刀具半徑補(bǔ)償指令在數(shù)控銑上的應(yīng)用

1、刀具半徑補(bǔ)償指令在數(shù)控銑上的應(yīng)用    關(guān)鍵詞:刀具半徑補(bǔ)償;G41;G42;G40;數(shù)控機(jī)床;加工精度文章編號(hào):1009-2374 #8197;(2010)27-0041-03 0引言 零件加工程序通常是按零件輪廓編制的,而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中的控制點(diǎn)是刀具中心,因此在數(shù)控加工前數(shù)控系統(tǒng)必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。只有將編程輪廓數(shù)據(jù)變換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)才能用于插補(bǔ)。在數(shù)控銑床上進(jìn)行輪廓加工時(shí),因?yàn)殂姷队幸欢ǖ陌霃?所以刀具中心(刀心)軌跡和工件輪廓不重合,如不考慮刀具半徑,直接按照工件輪廓編程是比較方便的,而加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈

2、(加工外輪廓時(shí)),或大了一圈(加工內(nèi)輪廓時(shí)),為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個(gè)刀具半徑,這就是所謂的刀具半徑補(bǔ)償指令。應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí),只需按工件輪廓軌跡進(jìn)行編程,然后將刀具半徑值輸入數(shù)控系統(tǒng)中,執(zhí)行程序時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡,進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償,從而加工出符合要求的工件形狀,當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時(shí)也無(wú)需更改加工程序,使編程工作大大簡(jiǎn)化。實(shí)踐證明,靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能,合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值,在數(shù)控加工中有著重要的意義。 1B功能刀具補(bǔ)償和C功能刀具 1.1B功能刀具半徑補(bǔ)償 早期的數(shù)控系統(tǒng)在確定刀具中心軌跡時(shí),都采用讀一段、算一段、再走一段的B功能刀具半徑補(bǔ)償(簡(jiǎn)稱(chēng)B刀補(bǔ)

3、)控制方法,它僅根據(jù)程序段的編程輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。對(duì)于直線而言,刀補(bǔ)后的刀具中心軌跡為平行于輪廓直線的直線段;對(duì)于圓弧而言,刀補(bǔ)后的刀具中心軌跡為輪廓圓弧的同心圓弧段。因此,B刀補(bǔ)要求編程輪廓間以圓弧連接,并且連接處輪廓線必須相切;而對(duì)于內(nèi)輪廓的加工,為了避免刀具干涉,必須合理地選擇刀具的半徑(應(yīng)小于過(guò)渡圓弧的半徑)。由于B刀補(bǔ)編程輪廓為圓角過(guò)渡,前一程序段刀具中心軌跡的終點(diǎn)即為后一程序段刀具中心軌跡的起點(diǎn),因此數(shù)控系統(tǒng)無(wú)需計(jì)算段與段間刀具中心軌跡的交點(diǎn)。也就是說(shuō),數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時(shí)僅需知道本程序段的輪廓尺寸。 B刀補(bǔ)僅根據(jù)本程序段的編程輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償,無(wú)法預(yù)計(jì)由于刀

4、具半徑所造成的下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響,不能自動(dòng)解決程序段尖的過(guò)渡問(wèn)題,需要編程人員在相鄰程序段轉(zhuǎn)接處插入恰當(dāng)?shù)倪^(guò)渡圓弧作圓角過(guò)渡。顯而易見(jiàn),這樣的處理存在致命的弱點(diǎn):一是編程復(fù)雜,二是工件尖角出工藝性不好。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)計(jì)算相鄰程序段刀具中心軌跡交點(diǎn)已不成問(wèn)題,因此CNC系統(tǒng)已不再采用B功能刀具半徑補(bǔ)償,而采用C功能刀具半徑補(bǔ)償。 1.2C功能刀具半徑補(bǔ)償 C功能刀具半徑補(bǔ)償(C刀補(bǔ))在計(jì)算本程序段刀具中心軌跡時(shí),除了讀入本程序段編程輪廓軌跡外,還是提前讀入下一程序段編程輪廓軌跡,然后根據(jù)他們之間轉(zhuǎn)接的具體情況,計(jì)算出正確的本段刀具中心軌跡。 C刀補(bǔ)自動(dòng)處

