數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用技巧

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用技巧摘  要在數(shù)控銑削加工與編程中，刀具半徑補(bǔ)償以及新工藝思路的巧妙應(yīng)用往往可以簡化很多典型問題、甚至可以解決很多工程實(shí)例中的難題。職業(yè)技術(shù)學(xué)校數(shù)控專業(yè)的首要任務(wù)是培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強(qiáng)的應(yīng)用型數(shù)控技能人才。本文結(jié)合近幾年來數(shù)控技能競賽的出題特點(diǎn)和數(shù)控銑削編程與加工的典型課題分析，做了一些加工觀念的論述。 關(guān)鍵詞數(shù)控銑削加工     刀具半徑補(bǔ)償      應(yīng)用     分析 隨著現(xiàn)

2、代數(shù)控加工技術(shù)的飛躍發(fā)展，引領(lǐng)了各行各業(yè)不斷的提高，推動(dòng)著社會(huì)物質(zhì)文明和精神文明不斷的進(jìn)步?，F(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)將機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，使傳統(tǒng)的機(jī)械制造方法和生產(chǎn)方式發(fā)生了深刻的、革命性的變化。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足社會(huì)生產(chǎn)中對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率等提出的較高要求。因此，作為年輕一代學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)的我們，要掌握這門技術(shù)、靈活應(yīng)用這門技術(shù)，讓它更好的服務(wù)于社會(huì)、服務(wù)于人類。筆者從事數(shù)控加工技術(shù)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐已有四個(gè)年頭，總結(jié)了一些數(shù)控銑削加工編程中刀具半徑補(bǔ)償及新工藝的應(yīng)用

3、技巧，在此以實(shí)例分析解說的方式與大家分享：一、圓孔的加工：如圖1（下頁）所示，對(duì)于此類的圓孔，孔徑尺寸不大不?。ㄒ话阒?040）、孔深不是太深（一般不超過20mm）、精度要求也不是太高（一般指IT7級(jí)）。在數(shù)控銑床上可直接用一把立銑刀完成。工藝及編程分析：1、刀具的選擇：對(duì)于此類的圓孔，工件材料若為45#鋼調(diào)質(zhì)處理，可選一把硬質(zhì)合金立銑刀，刀具的直徑要根據(jù)孔的直徑來確定。刀具直徑太小，那么刀具走一整圓下來可能中間還有一定的殘料銑不到，刀具直徑太大，可能刀具在這個(gè)小范圍內(nèi)連刀補(bǔ)都建不起來。假定孔徑為D、刀具直徑為d、它們之間的關(guān)系應(yīng)是：     

4、                   D/3 d D/2分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)可以在12和14中選一種，刀具直徑越大、銑削效率當(dāng)然就越高，所以最終確定選14的三刃立銑刀。2、由于數(shù)控銑床良好的機(jī)械性能，特別是滾珠絲桿采用雙螺母調(diào)隙，不存在反向竄刀的現(xiàn)象，從提高刀具耐用度和降低加工表面粗糙度的角度考慮，一般優(yōu)先采用順銑。按傳統(tǒng)的銑削工藝，加工內(nèi)腔需先鉆一個(gè)工藝孔、再擴(kuò)孔，那么，鉆孔、換刀、建坐標(biāo)系（主要是Z軸長度設(shè)定）、編程等

5、會(huì)浪費(fèi)一定的時(shí)間，我們可以以“少吃走快”的方法，即每次慢下刀0.5mm左右、主軸轉(zhuǎn)速盡量高、走刀速度盡量快 (此時(shí)的切削要素主要由刀具性能決定)，這樣以來刀具主要是受高轉(zhuǎn)速下的離心力，切削力的影響已經(jīng)不大。而且加工的鐵屑均為顆粒狀，加上冷卻液的沖刷可以帶走大量的切削熱、降低切削溫度。該方法下切削加工的時(shí)間并沒有增加、反而省去了大部分的輔助工作時(shí)間。3、編程路徑的確定：        注意一定要采用圓弧過度的切向切入和切出法，過度圓弧的半徑r必須大于刀具的半徑、且小于圓孔的半徑，否則刀具路徑就不是我們想要的那樣。選擇r=8mm，刀具實(shí)際

