基于FANUC系統(tǒng)的數(shù)控車床刀具磨損補(bǔ)償

楊豐

摘 要：以數(shù)控車削加工刀具磨損補(bǔ)償為研究對(duì)象，在分析刀具磨損規(guī)律的基礎(chǔ)上，討論了數(shù)控車削加工刀具磨損補(bǔ)償?shù)母鞣N方法及其特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了利用宏程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)控車削加工刀具自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。該方法首先用直線對(duì)磨損曲線進(jìn)行了近視處理，然后用宏變量定義了相關(guān)要素，給出了相應(yīng)的宏程序，能實(shí)現(xiàn)數(shù)控車削加工刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償和刀具急劇磨損時(shí)的自動(dòng)報(bào)警。

關(guān)鍵詞：FANUC系統(tǒng)；刀具磨損補(bǔ)償；宏程序；不銹鋼

中圖分類號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.108

刀具在加工過程中產(chǎn)生磨損是切削過程中的物理現(xiàn)象，尤其是在加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金等難加工的材料時(shí)，刀具磨損更快，這必然會(huì)導(dǎo)致加工尺寸變化，進(jìn)而影響加工精度。在普通車床上加工時(shí)，針對(duì)刀具磨損帶來的尺寸變化，操作者可以人工控制中拖板進(jìn)刀量來修正。但數(shù)控車削屬于自動(dòng)加工，刀具磨損后補(bǔ)償、更換刀刃的時(shí)間都是需要我們研究的問題。

1 刀具磨損的過程

在車削過程中，刀具一方面切下切屑，刀具本身也會(huì)逐漸磨損，即刀具磨損。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，刀具磨損過程大致分為3個(gè)階段，如圖1所示。開始使用刀具時(shí)，由于新刀具的表面比較粗糙，切削時(shí)刀具磨損較快，這個(gè)階段為初期磨損階段（Ⅰ段）；經(jīng)過初期磨損后，刀具表面被磨平，切削時(shí)磨損較慢，磨損量與切削時(shí)間近似成正比，這個(gè)階段為正常磨損階段（Ⅱ段）；當(dāng)磨損量達(dá)到一定程度后，由于刀具磨損嚴(yán)重，使用時(shí)機(jī)械摩擦加劇，產(chǎn)生切削熱增加較多，導(dǎo)致切削溫度升高，磨損急劇加速，甚至出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象，加工表面質(zhì)量明顯下降，刀具失去切削能力，需要更換刀具，這個(gè)階段為急劇磨損階段（Ⅲ段）。通常規(guī)定刀具用到產(chǎn)生急劇磨損前必須更換或重磨刀具，此時(shí)，后刀面上測(cè)定的磨損帶寬度VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

2 刀具磨損的補(bǔ)償方法

從圖1可以看出，隨著切削時(shí)間的推移，刀具的磨損量持續(xù)增加，這必然導(dǎo)致工件的尺寸發(fā)生變化，影響工件的加工質(zhì)量。在數(shù)控車削加工時(shí)，需要對(duì)刀具磨損進(jìn)行補(bǔ)償，以保證零件的尺寸精度。

2.1 手動(dòng)補(bǔ)償法

數(shù)控車削的刀具補(bǔ)償?shù)耐ǔＷ龇ㄊ峭＼嚭笕斯y(cè)量工件尺寸，將磨損后產(chǎn)生的工件誤差△輸入相應(yīng)刀具的磨損補(bǔ)償中，即：

式（1）中：△為磨損補(bǔ)償量；d理論為工件理論尺寸；d測(cè)量為工件實(shí)際測(cè)量尺寸。

在數(shù)控車床上用1號(hào)刀加工某外圓，其理論尺寸d理論為φ30，加工一段時(shí)間后刀具產(chǎn)生磨損，實(shí)際測(cè)量尺寸d測(cè)量為φ30.02，則磨損后產(chǎn)生的工件誤差△為-0.02，相應(yīng)刀補(bǔ)號(hào)的X軸磨損補(bǔ)償值為-0.02，如圖2所示。這種手工補(bǔ)償方法效率較低，操作者的工作量較大。

2.2 自動(dòng)補(bǔ)償法

2.2.1 在線測(cè)量自動(dòng)補(bǔ)償法

在數(shù)控車床上安裝在線測(cè)量系統(tǒng)，在加工過程中自動(dòng)測(cè)量工件尺寸，并與工件理論尺寸比較，其結(jié)果發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)修改刀具補(bǔ)償值，從而實(shí)現(xiàn)刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。

2.2.2 宏程序自動(dòng)補(bǔ)償法

用直線OA和AB代替圖1中的相應(yīng)磨損曲線，對(duì)磨損量進(jìn)行近似處理，如圖3所示。利用三角函數(shù)分別計(jì)算刀具在初期磨損階段（Ⅰ段）和磨損量正常磨損階段（Ⅱ段）的磨損量，編寫宏程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。

本文以FANUC數(shù)控系統(tǒng)車削外圓為例，在程序中先對(duì)#501～#505賦值，每加工完一個(gè)工件，通過宏程序修改相應(yīng)刀補(bǔ)地址的X軸磨損補(bǔ)償量，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。同時(shí)，當(dāng)?shù)毒哌_(dá)到磨損極限時(shí)，利用宏變量#3000向機(jī)床發(fā)出報(bào)警信號(hào)，各變量含義如表1所示。

參考程序：

O1

T0101

……

#508=#3901+1 計(jì)算零件加工數(shù)量

#509=#507*#508 計(jì)算累計(jì)加工時(shí)間

IF [#509 LE #503] GOTO 10 未超過刀具壽命，繼續(xù)使用

#3901=0 已加工零件個(gè)數(shù)清零

#3000=1（TOOL LIFE OVER） 超過刀具壽命報(bào)警

N10 IF [#509 LE #501] GOTO 20 判斷刀具是否進(jìn)入正常磨損階段

#510=#509-#501 計(jì)算正常磨損階段的切削時(shí)間

#511=#501*TAN[#504]+#510*TAN[#505] 計(jì)算刀具累計(jì)磨損量

GOTO 30 轉(zhuǎn)移至N30程序段

N20 #511=#509*TAN[#504] 計(jì)算刀具累計(jì)磨損量

N30 #512=#511*#506 計(jì)算刀具磨損引起的尺寸誤差

#2001=-#512 修改1號(hào)刀補(bǔ)地址的X軸補(bǔ)償量

……

M30

3 結(jié)束語

本文分析了數(shù)控車削刀具磨損補(bǔ)償?shù)膸追N方法，手動(dòng)補(bǔ)償法需要現(xiàn)場(chǎng)操作者經(jīng)常停車測(cè)量，然后修改程序或刀具磨損補(bǔ)償值，對(duì)操作者要求較高。在線測(cè)量自動(dòng)補(bǔ)償法需要在機(jī)床上安裝在線測(cè)量系統(tǒng)，成本較高，而宏程序自動(dòng)補(bǔ)償法在沒有在線測(cè)量系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上也能實(shí)現(xiàn)刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)報(bào)警，既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單，在實(shí)際生產(chǎn)中能提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量、減輕操作者的工作強(qiáng)度，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[2]孫德茂.數(shù)控機(jī)床車削加工直接編程技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]馮志剛.數(shù)控宏程序編程方法、技巧與實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

〔編輯：張思楠〕