【文章內(nèi)容簡介】 件右側進給；④G43：刀具長度正補償，即將坐標尺寸字與H代碼中的長度補償量相加，按其結果進行Z軸運動；⑤G44：刀具長度負補償，即將坐標尺寸字與H代碼中的長度補償量相減，按其結果進行Z軸運動；@G49：取消刀具長度補償，沿程序指定的Z坐標進行z軸運動。在實際數(shù)控加工中正確應用刀具補償是提高加工質量的關鍵，下面對刀具補償功能在各種數(shù)控加工中的應用進行分析。在數(shù)控機床的加工過程中，可以清楚看出刀具（或電極絲、激光等，以下統(tǒng)稱為刀具）中心的運動軌跡與工件已加工輪廓不重合，這是因為工件輪廓是刀具以運動包絡的方式形成的。刀具的中心（底端面與軸線相交點）稱為刀具的刀位點，刀位點的運動軌跡即代表刀具的運動軌跡。在20世紀60~70年代的數(shù)控加工中還沒有刀具補償（簡稱刀補）的概念，編程人員不得不根據(jù)刀具的理論路線和實際路線的相對關系進行編程，既容易產(chǎn)生錯誤，又使得編程效率很低。當?shù)毒哐a償概念出現(xiàn)并應用到數(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行程序編制。在建立、執(zhí)行刀補后，由數(shù)控系統(tǒng)自動計算、自動調(diào)整刀位點到刀具的運動軌跡。當?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償?shù)臄?shù)值。刀具補償使用簡單、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，這時加工出的工件也隨之變化。如果系統(tǒng)中有刀具尺寸補償功能，可在操作面板上輸入相應的修正值，是加工出的工件尺寸仍然符合圖樣要求。有了刀具尺寸補償功能后，是數(shù)控編程大為簡便，在編程時可以完全不考慮刀具中心軌跡計算，直接按零件輪廓編程。啟動機床加工前，只需輸入使用刀具的參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)會自動計算出刀具中心的運動軌跡坐標。另外，試切和加工中工件尺寸與圖樣要求不符時，可利用相應的補償加工出合格的零件。經(jīng)濟型數(shù)控機床在和學校中流行廣泛，其具有性能簡化、結構簡單、價格低廉等特點。在經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)中，如果沒有刀具補償功能，只能按刀位點的運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算出刀位點的運動軌跡。因此計算量大、過程復雜，且刀具磨損時，需重新計算刀位點的軌跡尺寸，修改或重新編制加工程序，費時費力費錢。一般對刀是指在機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,將右端面與工原點距離N 輸入數(shù)控系統(tǒng),即完成這把刀具Z 向對刀過程。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,占用較多的在機床上時間。此方法較為落后。機外對刀的本質是測量出刀具假想刀尖點到刀具臺基準之間X及Z方向的距離。利用機外對刀儀可將刀具預先在機床外校對好,以便裝上機床后將對刀長度輸入相應刀具補償號即可以使用。自動對刀是通過刀尖檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的,刀尖以設定的速度向接觸式傳感器接近,當?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值,并自動修正刀具補償值。在數(shù)控加工中,工件坐標系確定后,還要確定刀尖點在工件坐標系中的位置,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 當取工件右端面0為工件原點時,對刀輸入為ZO；當取工件左端面O,為工件原點時,需要測量從內(nèi)端面到加工面的長度尺寸J,此時對刀輸入為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系中的位置。其它各刀都需要進行以上操作,從而確定每把刀具在工件坐標系中的位置。由于這種調(diào)整方法簡單、可靠,所以得到了廣泛的應用。第三章 數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑補償有關問題 刀具半徑補償正像使用了刀具長度補償在編程時基本上不用考慮刀具的長度一樣，因為有了刀具半徑補償，我們在編程時可以不要太多考慮刀具的直徑大小了。刀具長度補償對所有的刀具都適用，而刀具半徑補償則一般只用于銑刀類刀具。當銑刀加工工件的內(nèi)外輪廓時，就用得上刀具半徑補償。因為刀具半徑補償是一個難以理解和使用的一個指令，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。當編程者準備編一個用銑刀加工一個工件的外形的程序時，首先要根據(jù)工件的外形尺寸和刀具的半徑進行細致的計算坐標值來明確刀具中心所走的路線。一個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，如果用刀具半徑補償，些麻煩都迎刃而解了。我們可以忽略刀具半徑，而據(jù)工件尺寸進行編程，然后把刀具半徑作為半徑補償放在半徑補償寄存器里。臨時更換銑刀也好、進行粗精加工也好，我們只需更改刀具半徑補償值，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，合理運用刀具半徑補償功能，可以極大減少計算工作量，提高加工效率。如一個工件的外形加工分為粗加工和精加工， 當編制完粗加工程序，制定精加工程序時，因粗加工后工件外形尺寸發(fā)生了變化， 又要重新計算精加工的刀具中心坐標值，計算工作量較大。