數(shù)控車(chē)床刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)脑砗蛻?yīng)用
2020-5-26 來(lái)源： 滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：楊會(huì)喜，高秀華
摘要：數(shù)控編程是按照車(chē)刀的刀位點(diǎn)編制的，實(shí)際加工中車(chē)刀刀尖并不是一個(gè)“點(diǎn)”，而是一段小圓弧。本文分析了刀尖圓弧半徑對(duì)零件尺寸精度的影響，介紹了刀尖圓弧半 +- 徑補(bǔ)償?shù)脑怼⒀a(bǔ)償方法及應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)床；刀尖圓弧半徑補(bǔ)償；原理；注意事項(xiàng)
1 、刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)脑?/strong>
1.1 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)生原因
使用尖形車(chē)刀時(shí)，數(shù)控編程及對(duì)刀操作時(shí)以車(chē)刀的刀尖為基準(zhǔn)，但是為了提高刀具強(qiáng)度、減緩刀具磨損和提高工件精度，實(shí)際刀具的刀尖不是一個(gè)點(diǎn)，而是一段小圓弧。刀尖圓弧半徑指的就是車(chē)刀刀尖圓弧所構(gòu)成的假想圓半徑。由于刀尖圓弧的存在使得在某些輪廓加工中，刀具的實(shí)際切削軌跡與編程軌跡不重合，實(shí)際起作用的切削刃卻是圓弧各切點(diǎn)，這樣就引起了表面加工誤差。
1.1.1 刀尖圓弧半徑對(duì)加工端面和圓柱類(lèi)零件表面的影響
由于刀尖圓弧的存在，在對(duì)刀時(shí)，X 軸和 Z 軸兩個(gè)方向的對(duì)刀點(diǎn)分別是刀片圓弧的 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點(diǎn)，這時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)以 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點(diǎn)的對(duì)刀結(jié)果綜合確認(rèn)一個(gè)點(diǎn)作為對(duì)刀點(diǎn)，這正是與 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點(diǎn)相切的兩條直線的交點(diǎn)，稱(chēng)之為假想刀尖，也就是刀具的刀位點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)正是以這個(gè)假想刀尖作為理論切削點(diǎn)進(jìn)行車(chē)削的，而假想刀尖在實(shí)際加工中是不存在的。實(shí)際切削點(diǎn)是刀尖圓弧和切削表面的相切點(diǎn)，隨著切削位置的改變而改變，不可能通過(guò)對(duì)刀確定，但是切削點(diǎn)與圓弧圓心的距離始終是刀尖圓弧半徑值。車(chē)端面時(shí)，切削軌跡垂直于機(jī)床軸線，實(shí)際切削點(diǎn)為 X 軸方向上最突出的點(diǎn)，與假想刀尖點(diǎn)的 Z 坐標(biāo)值相同；車(chē)外圓面和內(nèi)孔時(shí)，切削軌跡平行于機(jī)床軸線，實(shí)際切削點(diǎn)為 Z 軸方向上最突出的點(diǎn)，與假想刀尖點(diǎn)的 X 坐標(biāo)值相同，如圖 1 所示。因此，車(chē)刀刀尖圓弧半徑大小對(duì)端面和內(nèi)、外圓柱面的直徑?jīng)]有影響，但是在臺(tái)階的過(guò)渡處會(huì)有欠切現(xiàn)象。
圖 1 車(chē)刀示意圖
1.1.2 刀尖圓弧半徑對(duì)加工錐面、圓弧面和曲面類(lèi)零件表面的影響
當(dāng)加工錐面和圓弧面時(shí)，切削軌跡與機(jī)床軸線既不垂直也不平行，實(shí)際切削點(diǎn)與假想刀尖點(diǎn)的 X、Z 坐標(biāo)都不同。加工錐面時(shí)，假想刀尖沿著輪廓運(yùn)動(dòng)，實(shí)際圓弧切削點(diǎn)與編程軌跡有一個(gè)固定的距離，實(shí)際圓弧切削點(diǎn)的軌跡與機(jī)床主軸的角度和假想刀尖的軌跡與機(jī)床主軸的角度相同，所以刀尖圓弧半徑對(duì)圓錐的錐度沒(méi)有影響，而外圓錐面會(huì)造成固定數(shù)值的欠切，導(dǎo)致錐面直徑的尺寸偏大，內(nèi)圓錐面會(huì)造成固定數(shù)值的過(guò)切，導(dǎo)致錐面直徑的尺寸偏小。對(duì)于圓弧面加工，如果是不過(guò)象限的圓弧加工會(huì)造成欠切或過(guò)切，如果是過(guò)象限的圓弧加工欠切和過(guò)切二者兼有，而且欠切量和過(guò)切量隨著輪廓位置的變化而變化。所以刀尖圓弧半徑會(huì)影響圓弧的圓度和圓弧半徑的大小，而且刀尖圓弧半徑越大，加工誤差越大，如圖 2 所示。
