數(shù)控車床加工中的刀具補(bǔ)償應(yīng)用

1、機(jī)械 2011年增刊 總第38卷 機(jī)械制造技術(shù) ·89·數(shù)控車床加工中的刀具補(bǔ)償應(yīng)用單東偉，劉梅，遲永剛（中國(guó)工程物理研究院，四川 綿陽(yáng) 621900）摘要：刀具補(bǔ)償功能使刀具切削刃相對(duì)基準(zhǔn)面位置進(jìn)行偏置以補(bǔ)償誤差，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床刀具的精確運(yùn)動(dòng)軌跡。介紹了數(shù)控加工中的刀具補(bǔ)償原理及其設(shè)置方法，并結(jié)合實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)介紹了FANUC和SIEMENS控制系統(tǒng)中刀具補(bǔ)償功能的應(yīng)用要點(diǎn)，為合理設(shè)置數(shù)控加工刀具補(bǔ)償提供借鑒。 關(guān)鍵詞：數(shù)控；刀具補(bǔ)償；長(zhǎng)度補(bǔ)償；半徑補(bǔ)償；刀尖半徑數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)中期。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)對(duì)制造技術(shù)的影響不斷擴(kuò)大。在制造領(lǐng)域，尤

2、其在金屬加工領(lǐng)域，數(shù)控技術(shù)已帶來(lái)革命性的影響。則只能按刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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直徑計(jì)算出刀具刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡尺寸。因此計(jì)算量大、復(fù)雜，且刀具磨損、更換后需重新計(jì)算刀位點(diǎn)的軌跡尺寸，重新編制加工程序。1 刀具補(bǔ)償?shù)奶岢鰯?shù)控技術(shù)的基本原理就是通過(guò)編程，使刀具在與某一固定基準(zhǔn)相距預(yù)先確定的距離進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。每個(gè)軸通常只有一個(gè)基準(zhǔn)面，當(dāng)加工過(guò)程中使用的刀具不止一把時(shí)，各刀具之間的長(zhǎng)度和尺寸就必然存在差異。如果原刀具切削刃被設(shè)置在軸運(yùn)動(dòng)的參考面上，當(dāng)新?lián)Q刀具與原刀具存在尺寸差異，則該刀具就不能從同一基準(zhǔn)面開(kāi)始加工，而必須對(duì)刀具的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行一定的偏置，以調(diào)節(jié)該尺寸差。此

3、外，加工過(guò)程中刀具不斷磨損，使用磨損了的刀具調(diào)用原程序進(jìn)行加工，勢(shì)必造成加工誤差。基于以上兩方面問(wèn)題，數(shù)控系統(tǒng)便采用刀具補(bǔ)償?shù)姆绞浇o予解決。刀具補(bǔ)償功能實(shí)質(zhì)就是使刀具切削刃相對(duì)于給定基準(zhǔn)面位置進(jìn)行偏置以補(bǔ)償誤差。數(shù)控系統(tǒng)若具有刀具補(bǔ)償功能，則加工程序可按工件輪廓尺寸進(jìn)行編制，在建立、執(zhí)行了刀具偏置后，數(shù)控系統(tǒng)便自動(dòng)計(jì)算，將刀位點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整到刀具運(yùn)動(dòng)軌跡上。由于直接利用工件尺寸編制加工程序，刀具磨損或更換時(shí)加工程序均不變，因此使用簡(jiǎn)單、方便。如果數(shù)控機(jī)床不具備刀具補(bǔ)償功能，2 刀具補(bǔ)償原理及實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控車床，刀具補(bǔ)償具有刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償兩種功能。補(bǔ)償功能是在程序中通過(guò)補(bǔ)償指令（G41、G

4、42）調(diào)用相應(yīng)的刀具補(bǔ)償參數(shù)實(shí)現(xiàn)。每把刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償參數(shù)存儲(chǔ)在刀具補(bǔ)償號(hào)下，在加工之前輸入到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器。在程序自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)將按照該存儲(chǔ)器中的X、Z、R、T的數(shù)值，自動(dòng)修正刀具的位置誤差并進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中程序使用T功能指定刀具補(bǔ)償，TXXXX中前兩位XX數(shù)字代表所用刀具號(hào)，后兩位XX數(shù)字代表刀具補(bǔ)償號(hào)。如T0202，是指2號(hào)位刀具的第二組補(bǔ)償參數(shù)系列；如果刀具補(bǔ)償號(hào)為T(mén)XX00，則表示取消該刀具的刀補(bǔ)。在SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)中程序使用T、D功能指定刀具補(bǔ)償，即T中數(shù)值代表刀具號(hào)，D中數(shù)值代表刀具補(bǔ)償號(hào)。如T2 D2，是指2號(hào)位刀具的第

