刀具半径补偿的应用

刀具半径补偿的应用（精选八篇）

刀具半径补偿的应用 篇1

(一) “刀具半径补偿”功能指令

1.“刀具半径补偿”基本概念

在加工工件轮廓时, 当用半径为R的圆柱铣刀加工工件轮廓时, 如果数控系统不具备刀具半径补偿功能, 那么编程人员必须要按照偏离轮廓距离为R的刀具中心运动轨迹的数据来编程, 否则加工出来的零件要增加一个余量, 即刀具的磨损量。对于有刀具半径补偿功能的数控系统, 可以不必求刀具中心的运动轨迹, 而只需按被加工工件轮廓线编程, 同时在程序中给出刀具半径的补偿指令, 数控系统自行计算后偏置一定得距离后进行走刀, 这样就可加工出具有轮廓曲线的零件, 使编程大大简化。

2.“刀具半径补偿”指令格式:以G17平面为例

G 41为刀具半径左补偿;G 42为刀具半径右补偿;G 40为刀具半径补偿取消。其方向的判别为:过补偿点垂直于进给方向顺着刀具的进给方向看, 刀具位于被轮廓轨迹左侧即左补偿指令G 41;若是在右侧即右补偿指令G 42;参数“D”是刀具半径补偿代号地址字, 后面数字表示代号, 它与刀具半径补偿值一一对应, 如果列表里面“D”的数值我们填入了0等效于G40, 即未建立刀具半径补尝, 此时图形模拟的轨迹是刀心点编程轨迹。

(二) 解决“刀具干涉”报警提示

在数控加工中心和数控铣床上经常会出现“刀具干涉”报警提示, 解决此报警应从两方面去考虑:刀具轨迹错误或者是刀具半径补偿出错。

1. 分析原因

我们采用排除法, 将参数D设置成0, 也就是未建立刀具半径补尝, 如果此时图形模拟轨迹不正确, 则可断定是刀具轨迹错误;若图形模拟轨迹正确显示, 则可断定是刀具半径补偿出错。

2. 解决问题

如果是刀具轨迹错误, 一般是编程人员输入或轨迹计算错误导致的, 只需排查坐标点或相应指令格式即可消除报警;如果是刀具半径补偿出错, 一般是刀补指令理解、使用不当导致的, 归纳起来有以下五种情况, 读者可具体分析是那种情况引起的, 从而消除报警。

(1) 漏写G40

刀具半径补尝指令G41/G42与G40是成对使用的, 若漏写G40会出现干涉报警;

(2) 建立、取消刀具半径补偿命令时不在同一点位, 如图1所示。

使用刀具半径补偿命令时要注意同一点建立同一点取消, 图1A、B、C三个图分别是几种常见的进刀方式, 建立刀补→加工→取消刀补最终都是回到同一点R, 否则易出现干涉报警;

(3) 建立、取消刀具半径补偿命令时是在G02/G03模式下建立、取消时必须在G00/G01模式下, 否则会报干涉报警;

(4) 建立、取消刀具半径补偿时, 在所插补坐标平面内没有移动或者移动距离小于刀具半径, 如G91 G00 X0 Y0……

建立和取消半径补偿时, 刀具必须在所插补坐标平面内有移动, 且移动距离必须大于刀具半径, 否则报警;

(5) 大刀切小弧

初学者一般不会犯这种错误, 即用Φ10的刀具切削R4的内圆弧。但是利用增大刀补半径去除余量时就会用大于内圆弧半径R的刀补值去切削, 结果就会出现圆弧过切报警。

(三) 利用“刀具半径补偿”加工薄壁零件

笔者数年经验总结, 引入刀具半径补尝可以解决:尺寸精度的控制;简化编程, 方便计算;去除残留余量, 结合宏程序来实现任意内、外轮廓的倒角、倒圆角问题。不过利用“刀具半径补偿”加工薄壁零件更有事半功倍的效果, 比如对图2薄壁工件用下面方法进行加工, 可以大大简化程序, 提高效率。

1. 工件尺寸

比赛时薄壁题型的外形与内腔都是很复杂, 我们此处只是为了说明利用刀补加工薄壁的问题, 把图形简化为外形尺寸40X40, 4-R5, 壁厚为5, 深度为3, 所选刀具为Φ10。

2. 工艺分析

通常我们做法是依次编写外形、内腔程序, 外形、内腔程序相同只是尺寸有所不同, 程序编写上等于重复劳动, 若在比赛时在时间效率上就要有所要求了, 此时我们就可以利用更改刀补方法来实现缩短时间及减少程序编写。

经分析得出此题只是给出外形尺寸, 那么我们就编写外形程序, 内腔程序我们不用去计算各点尺寸, 利用刀补更改即可实现刀具偏置到内腔位置—即实现内腔加工。但加工外形时要兼顾内腔轮廓过切, 遂进刀方式要注意, 以免过切。

3. 编写程序

摘要：分析数控加工中心和数控铣床上出现“刀具干涉”报警的两种原因;重点介绍“刀具半径补偿”错误出现此报警的情况, 提炼出由于“刀具半径补偿”指令使用不当而导致报警的五种成因;并总结出应用此指令加工薄壁工件的小技巧。

关键词：刀具干涉,刀具半径补偿,薄壁工件

参考文献

[1]邓三鹏.数控机床故障诊断与维修[M].机械工业出版社, 2009.

