許云飛

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

在實(shí)際加工過程中，由于刀具產(chǎn)生磨損及精加工的需要，常將車刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時(shí)的刀位點(diǎn)為刀尖圓弧的圓心。為確保工件輪廓形狀，加工時(shí)不允許刀具刀尖圓弧的圓心運(yùn)動(dòng)軌跡與被加工工件輪廓重合，而應(yīng)與工件輪廓偏移一個(gè)半徑值，這種偏移稱為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。目前，較多車床數(shù)控系統(tǒng)都具有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能。在編程時(shí)，只要按工件輪廓進(jìn)行編程，再通過系統(tǒng)補(bǔ)償一個(gè)刀尖圓弧半徑即可。但有些車床數(shù)控系統(tǒng)卻沒有刀尖圓弧補(bǔ)償功能。對(duì)于這些機(jī)床，如要加工精度較高的圓弧或圓錐表面時(shí)，則要通過計(jì)算來確定刀尖圓心運(yùn)動(dòng)軌跡，再進(jìn)行編程。

1 假想刀尖與刀尖圓弧半徑

在理想狀態(tài)下，我們總是將尖形車刀的刀位點(diǎn)假想成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)即為假想刀尖（圖1中的A點(diǎn)），在對(duì)刀時(shí)也是以假想刀尖進(jìn)行對(duì)刀。但實(shí)際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一個(gè)理想的點(diǎn)，而是一段圓?。ㄈ鐖D1中的BC 圓?。?。所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖圓弧所構(gòu)成的假想圓半徑（圖1中的r）。實(shí)踐中，所有車刀均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖在實(shí)際加工中是不存在的。

圖1 假想刀尖示意圖

2 未使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償時(shí)的加工誤差分析

用圓弧刀尖的外圓車刀切削加工時(shí),圓弧刃車刀（圖1）的對(duì)刀點(diǎn)分別為B點(diǎn)和C點(diǎn)，所形成的假想刀位點(diǎn)為A點(diǎn)，但在實(shí)際加工過程中，刀具切削點(diǎn)在刀尖圓弧上變動(dòng)，從而在加工過程中可能產(chǎn)生過切或者少切現(xiàn)象。因此，采用圓弧刃車刀在不使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能的情況下，加工工件會(huì)出現(xiàn)以下幾種誤差情況。

2.1 加工臺(tái)階面或端面誤差分析

加工臺(tái)階面或端面時(shí)，對(duì)加工表面的尺寸和形狀影響不大，但在端面的中心位置和臺(tái)階的清角位置會(huì)產(chǎn)生殘留誤差，如圖2所示。

圖2 加工臺(tái)階面或端面誤差分析

2.2 加工圓錐面誤差分析

加工圓錐面時(shí)，對(duì)圓錐的錐度不會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)錐面的大小端尺寸會(huì)產(chǎn)生較大的影響，通常情況下，會(huì)使外錐面的尺寸變大（圖3所示），而使內(nèi)錐面的尺寸變小。

圖3 加工圓錐面誤差分析

2.3 加工圓弧誤差分析

加工圓弧時(shí)，會(huì)對(duì)圓弧的圓度和圓弧半徑產(chǎn)生影響。加工外凸圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變小，其值=理論輪廓半徑R–刀尖圓弧半徑r，如圖4所示。加工內(nèi)凹圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變大，其值=理論輪廓半徑R+刀尖圓弧半徑r，如圖5所示。

圖4 加工外凸圓弧誤差分析圖

圖5 加工內(nèi)凹圓弧誤差分析

3 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償過程

刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)倪^程分為三步：即刀補(bǔ)的建立，刀補(bǔ)的進(jìn)行和刀補(bǔ)的取消。其補(bǔ)償過程通過圖6和加工程序O0001 共同說明。

圖6 刀尖圓弧半

3.1 刀補(bǔ)的建立

刀補(bǔ)的建立指刀具從起點(diǎn)接近工件時(shí)，車刀圓弧刃的圓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)必須與G00 或G01 功能在一起才有效。

刀具補(bǔ)償過程通過N50 程序段建立。當(dāng)執(zhí)行N50 程序段后，車刀圓弧刃的圓心坐標(biāo)位置由以下方法確定：將包含G42 語句的下邊兩個(gè)程序段（N60、N70）預(yù)讀，連接在補(bǔ)償平面內(nèi)最近兩移動(dòng)語句的終點(diǎn)坐標(biāo)(圖6中的BC 連線)，其連線的垂直方向?yàn)槠梅较?，根?jù)G41 或G42 來確定偏向哪一邊，偏置的大小由刀尖圓弧半徑值決定。經(jīng)補(bǔ)償后，車刀圓弧刃的圓心位于圖6中的B點(diǎn)處，其坐標(biāo)值為[0，（0+刀尖圓弧半徑）]。

3.2 刀補(bǔ)進(jìn)行

在G41 或G42 程序段后，程序進(jìn)入補(bǔ)償模式，此時(shí)車刀圓弧刃的圓心與編程軌跡始終相距一個(gè)偏置量，直到刀補(bǔ)取消。在該補(bǔ)償模式下，機(jī)床同樣要預(yù)讀兩段程序，找出當(dāng)前程序段所示刀具軌跡與下一程序段偏置后的刀具軌跡交點(diǎn)，以確保機(jī)床把下一段工件輪廓向外補(bǔ)償一個(gè)偏置量，如圖9中的C點(diǎn)、D點(diǎn)等。

3.3 刀補(bǔ)取消

刀具離開工件，車刀圓弧刃的圓心軌跡過渡到與編程軌跡重合的過程稱為刀補(bǔ)取消，如9 中的EF段（即N90 程序段）。刀補(bǔ)的取消用G40 來執(zhí)行，需要特別注意的是，G40 必須與G41 或G42 成對(duì)使用。

4 結(jié)束語

以上通過車刀刀尖半徑對(duì)加工工件的影響的分析可知，要保證零件加工精度，在數(shù)控加工尤其精加工一定要進(jìn)行車刀刀尖半徑補(bǔ)償。

[1]沈建峰，等.數(shù)控車床編程與操作實(shí)訓(xùn)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008：85-90.