6、的中心軌跡4、粗精加工的安排和程序處理：把刀具路徑編在一個(gè)子程序里、每次慢下刀0.5mm、子程序連續(xù)調(diào)用24次、刀補(bǔ)值設(shè)定為7.2、即可完成粗加工；精加工只需調(diào)用一次子程序、一次下刀到孔底、走刀量減小5倍、刀補(bǔ)值設(shè)定為理論值、其它不變、即可完成精加工。5、參考加工程序：（注：按華中世紀(jì)星系統(tǒng)編程，切削參數(shù)僅供參考）粗加工程序： %0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐標(biāo)系，程序初始化N2M03 S2500主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速2500r/minN3G00 X0 Y0 Z10 M07快速定位，打開切削液N4G01 Z0 F300定位到切削起點(diǎn)N5M98 P1000

7、 L24調(diào)用24次子程序N6G01 Z10 F300加工完成抬刀N7G00 Z100 M09抬刀至安全位置，關(guān)閉切削液N8M30主程序完并復(fù)位N9%1000子程序名N10G91 G01 Z-0.5 F50增量慢下刀0.5mmN11G90 G01 G41 X8 Y-8 D01 F1000絕對(duì)編程，建立左刀補(bǔ)（刀補(bǔ)值7.2mm）N12G03 X16 Y0 R8圓弧過度切向切入N13I-16 J0銑削整圓N14X8 Y8 R8圓弧過度切向切出N15G01 G40 X0 Y0取消刀補(bǔ)，回到下刀起點(diǎn)N16M99子程序完（精加工時(shí)只需將N5中“L24”刪掉，N10中改為“Z-12”,刀補(bǔ)值改成理論值即可）

8、。由此例可見，通過巧妙應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償、選擇合理的刀具、制定最優(yōu)化的刀具路徑和新工藝“少吃走快”的大膽應(yīng)用，就能快速、高效、準(zhǔn)確地加工出類似的孔類零件。二、內(nèi)外壁的加工     要在一個(gè)平面上銑出一條封閉的溝槽，槽寬有精度要求。在數(shù)控銑床上也可用一把立銑刀完成。通過圖形和工藝分析應(yīng)選一把12硬質(zhì)合金三刃立銑刀，加工思路也應(yīng)該是“少吃走快”。現(xiàn)在關(guān)鍵的問題是圖素較復(fù)雜，各節(jié)點(diǎn)計(jì)算難度大。按常規(guī)的編程思路就要把內(nèi)外壁輪廓上各點(diǎn)坐標(biāo)先計(jì)算出來，再把加工內(nèi)壁編寫一個(gè)程序、加工外壁編寫一個(gè)程序，然后分別加工。顯而易見，在競賽類的場合或急需時(shí)這種方法非常浪費(fèi)時(shí)間。能

9、不能通過巧妙地應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償，使工作量大減、節(jié)約時(shí)間，又能合理地加工出類似的合格工件呢？我們只需按尺寸標(biāo)注計(jì)算出圖4中所示內(nèi)壁上A、B、C、D、E、F、G、H各點(diǎn)坐標(biāo)值（其實(shí)只有B、C、F、G四點(diǎn)中任意一點(diǎn)需計(jì)算），確定下刀點(diǎn)為O點(diǎn)，按圖4所示軌跡建立刀補(bǔ)編寫一個(gè)程序即可。當(dāng)加工內(nèi)壁時(shí)，把刀補(bǔ)值設(shè)為刀具的實(shí)際半徑，此時(shí)走出的輪廓；加工外壁時(shí)，刀補(bǔ)值設(shè)為（槽寬刀具半徑），此時(shí)走出的輪廓采用此方法加工內(nèi)外壁的特點(diǎn)就是只需編寫一個(gè)程序，通過不斷修改刀補(bǔ)值來完成內(nèi)外壁的粗精加工。需要注意的是精加工內(nèi)壁時(shí)采用的是順銑，精加工外壁時(shí)采用的是逆銑，所以加工過程中還需要合理調(diào)整切削加工參數(shù)，以獲得最好的加工

10、效果。 參考加工程序：（注：按華中世紀(jì)星系統(tǒng)編程，切削參數(shù)僅供參考）粗加工程序： %0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐標(biāo)系，程序初始化N2M03 S3000主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速3000r/minN3G00 X-47.5 Y0 Z10 M07快速定位，打開切削液N4G01 Z0 F300定位到切削起點(diǎn)N5M98 P1000 L10調(diào)用10次子程序N6G01 Z10 F300加工完成抬刀N7G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至安全位置，關(guān)閉切削液N8M30主程序完并復(fù)位N9%1000子程序名N10G91 G01 Z-0.5 F50增量慢下刀0.