圖 2 切削圓弧
1.2 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償
刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，不是讓假想刀尖相對(duì)程序段輪廓移動(dòng)一個(gè)半徑值，而是讓刀尖圓弧的圓心始終與程序段輪廓距離一個(gè)半徑值，即刀尖圓弧的圓心應(yīng)與工件輪廓偏移一個(gè)半徑值，這種偏移稱(chēng)為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能后，編程者仍以假想刀尖位置按工件輪廓編程，然后在機(jī)床中輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，則數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償值，生成刀具路徑，從而消除了刀尖圓弧半徑對(duì)徑向尺寸精度的影響。采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能時(shí)，程序不會(huì)隨著刀尖圓弧半徑的變化而變化，只需要修改機(jī)床中輸入的半徑值即可。
2、 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令
2.1 指令格式
G41G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償）
G42 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧半徑右補(bǔ)償）
G40 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（取消刀尖圓 弧半徑補(bǔ)償）
2.2 判別方法
判別刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令時(shí)，必須首先自 Y軸的負(fù)方向向 Y 軸正方向看，然后順著刀具的移動(dòng)方向觀察刀具在工件輪廓的左側(cè)還是右側(cè)，即必須同時(shí)滿足以上兩個(gè)觀察方向，當(dāng)?shù)毒呶挥诩庸ぽ喞髠?cè)時(shí)為刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償（指令為 G41），當(dāng)?shù)毒呶挥诩庸ぽ喞覀?cè)時(shí)為刀尖圓弧半徑右補(bǔ)償 （指令為 G42）。由此可知無(wú)論刀架位置是前置還是后置，判別刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令時(shí)一律看軸線上方。
3 、刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)姆椒?/strong>
3.1 刀尖方位的判斷
為了反映切削刀具的方向，對(duì)不同偏向的假想刀尖都進(jìn)行了編號(hào)。通過(guò)假想刀尖方位號(hào)表示刀具的位置，共有 9（T1～T9）種設(shè)置，數(shù)字代表 R 角的方向，如圖 3 所示。
圖 3 刀位號(hào)
3.2 刀尖半徑補(bǔ)償應(yīng)用實(shí)例
如圖 4，機(jī)床為前置刀架，使用刀具為右偏外圓車(chē)刀，刀號(hào)及刀具位置偏置號(hào)為 T0101，刀尖半徑為0.8 mm，假想刀尖方位號(hào)為 3，刀具主偏角 95°，刀尖角度 35°，編制精加工程序，具體如下。
圖 4 加工零件
4 、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，在數(shù)控車(chē)削加工中，刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能能有效消除圓弧面、錐面、曲面類(lèi)零件加工中造成的徑向加工誤差，在高精度的零件加工及使用圓弧車(chē)刀車(chē)削時(shí)，這個(gè)功能的應(yīng)用尤為重要。
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