【正文】 刀具半徑補償在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用研究 系 部：機電工程系 專 業(yè)：數(shù)控技術(shù) 班 級：數(shù)控（ 2）班 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職稱： 江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書 機電工程系部 數(shù)控 專業(yè) 2020 級（ 2020 屆） 2 班 學(xué)生 題 目： 刀具半徑補償功能在數(shù)控銑削中的應(yīng)用研究 專題題目 原始依據(jù)： 工作基礎(chǔ)：刀具半徑補償功能的研究目前已被廣 泛應(yīng)用于數(shù)控加工中，同時也是提高數(shù)控加工精度，產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要的研究課題。 刀具半徑補償功能還有一個很重要的用途就是實現(xiàn)零件的粗、精加工。 (4)在補償撤消時，只能用 G01或 GoO，不能用圓弧插補指令 (G02及 G03)，否則會產(chǎn)生報警且刀具停止；在“單程序段”方式下，執(zhí)行一個程序段后停止，再一次按起動按扭，執(zhí)行下一個程序段而不再讀 取下一個程序段。刀具半徑補償。 [6]陳小紅，顧其俊，孟慶波 . 刀具補償應(yīng)用研究。 數(shù)控機床刀具補償?shù)膽?yīng)用研究 。 數(shù)控銑削加工中靈活運用刀具半徑補償。 指導(dǎo)教師簽字 ： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 機電工程系部 數(shù)控 專業(yè) 08 級（ 2020 屆） 2 班 學(xué)生 題 目：刀具半徑補償在數(shù)控銑削加工中的應(yīng)用研究 （一）本課題來源及研究現(xiàn)狀： （ 1）課題來源及意義 該課題是根據(jù) 在數(shù)控銑削中刀具半徑補償功能的應(yīng)用來論述的。但是在加工中，還是存在一定的問題。在零件加工過程中，刀具由于磨損而使其半徑變小，若造成工件誤差超出其工件公差，則不能滿足加工 要求。 (2)在補償開始時，只能用 G01或 Goo，不能用圓弧插補指令 (G02或 G03)，否則 會產(chǎn)生報警。通過刀具半徑補償指令， CNC 系統(tǒng)可以根據(jù)補償量或者實際的刀具尺寸，使機床自動加工出符合程序要求的零件。刀具半徑補償。陜西理工學(xué)院 機電工程系， 2020， 11： 44。常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2020， 5： 86—— 87。 [12]穆國巖，張遠(yuǎn)山，范麗杰。湖南科技職業(yè)學(xué) 院， 西北工業(yè)大學(xué)， 2020， 33（ 2）： 220—— 222。針對刀具半徑補償功能在數(shù)控銑削中的應(yīng)用 ， 研究其在加工中存在的問題并對此進(jìn)行解決，盡量避免此類問題的發(fā)生，同時介紹了刀具材料及其如何選用。但是在加工中，還是存在一定的問題。 圖 刀具半徑補償功能在零件的粗、精加工中的應(yīng)用 刀具半徑補償功能還有一個很重要的用途就是實現(xiàn)零件的粗、精加工。這時刀具中心將沿輪廓 的內(nèi)側(cè)切削，如圖 。 N07 G42 G01 Y30 D02 F100。 N04 G03 X172 Y64 R184。 N12 G03 X181 Y30 R184。 N20 G02 X30 R30。數(shù)控銑床具備刀具半徑補償功能時，只需要按工件輪廓編寫程序即可，設(shè)置好補償值，系統(tǒng)會自動計算刀心軌跡，相當(dāng)?shù)姆奖? 一般要在未銑削到工件之前下刀補，在零件加工完之后取消刀補 。 圖 鈍角內(nèi)圓弧輪廓去余量 2)銳角內(nèi)圓弧去余量。正 確的編程方法是 :銑完第一圈沿切線方向切出時， 先取消刀補，下刀后 ，再建立刀補，調(diào)用子程序銑削 第二圈。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 10 圖 圖 刀具半徑補償軌跡 O 0001 N1 G90 G54 S1000 M03； N2 G00 Z100； N3 X0 Y0； N4 G0l G41 X20 Y10 D01 F100； N5 Z2； N6 Z10； N7 Y50； N8 X50； N9 Y20； N10 X10； N11 G00 Z100； N12 G40 X0 Y0； N13 M05； N14 M30； 根據(jù)刀具半徑補償功能編程規(guī)則，在 XOY平面內(nèi) (或平行于 XOY平面的平面內(nèi) )建立刀具半徑補償后，不能連續(xù)出現(xiàn)兩段 z軸的移動指令，否則會出現(xiàn)補償位置不正確。 