[2]华中数控.HNC-21M操作说明书[M].华中数控股份有限公司, 2002.

[3]陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].高等教育出版社, 2002.

刀具半径补偿的应用 篇2

关键词：数控铣床 刀具半径补偿 过切 对策

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0071-02

刀具半径补偿使用不当会引起过切等现象，影响到零件加工质量，甚至造成零件废品[1]。该文借助生产加工实例，分析说明了由于刀具半径补偿方法使用不当引起过切等现象形成废品的原因并给出了解决对策。

1 刀具半径补偿

1.1 刀具半径补偿的目的

当数控系统具备刀具半径补偿功能时，编程只需按工件轮廓线进行，数控系统会自动计算刀心轨迹坐标，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行半径补偿[2]。根据数控系统规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为刀具半径左补偿，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为刀具半径右补偿，用G42表示；取消刀具半径补偿用G40表示[3]。

1.2 使用刀具半径补偿不当常见的问题

（1）在指定平面G54～G59（如XY平面）内的半径补偿，若有另一坐标轴（Z轴）移动。如：刀具起始点O点，高度为100mm处，加工轮廓深度为10mm，刀具半径补偿在起始点处开始，若接近工件及切削工件时有Z轴移动，将会出现过切现象。

（2）加工半径小于刀具半径补偿的内圆弧：当程序给定的内圆弧半径小于刀具半径补偿时，向圆弧圆心方向的半径补偿将会导致过切。所以只有“过度内圆角R≥刀具半径+加工余量（或修正量）”情况下才可正常切削。

（3）被铣削槽底宽小于刀具直径。如果刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。在这种情况下，机床会报警并停留在该程序段的起始点。

（4）无移动类指令。在补偿模式下使用无坐标轴移动类指令有可能导致两个或两个以上语句没有坐标移动，出现过切现象。

（5）建立刀补和取消刀补的位置和时机的设置错误。建立刀补不能在加工轮廓上执行，只能在切线切入工件前完成，如果在轮廓上执行就有可能产生过切。加工凸模时在轮廓外执行；加工凹模时在轮廓内执行。取消刀补则在切线切出后才执行，如果在轮廓上执行取消刀补就有可能产生过切[4]。

2 生产实例分析

2.1 零件结构分析

零件主要包括凸台、平面、凹槽、凸凹圆弧及圆孔等。在加工该类复杂零件时， 正确采用刀具半径补偿编程， 可以防止零件表面产生过切或欠切现象， 确保工件的尺寸和形状精度。

2.2 产生过切现象

该零件的底板部分如图1所示。在加工该外轮廓过程中采用刀具半径左补偿，为了提高表面质量，保证零件曲面的平滑过渡，刀具沿零件轮廓延长线切入与切出。

数控程序如下：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

G00X-100Y-90；

…

M30；

但加工后，由于刀具半径补偿方法不当引起了过切现象，成为废品。

2.3 分析解决对策

（1）分析原因。

产品检验：加工轨迹（即A-B-C-D-E-F-G-H-I）如图2所示，铣掉了阴影部分，在零件表面形成了过切，使零件造成废品。

观察过切现象出现在该加工工件的B-D段和 H-I段，推测出现该过切现象的原因是：①刀具半径补偿在起始点处开始，接近工件及切削工件时有Z轴移动；②建立刀补和取消刀补的位置和时机的设置错误。经查看加工程序发现：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01； 在切入工件前完成建立刀补

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

接近工件时有Z轴移动

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

取消刀补过早

G00X-100Y-90；

…

M30；

分析研究表明：刀具虽然在切入工件前已完成刀补的建立，但“在接近工件时有Z轴的移动”，所以引起过切现象，铣掉了B-D段的阴影面积，而H-I段的阴影面积被铣掉的原因是“取消刀补过早”，使零件造成废品。

（2）解决措施。

修改数控程序如下：

O0002

…

G00X-100Y-90；

Z5.0；

G01Z-12.0F100；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

X-80；

G40G01X-100Y-90；

…

M30；

实践证明：可采用O2程序加工零件，刀具半径补偿加工轮廓如图3所示，避免了过切现象的产生。

解决该轮廓加工中引起过切现象的措施是：

①只需把刀补程序段：“G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；”放置在Z轴移动程序段：“G01Z-12.0F100；”之后，就能避免B-D段过切现象；②取消刀补时，刀具必须在完全离开毛坯件I点后方可取消刀补，可避免退刀时引起的 H-I段过切现象。

3 结论

数控机床加工中， 有刀具半径补偿功能的数控系统，编程时不需要计算刀具中心的运动轨迹，只按零件轮廓编程。使用刀具半径补偿功能，能减少数控编程中的繁琐计算，为程序编制提供方便。然而，在加工中使用刀具半径补偿功能时，可能造成加工过切等现象，影响到工件加工质量。该文通过工件加工过程中，刀具半径补偿使用不当出现过切现象的实例，对其形成废品的原因进行了分析并提出避免产生过切问题的对策，以提高工件的加工精度。

参考文献

[1]王甫，岳宏梅.建立和取消刀补引起的过切现象及对策[J].制造业信息化，2009（11）：108-109.

[2]杨卫群.数控工艺员培训教程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3]顾京.数控加工编程与操作[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4]罗斐.数控铣削加工中过切现象浅析[J].机械管理开发，2010（6）：76-77.