5、理兩個(gè)程序段刀具軌跡的轉(zhuǎn)接,編程人員完全可以按工件輪廓變成而不必插入轉(zhuǎn)接圓弧,因而在現(xiàn)代CNC系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)以C刀補(bǔ)為例講述刀具半徑補(bǔ)償?shù)氖褂眉记伞?C刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過(guò)程一般可分為3步。 (1)刀補(bǔ)建立。數(shù)控系統(tǒng)用G41/G42指令建立刀補(bǔ),在刀補(bǔ)建立程序段,動(dòng)作指令只能用G00或G01,不能用G02或G03。 刀補(bǔ)建立過(guò)程中不能進(jìn)行零件加工。 (2)刀補(bǔ)進(jìn)行。在刀補(bǔ)進(jìn)行狀態(tài)下,G01、G00、G02、G03都可使用。它根據(jù)讀入的相鄰兩段變成軌跡,自動(dòng)計(jì)算刀具中心的軌跡。在刀補(bǔ)進(jìn)行狀態(tài)下,刀具中心軌跡與編程軌跡始終偏離一個(gè)刀具半徑的距離。 (3)刀補(bǔ)撤銷(xiāo)。刀補(bǔ)撤銷(xiāo)也只能用G01

6、指令或G00指令,而不能用G02、G03指令。 刀補(bǔ)撤銷(xiāo)是刀補(bǔ)建立的逆過(guò)程,同樣,在該過(guò)程中不能進(jìn)行零件加工。 在G17指令有效時(shí),編程格式:G41(G42)G00(G01)X-Y- D-(F-) G40 G00(G01) X-Y-(F-) 其運(yùn)動(dòng)軌跡見(jiàn)圖1 G41、G42刀具半徑補(bǔ)償指令運(yùn)動(dòng)軌跡。 G41指令表示刀具半徑左側(cè)補(bǔ)償。沿刀具進(jìn)給方向看去,刀具中心在零件輪廓的左側(cè)(見(jiàn)圖1,通常順銑時(shí)采用左側(cè)補(bǔ)償)。 G42指令表示刀具半徑補(bǔ)償。沿刀具進(jìn)給方向看去,刀具中心在零件輪廓的右側(cè)(見(jiàn)圖1,通常逆銑時(shí)采用右側(cè)補(bǔ)償)。 G40指令表示刀具半徑補(bǔ)償取消。當(dāng)G41或G42程序完成后用G40程序段消

7、除偏置,從而使刀具中心與編程軌跡重合。 2加工過(guò)程中的過(guò)切判別及避免技巧 C刀補(bǔ)除了能根據(jù)相鄰兩段編程軌跡的轉(zhuǎn)接情況,自動(dòng)進(jìn)行刀具中心軌跡的計(jì)算外,還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn),即能避免過(guò)切現(xiàn)象。若編程人員因某種原因編制了肯定要產(chǎn)生過(guò)切的加工程序時(shí),系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能提前發(fā)出報(bào)警信號(hào),避免過(guò)切事故的發(fā)生。在刀具半徑補(bǔ)償?shù)那邢鞒绦蚨沃?即從G41(或G42)開(kāi)始的程序段到G40結(jié)束的程序段之間,FANUC系統(tǒng)對(duì)處理2個(gè)或更多刀具在平面內(nèi)不移動(dòng)的程序段(如暫停,M99返回程序,子程序名,第三軸移動(dòng)等等),刀具將產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象。如用10mm立銑刀對(duì)如圖2輪廓銑削實(shí)例所示矩形進(jìn)行輪廓銑削。 程序如下: % :31

8、03; 主程序名 T1 ; M06;換上一號(hào)刀        G54 G90 G0 G43H1Z100.0 ;選擇坐標(biāo)系,引入長(zhǎng)度補(bǔ)償 M3S600; 主軸正轉(zhuǎn) X-30.0Y20.0 Z1.0;到達(dá)起刀點(diǎn) G41Y12.5D1;引入刀具左側(cè)半徑補(bǔ)償 X-20.0 ; 過(guò)渡段 M98P23014; 調(diào)用O3014子程序2次 G00Z100.0;主軸上升 Y20.0 ;過(guò)渡段 G40X-30.0 ; 取消半徑補(bǔ)償 G49Z0 ; 取消長(zhǎng)度補(bǔ)償,到機(jī)床坐標(biāo)Z0 M30;程序結(jié)束 % % :3104; 子程序名 G1G9