如下段程序 : N1 0 G 00 Z5 N2 0 G00 X0 Y0 N3 0 M 03 S600 N4 0 G42 G00 X50 Y7 D01 N5 0 G01 Z2 F200 N6 0 G01 X28 執(zhí)行程序后，刀具的走刀軌 跡如圖， 圖 其中虛線部位被切掉，出現(xiàn)了過切現(xiàn)象。 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 14 (4)刀具的半徑應(yīng)小于最小凹弧半徑 (不管是外輪廓還是內(nèi)輪輪廓 )，否則機床將報警。 本章主要介紹各種常用刀具材料的性能及其如何合理選用。 這是指刀具熱穩(wěn)定性的能力。刀具材料的化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫高壓下，才能保持良好的抗擴散、抗氧化的能力。所以一種好的刀具材料應(yīng)根據(jù)它的工藝需要保證主要需求的性能。本節(jié)奏點介紹應(yīng)用較多的高速鋼。 高速鋼具有較高的熱穩(wěn)定性，在切削溫度高達(dá) 500～ 650℃時，還能進(jìn)行切削，是綜合性能好哦、應(yīng)用廣泛的一種刀具材料。 W18的優(yōu)點是淬火時過熱傾向小，熱處理控制較容易，刃磨工藝性好。其常溫硬度可達(dá) 67～ 70HRC，切削性能優(yōu)于普通高速鋼，壽命是普通高速鋼的 ～ 3倍，主要用來加工不銹鋼、耐熱鋼、高強度鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料。典型的牌號是 W6Mo5Cr4V2A1，簡稱 1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋁制成的。 （ 4）涂層高速鋼 涂層刀具材料是在刀具材料（如高速鋼或硬質(zhì)合金）的基體上，涂覆一層幾微米厚的高硬度、高耐磨性的金屬化合物而制成的。 如下圖 。 后刀面上的磨損棱帶往往不均勻，刀尖附近 (C區(qū) )因強度較差，散熱條件不好 ，磨損較大；中間區(qū)域 (B區(qū) )磨損較均勻，其平均磨損寬度以 VB表示。一般可以認(rèn)為，由硬質(zhì)點磨損產(chǎn)生的磨損量與切削路程或刀具與工件相對滑動距離成正比。 (3)保證刀具的刃磨質(zhì)量 切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，刃口與刀尖部位不允許燒傷。 在 XOY平面建立刀具半徑補償指令格式為： G01／ G00 G41／ G42 D_X_Y_F_，其實本程序段不包含建立刀補所需的足夠數(shù)據(jù)，參見下例程序： O123(無效啟用刀補程序 ) N10 G54 G40 GO Zl00(r32mm 鍵槽銑刀 ) N20 X60 Y60 M03 S1000 N30 G41 D1 X40 F120 N40 Z2 N50 G01 Z2 F50 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 25 ?? 上述程序中，從 N20～ N30可知，建刀補時刀具已經(jīng)移動，但 N N50沒有指明刀具在 刀補 平面移動的方向，所以存在圖 1與圖 2所示兩種不確定運動狀況，因此刀補啟用失敗。 （ 1） 點位控制功能 此功能可以實現(xiàn)對相互位置精度要求很高的孔系加工。 （ 8）宏程序功能 該功能可用一個總指令代表實現(xiàn)某一功能的一系列指令，并對變量進(jìn)行運算，使程序更具了靈活性和方便性。 （ 6），從切削原理上講，無論是端銑或是周銑都屬于斷續(xù)切削方式，而不像車削那樣連續(xù)切削，因此對刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性，在干式切削狀況下，還要求良好的紅硬性。這類零件也可在三坐標(biāo)數(shù)控銑床上采用行切加工法實現(xiàn)近似加工。加工凹圓弧時的銑刀球頭半徑必須小于被加工曲面的最小曲率半徑。如系小直徑立銑刀，則應(yīng)主要考慮機床的最高轉(zhuǎn)數(shù)能否達(dá)到刀具的最低切削速度（ 60m/min） （ 3） 槽銑刀 槽銑刀的直接和寬度應(yīng)根據(jù)加工工件尺寸選擇，并保證其切削功率在機床允許的功率范圍內(nèi)。由于需要夾緊原件，刀片的一部分被覆蓋，容屑 空間較小，且在切削力方向上的硬質(zhì)合金截面較小，故平裝結(jié)構(gòu)的銑刀一般用于輕型和中量型的銑削加工。雖然刀具零件較少，但刀體 的加工難度較大，一般需用五坐標(biāo)加工中心進(jìn)行盡愛國。最大切削深度 越大的刀具所用刀片的尺寸越大，價格也越高，因此從節(jié)約費用、降低成本的角度考慮，選江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆專科生畢業(yè)論文 31 擇刀具時一般應(yīng)按加工的最大余量 和刀具的最大切削深度選擇合適的規(guī)格。如半球形，可江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆專科生畢業(yè)論文 30 用行切加工法，也可用三坐標(biāo)聯(lián)動的方法加工。這類零件的加工面不能展成平面，一般使用球頭銑刀切削，加工面與銑刀始終為點接觸，若采用其他刀具加工，易于產(chǎn)生干涉而銑傷鄰近表面。