浅析数控车削中刀具半径补偿的应用 篇3

1 刀具半径补偿的引入

数控车床总是按照“假想刀尖”P点来进行对刀的, 编程时也是按照假想刀尖来编程的, 从而使刀尖位置与程序中的切削起点、零件轮廓各基点坐标以及换刀点重合, 但是车刀在车削时, 实际切削点是过渡刃圆弧与零件轮廓表面的切点。

在车削圆柱面时, 假想刀尖P点的X坐标值与A点的X坐标值是相同的, 因此, 对于圆柱的径向尺寸在加工时究竟是P点还是A点参与切削不存在差别;同样, 假想刀尖P点的Z坐标值与A点的Z坐标值是相同的。因此, 对于圆柱的轴向尺寸或零件端面在加工时究竟是P点还是B点参与切削也不存在差别。

在车削锥面或圆弧时, 如果按假想刀尖编程加工, 会造成过切或欠切现象。

图2为按假想刀尖编程加工锥面时产生的欠切现象。在程序编写时, 是按照假想刀尖来对轮廓进行编写的, 从上图中可以看出来, 要加工轮廓应该是P1P2直线段, 而当刀尖从P1运动到P2时, 刀具实际切削的路径是P1P2下方的直线段, 造成锥面加工的欠切。

图3为按假想刀尖编程加工凸圆弧面时产生的欠切现象, 从图中可以看出, 要加工轮廓应该是P1P2之间虚线部分圆弧线段, 而当刀尖从P1运动到P2时, 刀具实际切削的路径是P1P2圆弧下方与刀尖圆弧相切的实线圆弧线段, 造成凸圆弧面加工的欠切。图4为按假想刀尖编程加工凹圆弧面时产生的欠切现象, 同样从图中可以看出, 要加工轮廓应该是P1P2之间虚线部分圆弧线段, 而当刀尖从P1运动到P2时, 刀具实际切削的路径是P1P2圆弧下方与刀尖圆弧相切的实线圆弧线段, 造成凹圆弧面加工的欠切。

用假想刀尖编程加工锥面或圆弧面时, 为保证零件尺寸及形状, 需要计算刀具刀尖圆弧圆心等编程参数, 尤其是当刀具磨损或重磨后, 编程参数需要重新计算, 否则会产生加工误差。为解决这一难题, 我们引入刀具半径补偿的概念。

一般数控装置都有刀具半径补偿功能, 在实际加工中, 可以对刀尖圆弧半径引起的误差进行补偿, 称为刀具半径补偿。

2 刀具半径补偿的方法

刀具半径补偿的引入为编写程序提供了方便, 编程时不需要计算刀尖圆弧中心的运动轨迹, 只要按照零件轮廓编程, 并在程序中采用刀具半径补偿指令, 并通过数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀具半径补偿的相关参数:刀尖圆弧半径R和刀尖方位T。当机床系统执行程序时, 数控装置读取存储器中相应刀具号的半径补偿参数, 同时自动计算刀尖圆弧中心轨迹, 刀具按照计算出的数值自动沿刀尖方位T方向偏离零件轮廓一个刀尖圆弧半径值R (参见图5) , 并按刀尖圆弧中心轨迹运动, 从而加工出所要求的工件轮廓。

从图5b中可以看出, 加工过象限圆弧时, 刀具的选择很重要, 否则会造成车刀副切削刃与工件的干涉。

3 刀具半径补偿的指令

程序中采用的刀具半径补偿指令有:G41、G42、G40。

其中:G41为刀具半径左补偿, 即顺着刀具运动方向看, 零件在刀具的左边;G42为刀具半径右补偿, 即顺着刀具运动方向看, 零件在G刀4具2的G右0边0;上述判断为刀架在操作者内侧时情况, 若刀架在操作者外G侧0则1刚好相反。G40为刀具半径补偿取消, 使用该指令后, G41、G42指令无效。刀具半径补偿指令格式为:0041GG40G

4 刀具半径补偿的建立与取消

刀具半径补偿的建立与取消都必须通过刀具直线运动来实现, 参见图7。

刀具半径补偿的过程分为3步:[4]

1) 刀具半径补偿的建立:即刀尖圆弧中心从编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置值 (刀尖圆弧半径值R[) 5]的过程;

2) 刀具半径补偿的进行:执行有G41、G42指令的程序段后, 刀尖圆弧中心始终与编程轨迹相距一个偏置值;[6].

3) 刀具半径补偿的取消:刀具离开工件, 刀尖圆弧中心过渡到与编程轨迹重合的过程。

图7中实线A—K为编程轨迹, 虚线为刀具移动轨迹。引入刀尖半径补偿时, 刀尖圆弧中心最终移动到下一个程序段起点的垂线上且距离为r的地方 (r为刀尖半径) , 在此后的补偿执行阶段, 刀尖圆弧中心一直保持这个偏移量。开始取消补偿时, 刀尖圆弧中心停在前一个程序段终点的垂线上, 自这一点开始, 进行取消补偿。实际应用时, 应在刀具未切削工件时进行引入补偿和取消补偿, 最好将引入补偿的终点和取消补偿的起点选在工件轮廓的延长线上, 以保证工件轮廓光滑, 无毛刺。

编程时, G41、G42不能同时使用, 即在程序中, 前面有了G41或G42指令之后, 就不能再直接使用G41或G42指令。若想使用, 必须先用G40指令解除原补偿状态后, 才可以再使用G41或G42指令, 否则补偿就不正常了。

