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s加工中刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用來源:數(shù)控機(jī)床網(wǎng) 時間:2007-10-24 14:07:54國際模具網(wǎng)摘要：全面介紹了數(shù)控車床加工過程中的刀具補(bǔ)償，并且對數(shù)控車床不具備刀具半徑補(bǔ)償功能時的刀具補(bǔ)償計算方法進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工；刀具補(bǔ)償前言數(shù)控車床通常連續(xù)實(shí)行各種切削加工，刀架在換刀時前一刀具刀尖位置和新?lián)Q的刀具位置之間會產(chǎn)生差異，刀具安裝也存在誤差、刀具磨損和刀尖圓弧半徑等誤差，若不利用刀具補(bǔ)償功能予以補(bǔ)償，就切削不出符合圖樣要求形狀的零件。此外，合理利用刀具補(bǔ)償還可以簡化編程。數(shù)控車床的刀具補(bǔ)償可分為兩類，即刀具位置補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。1 刀具位置補(bǔ)償加工過程中，若使用多把刀具，通常取刀架中心位置作為編程原點(diǎn)，即以刀架中心! 為程序的起始點(diǎn)，如圖1所示，而刀具實(shí)際移動軌跡由刀具位置補(bǔ)償值控制。由圖1（a）可見，刀具位置補(bǔ)償包含刀具幾何補(bǔ)償值和磨損補(bǔ)償值。圖1 刀具位置補(bǔ)償由于存在兩種形式的偏移量，所以刀具位置補(bǔ)償使用兩種方法，一種方法是將幾何補(bǔ)償值和磨損補(bǔ)償值分別設(shè)定存儲單元存放補(bǔ)償值，其格式為：另一種方法是將幾何偏移量和磨損偏移量合起來補(bǔ)償，如圖（b）所示，其格式為：總補(bǔ)償值存儲單元編號有兩個作用，一個作用是選擇刀具號對應(yīng)的補(bǔ)償值，并執(zhí)行刀具位置補(bǔ)償功能；另一個作用是當(dāng)存儲單元編號00時可以取消位置補(bǔ)償，例如T0100，表示消去+號刀具當(dāng)前的補(bǔ)償值。圖2表示位置補(bǔ)償?shù)淖饔?，圖2中的實(shí)線是刀架中心A 點(diǎn)的編程軌跡線，虛線是執(zhí)行位置補(bǔ)償時A 點(diǎn)的實(shí)際軌跡線，實(shí)際軌跡的方位和X、Z軸的補(bǔ)償值有關(guān)，其程序?yàn)椋篘010 G00 X10 Z-10 T0202；N020 G01 Z-30；N030 X20 Z-40 T0200；圖2 刀具位置補(bǔ)償作用數(shù)控車床系統(tǒng)刀具結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3中P為假想刀尖，S為刀頭圓弧圓心，r為刀頭半徑，A為刀架參考點(diǎn)。圖3 車刀結(jié)構(gòu)車床的控制點(diǎn)是刀架中心，所以刀具位置補(bǔ)償始終需要。刀具位置補(bǔ)償是用來實(shí)現(xiàn)刀尖圓弧中心軌跡與刀架參考點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換，對應(yīng)圖3中A與S之間的轉(zhuǎn)換，但是實(shí)際上我們不能直接測得這兩個中心點(diǎn)之間的距離矢量，而只能測得假想刀尖! 與刀架參考點(diǎn)$ 之間的距離。為了簡便起見，不妨假設(shè)刀頭半徑r=0，這時可采用刀具長度測量裝置測出假想刀尖點(diǎn)P相對于刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo)和，并存入刀具參數(shù)表中。式中： 假想刀尖P點(diǎn)坐標(biāo)；（X，Z） 刀架參考點(diǎn)A的坐標(biāo)。至此很容易寫出刀具位置補(bǔ)償?shù)挠嬎愎綖槭街屑傧氲都釶的坐標(biāo)實(shí)際上即為加工零件軌跡點(diǎn)坐標(biāo)，可從數(shù)控加工程序中獲得。此時，零件輪廓軌跡經(jīng)式（2）補(bǔ)償后，即能通過控制刀架參考點(diǎn)A來實(shí)現(xiàn)。對于圖3中r0的情況，在進(jìn)行刀具位置補(bǔ)償時，不但需要考慮到刀頭圓弧半徑的補(bǔ)償，而且還要考慮到刀具的安裝方式（具體見2.2）。2 刀具半徑補(bǔ)償編制加工程序時，一般是將刀尖看作是一個點(diǎn)，然而實(shí)際上刀尖是有圓弧的，在切削內(nèi)孔、外圓及端面時，刀尖圓弧不影響加工尺寸和形狀，但在切削錐面和圓弧時，則會導(dǎo)致刀具的行走軌跡與編程軌跡不相吻合，而有一差值。圖4表示圓弧刀尖有半徑補(bǔ)償和無半徑補(bǔ)償時的軌跡。