王海港,沈祥紅
(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 商丘 476000)
現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中,基本上通過刀具圓角半徑補償器來實現(xiàn)刀尖圓弧半徑補償?shù)男Чτ诖祟惖臄?shù)控機床,編程人員可以具體根據(jù)零件輪廓形狀進行變成。已達到在加工過程中,數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動運算出的軌跡,進行刀具圓弧半徑補償。
圖1 刀具加工線路圖
(1)對刀具進行產(chǎn)生誤差的分析。如上圖,編程數(shù)控機床在加工程序?qū)嵭兄?,我們可以將車刀刀尖看成一個點。就像圖1 a所表示的p點,p點是理論上的刀尖。但是我們在加工過程中,運用的車刀通常都是圓弧狀的,像上圖中的b,其主要是為了提高刀具使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度,在實際應(yīng)用中,刀尖磨成半徑不大的圓?。ㄒ话銏A弧半徑是在0.4-06),就像上圖b中,X向與Z向的交點p稱為理論刀尖(也名假想刀尖),這個點在編程的時候,是確定加工軌跡的點,是數(shù)控系統(tǒng)控制點的運行軌跡。但是在我們實際操作過程中,用于切削的點是A與B,很明顯,假想的刀尖P點跟實際切削點A,B是不同的三個點。所以我們在機械數(shù)控加工過程中,必須對刀尖半徑進行補償,如果我們只是按照理論點進行加工編程,一定會造成加工誤差。
(2)在加工過程中,刀尖圓弧半徑對加工零件的影響。如上面所分析的,我們在理論上將刀尖看成一個點,但是車刀是有一點的弧度,現(xiàn)在我們在以一個連貫運行的圖像進行分析車刀運行軌跡如上圖。我們理論上把車刀當(dāng)成一個點進行編程,然而在車削過程中,實際起到車削作用的是A與B點。因此在我們車削倒角,圓弧以及錐面時,會造成切削加工不到位的現(xiàn)象。
如圖3 a所示,假想刀尖P點沿工件輪廓CD移動,如果按照輪廓線CD編程,用圓角車刀進行實際切削,必然產(chǎn)生CDD1 C1的殘留誤差。因此,實際加工時,圓頭車刀的實際切削點要移至輪廓線CD,沿CD移動,如圖3 b所示,這樣才能消除殘留高度。這時假想刀尖的軌跡C2 D2與輪廓線CD在X向相差ΔX,Z向相差ΔZ。設(shè)刀具的半徑為r,可以求出:刀尖為C1和D1。對圖4 a所示凸圓弧加工情況,圓弧C1D1為假想刀尖軌跡,O1點為圓心,半徑為(R+r);對圖4 b所示凹圓弧加工情況,圓弧C2D2為假想刀尖軌跡,其圓心是O2點,半徑為(R-r)。如果按假想刀尖軌跡編程,則要以圖中所示的圓弧C1D1或C2D(2虛線)有關(guān)參數(shù)進行程序編制。
圖2 刀尖欠切或過切過程
圖3 車刀形狀與位置示意圖
圖4
圖5
(1)在了解刀尖圓弧半徑補償?shù)姆椒ㄇ埃纫獙ρa償方法進行判定。在應(yīng)用中,我們通常采用的是右手笛卡爾直角坐標(biāo)系判斷出第三根軸的正方向。沿著刀具的移動的方向看,刀具在工作輪廓左側(cè),是左補償。反之,就是右補償。但是也有刀具半徑補償去取消的,即使用此指令后,其他指令無效,并且值得注意的是,數(shù)控車床存在前置刀架以及后置刀架兩種情況。但是刀具半徑的補償是一個樣子的。
(2)刀具圓弧半徑補償?shù)木幊桃?guī)則。在經(jīng)用數(shù)控機床加工零部件時,為了保證生產(chǎn)質(zhì)量與精度,編程中使用刀尖圓弧半徑補償方法下面是我們經(jīng)常用到的一些規(guī)則①G40,G41,G42只能與G00以及G11結(jié)合進行編程,不能與G02G 03等其他指令結(jié)合編程。②在先編入程序G40,G41,G42與G00程序以及程序 G40,G41,G42以及程序G 01相結(jié)合的編程中,X,Z值至少得有一個值是變化的。③在進行刀具補償?shù)臅r候,要按照零部件的實際輪廓編寫精加工軌跡。
在程序的設(shè)計中,要注意到刀尖圓弧半徑補償,在實際中,也要注意把刀尖半徑以及刀尖的相應(yīng)方位號輸入到刀補之中,這個樣子,工件加工時才不會出現(xiàn)明顯誤差。對于不具備補償功能經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的車床可直接按照假想刀尖的軌跡進行編程,即在編程時給出假想刀尖的軌跡,如圖3 b和圖4所示的虛線軌跡進行編程。如果采用手工編程計算相當(dāng)復(fù)雜,通常可利用計算機繪圖軟件(如Auto CAD、CAXA電子圖版等)先畫出工件輪廓,再根據(jù)刀尖圓角半徑大小繪制相應(yīng)假想刀尖軌跡,通過軟件查出有關(guān)點的坐標(biāo)來進行編程;對于較復(fù)雜的工件也可以利用計算機輔助編程(CAM),編程時考慮半徑補償和由機床進行半徑補償,對于有些不具備補償功能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該采用編程時考慮半徑補償,根據(jù)給出的刀尖半徑和零件輪廓會自動計算出假想刀尖軌跡,通過軟件后置處理生成假想刀尖軌跡的加工程序。
通過上面的圖片以及里子的介紹,我們了解了刀尖圓弧半徑補償對于工件加工的重要意義,提高零部件加工的精確度,提高生產(chǎn)效益及速度。但是我們在用刀具補償功能時,一定要掌握正確的辦法,要使刀具偏置補償與刀尖圓弧補償號對應(yīng)起來,這樣才不會出現(xiàn)計算誤差。
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[2]郭秀華.刀尖圓弧半徑補償在數(shù)控車中的運用[J].機械與電子,2011,(23):546-548.