5 刀具半径补偿参数及设置

在数控车削过程中, 未进行刀尖圆弧半径补偿时, 是控制假想刀尖运动轨迹的;当有刀尖圆弧半径补偿时, 是控制刀尖圆弧中心运动轨迹的。因此, 必须要找到刀尖圆弧中心相对于假想刀尖的位置, 这个位置是由刀尖圆弧半径R和刀尖方位T共同表达的, 通过数控系统的操作面板向系统存储器中输入, 参见图8。

一般刀尖圆弧半径R取值为:粗加工不需补偿, 半精加工取0.4mm, 精加工取0.2mm。

刀尖的方位有9种, 如图9所示。常用的刀尖方位有:外圆右偏刀T=3, 镗孔右偏刀T=2。

6 结论

半径补偿功能是数控车削中很重要的功能, 它可以减少数控编程中的繁琐计算简化编程, 最重要的是它可以通过修改刀具中半径补偿参数就可以控制轮廓尺寸, 从而使刀具磨损后程序仍不要修改, 在宏程序加工中半径补偿功能作用更明显, 半径补偿参数可以内部传递, 参数可以从小到大变化。

参考文献

[1]陈天祥.数控加工技术及编程实训[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]袁峰.全国数控大赛试题精选[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[3]宋小春, 等.数控车床编程与操作[M].广州:广东经济出版社出版, 2003.

[4]罗良玲, 刘旭波.数控技术及应用[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[5]宋放之, 等.数控工艺培训教程 (数控车部分) [M].北京:清华大学出版社, 2002.

数控铣床刀具半径补偿的分析与应用 篇4

关键词：数控铣床,刀具半径补偿,刀具偏移,应用

在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时, 由于刀具半径的存在, 刀具中心轨迹与工件轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能, 则只能按刀心轨迹进行编程, 如图1所示的虚线轨迹, 其计算相当复杂。尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具半径变化时, 必须重新计算刀心轨迹, 修改程序, 这样既繁琐, 又不易保证加工精度。

当数控系统具备刀具半径补偿功能时, 数控编程只需按工件轮廓编程即可, 如图1中的实线轨迹。此时, 数控系统会自动计算刀心轨迹, 使刀具偏离工件轮廓一个半径值R (补偿量) , 即进行刀具半径补偿。

1刀具半径补偿的用法和应注意的问题

1.1编程格式

铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿 (用G4l定义) 和刀具半径右补偿 (用G42义) , 使用非零的H (D) 代码选择正确的刀具半径偏置寄存器号。根据ISO标准, 当刀具中心轨迹沿前进方向位于零件轮廓右边时称为刀具半径右补偿;反之称为刀具半径左补偿。当不需要进行刀具半径补偿时则用G40取消刀具半径补偿。以FANUC系统为例来说明数控铣床刀具半径的编程格式如下。

1.2注意事项

(1) 刀具半径补偿应在规定的平面内进行, 此平面称为补偿平面。在程序中使用G17指令表示选择XY补偿平面, 使用G18指令表示选择XZ补偿平面, 使用G19指令表示选择YZ补偿平面。系统默认是G17状态。可以省略不写。

(2) 刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行;

(3) 刀具半径补偿的建立与取消只能用G00 或G01 指令, 不得用G02 或G03指令。

(4) H (D) 是存放刀具补偿值的存储器地址, 为H (D) 01～H (D) 99。刀具补偿值由操作者在操作面板上输入到H (D) 指定的存储器中。H (D) 00表示补偿值为0, 因此, 刀具补偿值应设在H (D) 01开始的存储器中。刀具补偿值通常取刀具半径值。

(5) F是指用G01指令时的刀具进给速度。

(6) G4l或G42指令至G40指令的程序段之间, 不能有任何一个刀具不移动的程序段出现。在XY平面中执行刀具半径补偿时, 也不能出现连续两个Z轴移动的指令, 否则G41或G42指令无效。

下面以一个实例来说明刀具半径补偿的用法, 如图2所示。

加工程序为:

2刀具偏移状态的转换

2.1G4l/G42的转换

刀具偏移状态从G41转换到G42, 或者从G42转换到G41, 通常都需要经过偏移取消状态, 即G40程序段。但在点定位G00或直线插补G01状态时, 可以直接转换。此时, 刀具中心轨迹如图3所示。

2.2刀具偏移值的改变

刀具偏移值的改变通常在补偿取消状态下进行。但在点定位G00或直线插补G01状态下也可以直接进行, 如图4所示。

2.3偏移值的正负

刀具中心轨迹与G4l/G42的关系, 是补偿值为正值的情况。当补偿值为负值时, 则相当于把G41与G42互换。

如图5所示, 当补偿值为正值时, 刀具中心沿工件外侧切削, 如图5 (a) ;当补偿值为负值时, 则刀具中心变为在工件的内侧切削, 见图5 (b) 。反之, 当图 (b) 中偏移值为正值时, 则图 (a) 中刀具的偏移值为负值。

3拐角圆孤插补

在有刀具半径补偿时, 若编程轨迹的相邻两直线 (或圆弧) 不相切, 则必须进行拐角圆弧插补, 即要在拐角处产生一个以偏移量为半径的附加圆弧, 此圆弧与刀具中心运动轨迹的相邻直线 (或圆弧) 相切, 如图6所示。

