楊豐

摘 要：以數(shù)控車削加工刀具磨損補償為研究對象，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償?shù)母鞣N方法及其特點，重點探討了利用宏程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)控車削加工刀具自動補償?shù)姆椒?。該方法首先用直線對磨損曲線進行了近視處理，然后用宏變量定義了相關(guān)要素，給出了相應(yīng)的宏程序，能實現(xiàn)數(shù)控車削加工刀具磨損的自動補償和刀具急劇磨損時的自動報警。

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

中圖分類號：TG519.1 文獻標(biāo)識碼：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，刀具磨損更快，這必然會導(dǎo)致加工尺寸變化，進而影響加工精度。在普通車床上加工時，針對刀具磨損帶來的尺寸變化，操作者可以人工控制中拖板進刀量來修正。但數(shù)控車削屬于自動加工，刀具磨損后補償、更換刀刃的時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，刀具本身也會逐漸磨損，即刀具磨損。通過實驗發(fā)現(xiàn)，刀具磨損過程大致分為3個階段，如圖1所示。開始使用刀具時，由于新刀具的表面比較粗糙，切削時刀具磨損較快，這個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，切削時磨損較慢，磨損量與切削時間近似成正比，這個階段為正常磨損階段（Ⅱ段）；當(dāng)磨損量達到一定程度后，由于刀具磨損嚴(yán)重，使用時機械摩擦加劇，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，后刀面上測定的磨損帶寬度VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

2 刀具磨損的補償方法

從圖1可以看出，隨著切削時間的推移，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，需要對刀具磨損進行補償，以保證零件的尺寸精度。

2.1 手動補償法

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

式（1）中：△為磨損補償量；d理論為工件理論尺寸；d測量為工件實際測量尺寸。

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

2.2 自動補償法

2.2.1 在線測量自動補償法

在數(shù)控車床上安裝在線測量系統(tǒng)，在加工過程中自動測量工件尺寸，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)修改刀具補償值，從而實現(xiàn)刀具磨損的自動補償。

2.2.2 宏程序自動補償法

用直線OA和AB代替圖1中的相應(yīng)磨損曲線，對磨損量進行近似處理，如圖3所示。利用三角函數(shù)分別計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)對刀具磨損的自動補償。

本文以FANUC數(shù)控系統(tǒng)車削外圓為例，在程序中先對#501～#505賦值，每加工完一個工件，通過宏程序修改相應(yīng)刀補地址的X軸磨損補償量，實現(xiàn)對刀具磨損的自動補償。同時，當(dāng)?shù)毒哌_到磨損極限時，利用宏變量#3000向機床發(fā)出報警信號，各變量含義如表1所示。

參考程序：

O1

T0101

……

#508=#3901+1 計算零件加工數(shù)量

#509=#507*#508 計算累計加工時間

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

#3901=0 已加工零件個數(shù)清零

#3000=1（TOOL LIFE OVER） 超過刀具壽命報警

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

#510=#509-#501 計算正常磨損階段的切削時間

#511=#501*TAN[#504]+#510*TAN[#505] 計算刀具累計磨損量

GOTO 30 轉(zhuǎn)移至N30程序段

N20 #511=#509*TAN[#504] 計算刀具累計磨損量

N30 #512=#511*#506 計算刀具磨損引起的尺寸誤差

#2001=-#512 修改1號刀補地址的X軸補償量

……

M30

3 結(jié)束語

本文分析了數(shù)控車削刀具磨損補償?shù)膸追N方法，手動補償法需要現(xiàn)場操作者經(jīng)常停車測量，然后修改程序或刀具磨損補償值，對操作者要求較高。在線測量自動補償法需要在機床上安裝在線測量系統(tǒng)，成本較高，而宏程序自動補償法在沒有在線測量系統(tǒng)的經(jīng)濟型數(shù)控車床上也能實現(xiàn)刀具磨損的自動補償和自動報警，既經(jīng)濟又簡單，在實際生產(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度，具有一定的推廣價值。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