董 科 劉 星 張 俊
( 山東水利職業學院, 山東 日照 276826)
摘 要: 在數控加工中心上進行工件輪廓的銑削加工時, 由於存在刀具半徑, 使得刀具中心軌跡與工件輪廓(即編程軌跡)
不重合, 所以在編制程序的過程中, 我們就要考慮到刀具半徑的補償問題。
關鍵詞: 加工中心; 刀具半徑; 補償指令; 刀具軌跡
1 引言
補償( 偏置) 的概念在我們生活中應用很多, 例
如, 汽車駕駛員在駕駛汽車繞過壹塊石頭的時候,
要讓汽車靠石頭的壹邊繞過石頭, 而且要考慮到汽
車是有壹定寬度的, 所以讓汽車中心線遠離石頭至
少半個車寬的距離。在最初的數控加工中沒有補償
的概念, 所以編程人員不得不圍繞刀具的理論路線
和實際路線的相對關系來進行編程, 因而容易產生
錯誤。補償的概念出現以後大大地提高了編程的工
作效率。
刀具半徑補償是數控加工中常用的補償功能,
數控銑削加工中刀具半徑補償的建立和取消, 刀具
半徑補償量的指定和計算方法是十分重要的過程。
如果數控系統不具備刀具半徑自動補償功能,
則只能按刀心軌跡, 即在編程時給出刀具的中心軌
跡, 如圖 1 所示的點劃線軌跡進行編程。其計算相
當復雜, 尤其是當刀具磨損、重磨或換新刀而使刀
具直徑變化時, 必須重新計算刀心軌跡, 並修改程
序。這樣既復雜繁鎖, 又不易保證加工精度。當數控
系統具備刀具半徑補償功能時, 數控程序只需按工
件輪廓編寫, 加工時數控系統會自動計算刀心軌
跡, 使刀具偏離工件輪廓壹個半徑值, 即進行刀具
半徑補償。
2 刀具半徑補償量的指定
數控系統的刀具半徑補償就是將計算刀具中
心軌跡的過程交由數控系統執行, 編程員假設刀具
的半徑為零, 直接根據零件的輪廓形狀進行編程。
因此, 這種編程方法也稱為對零件的編程, 而實際
的刀具半徑則存放在壹個可編程刀具半徑偏置寄
存器中。在加工過程中, 數控系統根據零件程序和
刀具半徑自動計算刀具中心軌跡, 完成對零件的加
工。當刀具半徑發生變化時, 不需要修改零件程序,
只需修改放在刀具半徑偏置寄存器中的刀具半徑
值, 或者選用存放在另壹個刀具半徑偏置寄存器中
的刀具半徑所對應的刀具即可。
現代數控系統壹般都設置有若幹個可編程刀
董科等: 數控加工中心刀具半徑補償的運用 ·21·
山東水利職業學院院刊
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具半徑偏置寄存器, 並對其進行編號, 專供刀具補
償之用, 可將刀具補償參數( 刀具長度、刀具半徑
等) 存入這些寄存器中。在進行數控編程時, 只需調
用所需刀具半徑補償參數所對應的寄存器編號即
可。實際加工時, 數控系統將該編號對應的刀具半
徑偏置寄存器中存放的刀具半徑取出, 對刀具中心
軌跡進行補償計算, 生成實際的刀具中心運動軌
跡。
在進行數控加工前, 必須預先設置好刀具半徑
補償量。刀具半徑經補償量的指定, 通常由有關代
碼指定刀具補償號, 並在代碼補償號中輸入刀具半
徑補償量, 刀具補償號必須與刀具編號相對應。在
加工中, 如果沒有更換刀具, 則該刀具號的補償量
壹直有效。
對於刀具半徑補償量的確定, 如果是標準刀具
第壹次使用, 可以采用刀具廠家提供的有關參數來
確定; 如果是已使用過或重磨過的刀具, 則應根據
實測數據來確定。
3 刀具半徑補償的建立與撤消
數控銑削加工刀具半徑補償分為刀具半徑左
補償和刀具半徑右補償, 分別用 G41 和 G42 定義。
根據 ISO 標準, 沿刀具前進方向, 當刀具中心軌跡
位於零件輪廓右邊時, 稱為刀具半徑右補償, 如圖
2a 所示。反之稱為刀具半徑左補償, 如圖 2b 所示。
當不需要進行刀具半徑補償時, 則用 G40 取消刀具
半徑補償。
3.1 刀具半徑補償的建立
刀具半徑補償的建立就是在刀具從起刀點 (起