对于刀具半径补偿C功能, CNC系统可以自动实现零件轮廓的各种拐角组合形式的尖角过渡。而对于刀具半径补偿B功能, 则必须用G39指令在零件的拐角处编制附加圆弧插补程序段, 才能实现尖角过渡。

指令格式:G39 X Y

G39指令中的X、Y为与新矢量垂直的直线上的任一点的坐标值。G39指令只有在G41或G42被指令后才有效。G39属非模态指令, 仅在它所指令的程序中起作用

以一个实例 (如图7所示) 来说明B功能刀具半径补偿尖角问题的处理。

…

G90 G00G4l X100Y50 H01

G01X200Y100 F150

G39X300 Y50

G01X300Y50

…

4刀具半径补偿的应用

刀具半径补偿功能的主要应用场合如下。

(1) 刀具因磨损、重磨、换新刀而引起刀具直径改变后, 不必修改程序, 只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具直径。如图8所示, 1为未磨损刀具, 2为磨损后刀具, 两者直径不同.只需将刀具参数表中的刀具半径r1改为r2, 即可适用同一程序。

(2) 通过有意识地改变刀具半径补偿量, 便可用同一刀具、同一程序和不同的切削余量完成双、半精、精加工, 如图9所示。从图中可以看出, 当设定补偿量为ac时, 刀具中心按cc′运动, 当设定补偿量为ab时, 刀具中心按bb′运动完成切削。

(3) 另外, 还可以用同一程序加工出同一公称尺寸的内、外两种型面。如图10所示, 可以利用G42指令得到A轨迹, 又用G4l指令得到B轨迹, 也就是说按A轨迹加工凸模, 按B轨迹加工凹模。

参考文献

[1]杨钢, 简小川, 李渝昆, 等.数控铣及加工中心编程.重庆:重庆大学出版社, 2007

[2]魏杰.数控机床编程加工技术.成都:电子科技大学出版社, 2007

[3]罗学科, 张超英.数控机床编程与操作实训.北京:化学工业大学出版社, 2004

[4]罗友兰.刀具半径补偿在粗、精铣削加工中的应用.机械制造与研究, 2006;35 (2) :68—69

[5]滕汶.数控铣床刀具半径补偿功能特征及分析应用.煤矿机械, 2004;37 (9) :85—87

刀具半径补偿的应用 篇5

关键词：刀具半径补偿,矢量,数控车削

1刀具半径补偿的矢量

刀具半径补偿计算的主要工作是根据刀具的方向矢量和半径矢量计算各种转接类型转接点的坐标值, 即根据相邻编程轮廓段的起止点坐标值判断转接类型, 调用相应的计算程序计算出转接点坐标值。了解计算机软件关于刀具补偿转接点的坐标值计算, 对生产实践具有指导作用。

为了正确地理解数控车削刀具半径补偿的过程, 下面引入矢量的概念 (数控车床的编程为G18平面, 以上手刀为例) 。

(1) 直线方向矢量:

指与运动方向一致的单位矢量, 用Ld表示。

(2) 圆弧方向矢量:

是指圆弧上某一动点的切线方向上的单位矢量, 用Ld表示。

(3) 刀尖圆弧半径矢量:

是指垂直于编程轨迹且大小等于刀尖圆弧半径、方向指向刀尖圆弧中心的矢量, 用rd表示。

根据以上的矢量描述, 数控系统能够正确判断各种转接类型并计算各转接点的坐标值。

2刀具半径补偿过程

刀具半径补偿是数控车床的重要功能之一。通常采用的对刀方法都是将刀尖作为刀位点, 然而在实际应用中, 为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度, 一般将车刀刀尖磨成半径0.2～2的圆弧, 这样按零件轮廓编程运行后, 实际起切削作用的是圆弧的各切削点, 这样势必会造成加工误差。消除由刀尖圆弧引起的加工误差必须进行刀尖圆弧半径自动补偿, 补偿参数包括刀尖半径R值和刀尖方位T值。

将刀补参数输入数控系统之后, 刀具半径补偿的方向要在执行G41 (或G42) 之后方可生效。刀具半径补偿的执行过程分为以下3个步骤:

(1) 起动偏置:从取消偏置方式变为偏置方式的程序段称为起动偏置程序段。在起动偏置的程序段进行刀具偏置的过渡运动, 在起动程序段的终点, 刀尖R中心位于下个程序段起点, 并在与下个程序段垂直的位置上, 同时满足刀具方向矢量和半径矢量的条件。起动偏置的程序段必须是G00或G01, 如图1所示。

(2) 执行偏置:在执行了G41 (或G42) 的程序段中, 刀位点发生了变化, 由理论刀尖偏移至刀尖R中心, 而刀尖R中心轨迹始终垂直于方向矢量且偏离编程轨迹一个刀尖圆弧半径矢量, 依靠刀尖圆弧外缘来加工零件轮廓。

(3) 取消偏置:在执行偏置的方式中如果指令了G40, 则这个程序段被称为取消偏置程序段。取消偏置如图2所示, 从图2中可以看出, 在取消偏置程序段的前一个程序段, 刀尖不在该程序段的终点, 这个变化是由刀位点造成的, 生产实践中应特别注意, 取消偏置的程序段必须是G00或G01。

