刀具半徑補(bǔ)償在數(shù)控銑加工中的應(yīng)用

舒蘭英 熊小麗 關(guān)洋

摘要：本文介紹了刀具補(bǔ)償?shù)亩x、作用和刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⒓笆褂脮r(shí)的注意事項(xiàng)，并結(jié)合實(shí)例闡述了刀具半徑補(bǔ)償在數(shù)控銑加工中的巧妙應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：刀具半徑補(bǔ)償;編程;數(shù)控加工

1 前言

隨著我國加工制造業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。而數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行必須按事先編制好的數(shù)控加工程序運(yùn)行。因此，程序編制的質(zhì)量直接影響刀加工零件的質(zhì)量要求。在編制數(shù)控銑床的數(shù)控程序時(shí)，為簡化計(jì)算，其編程往往要以刀具中心為編程軌跡，但計(jì)算各軌跡基點(diǎn)又會(huì)帶來大量的、復(fù)雜的計(jì)算過程，由于現(xiàn)在絕大多數(shù)的數(shù)控銑床都具有刀具半徑補(bǔ)償功能，這為程序編制提供了極大的方便。同時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)的常用功能——準(zhǔn)備功能、輔助功能、其他功能（包括：坐標(biāo)功能、刀具功能、進(jìn)給功能、主軸功能等）三種功能中，刀具半徑補(bǔ)償是數(shù)控機(jī)床上重要的功能之一，合理使用刀具半徑補(bǔ)償功能在數(shù)控加工中有著非常重要的作用。那么，什么是刀具半徑補(bǔ)償、怎樣靈活、合理地使用刀補(bǔ)值呢？本文將結(jié)合實(shí)例作出詳細(xì)介紹。

2 刀具半徑補(bǔ)償定義及格式

2.1刀具半徑補(bǔ)償?shù)亩x

在編制輪廓切削加工程序的場合，一般以工件的輪廓尺寸作為刀具軌跡進(jìn)行編程，而實(shí)際的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡則與工件輪廓有一偏移量（即刀具半徑）。

2.2 刀具半徑補(bǔ)償指令及格式

刀具半徑補(bǔ)償分為刀具半徑左補(bǔ)償（G41）和刀具半徑右補(bǔ)償（G42）。

指令格式 G41 01GX Y F D;（刀具半徑左補(bǔ)償）

G42 01GX Y F D;（刀具半徑右補(bǔ)償）

G40; （取消刀具半徑補(bǔ)償）

其中，D 為指令偏置存儲(chǔ)器的偏置號(hào)，在地址D所對應(yīng)的偏置存儲(chǔ)器中存入相應(yīng)的偏置值。

2.3 刀具半徑補(bǔ)償?shù)呐袛?/p>

G41與G42的判斷方法是：處在補(bǔ)償平面外另一根軸的正方向上，沿刀具的移動(dòng)方向看，當(dāng)?shù)毒咛幵谇邢鬏喞髠?cè)時(shí)，稱為刀具半徑左補(bǔ)償;當(dāng)?shù)毒咛幵谇邢鬏喞挠覀?cè)時(shí)，成為刀具半徑右補(bǔ)償。G41、G42為模態(tài)指令，可以在程序中保持連續(xù)有效。對G41、G42的撤銷可以使用G40進(jìn)行。

2.4刀具半徑補(bǔ)償過程

刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^程如圖1所示，共分為三步，即刀補(bǔ)建立、刀補(bǔ)進(jìn)行和刀補(bǔ)取消。程序見O0001。

O0001

……

N10 G41 G01 X61.610 Y65.563 D01; 刀補(bǔ)建立

N20 Y86.016 F150;

N30 X104.971; 刀補(bǔ)進(jìn)行

N40 Y65.563;

N50 X61.610

N60 G40 G00X0，Y0; 刀補(bǔ)取消

……

刀補(bǔ)的建立指刀具從起點(diǎn)接近工件時(shí)，刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個(gè)偏置量的過程。該過程的實(shí)現(xiàn)必須有G00或G01功能才有效。

在G41或G42程序段后，程序進(jìn)入補(bǔ)償模式，此時(shí)刀具中心與編程軌跡始終相距一個(gè)偏置量，直到刀補(bǔ)取消。

刀具離開工件，刀具中心軌跡過渡到與編程軌跡重合的過程為刀補(bǔ)取消。

3 刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

3.1避免計(jì)算刀具軌跡，直接按零件輪廓的切削點(diǎn)編程。

在數(shù)控銑床上進(jìn)行輪廓加工時(shí)，因?yàn)殂姷队幸欢ǖ陌霃?，所以刀具中心（刀心）軌跡和工件輪廓不重合，如不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程是比較方便的，而加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈（加工外輪廓時(shí)），或大了一圈（加工內(nèi)輪廓時(shí)），為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個(gè)刀具半徑，這就是所謂的刀具補(bǔ)償指令，應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)，只需按工件輪廓進(jìn)行編程，然后將刀具半徑值輸入數(shù)控系統(tǒng)中，執(zhí)行程序時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡，進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，從而加工出符合要求的工件形狀，當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時(shí)，也無需更改加工程序，時(shí)編程工作大大簡化。刀具半徑補(bǔ)償功能除了使編程人員直接按輪廓編程，簡化了編程工作外，在實(shí)際加工中還有許多其他方面的應(yīng)用。

