兩種編程路徑的刀具半徑補(bǔ)償辨析
2018-5-23 來(lái)源： 河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 作者： 楊丙乾，吳孜越，雷賢卿
摘要: 介紹了刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔? 分析使用 “輪廓編程”和 “非輪廓編程”時(shí)，如何判定刀具半徑左、右補(bǔ)償，如何計(jì)算刀具半徑補(bǔ)償值; 并通過(guò)實(shí)例介紹了兩種編程路徑下，刀具半徑補(bǔ)償?shù)木唧w應(yīng)用和程序編寫(xiě)方法，以及子程序編寫(xiě)需要考慮的因素。
關(guān)鍵詞: 刀具半徑補(bǔ)償; 編程路徑; 輪廓編程; 非輪廓編程
在數(shù)控加工編程中，通過(guò)使用刀具半徑補(bǔ)償可以簡(jiǎn)化程序編制。但在實(shí)際編程中，由于對(duì)刀具半徑補(bǔ)償概念認(rèn)識(shí)不足，經(jīng)常發(fā)生補(bǔ)償方向判定和補(bǔ)償值計(jì)算的錯(cuò)誤。
下面就刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍?、刀具半徑補(bǔ)償方向判別和補(bǔ)償值計(jì)算等問(wèn)題進(jìn)行分析。
1、刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔?/strong>
刀位點(diǎn)是刀具上用來(lái)代表刀具運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)位置的點(diǎn)，不同的刀具其刀位點(diǎn)不盡相同，圓柱立銑刀的刀位點(diǎn)是銑刀端面中心點(diǎn)。
數(shù)控程序控制的是刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)直接采用工件加工表面輪廓坐標(biāo)值進(jìn)行編程時(shí)，刀位點(diǎn)就會(huì)沿著工件加工表面輪廓運(yùn)動(dòng)，由于刀具半徑的存在，刀具會(huì)多切入工件表面一個(gè)刀具半徑，從而造成過(guò)切。如果要避免刀具過(guò)切，刀具的實(shí)際走刀路徑就需要相對(duì)于工件加工表面輪廓向無(wú)材料側(cè)偏移一個(gè)刀具半徑。因此，就需要按照該偏移輪廓進(jìn)行編程，這又需要計(jì)算編程路徑上大量的基點(diǎn)坐標(biāo)，給編程帶來(lái)諸多不便。在數(shù)控系統(tǒng)中，可以采用刀具半徑補(bǔ)償設(shè)置，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將刀具向工件輪廓無(wú)材料側(cè)偏移一個(gè)刀具半徑，以避免刀具過(guò)切，并免去人工計(jì)算刀具實(shí)際走刀路徑上大量基點(diǎn)坐標(biāo)的繁雜工作。
2 、兩種編程路徑的刀具半徑補(bǔ)償辨析
(1) “輪廓編程圖
如圖1所示，數(shù)控銑削加工中，大多數(shù)情況下，直接按照零件表面輪廓 AB 的尺寸坐標(biāo)進(jìn)行編程，AB 稱(chēng)為編程路徑，這種編程簡(jiǎn)稱(chēng)為“輪廓編程”。此時(shí)編程路徑與工件加工表面輪廓重合。在圖1中，“輪廓編程”時(shí)，沿進(jìn)給方向看，刀具位于工件的左側(cè)，為了避免刀具多切入工件一個(gè)半徑，加工中刀具需要向工件輪廓的無(wú)材料側(cè) ( 左側(cè))偏移一個(gè)刀具半徑，此時(shí)，就稱(chēng)為左刀補(bǔ)。如圖 1 所示,當(dāng)零件表面需要進(jìn)行多工步加工時(shí)，如: 粗、精兩個(gè)工步加工，工步 1 和工步 2 的刀具半徑補(bǔ)償值分別為:
圖 1 “輪廓編程”的刀補(bǔ)
式中: Ｒ1為工步 1 的刀具半徑補(bǔ)償值;
Ｒ2為工步 2 的刀具半徑補(bǔ)償值;
r 為刀具半徑值;
ap2為工步 2 的背吃刀量。
推而廣之，當(dāng)前工步的刀具半徑補(bǔ)償值，可用式 ( 1) 計(jì)算:
式中: Ｒi為第 i 工步的刀具半徑補(bǔ)償值;
api 為第i工步的背吃刀量
即: 當(dāng)前工步的刀具半徑補(bǔ)償值就等于刀具半徑值加上之后所有工步的背吃刀量之和。
(2) “非輪廓編程”
圖 2 所示，為了簡(jiǎn)化編程及工藝安排等需要，采用的編程路徑 AB 并不是零件的表面輪廓，這種編程簡(jiǎn)稱(chēng)為 “非輪廓編程”。
圖 2 “非輪廓編程”的刀補(bǔ)
在圖 2 中，沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向看，刀具位于工件材料的左側(cè)。但由于編程路徑遠(yuǎn)離工件輪廓，為保證能夠切除工件表面余量，刀具需要相對(duì)于編程路徑 AB向工件輪廓側(cè) ( 右側(cè)) 偏移。因此，該刀補(bǔ)應(yīng)該稱(chēng)為 “右刀補(bǔ)”。實(shí)際上，“輪廓編程”時(shí)，也可以用這一原則判定刀具的左、右補(bǔ)償。即刀具的左、右刀補(bǔ)判定依據(jù)應(yīng)是: 刀具相對(duì)于編程路徑的偏移方向。此時(shí)，工步 1 和工步2 的刀具半徑補(bǔ)償值可以根據(jù)圖 3 計(jì)算如下:
Ｒ1= B － r － ap2
Ｒ2= B － r式中: B
為編程路徑與零件表面間距離;
Ｒ1為工步 1 的刀具半徑補(bǔ)償值;
Ｒ2為工步 2 的刀具半徑補(bǔ)償值;
r 為刀具半徑值;
ap2為工步 2 的背吃刀量。
圖 3 “非輪廓編程”刀補(bǔ)值
推而廣之，當(dāng)前工步的刀具半徑補(bǔ)償值，可用式(2) 計(jì)算:
式中: Ｒi為第 i 工步的刀具半徑補(bǔ)償值;
api為第 i 工步的背吃刀量。
3 、“輪廓編程” 時(shí)刀具半徑補(bǔ)償應(yīng)用
圖 4 所示，一次走刀，以直徑 20 mm 的刀具，銑削□70 mm 的凸臺(tái)輪廓，采用左刀補(bǔ)。由式 (1)可知，此時(shí)可在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值為10。
圖 4 外輪廓加工
采用主程序調(diào)用子程序，其程序編寫(xiě)如下:
主程序:
O0001;
M6 T01;
G17 G90 G54;
G00 X90 Y0;
M03 S1000;
G00 G43 Z5 H01;
G01 M08 Z － 20 F100;
G01 G41 X49. 497 Y0 D01 F400;
M98 P0002;
M30;
輪廓加工子程序:
O0002;
G01 X0 Y － 49. 497;
G01 X － 49. 497 Y0;
G01 X0 Y49. 497;
G01 X49. 497 Y0;
G01 G40 X90 Y0;
G01 G49 M09 N05 Z200;
M99;
4 、“非輪廓編程” 時(shí)刀具半徑補(bǔ)償應(yīng)用
圖 5 所示，一次走刀，以 15 mm 立銑刀銑削圓環(huán)槽。為獲得圓環(huán)槽內(nèi)、外側(cè)壁較高的表面加工質(zhì)量，走刀路徑均采用順銑安排，即內(nèi)側(cè)壁按順時(shí)針走刀，外側(cè)壁按逆時(shí)針走刀
圖 5 圓環(huán)槽加工。
為簡(jiǎn)化編程，編程路徑采用圓環(huán)槽中心線100mm 圓。由式 ( 2) 可知，此時(shí)可在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值為 2. 5。加工內(nèi)外側(cè)壁均應(yīng)采用右刀補(bǔ)。
為防止空刀運(yùn)動(dòng)切到工件，外側(cè)壁與內(nèi)側(cè)壁加工路徑轉(zhuǎn)換時(shí)，以互為對(duì)稱(chēng)的點(diǎn) A、A' 作為路徑變換點(diǎn)。并用點(diǎn) A 作為加工外側(cè)壁的起刀點(diǎn)，用點(diǎn) A'作為加工內(nèi)側(cè)壁的起刀點(diǎn)，以保證刀補(bǔ)運(yùn)動(dòng)盡量沿切線方向切入工件。
考慮到實(shí)際加工中可能分粗精加工和換刀等，將內(nèi)外側(cè)輪廓加工分別寫(xiě)成兩個(gè)子程序，其程序編寫(xiě)如下:
主程序:
O0003;
M6 T02;
G17 G90 G54;
G00 X49. 356 Y － 8;
M03 S800;
G00 G43 Z5 H02;
G01 M08 Z － 20 F100;
G01 G42 X50 Y0 D02 F300;
M98 P0004;
G01 G42 X50 Y0 D02;
M98 P0005;
G00 X100 Y100;
M30;
加工外側(cè)壁子程序?yàn)?
O0004;
G03 I － 50;
G01 G40 X49. 356 Y8;
M99;
加工內(nèi)側(cè)壁子程序?yàn)?
O0005;
G02 I － 50;
G01 G40 X49. 356 Y － 8;
G00 G49 Z200 M05 M09;
M99;
5 、結(jié)論
在零件輪廓銑削加工中，有 “輪 廓 編 程” 和“非輪廓編程”兩種編程路徑。在這兩種情況下，需要注意刀具半徑左、右補(bǔ)償?shù)谋孀R(shí)，其刀具半徑補(bǔ)償值的計(jì)算有所不同。為了滿(mǎn)足工件加工工藝和簡(jiǎn)化編程的要求，子程序編寫(xiě)應(yīng)考慮到粗、精加工工藝安排，切削用量的改變，刀具的更換等情況。
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