刀具補償在數控車床加工中的應用研究
2020-10-21 來源： 鄭州機電工程學校 作者：田 志
摘要：分析了在數控車床加工中進行刀具補償的原因，并從偏置補償、刀具半徑補償兩方面闡述了刀具補償的方法、作用及注意事項，以期為數控車床加工生產提供有益的參考。
關鍵詞：刀具補償；偏置補償；數控車床加工
1 、數控車床刀具補償的原因
在數控機床編程中，以基準位置進行編程，從而實現機床加工的自動化、標準化。但是，當機床刀具實際位置與基準位置存在偏差時，將造成數控車床加工誤差增加，在此情況下，必須對刀具進行糾正和補償。同時，在加工過程中，刀具的磨損也是導致刀具位置發生變化的重要原因，因此，對刀具的偏移量進行補償是車床加工的必要措施。同時，在數控機床加工中，為了提高刀具強度和加工件表面加工質量，延長刀具壽命，一般將數控機床刀具刀尖磨成圓弧狀，當車錐工作面時，由于刀具圓弧的存在，實際起到切割作用的部位是刀具與加工件切點位置，在此情況下，車床加工出的加工件與設計圖樣尺寸不重合，會形成誤差，進而與加工圖樣尺寸存在一定的差異。
2 、數控車床刀具補償分類
2.1 偏置補償
在數控機床加工時，一般以手動安裝的方式安裝刀具，在此過程中，機床的原點與工件原點存在一定的偏差，車刀刀尖或圓弧中心不處于同一位置，操作人員將刀尖、圓弧中心移動到原點后，刀具偏置補償是用來補償刀具與原點之間的距離差異的，從而達到糾偏的目的。具體實踐中，偏置補償可分為刀具幾何偏置補償和刀具磨損偏置補償兩種方式，幾何補償是根據實際刀具和標準刀具之間的差異進行補償；磨損補償是根據刀具磨損實際值與標準值之間的偏差進行補償。在具體補償操作中，不同規格、型號的數控系統其刀具偏置補償指令操作存在一定的差異。一般來說，常規的數控車床刀具偏置補償使用T功能指令實現，4位數字分別代表刀具號和刀具補償號，刀具代碼設置應根據生產企業操作說明進行，刀具補償號根據刀具偏置補償情況確定。當刀具補償號數值為0時，則表示取消偏置補償。
2.2 刀具半徑補償
在數控車床加工中，刀具的調整是通過刀尖對刀的方式進行。但在實際操作中，由于刀尖為連續的圓弧形狀，并非一個確定的位置，因此，在車床對刀時，操作人員應按照刀具軌跡進行半徑補償設置，確保刀具刀尖與加工位置重合。但由于實際起加工作用的刀具是由圓弧與共建輪廓表面的切點組成的，在車削加工過程中，刀尖圓弧半徑可能與編程軌跡存在一定的偏移量，該偏移量即為刀尖圓弧的半徑值，對其進行補償被稱為刀具半徑補償。在數控機床編程中，操作人員不需要考慮刀具中心軌跡，只需要按刀具圓弧輪廓進行編程，并按數控車床刀具補償指令進行操作即可，數控機床會自動計算刀具補償半徑，從而降低機床加工偏差。一般來說，刀具半徑補償指令為G41和G42。
在具體操作時，操作人員應先使用G40清除已有的刀具半徑補償，再使用G41指令沿刀具左側運動方向進行調整，也可使用G42沿刀具右側方向進行調整。
3、 刀具補償的作用
3.1 提高了刀具的適應性
在數控車床加工中，刀具是處于不斷磨損、更換中的，應用刀具補償能夠減小因刀具磨損、更換、偏移而造成的誤差，有效提高數控車床的加工精度。假設原數控機床刀具補償值為X、Z，經過一段時間的機械加工，刀具產生一定的偏差量，即ΔX、ΔZ，則新的刀具補償值為（X-ΔX）、（Z-ΔZ），僅需要對變化量進行調整，而不需要重新設置數控控制程序。刀具磨損也可以使用該方法進行調整。當刀具更換時，操作人員可使用新刀具的刀具補償值替代現有的刀具補償值，從而改善因數控機床刀具磨損、更換、偏移造成的加工精度降低的問題，提高機床刀具的適應性，簡化數控機床操作。
3.2 有助于實現加工件粗精加工
