數(shù)控車削中的刀尖圓弧半徑補(bǔ)償

1、數(shù)控車削中刀尖圓弧半徑對(duì)加工的影響唐思遠(yuǎn) （湖南郴州技術(shù)學(xué)院 423000）【摘要】系統(tǒng)分析了數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑對(duì)工件尺寸、形狀的影響，并通過(guò)舉例加以說(shuō)明，提出相應(yīng)的解決措施。關(guān)鍵詞：數(shù)控；刀尖圓弧半徑補(bǔ)償；刀尖方位；存儲(chǔ)器一 問(wèn)題的提出 數(shù)控加工中刀具功能又稱為T(mén)功能，它是進(jìn)行刀具選擇和刀具補(bǔ)償?shù)墓δ苤噶?。?shù)控車床的刀具補(bǔ)償功能包括刀具位置補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償兩個(gè)方面。對(duì)于刀具位置補(bǔ)償，一般地，操作者都比較重視，在加工前通過(guò)建立刀具偏置值來(lái)實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于刀尖圓弧半徑補(bǔ)償則比較容易忽視；而在數(shù)控仿真操作或?qū)嶋H加工過(guò)程中，往往因?yàn)檫@一點(diǎn)造成工件尺寸超差、形狀異樣，工件報(bào)廢。二 刀尖圓弧半

2、徑補(bǔ)償?shù)母拍睿═ool Nose Radius Compensation）編制數(shù)控車床加工程序時(shí)，總是將刀尖看作一個(gè)點(diǎn)，如圖（一）所示。但是在實(shí)際加工中，這種理想的刀具狀態(tài)是不存在的，因?yàn)闊o(wú)論用哪種材料做刀具，主、副切削刃的交點(diǎn)不可能是一個(gè)理想的點(diǎn)，而是存在一個(gè)圓弧過(guò)渡；另一方面，為了提高刀具剛度、延長(zhǎng)使用壽命和降低加工表面粗糙度，通常也要將車刀刀尖刃磨成半徑不大的圓弧，一般圓弧半徑R在0.41.6mm之間(一般可通過(guò)對(duì)刀儀測(cè)量出來(lái))。如圖（二）所示，編制加工程序時(shí)總是以理論刀尖P點(diǎn)來(lái)編程，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)準(zhǔn)備功能指令來(lái)控制P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；而實(shí)際切削時(shí)，真正起作用的切削刃是圓弧的各切點(diǎn)，這勢(shì)必造成

3、切削加工不足（不到位）或切削過(guò)量（過(guò)切）的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致工件表面的形狀誤差和尺寸誤差。刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能就是用來(lái)補(bǔ)償由于刀尖圓弧半徑引起的工件誤差的。圖（一） 車刀的假設(shè)刀尖及刀刃圓弧 圖（二） 刀尖圓弧半徑對(duì)加工精度的影響分析圖（二）可以發(fā)現(xiàn)，在切削圓錐（或圓弧部分）時(shí)，如果仍以理論刀尖P點(diǎn)來(lái)編程，圓弧刀刃各切點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與工件要求的軌跡之間存在陰影部分的誤差，而且刀尖圓弧半徑越大，加工誤差就越大。因此，對(duì)刀尖圓弧半徑進(jìn)行補(bǔ)償是十分必要的。值得特別提出的是，切削工件端面時(shí)，車刀圓弧的切點(diǎn)A與理論刀尖P點(diǎn)的Z坐標(biāo)值是相同的；切削柱段（外圓）時(shí)，車刀圓弧的切點(diǎn)B與理論刀尖P點(diǎn)的X坐標(biāo)值相同，切

4、削出的工件沒(méi)有，形狀誤差和尺寸誤差。因此可以不必考慮刀尖半徑補(bǔ)償。如圖（三）所示。 圖（三） 刀尖圓弧半徑對(duì)端面、外圓切削無(wú)影響三 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)姆较颍═ool Nose Radius Compensation Direction）與數(shù)控銑削加工的刀具半徑補(bǔ)償一樣，車削加工也分為左補(bǔ)償（用G41指令）和右補(bǔ)償（用G42指令）。在進(jìn)行刀尖半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具和工件的相對(duì)位置以及刀具的運(yùn)動(dòng)方向，決定了補(bǔ)償?shù)姆较?。圖（四）描述了刀尖半徑補(bǔ)償方向。順著刀尖運(yùn)動(dòng)方向看，刀具處于 工件的左側(cè)，即為刀尖左補(bǔ)償，用G41 圖（四） 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償方向的判定指令；刀具處于工件的右側(cè)，即為刀尖右補(bǔ)償，用G42指