此時如果使用刀具半徑補償功能，可以忽略刀具半徑，而只根據(jù)工件尺寸進行編程，然后把刀具半徑作為半徑補償值放在半徑補償寄存器里。不管是臨時更換銑刀或進行粗精加工， 僅需要更改刀具半徑的補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,理論上是將刀刀尖看成一個點,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)控編程時不對刀尖圓角半徑進行補償,僅按照工件輪廓進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算分為加工圓錐面的誤差分析與偏置值計算和加工圓弧面的誤差分析與偏置值計算。作為數(shù)控車床的車刀在進行加工時都以刀尖為基準進行對刀，進行切削加工。為了提高刀具壽命，降低加工表面的粗糙度，實際加工中的車刀不是理想的尖銳的一個點，而是一個半徑不大的圓弧。由于切削點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行補償，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看作一個尖點，工件輪廓上每個點都被看作刀尖到達的位置。在實際對刀時，我們把刀具的A點作為端面切削點，B點作為外徑切削點。在切削加工中，切削斜面或圓弧時，切削點是在AB之間變化的，而不是那個刀尖的假想點。由于實際運動軌跡和假想刀尖運動軌跡不一致，就造成了加工時可能出現(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，是不會產(chǎn)生誤差的。但在進行倒角、錐面及圓弧的切削時則會產(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。刀具補償主要分為半徑補償和長度補償兩種。半徑補償又可分為左刀補G41(在刀具前進方向左側補償)和右刀補G42(在刀具前進方向右側補償)。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償?shù)挠嘘P問題。圖3 刀具半徑補償 數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑補償有關問題(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偏置序號處,偏置序號必須先于刀尖半徑補償激活。(2) 為了激活刀尖半徑補償,在一個或兩個坐標軸都處于非切削狀態(tài)的直線運動段中編入G41或G42,至少其中一個坐標軸的移動編程量大于或等于刀尖圓角半徑值。(3) 進入和退出工件切削時必須垂直于工件表面。(4) 刀尖半徑補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)中使用刀尖半徑補償,刀尖半徑補償必須先于G90、 G94 指令激活。(6) 若在G70 精加工循環(huán)中使用刀尖半徑補償、刀尖半徑補償必須先于G70 指令的執(zhí)行、再定位到起始點處先激活。(7) 在刀具坐標軸運動離開工件時,刀尖參考點離開工件至少三倍于刀尖圓角直徑值?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都有刀具圓角半徑補償器,具有刀尖圓弧半徑補償功能(即G41 左補償和G42右補償功能),對于這類數(shù)控車床,編程員可直接根據(jù)零件輪廓形狀進行編程,編程時可假設刀具圓角半徑為零,在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機床上的相應刀具補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算假想刀尖軌跡,進行刀具圓角半徑補償,完成零件的加工刀具半徑變化時,不需修改加工程序,只需修改相應刀號補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。當數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有刀具長度補償器時,直接根據(jù)零件輪廓形狀進行編程,加工前在機床的刀具長度補償器輸入上述的X和Z的值,在加工時調(diào)用相應刀具的補償號即可。(1）刀尖圓弧半徑補償原理車刀在進行連續(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)對刀具半徑補償是采用交角轉接或直接轉接的方法，CNC自動計算出本程序段與下一程序段刀具中心軌跡的交點坐標。前后兩程序段輪廓軌跡轉接情況有4種:直線與直線轉接、直線與圓弧轉接、圓弧與直線轉接、圓弧與圓弧轉接。根據(jù)相鄰兩程序段輪廓軌跡的轉接情況，可導出計算刀具中心軌跡的交點坐標的公式。為了便于刀具中心軌跡的交點坐標的計算及對各種編程情況進行分析，將程序段的輪廓軌跡、刀具半徑都當作矢量。直線段矢量方向從起點指向終點，而圓弧起點及終點的半徑為矢量，方向由圓心指向起點或終點，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 刀具補償建立示意圖(2）刀尖圓弧半徑補償技術 通過以上分析得知，CNC系統(tǒng)在編程時不必計算刀具圓弧中心的運動軌跡， 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償指令，刀具中心將自動在偏離零件輪廓一個半徑的軌跡上運動，從而加工出合格的零件。刀具半徑補償過程分以下3步進行:( 1 ) 刀具半徑補償建立。在輪廓加工切入工件時執(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刀尖圓弧半徑。( 2 )刀具半徑補償進行。執(zhí)行有G4G42指令