數(shù)控銑床刀具半徑補(bǔ)償功能的運(yùn)用

吳小風(fēng)

（福州第二技師學(xué)院，福建 福清）

一、刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

在數(shù)控銑床加工中，銑刀的刀位點(diǎn)在刀具中心線上，編程的基準(zhǔn)是銑刀的中心，零件的輪廓是由銑刀加工后而形成的。以銑刀為例，刀位點(diǎn)位于刀具端部中心，而切削點(diǎn)位于銑刀外圓，這使得銑刀的切削點(diǎn)和刀位點(diǎn)不重合，并且相差一個(gè)半徑值。如果以零件輪廓為編輯軌跡，那么在實(shí)際加工時(shí)單邊將被切掉一個(gè)半徑值。為了加工出符合圖樣要求的零件輪廓，刀心軌跡必須偏移工件輪廓一個(gè)半徑值，我們把這種偏移叫作刀具半徑補(bǔ)償，刀具中心和圖樣輪廓之間的距離我們稱之為偏置量。綜上所述，刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔镁褪亲尩缎能壽E和工件實(shí)際輪廓從重合到偏移的過(guò)程。

二、刀具半徑補(bǔ)償功能的運(yùn)用

（一）采用同一段程序可以對(duì)零件進(jìn)行粗、精加工

1.刀具磨損半徑變小后，用磨損后的刀具值更換原刀具值即可，即用手工輸入方法將磨損后的刀具半徑值輸入原D代碼所在的存儲(chǔ)器中即可，而不必修改程序。

2.利用刀具半徑補(bǔ)償功能，通過(guò)修正刀偏值，完成粗、精加工。

3.案例分析：如圖1所示，按實(shí)際輪廓ABCD進(jìn)行編程，在粗加工中時(shí)，將D偏置量設(shè)為D=R+Δ，其中R為刀具，Δ為精加工余量、修正量，粗加工后，形成的工件輪廓尺寸比圖樣輪廓ABCD每邊大Δ。精加工將偏置量設(shè)為D=R，零件加工后得到圖樣所要求的輪廓ABCD。當(dāng)工件加工后，若實(shí)際測(cè)量尺寸比圖樣要求尺寸大，采用同樣的辦法進(jìn)行修整。

圖1 粗、精加工余量

4.實(shí)例運(yùn)用：使用Φ10立銑刀對(duì)工件進(jìn)行粗、精加工，精加工余量為0.2mm，銑削深度為5mm。粗加工和精加工只是除了存儲(chǔ)在D01里面的偏置量不一樣外，程序相同，所以精加工的時(shí)候只需把存儲(chǔ)地址D01的數(shù)值由5.2改為5就可以使用原先的程序?qū)ぜ喞M(jìn)行精加工。

（二）采用正/負(fù)刀具半徑補(bǔ)償加工凸和凹輪廓

1.同一程序能加工零件公和母兩個(gè)形狀（型芯和型腔），并且他們之間可以通過(guò)選擇偏置量進(jìn)行調(diào)整。

2.在內(nèi)工外輪廓時(shí)，將偏置量設(shè)為+D，刀具中心將沿輪廓的內(nèi)側(cè)切削。一般情況下偏置量是正值，將偏置量設(shè)為-D，刀具中心將沿輪廓的內(nèi)側(cè)切削。

3.這種編程與加工方法，在模具加工中運(yùn)用較多。

4.實(shí)例運(yùn)用。在實(shí)際使用過(guò)程中，要注意以下兩點(diǎn)：第一，凸、凹模型加工時(shí)刀具的走刀方向一致，都是順時(shí)針或者逆時(shí)針，如果加工凹件時(shí)使用順銑方式，那么凸件加工就會(huì)變成逆銑方式。我們可以看出，加工凹件時(shí)刀具采用G41的方式進(jìn)行順銑，凸件實(shí)際上是以G42方式進(jìn)行逆銑。第二，使用此方法必須在工件上表面先建立刀補(bǔ)，然后再下刀，否則切削深度較大時(shí)，不利于使用子程序分層切削。如果先下刀，后建立刀具，那么就會(huì)造成工件的過(guò)切，此時(shí)必須更改下刀點(diǎn)，下刀點(diǎn)分別在凹件內(nèi)部和凸件外部。根據(jù)零件的大小和實(shí)際加工區(qū)域，我們選擇Φ12的銑刀對(duì)其進(jìn)行加工。

