淺析數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓δ芗皯?yīng)用

1、國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定加工中心技師論文(國家職業(yè)資格二級)論文題目：淺析數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓δ芗皯?yīng)用姓 名： 身 份 證： 準(zhǔn)考證號： 所在省市： 江蘇省南京市 所在單位： 江寧技師學(xué)院 淺析數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓δ芎蛻?yīng)用 摘要：刀具半徑補(bǔ)償功能廣泛應(yīng)用在數(shù)控加工中。正確、靈活地運(yùn)用刀具半徑補(bǔ)償功能對簡化程序、降低編程難度、提高編程效率和零件加工精度有著十分重要的意義。關(guān)鍵字：數(shù)控加工；刀具補(bǔ)償；程序；功能 對數(shù)控系統(tǒng)使用帶有刀補(bǔ)功能的機(jī)床，其編程往往要以刀具中心為編程軌跡，使用刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?，在?zhí)行刀具補(bǔ)償后，數(shù)控系統(tǒng)就能自行計(jì)算刀具中心軌跡，使刀具中心偏離工件輪廓一

2、個(gè)刀具半徑值，這樣就能加工圖紙所要求的輪廓，同時(shí)還可利用同一個(gè)加工程序去完成粗加工和精加工，可以簡化編程工作。另外還可以控制零件的尺寸精度，大大提高了零件的質(zhì)量。  一、刀具半徑補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)知識 1.刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍钤跀?shù)控銑床上進(jìn)行工件輪廓的數(shù)控銑削加工時(shí)，由于存在刀具半徑，使得刀具中心軌跡與工件輪廓(即編程軌跡)不重合。如果數(shù)控系統(tǒng)不具備刀具半徑自動補(bǔ)償功能，則只能按刀具中心軌跡，即在編程時(shí)給出刀具的中心軌跡，如圖1所示的劃線軌跡進(jìn)行編程。其計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，尤其是當(dāng)?shù)毒吣p、重磨或換新刀而使刀具直徑變化時(shí)，必須重新計(jì)算刀具中心軌跡，并修改程序。這樣既復(fù)雜繁鎖，又不易保證加工精度。當(dāng)數(shù)

3、控系統(tǒng)具備刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)，數(shù)控程序只需按工件輪廓編寫，加工時(shí)數(shù)控系統(tǒng)會自動計(jì)算刀具中心軌跡，使刀具偏離工件輪廓一個(gè)半徑值，即進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償就是將計(jì)算刀具中心軌跡的過程交由數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行，編程員假設(shè)刀具的半徑為零，直接根據(jù)零件的輪廓形狀進(jìn)行編程。因此，這種編程方法也稱為對零件的編程，而實(shí)際的刀具半徑則存放在一個(gè)可編程刀具半徑偏置寄存器中。在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)零件程序和刀具半徑自動計(jì)算刀具中心軌跡，完成對零件的加工。當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時(shí)，不需要修改零件程序，只需修改放在刀具半徑偏置寄存器中的刀具半徑值或者選用存放在另一個(gè)刀具半徑偏置寄存器中的刀具半徑所對應(yīng)的刀具即

4、可。 圖1 未使用刀具半徑補(bǔ)償?shù)牡毒哌\(yùn)動軌跡 2.刀具半徑補(bǔ)償功能G41、G42、G40 G41指令為刀具半徑左補(bǔ)償(左刀補(bǔ))，G42指令為刀具半徑右補(bǔ)償(右刀補(bǔ))，G40指令為取消刀具半徑補(bǔ)償。這是一組模態(tài)指令，缺省為G40。 使用格式： 說明： (1)刀具半徑補(bǔ)償G41、G42判別方法，如圖2所示，規(guī)定沿著刀具運(yùn)動方向看，刀具位于工件輪廓(編程軌跡)左邊，則為左刀補(bǔ)(G41)，反之，為刀具的右刀補(bǔ)(G42)。 (2)使用刀具半徑補(bǔ)償時(shí)必須選擇工作平面(G17、G18、G19)，如選用工作平面G17指令，當(dāng)執(zhí)行G17指令后，刀具半徑補(bǔ)償僅影響X、Y軸移動，而對Z軸沒有作用。 (3)當(dāng)主軸順時(shí)

5、針旋轉(zhuǎn)時(shí)，使用G41指令銑削方式為順銑，反之，使用G42指令銑削方式為逆銑。而在數(shù)控機(jī)床為里提高加工表面質(zhì)量，經(jīng)常采用順銑，即G41指令。圖2 左(右)刀具半徑補(bǔ)償判別示意圖 3.刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⑴c撤銷刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⒕褪窃诘毒邚钠鸬饵c(diǎn)(起刀點(diǎn)位于零件輪廓之外，距離加工零件輪廓切入點(diǎn)較近)以進(jìn)給速度接近工件時(shí)，刀具中心軌跡從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個(gè)刀具半徑值的過程。刀具半徑補(bǔ)償偏置方向由G41(左補(bǔ)償)或G42(右補(bǔ)償)確定，如圖3所示。 圖3 刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⑴c撤銷(1)刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⒌毒甙霃阶笱a(bǔ)償 N10 G90 G54 G00 X-10. Y-10. Z