3刀具半径补偿的应用

在数控车削加工中, 如果被加工零件的轮廓是由正交面 (柱面和端面) 组成的, 则建立刀具半径补偿与否, 所加工的零件轮廓都是完全一致的, 这样很容易造成部分操作人员忽视了刀具半径补偿的应用。但在加工非正交面 (弧面和锥面) 轮廓时, 不进行刀具半径补偿就会发生过切和余切现象, 这样势必造成零件的不合格或报废。在实际应用中要注意以下几个方面的问题:

(1) 加工小于刀尖半径的内圆弧时, 由于偏置的刀尖圆弧中心找不到正确的圆心轨迹将导致过切, 如图3所示。

(2) 加工小于刀尖半径的台阶时, 由于台阶小于刀具半径, 因此在新旧矢量交替时, 偏置的刀尖圆弧中心将向编程的反方向移动, 产生过切, 如图4所示。

(3) 在执行刀补的程序段中, 如果有加工端面的轨迹时应特别注意, 因为有刀尖方位号, 要特别小心切削方向, 右刀补时, 只能允许偏刀从旋转中心往外切削, 否则会多切掉一个刀尖圆弧直径的量, 如图5所示。

(4) 同样在执行刀补的程序段中, 由于刀位号已经确定, 所以用正偏刀加工倒锥的轮廓时, 系统会产生过切报警。

(5) 在取消偏置的程序段 (G40) 中, 刀具刀尖圆弧中心位于前一个程序段终点垂直的位置上, 可能将造成过切, 此时应指令I、K, 即:G40X (U) _Z (W) _I_K_。其中, I、K为增量值, 且I为半径值。这样指定以后, 刀尖圆弧中心就会从I、K方向线与前一个程序段轮廓线的角平分线位置运动至终点。

(6) 在执行偏置的程序段中, 通过调整刀尖圆弧半径的大小来控制加工余量和加工精度要优于磨耗中的调整, 特别是在非正交平面的余量控制和调整中, 因为在磨耗中X轴和Z轴是分别控制的, 而改变刀尖圆弧半径的大小则可以同时控制两个轴的余量, 如图6所示。

4结束语

实际生产中, 数控车削刀具半径补偿功能基本上应用在非柱面的精加工程序段。在起动偏置和取消偏置的程序段中, 同时要伴有刀具移动的指令, 否则程序轨迹可能会发生变化, 从而造成零件报废。同理, 在起动偏置和取消偏置的程序段中, 也应尽量避免切削工件。一个零件的加工程序不是唯一的, 但是, 正确使用刀具半径补偿是每一个编程员必备的基础知识。

参考文献

[1]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]陈富安.数控机床原理与编程[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.

刀具半径补偿在数控加工中的应用 篇6

在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时。由于刀具半径的存在,刀具中心(刀心)轨迹和工件轮廓不重合,而是相差一个刀具半径,为了避免这个问题,刀具必须偏移实际轮廓一个刀具半径值。这种偏移称为刀具半径补偿。掌握与刀具半径补偿功能相关的一些编程技巧,能充分发挥数控铣床的功能,对加工符合零件图样要求的形状复杂的零件,提高零件加工的品质大有帮助。

1 刀具半径补偿的指令[1]

根据ISO标准规定,沿刀具进给方向看,刀具位于工件轮廓的左边,称左刀补,如图1(a)所示,用G41表示;沿刀具进给方向看,刀具位于工件轮廓的右边,称右刀补,如图1(b)所示,用G42表示;注销刀具半径补偿时用G40表示。

1.1 刀具半径补偿的过程

如图2所示,刀具半径补偿的执行进程一般分三步:

a) 建立刀具半径补偿。

当以下条件成立时,系统认为已进入刀具半径补偿建立状态:1)有G41或G42被指定;2)补偿平面被指定;3)在补偿号内刀具半径值不是0。

b) 进行刀具半径补偿。

一旦建立了刀具半径补偿,则一直维持该状态,直到取消刀具半径补偿为止。在刀具补偿进行期间,刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。

c) 取消刀具半径补偿。

使用G40指令消去程序段偏置值,使刀具撤离工件,回到起始位置,从而使刀具中心与编程轨迹重合。

1.2 使用刀具半径补偿时应注意的问题

1) 刀具半径补偿功能只有伴随相应的插补运动(如GO1,GOO等),才能有效;

2) 使用该功能必须先确定插补平面;

3) 不要在圆弧插补过程中启动或取消刀具半径补偿功能;

4) 如存有二段以上的没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段,则有可能产生进刀不足或进刀超差;

5) 要考虑如切入、切出等工艺的一些要求。

2 刀具半径补偿指令在数控铣床上的应用[2]

a) 简化编程

一般在铣削加工中,为了达到被加工零件所要求的尺寸,必须计算和确定考虑了刀具半径后的走刀轨迹。若不采用刀具半径补偿功能,则要人工计算出刀具偏移一个刀位点的位置坐标,加工后工件的轮廓线才会符合图样要求。这样,对一些轮廓较为复杂的零件,计算起来麻烦,工作量较大。刀具半径补偿功能使零件轮廓能被直接用来编程,而不考虑刀具的尺寸,CNC能根据零件轮廓和存放在刀具表中的尺寸自动地计算刀具的轨迹。因此,刀具半径补偿功能使编程简化。

b) 设置尺寸变化参数

在数控铣床上加工零件,刀具长时间工作后难免会磨损。对刀具进行重磨或重新换刀时,刀具直径将发生改变。这时,不必修改程序,只需在刀具参数设置状态重新输入新的刀具直径。如图3所示。R1为未磨损刀具半径,R2为磨损后的刀具半径,将刀具参数库的刀具半径值R1改为R2,即可采用同一程序进行加工。

c) 简化半精加工程序[3]