圖2 實(shí)例圖

實(shí)例程序如下：

以上是凹件的加工程序。加工凸件時(shí)，若采用先建立刀補(bǔ)后下刀，只需要把N7程序段的D01里面的數(shù)值改為-6.0即可。若先下刀后建立刀補(bǔ)，需要把N4 G00 X0 Y0由凹件內(nèi)部下刀改為在凸件外部合適位置下刀，同時(shí)把N7程序段中的G41改為G42即可，這也是我們?cè)趯?shí)際教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常使用的方法之一。

三、運(yùn)用刀具半徑產(chǎn)生的報(bào)警、過(guò)切及解決策略

（一）刀補(bǔ)建立和取消時(shí)產(chǎn)生的報(bào)警及過(guò)切

1.機(jī)床出現(xiàn)P/S報(bào)警034號(hào)，這是刀補(bǔ)建立和取消時(shí)運(yùn)用G02、G03指令造成的，大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)不支持使用G02、G03指令建立和取消刀補(bǔ)。

解決策略：改用G01、G00指令來(lái)建立或取消刀補(bǔ)。若運(yùn)用G00指令來(lái)建立刀補(bǔ)，為了安全起見(jiàn)，需先建立刀補(bǔ)后再下刀。

2.刀補(bǔ)建立和取消時(shí)起動(dòng)點(diǎn)和切入點(diǎn)不在同一側(cè)造成的過(guò)切。OM路線建立刀補(bǔ)，造成過(guò)切，AM路線取消刀補(bǔ)，造成過(guò)切。

解決策略：建立刀補(bǔ)時(shí)讓起動(dòng)點(diǎn)和切入點(diǎn)在同一側(cè)（如OA路線），取消刀補(bǔ)時(shí)也應(yīng)該在同一側(cè)（如AN路線），這樣就可以避免過(guò)切。

3.連續(xù)兩段非XY平面內(nèi)移動(dòng)指令造成的過(guò)切。如G90、M05、G04 X10.0、G17（G18、G19）平面內(nèi)的Z（Y、X）軸移動(dòng)指令等都屬于非移動(dòng)指令。當(dāng)補(bǔ)償從N3開(kāi)始建立時(shí)由于機(jī)床只預(yù)讀兩句，而N4、N5都為Z軸移動(dòng)，沒(méi)有XY軸移動(dòng)，機(jī)床無(wú)法判斷下一步補(bǔ)償矢量，若機(jī)床不報(bào)警，刀補(bǔ)會(huì)照常進(jìn)行，只是N3的目的點(diǎn)發(fā)生了變化。刀具中心將會(huì)運(yùn)動(dòng)到P1點(diǎn)，其位置是N3的目的點(diǎn)與原點(diǎn)連線垂直方向左偏D01值，于是發(fā)生過(guò)切。起始點(diǎn)在X0Y0處,高度為100mm處，若刀具半徑補(bǔ)償由起始點(diǎn)開(kāi)始，由于接近工件及切削工件時(shí)要有Z軸移動(dòng)，這時(shí)容易出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象，以下是一個(gè)過(guò)切程序?qū)嵗?/p>

解決策略：把N3放在N4或者N5后面，這樣就可以避免連續(xù)兩段程序是非XY平面移動(dòng)指令。

（二）刀補(bǔ)使用過(guò)程中產(chǎn)生的報(bào)警及過(guò)切（G41/G42干涉）

1.內(nèi)圓弧半徑小于刀具半徑造成的報(bào)警及過(guò)切。

當(dāng)偏置量大于加工輪廓的內(nèi)圓弧半徑時(shí)，機(jī)床會(huì)產(chǎn)生報(bào)警現(xiàn)象。

若偏置量等于內(nèi)圓弧半徑，同時(shí)刀具半徑大于內(nèi)圓弧半徑，這時(shí)機(jī)床不會(huì)報(bào)警，但圓弧會(huì)產(chǎn)生過(guò)切。若偏置量剛好等于刀具半徑，同時(shí)內(nèi)圓弧半徑小于刀具半徑，向圓弧內(nèi)側(cè)的半徑補(bǔ)償將會(huì)導(dǎo)致過(guò)切，這時(shí)機(jī)床報(bào)警，并停止在將要過(guò)去語(yǔ)句的起點(diǎn)上。