11、5mmN11G90 G01 G41 X-40 Y10 D01 F1000絕對(duì)編程，建立左刀補(bǔ)N12G02 X-24 Y18 R10AB圓弧進(jìn)給N13G03 X24 R40BC圓弧進(jìn)給N14G02 X40 Y10 R10CD圓弧進(jìn)給N15G01 Y-10DE直線進(jìn)給N16G02 X24 Y-18 R10EF圓弧進(jìn)給N17G03 X-24 R40FG圓弧進(jìn)給N18G02 X-40 Y-10 R10GH圓弧進(jìn)給N19G01 Y10HA直線進(jìn)給N20G01 G40 X-47.5 Y0取消刀補(bǔ)，回到下刀起點(diǎn)N21M99子程序完 （需要注意的是粗加工內(nèi)外壁設(shè)置刀補(bǔ)值要把精加工余量考慮進(jìn)去，而且內(nèi)

12、壁是在刀補(bǔ)值上加上余量、外壁是在刀補(bǔ)值上減去余量，想想為什么？）類似這種內(nèi)外壁加工、薄壁加工、陰陽模加工等，都是根據(jù)圖紙尺寸標(biāo)注只計(jì)算一條輪廓上的節(jié)點(diǎn)，巧妙設(shè)置下刀起點(diǎn)，正確加入刀補(bǔ)指令，合理設(shè)置刀補(bǔ)值及切削參數(shù)來完成工件的加工。 三、輪廓周邊倒圓角的加工提起輪廓周邊倒圓角的加工大家可能感到疑惑，這跟刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用有關(guān)系嗎？輪廓周邊倒圓角那屬于曲面加工，應(yīng)該用CAM軟件自動(dòng)生成加工程序，這樣既方便又準(zhǔn)確。當(dāng)然筆者不否認(rèn)CAM軟件的強(qiáng)大功能。當(dāng)你看了下面這個(gè)用設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償手工編寫宏程序在輪廓周邊倒圓角的例子之后，一定頗有感慨。如圖6所示，兩圓兩邊用直線相切連接形成一個(gè)封閉輪廓，

13、要在此輪廓周邊倒半徑為6mm的圓角。這種輪廓若用CAM軟件自動(dòng)生成加工程序，需要把三維圖形畫出來，按照曲面加工的思路來進(jìn)行。用過CAM軟件的人就應(yīng)該知道，如果真的是非常復(fù)雜的曲面用手工編程無法完成的情況下，那當(dāng)然沒有選擇。CAM軟件生成的曲面加工程序往往要走上好幾個(gè)小時(shí)（甚至數(shù)十個(gè)小時(shí)），所以像圖6這樣的例子我們就千萬不要選擇CAM軟件加工。手工編程、建立刀補(bǔ)、編寫宏程序，是最佳思路。我們只需要計(jì)算出圖7所示A、B、C、D、E幾個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)， 分兩步走。    第一步：選擇一把稍大一點(diǎn)的硬質(zhì)合金三刃立銑刀，按圖7所示選擇一個(gè)下刀點(diǎn)，建立刀補(bǔ)編寫輪廓二維加工程序。注意

