動態(tài)半徑補償及其應(yīng)用研究

劉振超，葉 燕

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院，廣西 柳州545616）

0 前言

在數(shù)控銑削手工編程中，如果使用刀補功能進行自動的計算處理，就可以直接按加工工件的輪廓尺寸編程，從而使計算及編程均大大簡化。刀具半徑動態(tài)補償功能，是在用戶宏程序中，將半徑值設(shè)為一個變量值，數(shù)控系統(tǒng)通過指令將不斷變化的半徑補償值輸入CNC儲存器中，使用這種半徑變量的方式可實現(xiàn)一般程序編制不出的輪廓和曲面的加工程序，如非圓曲線輪廓、三維斜面、圓弧面、倒角倒圓等，從而使編程變得簡單，具有非?，F(xiàn)實的應(yīng)用價值[1]。

1 刀具半徑補償?shù)姆椒?/h2>

刀具半徑補償功能的作用體現(xiàn)的兩個方面：一是在編程時直接按圖樣尺寸編程，可不必考慮刀具的半徑，只要在實際加工時輸入刀具的半徑補償值即可；二是刀具磨損引起的刀具半徑變化值，可以用刀具半徑補償值來修正。

在手工編程加工中半徑補償值輸入CNC儲存器的方法有兩種。第一種方法，用手動的方法將刀具半徑值直接輸入CNC儲存器內(nèi)，刀具半徑補償值是保持不變的，稱為定刀具半徑補償。第二種方法，在程序中用指令將對應(yīng)的半徑補償值輸入到CNC儲存器，刀具半徑補償值在加工過程中是按一定規(guī)律改變的，稱為動態(tài)刀具半徑補償。動態(tài)刀具半徑補償需要與變量編程結(jié)合才能發(fā)揮作用。所謂變量編程，即允許程序中使用變量和給變量賦值，并能進行算術(shù)運算、邏輯運算和條件轉(zhuǎn)移，是數(shù)控程序編制的高級形式。

2 不同數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)半徑補償指令格式及應(yīng)用

2.1 F A N U C0i系統(tǒng)的動態(tài)半徑補償

（1）指令格式：G10 L12 P_R_ ；

說明：

其中G10L12表示修改半徑補償；P_表示刀具補償號；R_表示絕對值指令（G90）方式時的刀具補償值；或增量值指令（G91）方式時的刀具補償值為該值與指定的刀具補償號的值相加的和。

（2）舉例說明

程序段G10L12P1R#2中，1號刀補的值被修改為#2所存儲的數(shù)值。其中G10L12表示修改半徑補償，P1表示修改1號刀補值——即D01，R#2表示修改為變量2的數(shù)值，也可以跟常數(shù)，例如：G10L12P1R5，表示在D01中輸入補償量為5。

（3）編程舉例

N50#5=#1-0.5；

N60 G10 L12 P1 R#5；

可利用G10指令和系統(tǒng)變量按照某種規(guī)律改變刀具半徑補償值，在程序同一軌跡的控制下，可實現(xiàn)對具有一定規(guī)律的邊緣截面復雜曲面的加工，通用性強。如工件任意輪廓的倒圓、倒角加工，或圓孔/圓柱的邊緣倒圓、倒角加工等[2]。

2.2 華中系統(tǒng)的動態(tài)半徑補償

（1）指令格式

#101=…（#101為全局變量，在程序中直接定義半徑補償量。）

G41/G42 G01/G02 X_Y_D101（此處D101是取#101的值作為半徑補償量，D101不是刀補號）

在華中數(shù)控系統(tǒng)宏變量中規(guī)定，#100-#199為可編程動態(tài)化的刀具半徑變量。也稱為刀補號變量，用于改變刀補賦值。

該用法可在程序中通過對變量的賦值，從而實現(xiàn)半徑補償值的不斷變化，可以十分便利地實現(xiàn)粗、精加工的處理、殘料的加工、復雜輪廓的倒角、倒圓加工等[3]。

（2）編程舉例

N50#101=#3-[#6-#1]*TAN[#2]；

N60 G41 G01 X32Y-20 D101；（此時實際刀具半徑補償值為#101的賦值）

2.3 SI E M E N S系統(tǒng)的動態(tài)半徑補償

（1）指令格式：$TC_DP6[t，d]=Rn

說明：在西門子（SIEMENS）數(shù)控系統(tǒng)中，$TC_DP6是一個系統(tǒng)值，它的使用有著嚴格的規(guī)定，它的格式取決于需要的刀具補償器中。t為當前刀具編號；d為刀具補償號（刀沿），n為刀具半徑補償參數(shù)值。例如：$TC_DP6[1，1]=R5表示T1D1刀具半徑補償值為5號參數(shù)。