解決策略：

（1）滿足內(nèi)圓弧半徑R≥刀具半徑+精加工余量。

（2）增大內(nèi)圓弧半徑值。粗加工為了加工效率不得不選用直徑較大的刀具，而內(nèi)圓弧的半徑又較小，這時(shí)可以通過(guò)程序增大內(nèi)圓弧的半徑來(lái)滿足粗加工刀具半徑，精加工時(shí)通過(guò)程序把內(nèi)圓弧半徑改回圖樣要求。使用Φ20銑刀進(jìn)行粗加工，內(nèi)圓弧為6mm改為10.2mm，從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的粗加工程序?yàn)椋篏03 X-16.341 Y23.350 R10.2,精加工時(shí)選用半徑小于或等于6的銑刀，程序?yàn)椋篏03 X-16.341 Y23.350 R6.0，這樣既提高了效率又保證了精度。

2.加工小于刀具半徑的溝槽產(chǎn)生的過(guò)切。

由于刀具半徑補(bǔ)償功能使刀具中心軌跡以編程方向相反的方向移動(dòng)，將引起過(guò)切。開(kāi)始刀具沿AB輪廓加工，當(dāng)?shù)毒吲cBC線相切時(shí)，此時(shí)刀心位置停在O1點(diǎn)，CD輪廓被過(guò)切。為了滿足刀具補(bǔ)償矢量關(guān)系，刀具沿著B(niǎo)C輪廓的反方向運(yùn)動(dòng)，并且與CD輪廓相切，刀具中心在O2點(diǎn)停止，AB輪廓被過(guò)切，此時(shí)機(jī)床顯示報(bào)警，并且在該程序段的開(kāi)始處停止。

解決策略：選擇直徑比槽最窄處還小的刀具。

3.加工小于刀具半徑的臺(tái)階。

數(shù)控銑床在刀補(bǔ)模式下加工直線性轉(zhuǎn)接且?jiàn)A角≥90°的外輪廓時(shí)，在交點(diǎn)的過(guò)渡模式有圓弧和直線兩種，一般由M96和M97指定。如果在圓弧過(guò)渡下加工小于刀具半徑臺(tái)階時(shí)，因?yàn)槭褂昧说毒甙霃窖a(bǔ)償功能，刀心軌跡和被加工輪廓為了保證刀補(bǔ)的矢量關(guān)系，將會(huì)導(dǎo)致被加工零件的過(guò)切。

解決策略：

（1）使用半徑小于臺(tái)階高度的刀具。

（2）使用直線過(guò)渡模式。

四、結(jié)論

曾有人斷言，隨著計(jì)算機(jī)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和普及，數(shù)控手動(dòng)編程和刀具半徑補(bǔ)償功能將會(huì)被淘汰。不可否認(rèn)，自動(dòng)編程技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)控加工提升到一個(gè)新高度，但手動(dòng)編程作為數(shù)控編程的基礎(chǔ)有著不可撼動(dòng)的地位，它可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)控指令、理解程序結(jié)構(gòu)、掌握編程的原理。刀具半徑補(bǔ)償功能更是數(shù)控加工中的經(jīng)典，功能再?gòu)?qiáng)大的CAD/CAM軟件都具有后置程序加入刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓δ埽毒甙霃窖a(bǔ)償功能的使用是數(shù)控加工編程者必須掌握的必修課，永遠(yuǎn)不會(huì)被淘汰，只是形式發(fā)生了改變，由自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)變。掌握刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔煤褪褂眉记?、禁忌，為產(chǎn)品的程序編制、工藝安排提供可靠依據(jù)，可以更好地處理好程序、刀具半徑補(bǔ)償功能、機(jī)床之間的關(guān)系，更好地為教學(xué)和生產(chǎn)服務(wù)。