從圖中可以看出，采用假想刀尖P編程時，刀具圓弧中心軌跡如圖4中雙點(diǎn)劃線所示，刀具實(shí)際加工軌跡和工件要求的輪廓形狀存在誤差，誤差大小和圓弧半徑r有關(guān)。若采用刀具圓弧中心編程并使用半徑補(bǔ)償功能時刀具圓弧中心的軌跡是圖4中的細(xì)實(shí)線，加工軌跡和工件要求的輪廓相等。圖4 圓弧刀尖有半徑補(bǔ)償和無半徑補(bǔ)償時的軌跡因?yàn)檐嚨兜陌惭b和幾何形狀較復(fù)雜，下面通過幾個方面作進(jìn)一步闡述。2.1 假想刀尖P的方位確定假想車刀刀尖P相對圓弧中心的方位與刀具移動方向有關(guān)，它直接影響圓弧車刀補(bǔ)償計算結(jié)果。圖5是圓弧車刀假想刀尖方位及代碼。從圖中可以看出，刀尖P的方位有八種，分別用18八個數(shù)字代碼表示，同時規(guī)定，刀尖取圓弧中心位置時，代碼為0或9，可以理解為沒有圓弧補(bǔ)償。圖5 圓弧車刀假想刀尖方位及代碼2.2 圓弧半徑補(bǔ)償和位置補(bǔ)償?shù)年P(guān)系如果按照刀架中心A點(diǎn)作為編程起始點(diǎn)，不考慮圓弧半徑補(bǔ)償，則車刀在X軸和Z軸補(bǔ)償值按照圖1（b）所示方法確定。既要考慮車刀位置補(bǔ)償，又要考慮圓弧半徑補(bǔ)償，此時車刀在X軸和Z軸的位置補(bǔ)償值可以按照圖6所示方法確定，而將刀具的圓弧半徑r值放入相應(yīng)的存儲單元中，在加工時數(shù)控裝置自動進(jìn)行圓弧半徑補(bǔ)償。在刀具代碼T中的補(bǔ)償號對應(yīng)的存儲單元中，存放一組數(shù)據(jù)：X軸Z軸的長度補(bǔ)償值，圓弧半徑補(bǔ)償值和假想刀尖方位（09）。操作時，可以將每一把刀具的四個數(shù)據(jù)分別輸入刀具補(bǔ)償號對應(yīng)的存儲單元中，即可實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償（表1）。圖6 圓弧車刀位置補(bǔ)償表1 刀具補(bǔ)償值2.3 圓弧半徑自動補(bǔ)償軌跡刀具半徑是否補(bǔ)償以及采用何種方式補(bǔ)償，是由G指令中的G40、G41、G42決定的：G40刀具半徑補(bǔ)償取消，即使用該指令后，使G41、G42指令無效。G41刀具半徑左補(bǔ)償，即沿刀具運(yùn)動方向看，刀具位于工件左側(cè)時的刀具半徑補(bǔ)償。G42刀具半徑右補(bǔ)償，即沿刀具運(yùn)動方向看，刀具位于工件右側(cè)時的刀具半徑補(bǔ)償。圖7是使用圓弧半徑補(bǔ)償時刀具補(bǔ)償過程。圖7中刀具補(bǔ)償?shù)某绦蚋袷綖椋篏40_； 消除補(bǔ)償；G41_； 半徑補(bǔ)償起始程序段；_；圖7 刀具補(bǔ)償過程從圖7可以看出，在起始程序段中，刀具在移動過程中逐漸加上補(bǔ)償值。當(dāng)起始程序段結(jié)束之后，刀具圓弧中心停留在程序設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)的垂線上，距離是半徑補(bǔ)償值。3 數(shù)控車床不具備刀具半徑補(bǔ)償功能時的刀具補(bǔ)償計算當(dāng)數(shù)控車床沒有刀具半徑補(bǔ)償功能時，用圓頭車刀加工工件時，就要用計算的方法來求解刀具半徑補(bǔ)償量。3.1 按假想刀尖編程加工錐面如圖8所示，若假想刀尖沿工件輪廓AB移動，即與AB重合，并按AB尺寸編程，則必然產(chǎn)生圖8（a）中ABCD殘留誤差。因此按圖8（b）所示，使車刀的切削點(diǎn)移至AB，并沿AB移動，從而可避免殘留誤差，但這時假想刀尖軌跡與輪廓在Z方向相差了z。式中：r為刀具圓弧半徑；為錐面斜角。因此可直接按假想刀尖軌跡的坐標(biāo)值編程，在x方向和z方向予以補(bǔ)償z即可。圖8 車錐面刀補(bǔ)償示意圖3.2 按假想刀尖編程加工圓弧當(dāng)車削圓弧表面時，會出現(xiàn)如圖9所示的情況。圖9（a）為車削半徑為R的凸圓弧，由于P的存在，則刀尖# 點(diǎn)所走的圓弧軌跡并不是工件所要求的圓弧形狀。其圓心為“”，半徑為“R+r”，此時編程人員仍按假想刀尖P點(diǎn)進(jìn)行編程，不考慮刀尖圓弧半徑的影響，但要求加工前應(yīng)在刀補(bǔ)值上給Z向和X向分別加一個補(bǔ)償量r。同理，在切削凹圓弧，如圖9（b）時，則在X向和Z向分別減一個補(bǔ)償量r。圖9 車圓弧刀補(bǔ)示意圖3.3 按刀尖圓弧中心軌跡編程圖10所示零件是由三段凸圓弧和凹圓弧構(gòu)成的，這時可用虛線所示的三段等距線進(jìn)行編程，即圓半徑為圓半徑為圓半徑為，三段圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)由等距的切點(diǎn)關(guān)系求得。這種方法編程比較直觀，常被采用。圖10 按刀尖圓弧中心編程4 結(jié)束語刀