立,則調(diào)用刀補建立子程序。刀補建立后,設(shè)置標(biāo)志并返回。若刀補已經(jīng)建立,接下來判斷下一個程序段是否包括G40指令,有G40指令則調(diào)用刀補注銷子程序,取消刀補,清標(biāo)志后退出。無G40指令則進入刀具半徑補償程序。刀具半徑補償建立過程中的刀具中心運動軌跡由切入程序段形成。切入程序段既是由起刀點到切入零件輪廓并形成了刀具半徑補償?shù)某绦蚨?該程序段只能是

6、直線段(G00或G01程序段。刀具半徑補償注銷過程中,刀具中心的運動軌跡由刀具半徑補償注銷程序段形成。注銷程序段只能是直線(即G00或G01程序段。刀具半徑補償注銷過程是刀具半徑補償建立過程的逆過程。如圖4所示。編程軌跡刀具中心軌跡刀補進行起刀點刀補建立刀補撤銷圖4 刀具半徑補償?shù)墓ぷ鬟^程3.3 程序段間的轉(zhuǎn)接實現(xiàn)C刀具半徑補償功能,首先要對相鄰編程軌跡的轉(zhuǎn)接類型及轉(zhuǎn)接過渡類型進行判別,然后才能根據(jù)轉(zhuǎn)接線型和轉(zhuǎn)接過渡類型調(diào)用相應(yīng)的計算公式,通過計算在原程序編程軌跡的基礎(chǔ)上得到刀具中心軌跡【3】。對于具有直線,圓弧插補功能的NC系統(tǒng),其相鄰兩段程序編程軌跡不外乎以下幾種轉(zhuǎn)接類型:直線與直線轉(zhuǎn)接;

7、直線與圓弧轉(zhuǎn)接;圓與直線轉(zhuǎn)接;圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接。相鄰兩段編程軌跡矢量間夾角的不同,刀具補償方式的不同(G41或G42,對應(yīng)的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接過渡類型也不同,概括起來有三種轉(zhuǎn)接過渡類型,即縮短型,伸長型和插入型【4】。刀具中心軌跡轉(zhuǎn)接過渡類型判別的規(guī)律示于表1中,按逆時針方向定義夾角a為轉(zhuǎn)接角。表1 轉(zhuǎn)接過渡類型判別表 轉(zhuǎn)接過渡類型判別的程序框圖如圖5,其中1代表調(diào)用各類型轉(zhuǎn)接子程序。 圖5 轉(zhuǎn)接過渡類型判別程序框圖4. 應(yīng)用刀具半徑補償功能的注意事項如上所述, 深刻理解刀具半徑補償?shù)脑? 靈活應(yīng)用刀具半徑補償功能、合理設(shè)置刀具偏移量R, 在數(shù)控加工中具有非常重要的意義。實際使用刀具半徑補償功

8、能時, 必須注意以下幾點: (1 使用刀具半徑補償時, 應(yīng)避免過切削現(xiàn)象: 若加工半徑小于刀具半徑的內(nèi)圓弧時, 進行半徑補償將產(chǎn)生過切削; 只有過渡圓角半徑大于刀具半徑r 與精加工余量之和的情況下, 才能正常切削, 避免過切削。(2 G41、G42、G40 必須在G00或G01模式下使用。G41、G42不能重復(fù)使用, 且在使用時不允許有兩句連續(xù)的非移動指令。(3 刀具補償參數(shù)在加工或運行之前, 必須設(shè)定在相應(yīng)的存儲器中。半徑補償功能是數(shù)控銑削中很重要的功能, 它可以減少數(shù)控編程中的繁瑣計算簡化編程,最重要的是它可以通過修改刀具中半徑補償參數(shù)就可以控制輪廓尺寸,從而使刀具磨損后程序仍不要修改,

9、在宏程序加工中半徑補償功能作用更明顯, 半徑補償參數(shù)可以內(nèi)部傳遞?？傊? 刀具補償功能在數(shù)控加工中有著非常重要的作用, 靈活、合理地運用刀具補償參數(shù), 并深刻理解刀具補償原理, 以及正確編制程序是保證數(shù)控加工有效性、準(zhǔn)確性的重要因素【5】。 參考文獻 1 2 3 4 5 張立仁.數(shù)控機床及應(yīng)用.北京: 機械工業(yè)出版社.2005. 任云田 焦振學(xué) 王宏甫.機床計算機數(shù)控技術(shù).北京:北京理工大學(xué)出版社.2002 熊光華.數(shù)控機床M. 北京: 機械工業(yè)出版社.2001. 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)M. 北京:國防工業(yè)出版社. 2002. 林弈鴻.機床數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用.北京: 機械工業(yè)出版社.1

10、994. Study of Cutter Radius Compensation in NC Machining Deng Zhong Wuhan University of Technology Communication And Information engineering, Wuhan (430070 Abstract This paper introduces the functions and principle of tool radius compensation and discusses theapplicational skill of tool radius compensation in NC programming practice to solve the machining