【文章內(nèi)容簡介】 在零件右側(cè)進(jìn)給；④G43：刀具長度正補(bǔ)償，即將坐標(biāo)尺寸字與H代碼中的長度補(bǔ)償量相加，按其結(jié)果進(jìn)行Z軸運(yùn)動；⑤G44：刀具長度負(fù)補(bǔ)償，即將坐標(biāo)尺寸字與H代碼中的長度補(bǔ)償量相減，按其結(jié)果進(jìn)行Z軸運(yùn)動；@G49：取消刀具長度補(bǔ)償，沿程序指定的Z坐標(biāo)進(jìn)行z軸運(yùn)動。在實(shí)際數(shù)控加工中正確應(yīng)用刀具補(bǔ)償是提高加工質(zhì)量的關(guān)鍵，下面對刀具補(bǔ)償功能在各種數(shù)控加工中的應(yīng)用進(jìn)行分析。在數(shù)控機(jī)床的加工過程中，可以清楚看出刀具（或電極絲、激光等，以下統(tǒng)稱為刀具）中心的運(yùn)動軌跡與工件已加工輪廓不重合，這是因?yàn)楣ぜ喞堑毒咭赃\(yùn)動包絡(luò)的方式形成的。刀具的中心（底端面與軸線相交點(diǎn)）稱為刀具的刀位點(diǎn)，刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡即代表刀具的運(yùn)動軌跡。在20世紀(jì)60~70年代的數(shù)控加工中還沒有刀具補(bǔ)償（簡稱刀補(bǔ)）的概念，編程人員不得不根據(jù)刀具的理論路線和實(shí)際路線的相對關(guān)系進(jìn)行編程，既容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，又使得編程效率很低。當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償概念出現(xiàn)并應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)中后，編程人員就可以直接按照工件的輪廓尺寸進(jìn)行程序編制。在建立、執(zhí)行刀補(bǔ)后，由數(shù)控系統(tǒng)自動計(jì)算、自動調(diào)整刀位點(diǎn)到刀具的運(yùn)動軌跡。當(dāng)?shù)毒吣p或更換后，加工程序不變，只需要更改程序中刀具補(bǔ)償?shù)臄?shù)值。刀具補(bǔ)償使用簡單、方便，能極大提高編程的工作效率。第二章 數(shù)控車床的對刀問題數(shù)控機(jī)床在切削過程中不可避免地存在刀具磨損問題，譬如鉆頭長度變短，銑刀半徑變小等，這時(shí)加工出的工件也隨之變化。如果系統(tǒng)中有刀具尺寸補(bǔ)償功能，可在操作面板上輸入相應(yīng)的修正值，是加工出的工件尺寸仍然符合圖樣要求。有了刀具尺寸補(bǔ)償功能后，是數(shù)控編程大為簡便，在編程時(shí)可以完全不考慮刀具中心軌跡計(jì)算，直接按零件輪廓編程。啟動機(jī)床加工前，只需輸入使用刀具的參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)會自動計(jì)算出刀具中心的運(yùn)動軌跡坐標(biāo)。另外，試切和加工中工件尺寸與圖樣要求不符時(shí)，可利用相應(yīng)的補(bǔ)償加工出合格的零件。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在和學(xué)校中流行廣泛，其具有性能簡化、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，如果沒有刀具補(bǔ)償功能，只能按刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡尺寸編制加工程序，這就要求先根據(jù)工件輪廓尺寸和刀具幾何尺寸計(jì)算出刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。因此計(jì)算量大、過程復(fù)雜，且刀具磨損時(shí)，需重新計(jì)算刀位點(diǎn)的軌跡尺寸，修改或重新編制加工程序，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢。一般對刀是指在機(jī)床上使用相對位置檢測手動對刀。刀具安裝后,先移動刀具手動切削工件右端面,再沿X 向退刀,將右端面與工原點(diǎn)距離N 輸入數(shù)控系統(tǒng),即完成這把刀具Z 向?qū)Φ哆^程。