調整加工精度是機械零件加工中的常規操作，也是提高機械加工效益的必要措施之一。
在調整加工精度過程中，如人為設置刀具中心與工件輪廓的偏置值，而非根據實際偏差值，則加工的零件精度較低，即粗加工。在粗加工過程中，可在刀具實際半徑的基礎上加上精加工余量作為刀具半徑補償值。在精加工過程中，操作人員只需要輸入刀具實際半徑值即可進行粗精加工的轉換。具體補償轉換方法為：先通過人工方式輸入刀具半徑補償值，包括刀具半徑補償和加工余量，即可完成粗加工的刀具的設置；在精加工時，操作人員可在粗加工的基礎上輸入微調量，即可實現粗加工向精加工的轉換。在實際操作中，微調量應根據實際情況進行確定，可在粗加工后進行實際測量。如粗加工尺寸大于精加工尺寸則調整量為正值，如粗加工尺寸小于精加工尺寸則調整量為負值。通過刀具偏差補償的方式對數控機床偏差進行調整，不但簡化了數控車床編程，降低了機床操作難度，而且提高了加工精度，確保了機械加工質量。
4 、數控車床刀具補償注意事項
在刀具補償操作中，操作人員應注意下述問題。
（1）當刀具在起刀程序段時，如進行刀具偏差補償，應避免刀具切入工件，以免在調整情況下進行機械加工造成工件損耗。
（2）當使用刀具補償G41或G42指令時，必須確保指令完整、有效，否則將導致刀具補償命令無效，進而造成后續加工零件加工誤差加大。
（3）必須在刀具補償所在的內存區的刀尖半徑處填入相應的圓弧半徑值，數控系統會自動計算刀具補償值。
（4）必須在刀具補償頁的刀尖位置輸入相應的方位號，并以此作為刀具補償半徑的依據。
（5）當使用G41、G42補償指令時，過渡直線段長度應當大于刀尖圓弧半徑，水平軸的切削移動量應大于2倍的刀尖半徑值。
（6）當存在兩個或以上的不運動程序段時，刀具可能會對工件下一輪廓產生過切現象。
（7）在以假想刀尖圓弧中心作為編程依據時，假想刀尖編號為由0至9共計10個號碼，編程時應合理選擇刀尖編號。在數控車床進行刀具補償操作時，對刀操作應當充分考慮刀尖圓弧半徑。此外
隨著數控車床種類、型號的發展，刀具補償指令、格式、標準發生了一定的變化，不同廠家、型號的數控機床其命令格式存在一定的差異，因此，在針對不同的數控車床進行操作時，操作人員應當根據數控車床編程手冊進行查詢和設置。
5 、典型數控車床刀具補償輸入案例
結合上述研究，以華中數控車床為例，闡述數控車床刀具補償操作方法。
5.1 刀具磨損量補償
當刀具出現一定程度的磨損后，操作人員應對刀具進行磨損量補償設置。首先，在機床起始界面下按F4鍵，進入MDI參數設置界面，再按F2鍵進入刀偏表參數設置界面，借助方向鍵和翻頁鍵選擇并設置刀具磨損值，通過MDI鍵盤輸入完成磨損補償量后按Enter鍵確認。
5.2 刀具偏置量補償
與刀具磨損量補償設置相似，操作人員按F2鍵進入刀偏表參數設置界面，分別輸入X、Z偏置補償值，并按Enter鍵確認。
5.3 刀尖半徑補償
按F3鍵進入刀具補償參數設置界面，借助方向鍵和翻頁鍵選擇對應的刀補號半徑欄，輸入補償值后按Enter鍵確認。
5.4 刀尖方位參數設置
在數控機床中，刀尖共計有9個方位，因此，在刀具刀尖方位參數設置時，應結合實際情況正確輸入刀尖方位參數。
6、 結語
隨著我國制造業的發展，對機械加工精度、效率要求不斷提高，數控機床操作人員必須了解刀具補償理論知識并掌握刀具補償操作技能，熟練操作機床粗、精加工參數調整技巧，才能適應新時期機械加工崗位的要求。本文深入剖析了刀具補償的原因及作用，并從偏置補償、半徑補償等方面分析了數控車床刀具補償的操作方法，希望對機械加工企業生產與管理有所助益。
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