數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽?/h1>
2016-11-09 19:33:04彭群
科技與創(chuàng)新 2016年19期
彭群
摘 要：刀具半徑補償在數(shù)控車床加工中發(fā)揮著極其重要的作用，不僅對保證零件輪廓的準確性和加工精度至關(guān)重要，還可以提高生產(chǎn)效率，降低技術(shù)人員的勞動強度。簡要探討了數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽?，詳細介紹和分析了有關(guān)刀具半徑補償各類型的應用，以期為其更好的應用提供參考。
關(guān)鍵詞：刀具半徑補償；數(shù)控車床加工；編程；環(huán)形槽
中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.098
刀具半徑補償是數(shù)控車床上的重要組成部份，合理使用刀具半徑補償功能在數(shù)控加工中有非常重要的作用。所謂“刀具半徑補償”，就是指在數(shù)控車床加工的過程中，為了方便起見，用戶總是按零件輪廓編制加工程序。為了加工所需的零件輪廓，在加工內(nèi)輪廓時，刀具中心必須向零件的內(nèi)側(cè)偏移一個刀具半徑值；在加工外輪廓時，刀具中心必須向零件的外側(cè)偏移一個刀具半徑值。刀具半徑補償在數(shù)控車床的應用，在極大地方便了零件加工程序編制的同時，還能提高生產(chǎn)效率，降低技術(shù)人員的勞動強度。本文簡要探討了數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽?，以期為其更好地應用提供參考和借鑒。
1 刀具半徑補償值的應用分析
在帶有環(huán)形槽零件的編程加工中，如果槽兩邊的曲線形狀有差異，就應對它們進行編程加工。一般來說，環(huán)形槽的寬帶是比較小的，因此，在編程加工中，刀具半徑的補償順序和加工起始點的位置確定都應與一般凹槽的編程加工有所不同。
以編程方式加工一般凹槽時，應先進給下刀，再在直線移動的過程中為道具建立相應的半徑補充，接著再進入工件輪廓加工中第1個程序段，然后再對輪廓逐段加工，直至輪廓加工完畢。最后，在直線的逐漸移動過程中，慢慢有效取消刀具半徑的補償，抬刀后即可完成整個加工過程。
通常情況下，環(huán)形槽的寬帶都比較小，而對其進行編程加工時，銑刀會在一定程度上受到其直徑的限制（槽寬通常僅比銑刀大1～2 mm）。如果在槽寬中心點所在位置進給下刀，并采取直線運動方式向工件的輪廓靠近，那么，建立刀具半徑補償G41或G42，并在輪廓起始點處于軌跡切向垂直時，此刀具半徑的補償路徑通常為0.5～1 mm。但是，這個長度無法保證輪廓形狀的準確性。為了有效解決這個問題，實踐發(fā)現(xiàn)，在編寫
環(huán)形槽的加工程序時，應使其輪廓加工的起始點所在位置和建立刀補的過程順序與一般凹槽有所區(qū)別。
在具體工作中，采取的是在空間為刀具建立補償?shù)姆椒ǎ唧w措施是：編程時，先給刀具建立半徑補償，接著再進給下刀，接下來的程序與一般凹槽編程的加工相同。采取這樣的方法可以在很大程度上防止加工輪廓因刀補路徑短而發(fā)生偏差。在此編程過程中，為刀具建立半徑補償G41或G42后，不是進入工件輪廓加工的第1個程序段，而是進給下刀。因此，建立刀具的半徑補償后，為了保證零件輪廓加工完成后其在輪廓加工的起始點所在位置的正確性，接近輪廓的起始點不能是起始點的常規(guī)位置，而應是在輪廓起始點處于刀具進給軌跡所在的垂直方向并與之相距一個刀具半徑補償值的位置。
下面，結(jié)合圖1詳細分析環(huán)形槽零件的編程加工過程。在此零件中，上環(huán)形槽的寬帶為6 mm，所選擇銑刀的直徑為5 mm。為了使編程加工更加便利，分別將環(huán)形槽的外側(cè)輪廓和里側(cè)輪廓的加工編寫成2個子程序L200和L100。
以下為環(huán)形槽加工過程中最主要的加工程序（以SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)為例，下同）：
……；
G0Z5；抬刀；
G41G0X-17.5Y0.0D1；空間建立刀具半徑補償至環(huán)形槽外側(cè)輪廓加工起始點；