（2）編程舉例

N50 R5=R1-0.5；

N60$TC_DP6[2，1]=R5

表示2號刀的1號補償將被寫入5號參數(shù)的值。5號參數(shù)是變量，所以刀補值也是變量。

3 動態(tài)半徑補償編程實例

編程加工如圖1所示零件輪廓倒角，工件材料為YL12，毛坯為40 mm×40 mm×25 mm，且頂面、底面及四周側(cè)面已經(jīng)加工好。在此僅為了便于說明動態(tài)刀具半徑補償功能的應(yīng)用，因此只對倒角的粗加工編程進行詳細的說明。

圖1 輪廓倒角

3.1 （孔口）輪廓倒角的原理

如果將倒角的加工軌跡看成是由n個半徑隨著深度Z的不同而不同的輪廓線疊加，只要找出下刀深度Z及與之對應(yīng)的圓的半徑之間的關(guān)系，就能用宏編程技術(shù)編制出孔口倒角的加工程序。隨著半徑補償值不同，刀具中心的軌跡也不同。以零件最大（或最?。┌霃捷喞獮榛境叽缇幊?，在不同的加工深度采用不同的刀具補償值，就能加工出倒角。

3.2 動態(tài)半徑補償?shù)臄?shù)學計算

通常使用立銑刀進行倒角的粗加工，加工方向為自上向下的方式逐層切削。為了方便編程和軌跡描述，刀位點選擇在刀心上，刀心與刀尖相差一個刀具半徑。在編制加工程序前，首先要建立幾個數(shù)學的關(guān)系，立銑刀刀尖與加工斜面的高度位置關(guān)系，加工深度的變化與運動軌跡的關(guān)系，這幾個關(guān)系相互影響，相互作用。如圖2所示。

圖2 用平底立銑刀粗銑倒角

以FANUC系統(tǒng)為例，參數(shù)設(shè)計及相應(yīng)計算如下：

#1=h（深度變量），

#2=θ（倒角角度），

#3=R刀（刀具半徑），

#6=H（倒角高）

#4=#1（刀尖到上表面的距離），

#5=#3-[#6-#1]*TAN[#2]（刀具半徑補償值）。

3.3 不同的數(shù)控系統(tǒng)編程

根據(jù)零件圖，為了簡化圓弧函數(shù)方程，可設(shè)置程序原點在零件上表面的對稱中心上。粗加工，采取自下而上等高路徑切削。為便于區(qū)別比較，下面以表格的形式呈現(xiàn)FANUC系統(tǒng)與SIEMENS系統(tǒng)不同的編程方法。而華中編程與FANUC系統(tǒng)基本一致，在后面對其進行單獨的說明。

表1 粗銑倒角程序

注意程序段N130，不同的數(shù)控系統(tǒng)，其刀補值輸入到儲存器的指令格式并不相同。在華中系統(tǒng)中，只要將FANUC系統(tǒng)的N110-N140四個程序段替換為以下三個程序段即可。

#101=#3-[#6-#1]*TAN[#2]；

G1Z-#4 F100；

G41G1X-20D101 F100

4 動態(tài)半徑補償編程要注意的問題

動態(tài)刀具半徑補償功能的應(yīng)用需要解決兩個問題：第一是動態(tài)半徑補償?shù)淖兞勘磉_問題，同時要與宏程序結(jié)合一起使用。不同的數(shù)控系統(tǒng)，其表達變量的方式不同，需要查看不同系統(tǒng)的表達規(guī)定，例如華中系統(tǒng)的變值刀補號只能是#101-#199號，用錯了系統(tǒng)會出現(xiàn)報警信息；第二是不同的數(shù)控系統(tǒng)如何將刀補參數(shù)輸入到儲存器的問題，例如西門子系統(tǒng)的$TC_DP6[t，d]=Rn，需要搞清楚其中每一個符合的含義，否則非常容易出錯。

5 結(jié)語

動態(tài)刀具補償功能的應(yīng)用，可實現(xiàn)一般程序編制不出的輪廓和曲面的加工程序，在手工編程中它是解決一些復雜編程不可替代的用法，如輪廓的循環(huán)加工、規(guī)則曲面的加工等，同時也可實現(xiàn)粗、精加工余量控制。動態(tài)刀具補償值能隨著加工程序的進程而變化，不但簡化了程序的編制，而且減少了程序的出錯率，實現(xiàn)了機床連續(xù)加工，提高了生產(chǎn)效率，具有非?，F(xiàn)實的應(yīng)用價值。但動態(tài)刀具半徑補償功能的應(yīng)用需要解決兩個問題：第一是通過三角函數(shù)計算動態(tài)半徑補償?shù)淖兞浚瑫r要與宏程序結(jié)合一起使用；第二是不同的數(shù)控系統(tǒng)，將刀補參數(shù)輸入到儲存器的指令格式并不相同，使用時一定要符合各系統(tǒng)規(guī)定的指令格式。