刀點位於零件輪廓之外, 距離加工零件輪廓切入點
較近)以進給速度接近工件時, 刀具中心軌跡從與編
程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離壹個刀具半徑
值的過程。刀具半徑補償偏置方向由 G41(左補償)
或 G42(右補償)確定, 如圖 3 所示。在圖 3 中, 建立
刀具半徑左補償的有關指令如下:
N60 G17 G01 G41 X0 Y0 D01; 建立刀具半徑
左補償, 刀具半徑偏置寄存號 D02。
N70 Y50.; 定義首段零件輪廓。
其中, D02 為調用 2 號刀具半徑偏置寄存器中
存放的刀具半徑值。
建立刀具半徑右補償的有關指令如下:
N80 G17 G01 G42 X0 Y0 D02; 建立刀具半徑
右補償。
3.2 刀具半徑補償的取消
與建立刀具半徑補償過程類似, 在零件最後壹
段刀具半徑補償軌跡加工完成後, 刀具撤離工件,
回到退刀點, 在這個過程中應取消刀具半徑補償,
其指令用 G40。退刀點也應位於零件輪廓之外, 距
離加工零件輪廓退出點較近, 可以與起刀點相同,
也可以不相同。在圖 3 中假如退刀點與起刀點相同
的話, 其刀具半徑補償取消過程的命令如下:
N100G01X0Y0; 加工到工件原點。
N110G01G40X- 10.Y- 10.; 取消刀具半徑補償,
退回到退刀點
3.3 刀具半徑補償量的變化
在刀具半徑補償代碼中輸入的刀具半徑補償
量是壹個標量數值, 而數控系統內部認定的補償量
是壹個補償矢量, 補償矢量由數控系統自行計算。
補償矢量的大小與刀具補償代碼指定的補償量相
等, 其方向在每個程序段中隨刀具的移動不斷變
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化。
刀具半徑補償量的變化壹般在換刀時出現。對
連續的程序段, 當刀具半徑補償量變化時, 某壹程
序段終點的矢量 ( 同時也是下壹程序段起點的矢
量) 要用該程序段指定的刀具補償量進行計算。
4 刀具半徑補償功能的應用
(1)刀具因磨損、重磨、換新而引起刀具直徑改
變後, 不必修改程序, 只需在刀具參數設置中輸入
變化後刀具直徑。如圖 4 所示, 1 為未磨損刀具, 2
為磨損後刀具, 兩者直徑不同, 只需將刀具參數表
中的刀具半徑 r1 改為 r2, 即可適用同壹程序。
(2)用同壹程序、同壹尺寸的刀具, 利用刀具半
徑補償, 可進行粗、精加工。刀具半徑為 r, 精加工余
量為△。粗加工時, 輸入刀具直徑 D=2( r+△) , 則加
工出虛線輪廓。精加工時, 用同壹程序、同壹刀具,
但輸入刀具直徑 D=2r, 則加工出實際輪廓。
5 結束語
在數控加工中, 由於刀尖有圓弧, 工件輪廓是
刀具運動包絡形成, 因此刀位點的運動軌跡與工件
的輪廓是不重合的。在全功能數控系統中, 可應用
其刀具補償指令, 按工件輪廓尺寸, 很方便地進行
編程加工。在現代數控系統中, 有的已具備三維刀
具半徑補償功能。對於四、五坐標聯動數控加工, 還
不具備刀具補償功能, 必須在刀位計算時考慮刀具
半徑。因此在數控機床上進行編程的過程中, 我們
要靈活地運用刀具的半徑補償指令, 防止產生過切
和欠切的錯誤。
參考文獻:
[1]方沂等. 數控機床的編程與操作[M].國防工業出版社,1999.
[2]李家傑等.數控機床編程與操作實用教程[M].東南大學出
版社,2005.
[3]羅學科等.數控加工機床[M].化學工業出版社,2003.
[4]王愛玲等. 現代數空機床實用操作技術[M].國防工業出版
社,2002.
[5]胡育輝等. 數控加工中心[M].化學工業出版社,2005.
[6]何健康等. 柔性裝配系統的設計與實現[M].清華大學出版
社,2000,( 7) .