14、粗精加工的切削參數(shù)選用和刀補(bǔ)值的設(shè)置。以最快最準(zhǔn)的速度加  工出二維輪廓。可見只要刀具性能好，此道工序用不了多長時(shí)間。第二步：加工周邊圓角。曲面加工，選擇球頭銑刀要比平底立銑刀好的多。編輯宏程序的思路是先選擇一個(gè)合適的剖切平面，在平面上做數(shù)學(xué)模型分析，推導(dǎo)出相關(guān)參數(shù)的計(jì)算程式，再結(jié)合空間幾何概念，建立循環(huán)語句。通過該例分析，我們還是按輪廓建立刀補(bǔ)編程，根據(jù)每一層面上刀補(bǔ)的偏置值不同，循序漸進(jìn)，一層一層把圓角銑出來。    我們選擇8硬質(zhì)合金球頭銑刀（當(dāng)然不一定要選8，根據(jù)實(shí)際情況選擇，不同規(guī)格刀具導(dǎo)致某些參數(shù)不同），很明顯，在銑削的第一層上，刀位點(diǎn)在工件

15、坐標(biāo)系下的Z軸高度是6，按照?qǐng)D形輪廓，此時(shí)的刀補(bǔ)值為4（即刀具半徑值）；在銑削的最后一層上，刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系下的Z軸高度是4，按照?qǐng)D形輪廓，此時(shí)的刀位點(diǎn)向輪廓里面偏置了一個(gè)圓角半徑量（即刀補(bǔ)值為6）。我們把第一層到最后一層看成一個(gè)從0°到90°的圓弧，刀位點(diǎn)在任意一點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的角度為1，那么，對(duì)應(yīng)的1角度下的當(dāng)前Z軸高度4和當(dāng)前刀補(bǔ)值101就可以通過函數(shù)關(guān)系式表達(dá)出來。祥見參考加工程序：（注：按華中世紀(jì)星系統(tǒng)編程，切削參數(shù)僅供參考）加工程序： %0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐標(biāo)系，程序初始化N2M03 S3000主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速

16、3000r/minN3G00 X-35 Y-20 Z10 M07快速定位，打開切削液N4G01 Z-6 F300定位到切削起點(diǎn)N5#1=0設(shè)置初始角度N6#2=90×PI/180設(shè)置終止角度N7#3=2×PI/180設(shè)置每層步距角度N8WHILE #1 LE #2循環(huán)判別N9#4=10×SIN#1-6計(jì)算Z軸當(dāng)前高度N10#101=10×COS#1-6計(jì)算當(dāng)前刀具半徑補(bǔ)償值N11G01 Z#4 F300Z軸抬刀N12G01 G41 X-30 Y0 D#101 F1500加入刀補(bǔ)OA直線進(jìn)給N13G02 X6 Y29.4 R30AB圓弧進(jìn)給N14G01 X

17、54 Y9.6 BC直線進(jìn)給N15G02 Y-9.6 R20CD圓弧進(jìn)給N16G01 X6 Y-29.4DE直線進(jìn)給N17G02 X-30 Y0 R30EA圓弧進(jìn)給N18G01 G40 X-35 Y-20AO返回起點(diǎn)并取消刀補(bǔ)N19#1=#1+#3當(dāng)前角度位置增量步進(jìn)N20ENDW返回循環(huán)，繼續(xù)判別N21G01 Z10 F300循環(huán)完畢，Z軸抬刀N22G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至安全位置，關(guān)閉切削液N23M30程序完并復(fù)位 （宏程序的應(yīng)用其實(shí)就是數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，大家能分析各種圖形的數(shù)學(xué)模型就能毫不費(fèi)力地編寫出宏程序。）我們通常理解的刀具半徑補(bǔ)償是在數(shù)控系統(tǒng)的刀具參數(shù)寄存器中設(shè)置一個(gè)常量。此例就打破了傳統(tǒng)的思維，原來刀補(bǔ)也可以設(shè)置成變量，用來加工一些典型曲面。就此例而言，用該程序加工周邊圓角只需十多分鐘（已通過實(shí)驗(yàn)證明），而且程序相當(dāng)簡潔。跟CAM軟件編程加工相比，只要編程熟練，所有的工作時(shí)間加起來也要比CAM加工快得多。其實(shí)不單單只是此例，任意圖形周邊倒圓角、倒方角、倒任意斜角、銑曲面等等，都可以應(yīng)用刀補(bǔ)設(shè)變量的方法編寫宏程序進(jìn)行加工。這三個(gè)例子很簡單，但是都比較