G1Z-4.0F50；下刀；
L100；調(diào)用子程序精加工環(huán)形槽外側(cè)面；
G0Z5；抬刀；
G40G0X0.0Y0.0；取消刀具半徑補償；
G42G0X-16.5Y0.0D1；空間建立刀具半徑補償至環(huán)形槽里側(cè)輪廓加工起始點；
G1Z-4.0F50；下刀；
L200；調(diào)用子程序精加工環(huán)形槽里側(cè)面；
G0Z5；抬刀；
G40G0X0.0Y0.0；取消刀具半徑補償；
……；
上述程序為環(huán)形槽中精加工中部分比較重要的程序，其中，零件中心點是整個工件坐標系的原點，D1是刀具半徑的補償值，長度為2.5 mm。在加工環(huán)形槽的里側(cè)面、外側(cè)面時，不是以零件的輪廓點（里側(cè)X-14.0，Y0.0，外側(cè)X-20.0，Y0.0）所在的常規(guī)位置作為加工的起始點，而是以與之相距2.5 mm的位置，即刀具半徑補償值（里側(cè)X-16.5，Y0.0，外側(cè)X-17.5，Y0.0）的位置為實際起始點。
詳細分析上述例子可知，在改變刀具半徑補償?shù)倪^程中，按照刀補值對零件加工起始點在建立刀補后的常規(guī)位置進行修訂后，能夠有效解決零件加工輪廓中所發(fā)生的偏差問題。但需注意的是，在此過程中，必須結(jié)合實際情況靈活應用刀具半徑補償值。
2 左、右刀具半徑正負取值和補償?shù)膽?/p>
據(jù)相關(guān)實踐可知，應在補償平面內(nèi)沿著刀具進給所在方向來判別刀具半徑左、右補償指令G41、G42的方向，在輪廓的左邊和右邊，刀具使用的分別是左補償和右補償。因此，在加工內(nèi)、外輪廓的零件時，如果刀具沿著內(nèi)輪廓逆時針、外輪廓順時針所在方向進給加工時，應使用左補償G41；如果刀具沿著內(nèi)輪廓順時針、外輪廓逆時針方向開展進給加工作業(yè)，則應使用右補償G42。
因此，結(jié)合左、右刀補指令的功能特點，在加工有外輪廓與內(nèi)輪廓且內(nèi)、外輪廓曲線相同的零件時，如果刀具沿著輪廓的逆時針方向進給，則使用左刀補指令G41（或右刀補指令G42的負值）編程加工內(nèi)輪廓，并使用右刀補指令G42編程加工外輪廓；如果刀具在進給過程中沿著輪廓順時針所在的方向，則使用右刀補指令G42（或使用左刀補指令G41的負值）編程加工內(nèi)輪廓，并使用左刀補指令G41，則可編程加工外輪廓。
從某個角度來說，凹、凸配合形狀的2個零件的加工和與之形狀相同的內(nèi)、外輪廓的加工是相同的。在編程過程中，可以按照刀具的逆時針或順時針方向進給加工輪廓形狀，只需單獨編寫一個子程序，即可把其分別應用于2個零件的內(nèi)、外輪廓的編程加工中。此時，只需在子程序調(diào)用之前正確選擇刀具半徑補償指令G41或G42，并決定取正值還是負值，從而實現(xiàn)編程加工。對于內(nèi)、外形狀輪廓都相同的薄壁件，也可通過上述方法對其進行編程加工，但需注意的是，應與進刀補值和薄壁的厚度值進行合理、有效的結(jié)合。
圖2為薄壁凸臺零件的編程加工示意圖，此零件的厚度為3 mm，所選擇銑刀的直徑是10 mm。
根據(jù)刀具在順時針方向的進給情況，把內(nèi)輪廓形狀加工的具體過程編寫成一個子程序L300。以下為編程加工過程中比較重要的部分：
……；
G0Z5；抬刀；
G0X0.0Y0.0；刀具空間移動；
G1Z-3.0F50；下刀；
G42G1X-21.21Y7.07D1；給刀具建立右半徑補償至內(nèi)輪廓加工起始點，刀補值D1=5.0 mm；
L300；調(diào)用子程序?qū)?nèi)輪廓進行精加工；
G40G1X0.0Y0.0；刀具半徑補償取消；
G0Z5.0；抬刀；
X-60.0Y-60.0；刀具空間移動；
G41G1X-40.0Y-11.72D2；建立刀具左半徑補償至外輪廓加工起始點，刀補值D2=8.0 mm；
G1X-21.21Y7.07；延長線方向切入至調(diào)用子程序點；
L300；調(diào)用子程序精加工外輪廓；
G1X11.72Y40.0；切線方向切出；
G40G0X60.0Y60.0；取消刀具半徑補償；
G0Z5.0；抬刀；
……；