9、1Z-5.0F50;在A點(diǎn)處沿-Z增量切削 G90X20.0F100; 到B點(diǎn)(B到C自動(dòng)完成) Y-12.5; 到D點(diǎn)(D到E自動(dòng)完成) X-20 ;到F點(diǎn)(F到C自動(dòng)完成) Y12.5 ; 到H點(diǎn) M99 ; 子程序結(jié)束并返回 % 子程序修改為: % :3104G1 G91Z-5.0F50; G90X20.0F100: Y-12.5; X-20.0; Y12.5M99; % 在編程序時(shí),如果把刀具半徑補(bǔ)償引入與取消的程序段放在主程序中,那么當(dāng)調(diào)用子程序(加工輪廓的程序)的次數(shù)超過(guò)1時(shí),在切削第2次的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象(見(jiàn)圖打剖面線部分)。這主要由于在上面的程序中,程序段M99,O3014

10、,G1G91Z-5.0F50中已超過(guò)2次以上沒(méi)有X,Y方向上的移動(dòng),從而引起過(guò)切。此時(shí)可采取減少程序段的方法,把子程序名放到第一個(gè)程序段的段首;把M99放到最后一個(gè)程序段的段尾。 另外必須嚴(yán)格按照上圖所確定的切入方法,即必須有過(guò)渡段。如直線切入、切出方式和圓弧切入、切出方式,否則刀具補(bǔ)償沒(méi)有完成,同樣會(huì)產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象。 在實(shí)際加工過(guò)程中,可能還有各種各樣的過(guò)切削情況,限于篇幅,此處不一一列舉。 3改變刀補(bǔ)值實(shí)現(xiàn)零件的粗、精加工 刀具補(bǔ)償功能給數(shù)控加工帶來(lái)了許多方便,簡(jiǎn)化了編程工作。編程人員不但可以直接按工件輪廓編程,而且還可以用同一個(gè)加工程序?qū)ぜ喞M(jìn)行粗、精加工。當(dāng)按工件輪廓編程以后,在粗加

11、工零件時(shí)我們可以把偏置量設(shè)為R ,其中為精加工前的加工余量;而在精加工零件時(shí),偏置量仍然設(shè)為R(對(duì)于有公差要求的零件,精加工時(shí)的偏置量應(yīng)設(shè)置為R 平均偏差/2)。 4使用刀具半徑補(bǔ)償注意事項(xiàng) 前面闡述了靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能、合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值在數(shù)控加工中的重要意義,然而在實(shí)際使用時(shí)必須注意以下幾個(gè)事項(xiàng): (1)從無(wú)刀具補(bǔ)償狀態(tài)進(jìn)入刀具半徑補(bǔ)償方式時(shí),或在撤消刀具半徑償時(shí),刀具必須移動(dòng)一段距離,否則刀具會(huì)沿運(yùn)動(dòng)的法向直接移動(dòng)一個(gè)半徑量,很容易出意外,特別在加工全切削型腔時(shí),刀具無(wú)法轉(zhuǎn)回空間,會(huì)造成刀具崩斷。 (2)G41、G42、G40必須在G00或G01模式下使用。G41、G42不能重復(fù)使用,且在使用時(shí)不允許有兩句連續(xù)的非移動(dòng)指令。 (3)D00 - D99為刀具補(bǔ)償號(hào),D00意味著取消刀具補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償值在加工或運(yùn)行之前必須設(shè)定在補(bǔ)償存儲(chǔ)器中。 總之,刀補(bǔ)值在數(shù)控加工中有著非常重要的作用,靈活、合理地運(yùn)用刀補(bǔ)值并結(jié)合刀補(bǔ)原理正確編制程序是保證數(shù)控加工有效性、準(zhǔn)確性的重要因素。 5結(jié)語(yǔ) 生產(chǎn)實(shí)踐表明靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能,合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值,在數(shù)控加工中有著重要的意義。它給我們的編程和加工帶來(lái)很大的方便,能大大提高工作效率。 參考文獻(xiàn) 1 葉伯生.數(shù)控原理及系統(tǒng)M.北京:中國(guó)勞動(dòng)和社會(huì)保障出版社,2004. 2 王榮心.加工中心培訓(xùn)教程M.北京: