淺談車床加工刀具半徑補償與應用
2016-12-27 來源：新昌技師學院 作者：石益良
摘 要：筆者在文中對刀具補償的概念進行了闡述，分析了刀具補償的原因以及具體補償功能的方法和應用，并提出了數控車床中刀具半徑補償應用的注意事項，以期為提高工件的加工精度和加工效率起到促進作用。
關鍵詞：刀尖圓弧半徑補償；刀具位置補償；數控車床；應用；注意事項
0.引言
在實際加工過程中，車床的刀尖要呈半徑不大的圓弧，這樣才能提高刀具的使用壽命和工件表面的加工精度。但是在編制程序時，刀尖被看作是個理想的假想點，對圓弧車刀而言，刀位點即圓弧的圓心。如果不使用補償功能，編程時必須要計算出圓弧刀刃的實際運動軌跡中心，這樣會讓系統計算量大，運算復雜，而且無法保證工件的加工精度。另外，如果刀尖的強度小、磨損快，那么刀刃很容易向圓弧形方向轉變，造成加工的偏差現象。在近幾年，隨著國內諸多生產線將刀具補償技術大范圍應用，使車床提高了加工精度和編程效率，并且使用刀尖圓弧半徑補償和刀具位置補償功能，能夠消除加工過程中對零件切削形狀誤差的影響，因此值得在生產一線推廣。
1.刀具半徑補償概述
在實際加工中，當刀尖半徑發生變化后，如刀具磨損、刃磨、更換刀具等，編程人員會首先通過對工件的外形尺寸和刀具半徑的計算，然后才能得出刀具中心運動軌跡的中心，實際操作過程耗費人力、物力，且計算結果的精確性性不高。當操作人員需要更換刀具時，要重新計算刀具半徑，找到刀具的運動軌跡中心，如果工件外形簡單則工作量不大，但是若遇到外形復雜的，加工難度將變得非常大。實際生產加工時，根據加工精度要求，在不同的階段必須求出刀具相應的軌跡運動中心，這樣加工成本也進一步提高。面對這樣的種種問題，我們提出一種刀具半徑補償的方法，不用修改原來的編程，只需改變刀具參數中的R 值就可以解決這一問題，并且操作非常方便。在數控車床中，編制刀具半徑補償的程序具有一定的難度，但是在其加工應用中將帶來很多便利，補償的實際效果也非常有效，具有便于操作，節約成本等優勢。
2.車床加工刀具半徑補償應用
2.1 刀尖圓弧半徑補償
為了保證刀尖的強度，降低加工表面的粗糙度，所以多數車床中刀具的刀尖不可能是一個點，而是一段半徑為0.4—1.6mm 圓弧。但是在數控編程中，通常都會針對刀具上的一個點（即刀位點），根據工件的輪廓尺寸編制相應的程序，而較為理想的刀位點一般是假想的理想點或者刀尖的圓弧中心的位置。當加工端面或者圓柱面時，刀尖的圓弧不會影響加工尺寸和形狀，但是清角處會有殘留物質；在加工錐面時，刀尖會對錐面的大小端有一定影響，可能會出現過切或者少切現象，而這些都是刀尖圓弧半徑引起加工誤差的原因。
針對這些誤差狀況，我們要選擇相應的刀具半徑補償指令來避免帶來的損失。通常刀具半徑補償指令有G40、G41、G42 三個，其中，G40 是取消刀具半徑補償，G41 是刀具半徑左補償（在刀具前進方向左側補償），G42 是刀具右補償（在刀具前進方向左側補償），G41/G42 不帶任何參數，刀尖圓弧補償號和刀具偏置補償號一一對應，一般我們可以用G00/G01 指令建立或者取消刀尖圓弧補償。在補償過程中，數控機床會根據半徑補償指令（G41/G42）和刀具圓弧半徑值等信息，自動計算出刀位點的移動軌跡，并且按照計算結果偏移一個補償量，來達到加工精度。
2.2 刀具位置補償
實際加工時，車床會存在多把刀具，因為一把刀具是根本無法滿足加工要求的。在補償過程中，系統會找出多個刀尖相對于基準刀尖點的偏移量，與此同時程序會將這一信息存入相應的刀補地址中。接著通過T 指令，刀具的位置補償從非基準刀尖偏移到基準刀尖位置，其中T XX XX 為刀具位置補償指令，前兩位是目前的刀具補償號，后兩位是刀補地址號；如果補償完畢則要立即取消指令，取消指令為T XX 00。另外，若刀具磨損或者安裝刀具引起的位置變化則不需要重新編程，因為其車床程序可以自動建立和執行位置補償功能。
具體補償流程中，程序會利用T 指令使補償號和補償量相對應，操作相應的磨損補償動作，進而補償X、Z 的磨損補償量，讓各程序的終點相加得到位置。
在程序段中，單獨使用T 指令功能，可使刀架移動以便控制磨損補償量，但在G00 方式中，刀架是快速移動的，不易被控制。因此，在移動磨損量后，刀架在參考點位置很有可能引起坐標超程。
另外，針對刀具出現幾何形狀的補償動作，筆者在實際操作中得出兩種處理方法：一種是變更坐標值，不移動刀具，在基準點位置加上或者減去T 指令指定的幾何形狀對應的補償量，以改變刀位點的坐標值，然后讓系統從該點移動刀具；另外一種是對參數設定，直接加上或者減去補償量對其進行補償。
3.數控車床中刀具半徑補償應用的注意事項
為了使刀具更好地在數控車床中刀具補償應用，我們必須注意以下幾個問題：
首先，刀具補償的建立和取消必須在之前的輔助程序就應該完成，不可以在加工零件時完成這個指令，這一點非常關鍵。
其次，如果需要我們修改刀具半徑值時，只要儲存刀具半徑的值，而不需要修改原來的程序，即可將刀具半徑的補償值儲存在數控車床系統中。
第三，一般情況下，工件靜止，刀具運動，順著刀具前進方向左側補償為左補償，順著刀具前進方向右側補償為右補償。
第四，在加工過程中，刀具半徑必須小于進刀線和退刀線的長度，這樣才能防止過切現象的發生。
4.結語
在數控車床加工中，刀尖是圓弧形狀的，工件輪廓和和刀位點的軌跡并不是重合的，雖然可以根據工件輪廓和刀位點計算出實際的運動軌跡，但是計算過程非常復雜。因此在生產中，引入刀尖圓弧半徑補償和刀具位置補償技術，是提高工件的加工精度和加工效率的重要保證。
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