長度補(bǔ)償在機(jī)床Z向安全和精度控制中的應(yīng)用分析

史紅杰

(襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 襄陽 441050)

1 長度補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

1.1 刀具長度差

數(shù)控銑削加工中，往往使用多把刀具，刀具長度各不相同，實(shí)際生產(chǎn)中一般只建立一個(gè)工件坐標(biāo)系G54，如圖1所示，T1是基準(zhǔn)刀具，若不進(jìn)行長度補(bǔ)償，T1加工時(shí)理論上不會(huì)有問題，T2加工時(shí)因刀具變短會(huì)造成少切，而T3加工時(shí)因刀具邊長會(huì)造成過切甚至撞刀。

圖1

1.2 Z向加工偏差

機(jī)械加工是一個(gè)系統(tǒng)工程，Z向加工精度受到多方面因素的影響，比如Z向?qū)Φ毒取⒌毒吣p、機(jī)床傳動(dòng)間隙、機(jī)床振動(dòng)、刀具熱脹冷縮、材料變形等等。

基于以上2個(gè)方面，刀具長度補(bǔ)償?shù)淖饔迷谟冢壕幊虝r(shí)統(tǒng)一假定所有刀具都一樣長，在程序中對應(yīng)建立長度補(bǔ)償，加工前建立工件坐標(biāo)系，正確設(shè)定各把刀具對應(yīng)的長度補(bǔ)償值，加工過程中數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行刀具長度差補(bǔ)償和Z向誤差修正。簡化數(shù)控程序編制又便于控制Z向加工精度。

2 長度補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

2.1 長度補(bǔ)償?shù)谋举|(zhì)

刀具長度補(bǔ)償在程序中是通過執(zhí)行含有G43(G44)和H指令的Z向直線運(yùn)動(dòng)程序段來建立的，實(shí)際上是數(shù)控系統(tǒng)控制不同長度刀具的刀位點(diǎn)到達(dá)編程指令Z坐標(biāo)位置而進(jìn)行的Z向自動(dòng)調(diào)整，分為+Z補(bǔ)償(正補(bǔ)償)和-Z補(bǔ)償(負(fù)補(bǔ)償)。此外，當(dāng)Z向出現(xiàn)加工偏差時(shí)，可以不用修改程序和工件坐標(biāo)系G54Z向零點(diǎn)，通過修改長度補(bǔ)償值(形狀或磨耗)進(jìn)行修正。

圖2

如圖2所示，長度補(bǔ)償值其實(shí)就是實(shí)際使用刀具與基準(zhǔn)刀具的長度差，Z向的加工偏差一般通過修改長度磨耗修正。

G49是取消刀具長度補(bǔ)償功能的指令，實(shí)際加工中可以不用，由于刀具都有自己的對應(yīng)長度補(bǔ)償?shù)刂罚鼡Q刀具后重新建立長度補(bǔ)償，利用G43(G44)H指令賦予了自己的刀長補(bǔ)償而自動(dòng)取消前一把刀具的長度補(bǔ)償。

2.2 長度補(bǔ)償?shù)乃惴?/h3>

表1 長度補(bǔ)償算法

從上表可以看出，長度補(bǔ)償就是Z向的加減運(yùn)算。對比發(fā)現(xiàn)，G43可實(shí)現(xiàn)正補(bǔ)償和負(fù)補(bǔ)償，實(shí)際生產(chǎn)中G43使用更為廣泛，需要特別注意補(bǔ)償值的正負(fù)，一旦設(shè)錯(cuò)可能造成更大的誤差甚至Z向撞刀。

3 長度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定

長度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定涉及2個(gè)方面：工件坐標(biāo)系G54Z向零點(diǎn)設(shè)定和長度補(bǔ)償值設(shè)定。G54Z向零點(diǎn)設(shè)定的是基準(zhǔn)刀具刀位點(diǎn)與工件Z向編程零點(diǎn)重合時(shí)所對應(yīng)的Z向機(jī)床坐標(biāo)值。使用G43指令進(jìn)行長度補(bǔ)償，相對于基準(zhǔn)刀長，非基準(zhǔn)刀：長補(bǔ)正，短補(bǔ)負(fù)，下面以機(jī)內(nèi)手動(dòng)對刀法來說明其設(shè)定方法。

如圖3所示，使用三把刀T1，T2，T3加工，長度補(bǔ)償?shù)刂贩謩e為H1，H2，H3，程序Z向零點(diǎn)設(shè)在工件上表面。

圖3

3.1 物理基準(zhǔn)刀對刀設(shè)定

若以T1作為基準(zhǔn)刀具設(shè)定G54Z軸原點(diǎn)，使用G43補(bǔ)償。

表2 物理基準(zhǔn)刀長度補(bǔ)償設(shè)定

3.2 虛擬基準(zhǔn)刀對刀設(shè)定

假設(shè)有一把“頂天立地”的虛擬刀T0，其刀位點(diǎn)與工件Z向編程零點(diǎn)重合時(shí)Z軸剛好處于參考點(diǎn)位置，若以它作為基準(zhǔn)，使用G43補(bǔ)償。