5、二組補(bǔ)償參數(shù)系列；如果刀具補(bǔ)償號(hào)為T(mén)XX D0，則表示取消該刀具的刀補(bǔ)。收稿日期：20100918作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)螙|偉（1970），山東萊州人，男，本科，中級(jí)技師，主要從事數(shù)控設(shè)備操作及零件加工工作。·90· 2.1 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償 機(jī)械制造技術(shù) 機(jī)械 2011 年增刊 總第 38 卷 件加工也將產(chǎn)生影響。這方面引起的加工誤差數(shù)控 系統(tǒng)是通過(guò)刀具圓弧半徑補(bǔ)償來(lái)解決。通過(guò)設(shè)置補(bǔ) 償界面內(nèi)的 R 參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)理論刀尖點(diǎn)與實(shí)際刀尖點(diǎn) 不一致的補(bǔ)償；通過(guò)設(shè)置補(bǔ)償界面內(nèi)的 T 參數(shù)對(duì)刀 具加工方位進(jìn)行確認(rèn)。車刀加工時(shí)的刀具方位如圖 3 所示，用參數(shù) 09 分別代表了車刀加工時(shí)的各種 加工方位

6、情況。 x 1 2 3 4 z 以 Z 軸為例設(shè)定刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。 首先由刀具 T01 加工出或者接觸基準(zhǔn)參考面，然后將 Z 軸的顯示值 設(shè)為 0，設(shè)定完 T01 刀具的 Z 軸坐標(biāo)系。由于在加 工過(guò)程中還需使用 T02、T03 等刀具，因此需對(duì)加 工中使用的 T02、T03 等刀具分別設(shè)定 Z 向長(zhǎng)度補(bǔ) 償。方法為依次將 T02、T03 等刀具觸碰 T01 刀具 加工完成的 Z 向基準(zhǔn)面，并將機(jī)床所顯示的 Z 向坐 標(biāo)帶符號(hào)分別設(shè)定到對(duì)應(yīng)刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)的 Z 值處，以供加工程序調(diào)用。 同理，設(shè)定 X 軸的刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值。由 T01 刀 具加工一段外圓作為基準(zhǔn)，T02、T03 等刀具依次觸

7、 碰已加工表面，分別記錄移動(dòng)偏差至相應(yīng)刀具的長(zhǎng) 度補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)的 X 值處。 圖 1 為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償生效后實(shí)際刀具移動(dòng)示意 圖。 如果不使用刀具補(bǔ)償， 調(diào)用程序段： G00 X20 N60 Z15 T0200，刀具將從 0 點(diǎn)移動(dòng)到 2 點(diǎn)。如果刀具補(bǔ) 償為 X3、Z4，并存入 T0202 長(zhǎng)度補(bǔ)償存儲(chǔ) 器中且刀具補(bǔ)償生效后， 調(diào)用程序段： N60 G00 X20 Z15 T0202， 刀具將從 0 點(diǎn)移動(dòng)到 1 點(diǎn)， 而不是 2 點(diǎn)。 X 15 4 1 2 10 3 0 x 5 6 7 8 9 z 圖 3 車刀刀尖方位號(hào) 2.3 刀補(bǔ)參數(shù)設(shè)置 加工前，在數(shù)控系統(tǒng)刀具補(bǔ)償界面內(nèi)分別設(shè)置 X、Z、

8、R、T 參數(shù)所需的數(shù)值，復(fù)位清空數(shù)控緩存 區(qū)內(nèi)的加工程序，重新調(diào)入所需加工程序以使新設(shè) 置的刀具補(bǔ)償參數(shù)各值生效。 參數(shù)設(shè)置時(shí)， 首先進(jìn)入TOOLOFSET偏置量顯 示界面。 移動(dòng)光標(biāo)到需變更的偏置號(hào)下， 輸入 X、 Z、 R、T 參數(shù)各補(bǔ)償量，按INPUT或OK鍵，完成補(bǔ) 償量輸入并顯示。圖 4 為 FANUC 控制系統(tǒng)的刀具 補(bǔ)償值設(shè)定界面。 OFFSET/WEAR O N Z 圖 1 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償對(duì)刀具移動(dòng)影響示意圖 2.2 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償 編制數(shù)控車床加工程序時(shí)，車刀刀尖被看作是 一個(gè)點(diǎn)（假想刀尖 P 點(diǎn)），但實(shí)際加工中為了提高 刀具使用壽命和降低工件表面粗糙度，車刀刀尖被 磨成半徑

9、不大的圓?。ǖ都鈭A弧），如圖 2 所示， 理論刀尖點(diǎn)與實(shí)際刀尖點(diǎn)的不一致勢(shì)必產(chǎn)生加工工 件的形狀誤差。 假想刀尖 r 理論輪廓 實(shí)際輪廓 假想刀尖 r 加工 誤差 X Z R T 1.000 1.000 0.400 1 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 Actual Position(RELATIVE) U 0.000 W 0.000 S 0 T AD