有意识地改变刀具半径补偿值,可用同一程序,同一刀具,不同的切削余量完成粗、精加工。假设刀具半径为r,半精工加工余量为δ1,精加工余量为δ2。第1次加工输人刀具偏置量为r+δ1+δ2,粗加工到图示的点划线的位置,第2次设刀偏值为r+δ2,半精加工到虚线的位置,第3次设刀偏值为r,完成零件轮廓的最终加工。如图4所示。

d) 利用刀补值控制尺寸精度

因刀具直径的输入值具有小数点后2～4位的精度,故可控制零件轮廓尺寸精度。如图5所示,单面加工,若测得尺寸偏大了n值(实线轮廓),则可将原来的刀补值,J=2r改为D=2(r-n),即可获得尺寸L (虚线轮廓)。图5中P1为原来的刀心位置,P2为修改刀补后的刀心位置。

3 结语

刀具半径补偿指令是数控机床上应用最多、最重要的指令,如果能灵活的应用刀具半径补偿功能则会极大的方便计算和编程,缩短加工程序的长度。同时,刀具半径补偿功能也可以满足编程和加工工艺的一些特殊要求。在具体应用时,还要注意机床的硬件条件以及工件轮廓几何要素的过渡处的处理,以避免产生欠切削和过切等现象,提高工件的加工精度。

参考文献

[1]林奕鸿.机床数控技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,1994.

[2]王维.数控加工工艺及编程[M].北京:机械工业出版社,2001.

刀具半径补偿的应用 篇7

随着现代数控加工技术的飞跃发展, 引领了各行各业不断的提高。数控铣削加工中, 编程人员是根据零件图纸上的轮廓尺寸进行编程的。但是, 任何铣削刀具都是有半径的, 如果刀具中心沿着零件被加工轮廓运动, 则加工结束后的零件尺寸肯定不是图纸要求的理想尺寸。这样就产生了编程轮廓和实际加工轮廓的不一致性。解决这个不一致性的最好方法是建立刀具半径补偿, 编程人员只需按照零件图纸上的尺寸进行编程, 就能加工出图纸要求的理想尺寸。

1刀具半径补偿的基本概念

数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行, 编程员假设刀具的半径为零, 直接根据零件的轮廓形状进行编程。根据ISO标准, 当刀具中心轨迹在编程轨迹 ( 零件轮廓) 前进方向的右边时, 称为右刀补, 用G42指令实现; 反之称为左刀补, 用G41指令实现。当不需要进行刀具半径补偿时, 则用G40取消刀具半径补偿。刀具半径补偿执行的过程一般可分为刀补的建立、进行、撤消三步完成。

刀具半径补偿有B功能和C功能两种补偿形式。由于B功能刀具半径补偿只能根据本段程序进行刀补计算, 不能解决程序段之间的过渡问题, 使用时均将工件轮廓处理成圆角过渡, 因此工件尖角处工艺性较差; C功能刀具半径补偿能自动处理两程序段刀具中心轨迹的转接, 可完全按照工件轮廓进行编程, 因此, 现代CNC数控机床几乎都采用C功能刀具半径补偿。当采用C功能刀具半径补偿时, 要求在建立刀具半径补偿程序段的后续两个程序段中, 必须含有指定补偿平面的位移指令 ( G00、G01, G02、G03等) , 否则, 无法建立正确的刀具半径补偿。

2刀具半径补偿功能应用的技巧

2. 1圆孔的加工

对于直径为ф32 mm, 孔深为12 mm的圆孔, 在数控铣床上可直接用一把立铣刀完成。工艺及编程分析如下。

1) 刀具的选择: 对于此类的圆孔, 工件材料若为45钢调质处理, 可选一把硬质合金

立铣刀, 假定孔径为фD、刀具直径为фd、它们之间的关系应是: D/3 < d < D/2分析计算后, 发现可以在ф12和ф14中选一种, 所以最终确定选ф14的三刃立铣刀。

2) 由于数控铣床良好的机械性能, 一般优先采用顺铣。可以用“少吃走快”的方法, 省去大部分的辅助工作时间。

3) 编程路径的确定。注意一定要采用圆弧过度的切向切入和切出法, 过度圆弧的半径r必须大于刀具的半径, 且小于圆孔的半径, 否则, 刀具路径就不是我们想要的那样。

4) 粗精加工的安排和程序处理。把刀具路径编在一个子程序里, 每次慢下刀0. 5 mm, 子程序连续调用24次, 刀补值设定为7. 2, 即可完成粗加工。精加工只需调用一次子程序, 一次下刀到孔底, 走刀量减小5倍, 刀补值设定为理论值, 其他不变, 即可完成精加工。