6、0；定義程序原點(diǎn)，起刀點(diǎn)坐標(biāo)為(-10，-10，0)。  N20 S900 M03；啟動主軸正傳,轉(zhuǎn)速為900r/min。  N30 G17 G01 G41 X0 Y0 D01；在X、Y平面建立刀具半徑左補(bǔ)償，刀具半徑偏置號D01。  N40 G01 Y50. ；直線插補(bǔ)首段零件輪廓。   刀具半徑右補(bǔ)償：  N30 G17 G01 G42 X0 Y0 D01；建立刀具半徑右補(bǔ)償。(其中，D01為調(diào)用D01號刀具半徑偏置寄存器中存放的刀具半徑值。) (2)刀具半徑補(bǔ)償?shù)某蜂N  與建立刀具半徑補(bǔ)償過程類似，在零件最后一段刀具半

7、徑補(bǔ)償軌跡加工完成后，刀具撤離工件，回到退刀點(diǎn)，在這個(gè)過程中應(yīng)取消刀具半徑補(bǔ)償，其指令用G40。退刀點(diǎn)也應(yīng)位于零件輪廓之外，距離加工零件輪廓退出點(diǎn)較近，可以與起刀點(diǎn)相同，也可以不相同。在圖3中假如退刀點(diǎn)與起刀點(diǎn)相同的話，其刀具半徑補(bǔ)償取消過程的命令如下：  N100 G01 X0 Y0；加工到工件原點(diǎn)。  N110 G01 G40 X-10 Y-10；取消刀具半徑補(bǔ)償，退回到退刀點(diǎn)。 (3)刀補(bǔ)使用時(shí)的注意事項(xiàng)：G41、G42為模態(tài)指令，可以互相注銷。在程序中如果使用G41或G42，在程序結(jié)束中就必須有G40。切換刀具半徑補(bǔ)償平面必須在補(bǔ)償撤銷下進(jìn)行。當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償值

8、為負(fù)時(shí)，在程序不變的情況下，就相當(dāng)于加工外輪廓變?yōu)榧庸?nèi)輪廓，即G41變?yōu)镚42。 使用刀具半徑補(bǔ)償時(shí)應(yīng)防止出現(xiàn)過切削現(xiàn)象：在使用和取消半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具必須在工件平面內(nèi)移動，并且移動距離不能小于刀具半徑補(bǔ)償值。如果加工工件半徑小于刀具半徑，就會發(fā)生過切現(xiàn)象， 只有工件圓角大于等于刀具半徑+精加工余量的情況下才能正常切削。 D00-D99為刀具補(bǔ)償號，D00是取消刀具補(bǔ)償。在加工之前刀具半徑補(bǔ)償值應(yīng)輸入刀具參數(shù)設(shè)置中。 G41(或G42)與G40之間的程序段不得出現(xiàn)任何轉(zhuǎn)移加工，如鏡像、子程序加工等。 加工結(jié)束時(shí)，刀具應(yīng)返回到開始位置，所以必須取消刀補(bǔ)功能。刀補(bǔ)功能的取消可以使用G40

9、指令來完成，取消刀補(bǔ)功能的程序也可以使用G00或G01指令進(jìn)行，但不能使用G02或 G03指令，而且會發(fā)生警報(bào)，并且程序停止運(yùn)行。在刀補(bǔ)功能的取消時(shí)，還要注意刀補(bǔ)功能的終點(diǎn)，應(yīng)安排在刀具離開工件后，防止發(fā)生碰撞。 二、刀具補(bǔ)償在加工中心的應(yīng)用 刀具半徑補(bǔ)償功用有一個(gè)重要的用處。假如刀具中心與工件概括偏差值不是一個(gè)刀具半徑，而是給定值，則可以用來處理粗加工中剩下廢料的疑問。在粗加工時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償值可認(rèn)為刀具半徑加上精加工余量，而在精加工時(shí)只輸入刀具實(shí)踐半徑值，這樣可使粗加工和精加工選用同一個(gè)程序、同一把刀具，其補(bǔ)償辦法為：刀具偏置值=刀具半徑+精加工余量，在粗加工時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償值是