10、RS DNC WEAR GEOM W.SHIFT MACRO NO. W01 W02 W03 W04 W05 W06 W07 W08 圖 4 FANUC 控制系統(tǒng)刀具補(bǔ)償值設(shè)定界面 3 刀具補(bǔ)償運(yùn)用要點(diǎn) 在實(shí)際編程中還應(yīng)注意以下事項(xiàng)： （1）加工中換刀時(shí)，應(yīng)確保刀架退到安全位置 進(jìn)行換刀。在調(diào)入刀具同時(shí)調(diào)入刀具補(bǔ)償號(hào)，以使 加工刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償在運(yùn)動(dòng)前生效，（下轉(zhuǎn)第 95 頁(yè)） 圖 2 車刀刀尖及加工過(guò)程誤差示意圖 另一方面，刀具加工方式及刀尖安裝方位對(duì)工 機(jī)械 2011年增刊 總第38卷 機(jī)械制造技術(shù) ·95·圖中：D、d、D2、L都與工件尺寸有關(guān)，芯軸的L端AA剖面的形狀、

11、尺寸，由工件的形狀、尺寸來(lái)決定。若要加工圖2所示的片齒輪，L端的AA剖面應(yīng)如圖5（a）所示，將L端的圓柱沿圓弧四等分，與工件的花擋相吻合。若片齒輪的花擋是三等分或六等分的，那么芯軸L端的AA剖面應(yīng)如圖5（b）、（c）所示。為了減小應(yīng)力集中，花擋根部交接處要倒成圓角，保證芯軸強(qiáng)度，但又考慮到輪片的定位，在芯軸上裝芯軸套，保證輪片在軸向上的精確定位。6.彈簧 7、8.開(kāi)槽平端緊釘螺釘一串工件的加工（不需要調(diào)整）。要強(qiáng)調(diào)的是，每換一次芯軸以后，都要進(jìn)行一次尾架工件芯軸與串片芯軸的同步調(diào)整。2 結(jié)論以上兩種芯軸通過(guò)在實(shí)際工作中的應(yīng)用，都得到了肯定，對(duì)于串片齒輪的安裝夾緊穩(wěn)定，同心度高，保證了YZM36

12、02自動(dòng)滾齒機(jī)的高精度、高生產(chǎn)率的特點(diǎn)，而且操作調(diào)整簡(jiǎn)單可靠，順應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1東北重型機(jī)械學(xué)院，洛陽(yáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院，長(zhǎng)春汽車廠工人大學(xué). 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 上海：上?？萍技夹g(shù)出版社，1983.圖4 花檔芯軸（a）四等分 （b）三等分 （c）六等分（上接第90頁(yè)）避免移動(dòng)中長(zhǎng)度補(bǔ)償生效產(chǎn)生碰撞。（2）調(diào)用G41、G42指令以使刀尖半徑補(bǔ)償功能生效，G41、G42指令調(diào)用位置應(yīng)在零件實(shí)際加工輪廓前。零件加工輪廓完成后應(yīng)調(diào)用G40指令取消刀尖半徑補(bǔ)償功能。（3）G41、G42指令調(diào)用后，在后續(xù)加工輪廓程序中不能含有三段不產(chǎn)生移動(dòng)的程序行。圖5 AA剖面該芯軸的工作原理是這樣

13、的：首先將花擋芯軸的兩部分分別安裝在滾齒機(jī)的頭尾架主軸上，并校正其各自的位置，按一串工件所需要的長(zhǎng)度，來(lái)調(diào)整尾架主軸的位置；調(diào)整尾架主軸的壓力，其大小根據(jù)工件模數(shù)、材料、切削速度和芯軸的剛度而定。在頭尾架主軸上有相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，它們的各個(gè)動(dòng)作由各部位的油缸執(zhí)行。當(dāng)機(jī)械手將串好的一串片輪坯由串片主軸中心位置移動(dòng)到工件主軸中心位置時(shí)，尾架主軸伸出，壓向工件，工件芯軸剛好通過(guò)串好的輪坯，插入頭架的頂套內(nèi)23 mm（這里的剛好，是在第一串工件上料后，調(diào)節(jié)尾架上的皮帶輪，使尾架上的芯軸L端的缺口與工件的輪輻相對(duì)吻合，才得到的）。同時(shí)工件推動(dòng)頂桿，使彈簧壓縮，彈簧所受的壓力與調(diào)整好的尾架主軸壓力相當(dāng)。這時(shí)工件被壓緊，滾刀進(jìn)行滾齒加工。加工完畢后，尾架主軸退出，工件芯軸從頂套中退出，彈簧反彈，推動(dòng)頂桿回位，工件落入下面的料斗，然后進(jìn)入下4 結(jié)論刀具補(bǔ)償功能是數(shù)控系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，本文結(jié)合數(shù)控車床加工實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，介紹了刀具補(bǔ)償功能的原理、設(shè)置方法及使用要點(diǎn)。實(shí)踐證明，