上述程序都是此薄壁零件中比較重要的加工部分，零件中心點是工件坐標系的原點，通過右刀具半徑補償G42指令對內(nèi)輪廓進行編程加工后，可選擇以下2種方式建立刀補，以對外輪廓進行編程加工：①用右刀具半徑補償G42指令，此時取負值為刀補值；②用左刀具半徑補償G41指令，此時取正值為刀補值。在此需要注意的是，刀補值應為薄壁厚度3 mm與刀具半徑5 mm之和，即-8 mm或8 mm。
3 在控制尺寸加工精度方面的應用
在零件自動加工的過程中，通常都是使用同一（子）程序，且還會以先粗后精的順序加工。在粗加工的過程中，一般都需要留0.2～0.3 mm的加工余量，因此，應在刀具半徑的基礎(chǔ)上加0.2～0.3 mm，將其作為刀具半徑的補償值。在精加工時，可以直接把刀具半徑作為刀具半徑補償值。一般情況下，在精加工的過程中，需先把刀具半徑延長0.1～0.2 mm，再將其作為刀具半徑補償值。當精加工結(jié)束后，按照輪廓的具體尺寸對刀具半徑補償值進行適當修改，接著再重新運行精加工程序，使輪廓尺寸能夠更好地達到設(shè)計標準。在此需要注意的是，修改了刀具半徑補償值后，必須使用修改后的值重新進行精加工。只有這樣，才能在最大程度上保證所加工出來的輪廓尺寸符合相關(guān)的設(shè)計要求，從而有效保證零件的加工精度。
4 結(jié)束語
由相關(guān)實踐可知，刀具半徑補償?shù)闹饕饔檬呛喕幊碳庸さ某绦颍渲饕鶕?jù)零件的輪廓尺寸進行相關(guān)的編程工作。在開展加工作業(yè)之前，操作人員應有效測量刀具的實際半徑、長度。此外，還需有效確定補償中的正負號，然后才能將其作為刀具的補償參數(shù)，并輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，使加工處理的零件能夠在一定程度上滿足設(shè)計要求。
參考文獻
[1]徐青青.數(shù)控銑削中刀具半徑補償功能的應用研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011（06）：11-12.
[2]何龍劍.數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽锰骄縖J].裝備制造技術(shù)，2013（8）：70-71.
〔編輯：白潔〕
彭群
摘 要：刀具半徑補償在數(shù)控車床加工中發(fā)揮著極其重要的作用，不僅對保證零件輪廓的準確性和加工精度至關(guān)重要，還可以提高生產(chǎn)效率，降低技術(shù)人員的勞動強度。簡要探討了數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽?，詳細介紹和分析了有關(guān)刀具半徑補償各類型的應用，以期為其更好的應用提供參考。
關(guān)鍵詞：刀具半徑補償；數(shù)控車床加工；編程；環(huán)形槽
中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.098
刀具半徑補償是數(shù)控車床上的重要組成部份，合理使用刀具半徑補償功能在數(shù)控加工中有非常重要的作用。所謂“刀具半徑補償”，就是指在數(shù)控車床加工的過程中，為了方便起見，用戶總是按零件輪廓編制加工程序。為了加工所需的零件輪廓，在加工內(nèi)輪廓時，刀具中心必須向零件的內(nèi)側(cè)偏移一個刀具半徑值；在加工外輪廓時，刀具中心必須向零件的外側(cè)偏移一個刀具半徑值。刀具半徑補償在數(shù)控車床的應用，在極大地方便了零件加工程序編制的同時，還能提高生產(chǎn)效率，降低技術(shù)人員的勞動強度。本文簡要探討了數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽?，以期為其更好地應用提供參考和借鑒。
1 刀具半徑補償值的應用分析
在帶有環(huán)形槽零件的編程加工中，如果槽兩邊的曲線形狀有差異，就應對它們進行編程加工。一般來說，環(huán)形槽的寬帶是比較小的，因此，在編程加工中，刀具半徑的補償順序和加工起始點的位置確定都應與一般凹槽的編程加工有所不同。