5、令；取消刀尖半徑的左補(bǔ)償或右補(bǔ)償，用G40指令，此時(shí)車刀軌跡按理論刀尖軌跡運(yùn)動(dòng)。四 實(shí)現(xiàn)刀尖半徑補(bǔ)償功能的參數(shù)設(shè)置在加工工件之前，必須將刀尖半徑補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)參數(shù)輸入到數(shù)控機(jī)床的相應(yīng)存儲(chǔ)器中，以便使數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀尖的圓弧半徑所引起的誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)的補(bǔ)償功能不僅可以自動(dòng)完成刀具中心軌跡的偏置，而且還能自動(dòng)完成直線間轉(zhuǎn)接、圓弧間轉(zhuǎn)接和直線與圓弧轉(zhuǎn)接等尖角過(guò)渡。其計(jì)算方法視系統(tǒng)不同而有所區(qū)別，且與數(shù)控編程關(guān)系不大，基于篇幅所限，在此不贅述。刀尖半徑R 工件的形狀與刀尖半徑的大小有直接關(guān)系，必須將刀尖圓弧半徑輸入到存儲(chǔ)器中。如圖（五）所示。 a) FANUC0I系統(tǒng) b) FANUC0系統(tǒng)

6、圖（五）刀具參數(shù)寄存器界面刀尖方位T 它是描述刀具理論刀尖與刀尖圓弧中心相對(duì)位置的一種編號(hào)，因此也有“刀具形式編號(hào)”之稱。刀尖的方位會(huì)影響工件實(shí)際切削軌跡，所以刀具補(bǔ)償除了刀尖圓弧半徑外還應(yīng)包括刀具的刀尖方位。不同的刀具結(jié)構(gòu)，其理論刀尖相對(duì)刀尖圓弧中心的位置存在以下幾種可能：右上（1）、左上（2）、左下（3）、右下（4）、右（5）、 圖（六） 刀尖方位的判定上（6）、左（7）、下（8）、中（9/0 即理論刀尖與刀尖圓弧中心重合）。參數(shù)的輸入 進(jìn)入刀具參數(shù)偏置界面，通過(guò)移動(dòng)光標(biāo)選擇刀號(hào)，將刀具位置補(bǔ)償值（X、Z向）、刀尖圓弧半徑R以及刀尖方位T輸入到刀具偏置寄存器中，如圖（五）所示。若某程序段中

7、編入了補(bǔ)償指令“N200 G42 G01 X36 Z2 T0101”，則在自動(dòng)加工過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)01號(hào)刀具補(bǔ)償欄內(nèi)的X、Z、R、T的數(shù)值，自動(dòng)修正該號(hào)刀具的位置誤差和進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。值得說(shuō)明的是，采用刀尖半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡指的不是理論刀尖，而是刀尖上刀刃圓弧的中心位置，這一點(diǎn)在建立工件坐標(biāo)系時(shí)就需要特別注意。五 編程舉例工件毛坯鍛件80×110mm。在切除余量時(shí)的粗車循環(huán)使用G71功能，刀具：外圓左偏刀T01，刀尖方位3，刀尖圓弧半徑R1.2；精車循環(huán)使用G70功能，刀具外圓左偏刀T02，刀尖方位3，刀尖圓弧半徑R0.6。編程零點(diǎn)選擇在工件右端面。程序編制如下。 O

8、0012 N10 G50 X120 Z150 N20 M03 S260 N30 T0101（換01號(hào)刀，01號(hào)刀補(bǔ)） N40 G41 G00 X82 Z0（建立左徑補(bǔ)） N50 G01 X0.5 F0.1（車右端面） N60 G40 G00 X82 Z20（取消徑補(bǔ)）N70 G71 U2 R1 N80 G71 P90 Q180 U0.5 W0.2 F0.2 N90 G42 G00 X46 Z2（建立右徑補(bǔ)） N100 Z0N110 X50 W2（倒角2×45°）N120 Z40N130 X64 Z56N140 Z70N150 X70 N160 G03 X76 Z73 R3 N170 G01 Z90 N180 G40 G01 X80 W10（取消徑補(bǔ)） N190 G00 X120 Z150N200 T0202（換02號(hào)刀，02號(hào)刀補(bǔ)）N210 G70 P90 Q180 S460 F0.1N220 G00 X120 Z150N230 M05N240 M02六 結(jié)束語(yǔ)用帶刀尖圓弧半徑的車刀加工工件時(shí)，若數(shù)控機(jī)床不具備刀尖半徑補(bǔ)償功能，也可采用刀尖圓弧中心