10、可變的，直到粗加工完成，最終留出精加工時(shí)的批改量。零件圖紙如下圖4 所示。圖4 零件圖紙 1.根據(jù)圖樣要求、毛坯及前道工序加工情況，確定工藝方案及加工路線：以已加工過的底面為定位基準(zhǔn)，用通用臺虎鉗夾緊工件前后兩側(cè)面，臺虎鉗固定于銑床工作臺上。工步順序?yàn)殂姷断茸邎A軌跡，再用左刀具半徑補(bǔ)償加工外輪廓。 2.選擇機(jī)床設(shè)備根據(jù)零件圖樣要求，選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床即可達(dá)到要求。3.選擇刀具粗加工時(shí)，選用10的硬質(zhì)合金立銑刀，刀具號為T01，刀具半徑補(bǔ)償號為D01，補(bǔ)償值為5.2mm(0.2mm是精加工余量)。精加工時(shí)，選用10的硬質(zhì)合金立銑刀，刀具號為T01，刀具半徑補(bǔ)償號為D01，補(bǔ)償值為5mm

11、。 3.確定切削用量切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)該機(jī)床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定，詳見參考程序。 4.確定工件坐標(biāo)系和對刀點(diǎn)在XOY平面內(nèi)確定以工件中心為工件原點(diǎn)，Z方向以工件表面為工件原點(diǎn)，建立工件坐標(biāo)系，如圖4所示。采用手動對刀方法(操作與前面介紹的數(shù)控銑床對刀方法相同)把點(diǎn)O作為對刀點(diǎn)。 5.編寫程序這是實(shí)際生產(chǎn)中的圖形，編程方法很多，如果沒有使用刀具半徑補(bǔ)償值的話，只能按照圖5所示軌跡(OA'B'C'D'E'F'G'H'I'J'A'O)進(jìn)行切削，其實(shí)編程是按照刀具中心進(jìn)行編程的，這樣就需要根據(jù)零

12、件圖計(jì)算出刀具中心所經(jīng)過的各點(diǎn)A'B'C'D'E'F'G'H'I'J'坐標(biāo)來編程序：圖5 沒使用刀補(bǔ)的刀具運(yùn)動軌跡O0001；N005 T1；N010 G54 X0 Y0 Z100；N020 M03 S1900；N030 G90 G00 Z5 M08；N040 G01 Z-3 F150；N050 G01 X45 Y45；N060 G01 X105 Y45；N070 G01 X105 Y70；N080 G01 X145 Y70；N090 G01 X145 Y45；N100 G01 X170 Y45；N110 G03

13、X205 Y80 R35；N120 G01 X205 Y125.51； N130 G02 X175.51 Y155 R25；N140 G01 X45 Y155； N150 G01 X45 Y45；N160 G01 X0 Y0；N170 G00 X0 Y0 Z100 M09；N180 M05；N190 M30； 這樣編程有一個(gè)很不好解決的問題，就是刀具中心軌跡非常難計(jì)算，這里的例子是很簡單的，如果圖形相當(dāng)復(fù)雜，再加上有曲面的就沒法計(jì)算出刀具的軌跡了，也很難保證加工精度。如果建立刀具補(bǔ)償值就十分簡單了，無論多么復(fù)雜的圖形都能加工出來。同樣的應(yīng)用舉例：選用10mm的立銑刀來加工如圖4所示的零件外形輪

14、廓。如果使用刀具半徑補(bǔ)償功能，刀具自動偏離一定的值(刀具半徑+余量)，這樣我們只要按照零件的實(shí)際輪廓編程就簡單多了，如圖6所示軌跡(即OABCDEFGHIJAO)進(jìn)行切削，編寫的程序如下：O0002；N005 T1；N010 G54 X0 Y0 Z100； N020 M03 S1900；N030 G90 G00 Z5 M08； N040 G01 Z-3 F150； N050 G01 X30 Y30； N060 G42 D01 G01 X30 Y50； N070 G01 X100 Y50； N080 G01 X100 Y75； N090 G01 X150 Y75； N100 G01 X150 Y

15、50； N110 G01 X170 Y50； N120 G03 X200 Y80 R30； N130 G01 X200 Y120； N140 G02 X170 Y150 R30；N150 G01 X50 Y150； N160 G01 X50 Y40；N170 G40 G01 X0 Y0；N180 G00 X0 Y0 Z100 M09；N190 M05； N200 M30； 圖6 使用刀補(bǔ)后刀具運(yùn)動軌跡 使用刀具半徑補(bǔ)償功能，各坐標(biāo)點(diǎn)不用再計(jì)算了，可直接按照零件的輪廓進(jìn)行編程，簡化了程序，降低了編程難度，提高了生產(chǎn)效率。但在實(shí)際操作過程中，會有很多因素影響零件的精度，這時(shí)也可通過修改刀具半徑補(bǔ)償值來控制零件的加工精度。參考文獻(xiàn)：1.吳明友.數(shù)控機(jī)床加工技術(shù) 東南大學(xué)出版社.江蘇 2000；2.王愛玲等 實(shí)用數(shù)控與編程技術(shù) 北京：國防工業(yè)出版社 1993;3.李華. 機(jī)械制造技術(shù) 高等教育出版社 2000；4.翟瑞波主編