以編程方式加工一般凹槽時，應先進給下刀，再在直線移動的過程中為道具建立相應的半徑補充，接著再進入工件輪廓加工中第1個程序段，然后再對輪廓逐段加工，直至輪廓加工完畢。最后，在直線的逐漸移動過程中，慢慢有效取消刀具半徑的補償，抬刀后即可完成整個加工過程。
通常情況下，環(huán)形槽的寬帶都比較小，而對其進行編程加工時，銑刀會在一定程度上受到其直徑的限制（槽寬通常僅比銑刀大1～2 mm）。如果在槽寬中心點所在位置進給下刀，并采取直線運動方式向工件的輪廓靠近，那么，建立刀具半徑補償G41或G42，并在輪廓起始點處于軌跡切向垂直時，此刀具半徑的補償路徑通常為0.5～1 mm。但是，這個長度無法保證輪廓形狀的準確性。為了有效解決這個問題，實踐發(fā)現(xiàn)，在編寫
環(huán)形槽的加工程序時，應使其輪廓加工的起始點所在位置和建立刀補的過程順序與一般凹槽有所區(qū)別。
在具體工作中，采取的是在空間為刀具建立補償?shù)姆椒ǎ唧w措施是：編程時，先給刀具建立半徑補償，接著再進給下刀，接下來的程序與一般凹槽編程的加工相同。采取這樣的方法可以在很大程度上防止加工輪廓因刀補路徑短而發(fā)生偏差。在此編程過程中，為刀具建立半徑補償G41或G42后，不是進入工件輪廓加工的第1個程序段，而是進給下刀。因此，建立刀具的半徑補償后，為了保證零件輪廓加工完成后其在輪廓加工的起始點所在位置的正確性，接近輪廓的起始點不能是起始點的常規(guī)位置，而應是在輪廓起始點處于刀具進給軌跡所在的垂直方向并與之相距一個刀具半徑補償值的位置。
下面，結(jié)合圖1詳細分析環(huán)形槽零件的編程加工過程。在此零件中，上環(huán)形槽的寬帶為6 mm，所選擇銑刀的直徑為5 mm。為了使編程加工更加便利，分別將環(huán)形槽的外側(cè)輪廓和里側(cè)輪廓的加工編寫成2個子程序L200和L100。
以下為環(huán)形槽加工過程中最主要的加工程序（以SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)為例，下同）：
……；
G0Z5；抬刀；
G41G0X-17.5Y0.0D1；空間建立刀具半徑補償至環(huán)形槽外側(cè)輪廓加工起始點；
G1Z-4.0F50；下刀；
L100；調(diào)用子程序精加工環(huán)形槽外側(cè)面；
G0Z5；抬刀；
G40G0X0.0Y0.0；取消刀具半徑補償；
G42G0X-16.5Y0.0D1；空間建立刀具半徑補償至環(huán)形槽里側(cè)輪廓加工起始點；
G1Z-4.0F50；下刀；
L200；調(diào)用子程序精加工環(huán)形槽里側(cè)面；
G0Z5；抬刀；
G40G0X0.0Y0.0；取消刀具半徑補償；
……；
上述程序為環(huán)形槽中精加工中部分比較重要的程序，其中，零件中心點是整個工件坐標系的原點，D1是刀具半徑的補償值，長度為2.5 mm。在加工環(huán)形槽的里側(cè)面、外側(cè)面時，不是以零件的輪廓點（里側(cè)X-14.0，Y0.0，外側(cè)X-20.0，Y0.0）所在的常規(guī)位置作為加工的起始點，而是以與之相距2.5 mm的位置，即刀具半徑補償值（里側(cè)X-16.5，Y0.0，外側(cè)X-17.5，Y0.0）的位置為實際起始點。
詳細分析上述例子可知，在改變刀具半徑補償?shù)倪^程中，按照刀補值對零件加工起始點在建立刀補后的常規(guī)位置進行修訂后，能夠有效解決零件加工輪廓中所發(fā)生的偏差問題。但需注意的是，在此過程中，必須結(jié)合實際情況靈活應用刀具半徑補償值。
2 左、右刀具半徑正負取值和補償?shù)膽?/p>
據(jù)相關(guān)實踐可知，應在補償平面內(nèi)沿著刀具進給所在方向來判別刀具半徑左、右補償指令G41、G42的方向，在輪廓的左邊和右邊，刀具使用的分別是左補償和右補償。因此，在加工內(nèi)、外輪廓的零件時，如果刀具沿著內(nèi)輪廓逆時針、外輪廓順時針所在方向進給加工時，應使用左補償G41；如果刀具沿著內(nèi)輪廓順時針、外輪廓逆時針方向開展進給加工作業(yè)，則應使用右補償G42。