手動對刀是基本對刀方法,但它還是沒跳出傳統(tǒng)車床的“試切﹣ 測量﹣ 調(diào)整”的對刀模式,占用較多的在機(jī)床上時(shí)間。此方法較為落后。機(jī)外對刀的本質(zhì)是測量出刀具假想刀尖點(diǎn)到刀具臺基準(zhǔn)之間X及Z方向的距離。利用機(jī)外對刀儀可將刀具預(yù)先在機(jī)床外校對好,以便裝上機(jī)床后將對刀長度輸入相應(yīng)刀具補(bǔ)償號即可以使用。自動對刀是通過刀尖檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的,刀尖以設(shè)定的速度向接觸式傳感器接近,當(dāng)?shù)都馀c傳感器接觸并發(fā)出信號,數(shù)控系統(tǒng)立即記下該瞬間的坐標(biāo)值,并自動修正刀具補(bǔ)償值。在數(shù)控加工中,工件坐標(biāo)系確定后,還要確定刀尖點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置,即常說的對刀問題 在數(shù)控車床之前,常用的對刀方法為試切對刀 下面以FANUC﹣6T 系統(tǒng)為例,介紹試切對刀的方法。將工件安裝好之后,先用MDI方式操縱機(jī)床,用已選好的刀具將工件端面車一刀,然后保持刀具在縱向(Z 向)尺寸不變,沿橫向(X向)退刀 當(dāng)取工件右端面0為工件原點(diǎn)時(shí),對刀輸入為ZO；當(dāng)取工件左端面O,為工件原點(diǎn)時(shí),需要測量從內(nèi)端面到加工面的長度尺寸J,此時(shí)對刀輸入為Z值 ,用同樣的方法,再將工件外圓表面車一刀,然后保持刀具在橫向上的尺寸不變,從縱向退刀,停止主軸轉(zhuǎn)動,再量出工件車削后的直徑值 v,根據(jù)車削前的直徑值 和 v 值即可確定刀具在工件坐標(biāo)系中的位置。其它各刀都需要進(jìn)行以上操作,從而確定每把刀具在工件坐標(biāo)系中的位置。由于這種調(diào)整方法簡單、可靠,所以得到了廣泛的應(yīng)用。第三章 數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑補(bǔ)償有關(guān)問題 刀具半徑補(bǔ)償正像使用了刀具長度補(bǔ)償在編程時(shí)基本上不用考慮刀具的長度一樣，因?yàn)橛辛说毒甙霃窖a(bǔ)償，我們在編程時(shí)可以不要太多考慮刀具的直徑大小了。刀具長度補(bǔ)償對所有的刀具都適用，而刀具半徑補(bǔ)償則一般只用于銑刀類刀具。當(dāng)銑刀加工工件的內(nèi)外輪廓時(shí)，就用得上刀具半徑補(bǔ)償。因?yàn)榈毒甙霃窖a(bǔ)償是一個(gè)難以理解和使用的一個(gè)指令，所以在編程中很多人不愿使用它。但是我們一旦理解和掌握了它，將對我們的編程和加工帶來很大的方便。當(dāng)編程者準(zhǔn)備編一個(gè)用銑刀加工一個(gè)工件的外形的程序時(shí)，首先要根據(jù)工件的外形尺寸和刀具的半徑進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算坐標(biāo)值來明確刀具中心所走的路線。一個(gè)工件的外形加工分粗加工和精加工，粗加工程序編好后只完成粗加工，由于經(jīng)過粗加工，工件形尺寸發(fā)生了變化。此時(shí)，如果用刀具半徑補(bǔ)償，些麻煩都迎刃而解了。我們可以忽略刀具半徑，而據(jù)工件尺寸進(jìn)行編程，然后把刀具半徑作為半徑補(bǔ)償放在半徑補(bǔ)償寄存器里。臨時(shí)更換銑刀也好、進(jìn)行粗精加工也好，我們只需更改刀具半徑補(bǔ)償值，就以控制工件外形尺寸的大小，不需要修改程序。在編制工件粗、精加工程序的過程中，合理運(yùn)用刀具半徑補(bǔ)償功能，可以極大減少計(jì)算工作量，提高加工效率。如一個(gè)工件的外形加工分為粗加工和精加工， 當(dāng)編制完粗加工程序，制定精加工程序時(shí)，因粗加工后工件外形尺寸發(fā)生了變化， 又要重新計(jì)算精加工的刀具中心坐標(biāo)值，計(jì)算工作量較大。此時(shí)如果使用刀具半徑補(bǔ)償功能，可以忽略刀具半徑，而只根據(jù)工件尺寸進(jìn)行編程，然后把刀具半徑作為半徑補(bǔ)償值放在半徑補(bǔ)償寄存器里。