3.2利用改變刀補(bǔ)值實(shí)現(xiàn)零件的粗、精銑加工。

刀具半徑補(bǔ)償功能還有一個(gè)很重要的用途，如果人為地使刀具中心與工件輪廓偏置值不是一個(gè)半徑值，而是某一給定值，則可以用來處理粗、精加工問題。在粗加工時(shí)，可將刀具實(shí)際半徑加上精加工余量作為刀具半徑補(bǔ)償值輸入，而在精加工時(shí)只輸入刀具實(shí)際半徑值，這樣可使粗精加工采用同一個(gè)程序同一把刀，其補(bǔ)償方法為：在編程時(shí)按實(shí)際輪廓編程，在粗加工時(shí)，將偏置量設(shè)為D=R+△，其中R為刀具的半徑，△為精加工余量，這樣在粗加工完成后，形成的工件輪廓的加工尺寸要比實(shí)際輪廓每邊都大△（或都小△）。在精加工時(shí)，將偏置量設(shè)為D=R，即可得到實(shí)際加工輪廓。

3.3采用同一程序段加工同一公稱直徑的凹、凸型面。

如圖2，對于同一公稱尺寸的凹、凸型面，內(nèi)外輪廓編寫成同一程序，在加工外輪廓時(shí)，將偏置值設(shè)為+D，刀具中心將沿輪廓的外側(cè)切削;當(dāng)加工內(nèi)輪廓時(shí)，將偏置值設(shè)為-D，這時(shí)刀具中心將沿輪廓的內(nèi)側(cè)切削。這種編程與加工方法，在模具加工中運(yùn)用較多。

3.4 利用刀補(bǔ)值控制輪廓的尺寸精度（刀具直徑小數(shù)點(diǎn)后2～4位的精度）。

一般精加工都采用按中間公差尺寸進(jìn)行加工，但為了更好的控制尺寸精度，通常我們都會(huì)按輪廓上差進(jìn)行精加工，當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束后在機(jī)床上對零件進(jìn)行實(shí)際測量，并根據(jù)實(shí)際測量值采取差多少補(bǔ)多少的方法來修改刀具半徑補(bǔ)償值，以達(dá)到控制零件輪廓尺寸精度的目的。

另外，刀具因磨損、重磨、換新刀引起直徑改變后不需修改程序，只需更換刀具參數(shù)庫中刀具的直徑值。

4 刀具半徑補(bǔ)償注意事項(xiàng)

①G41、G42為模態(tài)指令，且必須與G40成對使用。半徑補(bǔ)償模式的建立與取消程序段只能在G00或G01移動(dòng)指令模式下才有效。當(dāng)然，有部分系統(tǒng)也支持G02、G03模式，但為防止出現(xiàn)差錯(cuò)，在半徑補(bǔ)償與建立程序段最好不使用G02、G03指令。

②為保證刀補(bǔ)建立與刀補(bǔ)取消時(shí)刀具與工件的安全，通常采用G01運(yùn)動(dòng)方式來建立或取消刀補(bǔ)。如果采用G00運(yùn)動(dòng)方式來建立或取消刀補(bǔ)，則要采取先建立刀補(bǔ)再下刀和先退刀再取消刀補(bǔ)的編程加工方法。

③為了防止在半徑補(bǔ)償建立與取消過程中刀具產(chǎn)生過切現(xiàn)象，刀具半徑補(bǔ)償建立與取消程序段的起始位置與終點(diǎn)位置最好與補(bǔ)償方向在同一側(cè)。

④為保證加工質(zhì)量，避免刀具干涉，采用切線切入切出方式，在加工前建立刀補(bǔ)，加工后取消刀補(bǔ)。在切入工件的同時(shí)建立刀補(bǔ)，造成干涉，產(chǎn)生過切，切入前建立刀補(bǔ)，沿切線切入。

⑤D00～D99為刀具補(bǔ)償號(hào)，D00意味著取消刀補(bǔ)。刀具補(bǔ)償值在加工或運(yùn)行之前必須設(shè)定在補(bǔ)償存儲(chǔ)器中。

5 結(jié)束語

刀具半徑補(bǔ)償指令是數(shù)控機(jī)床的最重要的指令之一，在數(shù)控加工中應(yīng)用最多，如果離開了該指令，數(shù)控銑床就很難加工出復(fù)雜和高精度的零件。充分理解刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔眉耙饬x，合理運(yùn)用刀具半徑補(bǔ)償功能，不僅能簡化編程，加工出符合設(shè)計(jì)要求的工件，更能提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張超英、羅學(xué)科.數(shù)控機(jī)床加工工藝、編程及操作實(shí)訓(xùn). 高等教育出版社.2003，9.