因此，結(jié)合左、右刀補指令的功能特點，在加工有外輪廓與內(nèi)輪廓且內(nèi)、外輪廓曲線相同的零件時，如果刀具沿著輪廓的逆時針方向進給，則使用左刀補指令G41（或右刀補指令G42的負值）編程加工內(nèi)輪廓，并使用右刀補指令G42編程加工外輪廓；如果刀具在進給過程中沿著輪廓順時針所在的方向，則使用右刀補指令G42（或使用左刀補指令G41的負值）編程加工內(nèi)輪廓，并使用左刀補指令G41，則可編程加工外輪廓。
從某個角度來說，凹、凸配合形狀的2個零件的加工和與之形狀相同的內(nèi)、外輪廓的加工是相同的。在編程過程中，可以按照刀具的逆時針或順時針方向進給加工輪廓形狀，只需單獨編寫一個子程序，即可把其分別應用于2個零件的內(nèi)、外輪廓的編程加工中。此時，只需在子程序調(diào)用之前正確選擇刀具半徑補償指令G41或G42，并決定取正值還是負值，從而實現(xiàn)編程加工。對于內(nèi)、外形狀輪廓都相同的薄壁件，也可通過上述方法對其進行編程加工，但需注意的是，應與進刀補值和薄壁的厚度值進行合理、有效的結(jié)合。
圖2為薄壁凸臺零件的編程加工示意圖，此零件的厚度為3 mm，所選擇銑刀的直徑是10 mm。
根據(jù)刀具在順時針方向的進給情況，把內(nèi)輪廓形狀加工的具體過程編寫成一個子程序L300。以下為編程加工過程中比較重要的部分：
……；
G0Z5；抬刀；
G0X0.0Y0.0；刀具空間移動；
G1Z-3.0F50；下刀；
G42G1X-21.21Y7.07D1；給刀具建立右半徑補償至內(nèi)輪廓加工起始點，刀補值D1=5.0 mm；
L300；調(diào)用子程序?qū)?nèi)輪廓進行精加工；
G40G1X0.0Y0.0；刀具半徑補償取消；
G0Z5.0；抬刀；
X-60.0Y-60.0；刀具空間移動；
G41G1X-40.0Y-11.72D2；建立刀具左半徑補償至外輪廓加工起始點，刀補值D2=8.0 mm；
G1X-21.21Y7.07；延長線方向切入至調(diào)用子程序點；
L300；調(diào)用子程序精加工外輪廓；
G1X11.72Y40.0；切線方向切出；
G40G0X60.0Y60.0；取消刀具半徑補償；
G0Z5.0；抬刀；
……；
上述程序都是此薄壁零件中比較重要的加工部分，零件中心點是工件坐標系的原點，通過右刀具半徑補償G42指令對內(nèi)輪廓進行編程加工后，可選擇以下2種方式建立刀補，以對外輪廓進行編程加工：①用右刀具半徑補償G42指令，此時取負值為刀補值；②用左刀具半徑補償G41指令，此時取正值為刀補值。在此需要注意的是，刀補值應為薄壁厚度3 mm與刀具半徑5 mm之和，即-8 mm或8 mm。
3 在控制尺寸加工精度方面的應用
在零件自動加工的過程中，通常都是使用同一（子）程序，且還會以先粗后精的順序加工。在粗加工的過程中，一般都需要留0.2～0.3 mm的加工余量，因此，應在刀具半徑的基礎(chǔ)上加0.2～0.3 mm，將其作為刀具半徑的補償值。在精加工時，可以直接把刀具半徑作為刀具半徑補償值。一般情況下，在精加工的過程中，需先把刀具半徑延長0.1～0.2 mm，再將其作為刀具半徑補償值。當精加工結(jié)束后，按照輪廓的具體尺寸對刀具半徑補償值進行適當修改，接著再重新運行精加工程序，使輪廓尺寸能夠更好地達到設(shè)計標準。在此需要注意的是，修改了刀具半徑補償值后，必須使用修改后的值重新進行精加工。只有這樣，才能在最大程度上保證所加工出來的輪廓尺寸符合相關(guān)的設(shè)計要求，從而有效保證零件的加工精度。
4 結(jié)束語
由相關(guān)實踐可知，刀具半徑補償?shù)闹饕饔檬呛喕幊碳庸さ某绦颍渲饕鶕?jù)零件的輪廓尺寸進行相關(guān)的編程工作。在開展加工作業(yè)之前，操作人員應有效測量刀具的實際半徑、長度。此外，還需有效確定補償中的正負號，然后才能將其作為刀具的補償參數(shù)，并輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，使加工處理的零件能夠在一定程度上滿足設(shè)計要求。
參考文獻
[1]徐青青.數(shù)控銑削中刀具半徑補償功能的應用研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011（06）：11-12.
[2]何龍劍.數(shù)控車床加工中刀具半徑補償?shù)膽锰骄縖J].裝備制造技術(shù)，2013（8）：70-71.
〔編輯：白潔〕