不管是臨時(shí)更換銑刀或進(jìn)行粗精加工， 僅需要更改刀具半徑的補(bǔ)償值就可以控制工件的外形尺寸，而加工程序則基本上不用改動。編制數(shù)控車床加工程序時(shí),理論上是將刀刀尖看成一個(gè)點(diǎn),但為了提高刀具的使用命和降低加工工件的表面粗糙度,通常將刀磨成半徑不大的圓弧(一般圓弧半徑R ﹣),所以如果在數(shù)控加工或數(shù)控編程時(shí)不對刀尖圓角半徑進(jìn)行補(bǔ)償,僅按照工件輪廓進(jìn)行編制的程序來加工,勢必會產(chǎn)生加工誤差。假想刀尖的軌跡分析與偏置值計(jì)算分為加工圓錐面的誤差分析與偏置值計(jì)算和加工圓弧面的誤差分析與偏置值計(jì)算。作為數(shù)控車床的車刀在進(jìn)行加工時(shí)都以刀尖為基準(zhǔn)進(jìn)行對刀，進(jìn)行切削加工。為了提高刀具壽命，降低加工表面的粗糙度，實(shí)際加工中的車刀不是理想的尖銳的一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)半徑不大的圓弧。由于切削點(diǎn)沿著圓弧不斷在變化，加工會產(chǎn)生尺寸誤差。作為尺寸精度要求高的產(chǎn)品，這種誤差是不允許的，必須對因車刀刀尖圓弧引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，才能加工出高精度的零件。(1)車刀刀尖圓弧引起加工誤差的原因如圖1所示為一個(gè)刀尖的放大圖形。在數(shù)控編程中，我們常常把刀尖C看作一個(gè)尖點(diǎn)，工件輪廓上每個(gè)點(diǎn)都被看作刀尖到達(dá)的位置。在實(shí)際對刀時(shí)，我們把刀具的A點(diǎn)作為端面切削點(diǎn)，B點(diǎn)作為外徑切削點(diǎn)。在切削加工中，切削斜面或圓弧時(shí)，切削點(diǎn)是在AB之間變化的，而不是那個(gè)刀尖的假想點(diǎn)。由于實(shí)際運(yùn)動軌跡和假想刀尖運(yùn)動軌跡不一致，就造成了加工時(shí)可能出現(xiàn)的誤差，如圖2所示。圖1 刀尖放大圖圖2 車刀車尖圓弧引起的誤差從圖2可見，用帶有刀尖圓弧的車刀在車削端面和外徑、內(nèi)徑與軸線平行的表面時(shí)，是不會產(chǎn)生誤差的。但在進(jìn)行倒角、錐面及圓弧的切削時(shí)則會產(chǎn)生誤差。圖中A2一AA4一A5發(fā)生少切現(xiàn)象，而在A6_A7出現(xiàn)過切現(xiàn)象。刀具補(bǔ)償主要分為半徑補(bǔ)償和長度補(bǔ)償兩種。半徑補(bǔ)償又可分為左刀補(bǔ)G41(在刀具前進(jìn)方向左側(cè)補(bǔ)償)和右刀補(bǔ)G42(在刀具前進(jìn)方向右側(cè)補(bǔ)償)。本文主要介紹數(shù)控車削加工中常見的刀尖圓弧半徑半徑補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)問題。圖3 刀具半徑補(bǔ)償 數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑補(bǔ)償有關(guān)問題(1) 將刀具的刀尖圓角半徑值及刀具的指向編碼數(shù)存入刀具偏置文檔的相應(yīng)偏置序號處,偏置序號必須先于刀尖半徑補(bǔ)償激活。(2) 為了激活刀尖半徑補(bǔ)償,在一個(gè)或兩個(gè)坐標(biāo)軸都處于非切削狀態(tài)的直線運(yùn)動段中編入G41或G42,至少其中一個(gè)坐標(biāo)軸的移動編程量大于或等于刀尖圓角半徑值。(3) 進(jìn)入和退出工件切削時(shí)必須垂直于工件表面。(4) 刀尖半徑補(bǔ)償在下列的工作模式中不起作用：G32 、G34 、G7 G7 G7 G7G7 G76 、G92。(5) 若在G90 、G94固定循環(huán)中使用刀尖半徑補(bǔ)償,刀尖半徑補(bǔ)償必須先于G90、 G94 指令激活。(6) 若在G70 精加工循環(huán)中使用刀尖半徑補(bǔ)償、刀尖半徑補(bǔ)償必須先于G70 指令的執(zhí)行、再定位到起始點(diǎn)處先激活。(7) 在刀具坐標(biāo)軸運(yùn)動離開工件時(shí),刀尖參考點(diǎn)離開工件至少三倍于刀尖圓角直徑值。