數(shù)控銑削主要適合于下列幾類零件的加工 。 （ 2），能加工普通機床無法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學(xué)模型 描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類的零件。 （ 3）、 刀具半徑補償功 能 此功能可以根據(jù)零件圖樣的標(biāo)注尺寸來編程，而不必考慮所用刀具的實際半徑尺寸，從而減少編程時的復(fù)雜數(shù)值計算。根據(jù)上述情況，在下刀后建刀補是較安全和合理的，避免了刀補使用中出現(xiàn)的問題。 （ 5） 工藝系統(tǒng)應(yīng)有較好的剛性 防止因為振動而損壞刀具。 （ 3）擴散磨損 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 23 由于切削過程中產(chǎn)生的切削溫度高，而且刀具表面始終與被切出的切屑和工件的新鮮表面相接觸和摩擦，它們具有巨大的化學(xué)活動性，所以兩摩擦面的化學(xué)元素有可能相互擴散，因而使雙方的化學(xué)成分都發(fā)生變化，削弱刀具材料的切削性能，從而加速刀具的磨損。溝紋的位置在主切削刃與工件待加工表面、副切削刃與已加工表面接觸的部位 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆?？粕厴I(yè)論文 22 圖 由于工件材料、刀具材料種類很多，切削條件變化很大，因此刀具磨損的形式各不相同，其磨損的原因也很復(fù)雜。出現(xiàn)月 牙洼的部位就是切削溫度最高的部位。自 20實際 60年代出現(xiàn)以來發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。其切削性能已接近國外的鈷高速鋼 M42，價格卻低的不多。因此，它不能完全取代普通高速鋼。 2） 鎢鉬系高速鋼，常見的牌號是 W6Mo5Cr4V2，簡稱 M2。 高速鋼按性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼你。有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦（ 鉭 ）鈮類硬質(zhì)合金等。 碳素工具鋼是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 %～ %的優(yōu)質(zhì)高碳鋼，常用牌號有T10A， T12A等。 為了便于刀具制造，要求刀具材料具備良好的工藝性能。它是衡量刀具材料切削性能的主要指標(biāo)。刀具在高溫下進(jìn)行切削的同時，還承受切削力、沖擊和震動，工作條件十分惡劣，因此，刀具材料必須滿足以下基本要求。圓弧切入之前，用 G41或 C,42指令， G00／ GO1走直線，進(jìn)行刀具半徑補償；圓弧切出之后，用 G40指令， G00／ G01走直線，取消刀具半徑補償，其中過渡圓弧半徑 應(yīng)大于刀具半徑。 將程序改為 : N1 0 G 00 Z5 N2 0 G 00 X0 Y0 N3 0 M 03 S600 N3 5 G 00 X60 YO N4 0 G42 G00 X50 Y7 D01 江西理工大學(xué)南昌校區(qū) 2020 屆專科生畢業(yè)論文 13 N5 0 G 01 Z2 F200 N6 0 G01 X28 圖 修改程序 ，把建立刀補與接下來使用刀補切削輪廓的進(jìn)給方向保持一致，過切問題得以解決。 為避免這種過切，可以在建立半徑補償之前，選擇一個不會發(fā)生干涉的安全位置，使 z軸以快速運動接近工件后，再以進(jìn)給速度進(jìn)給到切削深度。 盡管教科書上強調(diào)了這一點， 但是在具體運用時，學(xué)生常常不得要領(lǐng)。 圖 銳角內(nèi)圓弧去余量 1． 5用刀補控制尺寸精度 零件尺寸精度涉及到工藝、設(shè)備和刀具等多方面因素，因磨損、重磨或換新刀引起刀具直徑改變后，機 床只要具有刀補功能，就不必修整程序，只調(diào)整刀補值即可。設(shè)置刀具補償還有一個好處 就 是加工方便，無論換用直徑為多少的刀，只要改一下補償值就行了 在加工零件時，經(jīng)常要去除余量，去除余量方法也較多，用刀補功能去除是常用的方法。 N22 G03 X64 Y172 R184。 N14 G02 Y30 R30。 N06 G03 X30 Y181 R184。 N09 G00 Z50 M05。 如下圖所示， 零件厚度為 2mm，粗、精加工均采用半徑為 20mm 銑刀，粗加工時刀具半徑補償值偏置號為 D01，精加工時刀具半徑補償偏置號為 D02，數(shù)控加工程序為 圖 跡 主程序 O0001 N01 G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03。在粗加工時，可將刀具實際半徑再加上精加 工余量作為刀具半徑補償值輸入，而在精加工時只輸入刀具實際半徑值，這樣可使粗、精加工采用同一個程序，同一尺寸的刀具，其補償方法為：設(shè)精加工余量為△ ，刀具半