由此例可见, 通过巧妙应用刀具半径补偿、选择合理的刀具、制定最优化的刀具路径和新工艺“少吃走快”的大胆应用, 就能快速、高效、准确地加工出类似的孔类零件。

2. 2内外壁的加工

要在一个平面上铣出一条封闭的沟槽, 槽宽有精度要求。 在数控铣床上也可用一把立铣刀完成。通过图形和工艺分析, 应选一把ф12硬质合金三刃立铣刀, 加工思路也应该是“少吃走快”。现在关键的问题是图素较复杂, 各节点计算难度大。 能不能通过巧妙地应用刀具半径补偿, 使工作量大减、节约时间, 又能合理地加工出类似的合格工件呢? 我们只需按尺寸标注, 计算出内外壁各点坐标值, 确定下刀点, 按轨迹建立刀补编写一个程序即可。采用此方法加工内外壁的特点就是只需编写一个程序, 通过不断修改刀补值来完成内外壁的粗精加工。

当加工内壁时, 把刀补值设为刀具半径; 加工外壁时, 刀补值设为 ( 槽宽- 刀具半径) 。

这两个例子很简单, 但是都比较典型, 说明了数控铣削加工中刀具半径补偿应用的两种思想。刀具半径补偿的应用远远不止这些, 还有待于我们继续探讨。

3结语

刀具半径补偿功能在数控铣削加工中有很重要的意义。 编程人员仅需针对零件被加工轮廓编程即可; 现场加工操作人员只需通过操作面板修改刀补地址的数值, 就可以精确控制零件的加工过程以及加工精度。数控加工技术人员要不断探索创新, 积累操作经验, 才能正确掌握并且灵活运用刀具半径补偿功能。

参考文献

[1]王志平.数控编程与操作[M].北京:高等教育出版, 2003.

[2]淮妮, 张华.数控技术[M].北京:清华大学出版社, 2014.

刀具半径补偿的应用 篇8

关键词：刀具半径补偿,数控技术,数控编程

数控技术中, 刀补功能是最重要、使用最广泛的功能之一。正确使用这一功能可以加工出复杂和高精度的零件, 可以编制出更合理更柔性的数控程序, 可以简化编程者的劳动难度和强度。

1 刀补功能概述

1.1 刀补功能的目的

在使用数控机床进行零件轮廓加工的过程中, 编程者按照零件轮廓尺寸编程, 机床控制刀具以其中心轨迹走刀。然而实际加工中, 刀具不是理想的一个点, 而是具有一定半径的圆柱体, 这样加工的实际轮廓和编程轮廓就会相差一个刀具半径值。所以, 在编程时引入刀具半径补偿, 在加工时修改刀具补偿值就可以将编程轨迹和加工轨迹重合, 从而简化了编程难度、提高了编程效率和加工精度。可以通过修改数控系统中的刀具补偿值使用同一程序完成粗精加工, 缩短了程序, 减轻了编程者劳动强度。

1.2 刀补的实现

1.2.1 刀补指令

刀补指令为G41、G42、G40, 编程格式为:

其中, G41为左补偿, G42为右补偿, G40为取消补偿。具体补偿方向判断如图1所示。

1.2.2 刀补过程

刀补过程分为刀补引入、刀补进行、刀补取消三部分。刀具轨迹如图2所示。

2 刀补功能应用剖析

2.1 修改刀补值, 提高加工精度

采用刀补功能后, 不需要计算刀具中心轨迹, 可以直接按零件的轮廓尺寸编程, 大大简化了编程难度。零件首件加工时, 为了节省材料, 可以采用增加刀补值的方法, 留取一定的加工余量, 实际测量后再修改合理的刀补值, 满足工件尺寸要求, 提高加工精度和成品率。刀具磨损或者重磨后, 或者采用不同尺寸的刀具时, 可以通过修改刀补值的方法利用同一加工程序加工出所需零件尺寸, 实现程序的柔性使用, 如图3所示。

2.2 用同一程序, 同一刀具实现零件的粗、精加工

刀补功能可以用修改刀补值的方法, 实现利用同一程序进行粗、精加工。即:粗加工刀具半径补偿值=刀具半径 (r) +精加工余量 (Δ) ;精加工刀具半径补偿值=刀具半径 (r) +修正量 (修正量=理论余量-实测余量) [1]。如图4所示。

2.3 设置正负补偿值实现凸凹件的加工

在数控加工中有许多零件由一凸、一凹两件进行配合形成, 凸凹件的形状一致。尺寸相同的凸凹部分, 我们可以利用刀补方向可由补偿量符号改变, 而编制一个程序, 进行两件的加工[2]。此用法多体现在磨具加工中, 如图5所示。

3 刀具半径补偿功能应用注意事项

(1) 刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行; (2) 刀具半径补偿值, 由操作者输入到刀具补偿寄存器中; (3) 刀具半径补偿的引入与取消, 只能在G00或G01程序段, 而不能是G02或G03程序段上进行; (4) 当刀具补偿数据为负值时, 则G41、G42功效互换; (5) G41、G42指令不要重复规定, 否则会产生一种特殊的补偿; (6) G40、G41、G42指令都是模态代码, 可相互注销。

4 结语

综上所述, 应用刀具半径补偿功能在程序编制和数控加工中益处颇多:直接按照零件轮廓尺寸编程, 可简化编程、提高加工精度;在刀具磨损或者重磨后只需改变补偿值就可以应用同一程序加工工件;可以使用同一程序对零件进行粗、静加工;可以通过修改正负补偿值实现凸凹件的加工。此功能同时提高了加工效率, 其应用值得推广。

参考文献

[1]黄继战, 李宪军.刀具半径补偿功能在立式数控铣削中的运用[J].机械与电子, 2010 (12) :76.