表3 虛擬基準(zhǔn)刀長度補(bǔ)償設(shè)定

兩種設(shè)定方法本質(zhì)上都是基于基準(zhǔn)刀的，實(shí)際加工應(yīng)用中各有千秋。物理基準(zhǔn)刀對刀設(shè)定，操作者可以通過機(jī)床程序檢測功能直觀判斷當(dāng)前刀位的坐標(biāo)值，但設(shè)定時(shí)一般需要借助機(jī)床的相對坐標(biāo)計(jì)算，補(bǔ)償值有正負(fù)之分，相對復(fù)雜；虛擬基準(zhǔn)刀對刀設(shè)定比較簡單，所有補(bǔ)償值均為負(fù)值，但程序運(yùn)行中，特別是初學(xué)者，對當(dāng)前刀位點(diǎn)的坐標(biāo)不能直觀判斷。實(shí)際加工中操作人員必須正確設(shè)定，不能混淆，否則會(huì)形成疊加補(bǔ)償，可能造成非常嚴(yán)重的Z向撞刀和過切。具體補(bǔ)償值的測定可以通過機(jī)內(nèi)手動(dòng)試切或借助Z軸設(shè)定器、基準(zhǔn)棒等工具測得，也可以通過機(jī)外對刀儀測出。

4 實(shí)際加工中長度補(bǔ)償?shù)陌踩O(shè)定方法與注意事項(xiàng)

1.建立長度補(bǔ)償要有足夠的安全高度，最好大于最大的刀具長度差絕對值，同時(shí)使用G1配合進(jìn)給速度F建立刀具長度補(bǔ)償，便于控制速度，防止因補(bǔ)償錯(cuò)誤出現(xiàn)過切或撞刀而來不及反應(yīng)，必要時(shí)可使用暫停指令M0，檢查確認(rèn)無誤后再循環(huán)啟動(dòng)。

2.實(shí)際編程加工中，為了防止混淆，可以統(tǒng)一使用G43進(jìn)行長度補(bǔ)償，補(bǔ)償值設(shè)為正值實(shí)現(xiàn)正補(bǔ)償，補(bǔ)償值設(shè)為負(fù)值則實(shí)現(xiàn)負(fù)補(bǔ)償。

3.加工結(jié)束或換刀時(shí)，使用G49取消長度補(bǔ)償時(shí)也要有足夠的安全高度，防止因長度補(bǔ)償取消造成刀具下行導(dǎo)致撞刀。

N100G43H1G1F3000Z10；(H1=20)

……

N200G49G0Z10；

上述N200程序段中：因?qū)嶋H使用刀具比基準(zhǔn)刀具長20mm，取消長度補(bǔ)償后，刀位點(diǎn)反而下刀至Z-10，出現(xiàn)扎刀。

實(shí)際加工中可以不用G49，抬刀后直接執(zhí)行G91G28Z0控制刀具回到Z軸參考點(diǎn)位置，換刀后再建立新的長度補(bǔ)償取代之前的長度補(bǔ)償，這是一種安全有效的方法。

4.長度補(bǔ)償與G54Z向原點(diǎn)設(shè)置密切相關(guān)，加工前要仔細(xì)檢查確認(rèn)。

5.在程序校驗(yàn)和首件試切中，可以使用預(yù)先設(shè)定補(bǔ)償值的方式，使用正補(bǔ)償抬高刀具進(jìn)行校驗(yàn)試切。

6.下面幾種做法容易引起Z向過切或撞刀，都屬于長度補(bǔ)償使用不當(dāng)，在實(shí)際操作中要引起注意。

(1)G54Z向零點(diǎn)使用物理基準(zhǔn)刀設(shè)置，將Z向機(jī)床坐標(biāo)值設(shè)為補(bǔ)償值。(2)程序、長度補(bǔ)償設(shè)定均正確，但實(shí)際安裝刀具錯(cuò)誤。(3)補(bǔ)償值設(shè)置地址與程序指定補(bǔ)償?shù)刂凡粚?yīng)。(4)長度補(bǔ)償建立和取消的Z向直線段長度絕對距離過小。(5)G54Z向零點(diǎn)使用物理基準(zhǔn)刀設(shè)置，Z向相對坐標(biāo)未清零，直接將Z向相對坐標(biāo)設(shè)為補(bǔ)償值。(6)利用機(jī)床Z向相對坐標(biāo)計(jì)算刀具長度差，補(bǔ)償值設(shè)定時(shí)正負(fù)號弄反。

5 結(jié)語

長度補(bǔ)償功能主要用來解決基于同一工件坐標(biāo)系下刀具長度不同、刀具磨損以及工藝系統(tǒng)造成的Z向偏差問題。

刀具長度補(bǔ)償功能的本質(zhì)是通過Z向加減運(yùn)算實(shí)現(xiàn)正負(fù)補(bǔ)償，加工之前必須認(rèn)真檢查程序中刀具長度補(bǔ)償是否正確安全建立、G54工件坐標(biāo)系Z軸零點(diǎn)設(shè)置、對應(yīng)的刀具長度補(bǔ)償?shù)刂芳把a(bǔ)償值。正確使用長度補(bǔ)償，可以簡化程序編制，保證機(jī)床Z向安全，便于控制Z向加工精度。