刀尖圓弧補(bǔ)償在數(shù)控加工中的應(yīng)用

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(guò)刀具圓角半徑補(bǔ)償器來(lái)實(shí)現(xiàn)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)男Ч?。?duì)于此類的數(shù)控機(jī)床，編程人員可以具體根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行變成。已達(dá)到在加工過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動(dòng)運(yùn)算出的軌跡，進(jìn)行刀具圓弧半徑補(bǔ)償。

1 運(yùn)用刀尖圓弧補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

圖1 刀具加工線路圖

（1）對(duì)刀具進(jìn)行產(chǎn)生誤差的分析。如上圖，編程數(shù)控機(jī)床在加工程序?qū)嵭兄校覀兛梢詫④嚨兜都饪闯梢粋€(gè)點(diǎn)。就像圖1 a所表示的p點(diǎn)，p點(diǎn)是理論上的刀尖。但是我們?cè)诩庸み^(guò)程中，運(yùn)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(shí)際應(yīng)用中，刀尖磨成半徑不大的圓弧（一般圓弧半徑是在0.4-06），就像上圖b中，X向與Z向的交點(diǎn)p稱為理論刀尖（也名假想刀尖），這個(gè)點(diǎn)在編程的時(shí)候，是確定加工軌跡的點(diǎn)，是數(shù)控系統(tǒng)控制點(diǎn)的運(yùn)行軌跡。但是在我們實(shí)際操作過(guò)程中，用于切削的點(diǎn)是A與B，很明顯，假想的刀尖P點(diǎn)跟實(shí)際切削點(diǎn)A,B是不同的三個(gè)點(diǎn)。所以我們?cè)跈C(jī)械數(shù)控加工過(guò)程中，必須對(duì)刀尖半徑進(jìn)行補(bǔ)償，如果我們只是按照理論點(diǎn)進(jìn)行加工編程，一定會(huì)造成加工誤差。

（2）在加工過(guò)程中，刀尖圓弧半徑對(duì)加工零件的影響。如上面所分析的，我們?cè)诶碚撋蠈⒌都饪闯梢粋€(gè)點(diǎn)，但是車刀是有一點(diǎn)的弧度，現(xiàn)在我們?cè)谝砸粋€(gè)連貫運(yùn)行的圖像進(jìn)行分析車刀運(yùn)行軌跡如上圖。我們理論上把車刀當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行編程，然而在車削過(guò)程中，實(shí)際起到車削作用的是A與B點(diǎn)。因此在我們車削倒角，圓弧以及錐面時(shí)，會(huì)造成切削加工不到位的現(xiàn)象。

2 對(duì)于偏執(zhí)刀具偏執(zhí)值的計(jì)算

如圖3 a所示，假想刀尖P點(diǎn)沿工件輪廓CD移動(dòng)，如果按照輪廓線CD編程，用圓角車刀進(jìn)行實(shí)際切削，必然產(chǎn)生CDD1 C1的殘留誤差。因此，實(shí)際加工時(shí)，圓頭車刀的實(shí)際切削點(diǎn)要移至輪廓線CD，沿CD移動(dòng)，如圖3 b所示，這樣才能消除殘留高度。這時(shí)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(duì)圖4 a所示凸圓弧加工情況，圓弧C1D1為假想刀尖軌跡，O1點(diǎn)為圓心，半徑為（R+r）；對(duì)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(diǎn)，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(jìn)行程序編制。

圖2 刀尖欠切或過(guò)切過(guò)程

圖3 車刀形狀與位置示意圖

圖4

圖5

3 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?/h2>

（1）在了解刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)姆椒ㄇ?，先要?duì)補(bǔ)償方法進(jìn)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(dòng)的方向看，刀具在工作輪廓左側(cè)，是左補(bǔ)償。反之，就是右補(bǔ)償。但是也有刀具半徑補(bǔ)償去取消的，即使用此指令后，其他指令無(wú)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(bǔ)償是一個(gè)樣子的。

（2）刀具圓弧半徑補(bǔ)償?shù)木幊桃?guī)則。在經(jīng)用數(shù)控機(jī)床加工零部件時(shí)，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(bǔ)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(jìn)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(gè)值是變化的。③在進(jìn)行刀具補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，要按照零部件的實(shí)際輪廓編寫精加工軌跡。

4 刀具圓弧半徑補(bǔ)償在加工中的巧妙應(yīng)用

在程序的設(shè)計(jì)中，要注意到刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，在實(shí)際中，也要注意把刀尖半徑以及刀尖的相應(yīng)方位號(hào)輸入到刀補(bǔ)之中，這個(gè)樣子，工件加工時(shí)才不會(huì)出現(xiàn)明顯誤差。對(duì)于不具備補(bǔ)償功能經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的車床可直接按照假想刀尖的軌跡進(jìn)行編程，即在編程時(shí)給出假想刀尖的軌跡，如圖3 b和圖4所示的虛線軌跡進(jìn)行編程。如果采用手工編程計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，通常可利用計(jì)算機(jī)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(guò)軟件查出有關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行編程；對(duì)于較復(fù)雜的工件也可以利用計(jì)算機(jī)輔助編程（CAM），編程時(shí)考慮半徑補(bǔ)償和由機(jī)床進(jìn)行半徑補(bǔ)償，對(duì)于有些不具備補(bǔ)償功能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該采用編程時(shí)考慮半徑補(bǔ)償，根據(jù)給出的刀尖半徑和零件輪廓會(huì)自動(dòng)計(jì)算出假想刀尖軌跡，通過(guò)軟件后置處理生成假想刀尖軌跡的加工程序。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面的圖片以及里子的介紹，我們了解了刀尖圓弧半徑補(bǔ)償對(duì)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?cè)谟玫毒哐a(bǔ)償功能時(shí)，一定要掌握正確的辦法，要使刀具偏置補(bǔ)償與刀尖圓弧補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)，這樣才不會(huì)出現(xiàn)計(jì)算誤差。

[1]呂玉萍.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償在數(shù)控加工中的應(yīng)用[J].實(shí)踐與探索，2011，(1):69-70.

[2]郭秀華.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償在數(shù)控車中的運(yùn)用[J].機(jī)械與電子，2011，(23):546-548.