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都有刀具圓角半徑補(bǔ)償器,具有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能(即G41 左補(bǔ)償和G42右補(bǔ)償功能),對于這類數(shù)控車床,編程員可直接根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行編程,編程時(shí)可假設(shè)刀具圓角半徑為零,在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機(jī)床上的相應(yīng)刀具補(bǔ)償號輸入刀具圓弧半徑值,加工過程中,數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動計(jì)算假想刀尖軌跡,進(jìn)行刀具圓角半徑補(bǔ)償,完成零件的加工刀具半徑變化時(shí),不需修改加工程序,只需修改相應(yīng)刀號補(bǔ)償號刀具圓弧半徑值即可。需要注意的是：有些具有G41 G42功能的數(shù)控系統(tǒng),除了輸入刀頭圓角半徑外,還應(yīng)輸入假想刀尖相對于圓頭刀中心的位置,這是由于內(nèi)、外圓車刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。當(dāng)數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有刀具長度補(bǔ)償器時(shí),直接根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行編程,加工前在機(jī)床的刀具長度補(bǔ)償器輸入上述的X和Z的值,在加工時(shí)調(diào)用相應(yīng)刀具的補(bǔ)償號即可。(1）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償原理車刀在進(jìn)行連續(xù)輪廓加工過程中，由于刀尖圓弧半徑而造成的過切或欠切問題，可通過數(shù)控裝置自動補(bǔ)償功能來解決。圖4 過切或欠切現(xiàn)象由于CNC系統(tǒng)對刀具半徑補(bǔ)償是采用交角轉(zhuǎn)接或直接轉(zhuǎn)接的方法，CNC自動計(jì)算出本程序段與下一程序段刀具中心軌跡的交點(diǎn)坐標(biāo)。前后兩程序段輪廓軌跡轉(zhuǎn)接情況有4種:直線與直線轉(zhuǎn)接、直線與圓弧轉(zhuǎn)接、圓弧與直線轉(zhuǎn)接、圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接。根據(jù)相鄰兩程序段輪廓軌跡的轉(zhuǎn)接情況，可導(dǎo)出計(jì)算刀具中心軌跡的交點(diǎn)坐標(biāo)的公式。為了便于刀具中心軌跡的交點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算及對各種編程情況進(jìn)行分析，將程序段的輪廓軌跡、刀具半徑都當(dāng)作矢量。直線段矢量方向從起點(diǎn)指向終點(diǎn)，而圓弧起點(diǎn)及終點(diǎn)的半徑為矢量，方向由圓心指向起點(diǎn)或終點(diǎn)，刀具半徑的矢量方向由零件加工程序段輪廓指向刀具圓心，其大小等于刀具半徑，在加工過程中始終垂直于輪廓軌跡。圖5 刀具補(bǔ)償建立示意圖(2）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償技術(shù) 通過以上分析得知，CNC系統(tǒng)在編程時(shí)不必計(jì)算刀具圓弧中心的運(yùn)動軌跡， 而只需要直接按零件輪廓編程，并在加工前輸人刀具半徑數(shù)據(jù)和假想刀尖位置通過在程序中使用刀具半徑補(bǔ)償指令，刀具中心將自動在偏離零件輪廓一個(gè)半徑的軌跡上運(yùn)動，從而加工出合格的零件。刀具半徑補(bǔ)償過程分以下3步進(jìn)行:( 1 ) 刀具半徑補(bǔ)償建立。在輪廓加工切入工件時(shí)執(zhí)行以G41或G42功能，從假想刀尖與編程軌跡重合過渡到刀具中心與編程軌跡偏離一個(gè)刀尖圓弧半徑。( 2 )刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行。執(zhí)行有G4G42指令