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刀具補(bǔ)償在數(shù)控車床加工中的應(yīng)用研究

2020-10-21 來源：鄭州機(jī)電工程學(xué)校作者：田志

摘要：分析了在數(shù)控車床加工中進(jìn)行刀具補(bǔ)償?shù)脑颍钠醚a(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償兩方面闡述了刀具補(bǔ)償?shù)姆椒ā⒆饔眉白⒁馐马?xiàng)，以期為數(shù)控車床加工生產(chǎn)提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：刀具補(bǔ)償；偏置補(bǔ)償；數(shù)控車床加工

1 、數(shù)控車床刀具補(bǔ)償?shù)脑?/font>

在數(shù)控機(jī)床編程中，以基準(zhǔn)位置進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化。但是，當(dāng)機(jī)床刀具實(shí)際位置與基準(zhǔn)位置存在偏差時(shí)，將造成數(shù)控車床加工誤差增加，在此情況下，必須對(duì)刀具進(jìn)行糾正和補(bǔ)償。同時(shí)，在加工過程中，刀具的磨損也是導(dǎo)致刀具位置發(fā)生變化的重要原因，因此，對(duì)刀具的偏移量進(jìn)行補(bǔ)償是車床加工的必要措施。同時(shí)，在數(shù)控機(jī)床加工中，為了提高刀具強(qiáng)度和加工件表面加工質(zhì)量，延長刀具壽命，一般將數(shù)控機(jī)床刀具刀尖磨成圓弧狀，當(dāng)車錐工作面時(shí)，由于刀具圓弧的存在，實(shí)際起到切割作用的部位是刀具與加工件切點(diǎn)位置，在此情況下，車床加工出的加工件與設(shè)計(jì)圖樣尺寸不重合，會(huì)形成誤差，進(jìn)而與加工圖樣尺寸存在一定的差異。

2 、數(shù)控車床刀具補(bǔ)償分類

2.1 偏置補(bǔ)償

在數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，一般以手動(dòng)安裝的方式安裝刀具，在此過程中，機(jī)床的原點(diǎn)與工件原點(diǎn)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(dòng)到原點(diǎn)后，刀具偏置補(bǔ)償是用來補(bǔ)償?shù)毒吲c原點(diǎn)之間的距離差異的，從而達(dá)到糾偏的目的。具體實(shí)踐中，偏置補(bǔ)償可分為刀具幾何偏置補(bǔ)償和刀具磨損偏置補(bǔ)償兩種方式，幾何補(bǔ)償是根據(jù)實(shí)際刀具和標(biāo)準(zhǔn)刀具之間的差異進(jìn)行補(bǔ)償；磨損補(bǔ)償是根據(jù)刀具磨損實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。在具體補(bǔ)償操作中，不同規(guī)格、型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)其刀具偏置補(bǔ)償指令操作存在一定的差異。一般來說，常規(guī)的數(shù)控車床刀具偏置補(bǔ)償使用T功能指令實(shí)現(xiàn)，4位數(shù)字分別代表刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)，刀具代碼設(shè)置應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)操作說明進(jìn)行，刀具補(bǔ)償號(hào)根據(jù)刀具偏置補(bǔ)償情況確定。當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償號(hào)數(shù)值為0時(shí)，則表示取消偏置補(bǔ)償。

2.2 刀具半徑補(bǔ)償

在數(shù)控車床加工中，刀具的調(diào)整是通過刀尖對(duì)刀的方式進(jìn)行。但在實(shí)際操作中，由于刀尖為連續(xù)的圓弧形狀，并非一個(gè)確定的位置，因此，在車床對(duì)刀時(shí)，操作人員應(yīng)按照刀具軌跡進(jìn)行半徑補(bǔ)償設(shè)置，確保刀具刀尖與加工位置重合。但由于實(shí)際起加工作用的刀具是由圓弧與共建輪廓表面的切點(diǎn)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(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償被稱為刀具半徑補(bǔ)償。在數(shù)控機(jī)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(jìn)行編程，并按數(shù)控車床刀具補(bǔ)償指令進(jìn)行操作即可，數(shù)控機(jī)床會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具補(bǔ)償半徑，從而降低機(jī)床加工偏差。一般來說，刀具半徑補(bǔ)償指令為G41和G42。

在具體操作時(shí)，操作人員應(yīng)先使用G40清除已有的刀具半徑補(bǔ)償，再使用G41指令沿刀具左側(cè)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行調(diào)整，也可使用G42沿刀具右側(cè)方向進(jìn)行調(diào)整。

3、刀具補(bǔ)償?shù)淖饔?/font>

3.1 提高了刀具的適應(yīng)性

在數(shù)控車床加工中，刀具是處于不斷磨損、更換中的，應(yīng)用刀具補(bǔ)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(shù)控車床的加工精度。假設(shè)原數(shù)控機(jī)床刀具補(bǔ)償值為X、Z，經(jīng)過一段時(shí)間的機(jī)械加工，刀具產(chǎn)生一定的偏差量，即ΔX、ΔZ，則新的刀具補(bǔ)償值為（X-ΔX）、（Z-ΔZ），僅需要對(duì)變化量進(jìn)行調(diào)整，而不需要重新設(shè)置數(shù)控控制程序。刀具磨損也可以使用該方法進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)?shù)毒吒鼡Q時(shí)，操作人員可使用新刀具的刀具補(bǔ)償值替代現(xiàn)有的刀具補(bǔ)償值，從而改善因數(shù)控機(jī)床刀具磨損、更換、偏移造成的加工精度降低的問題，提高機(jī)床刀具的適應(yīng)性，簡化數(shù)控機(jī)床操作。

3.2 有助于實(shí)現(xiàn)加工件粗精加工

調(diào)整加工精度是機(jī)械零件加工中的常規(guī)操作，也是提高機(jī)械加工效益的必要措施之一。

在調(diào)整加工精度過程中，如人為設(shè)置刀具中心與工件輪廓的偏置值，而非根據(jù)實(shí)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(shí)際半徑的基礎(chǔ)上加上精加工余量作為刀具半徑補(bǔ)償值。在精加工過程中，操作人員只需要輸入刀具實(shí)際半徑值即可進(jìn)行粗精加工的轉(zhuǎn)換。具體補(bǔ)償轉(zhuǎn)換方法為：先通過人工方式輸入刀具半徑補(bǔ)償值，包括刀具半徑補(bǔ)償和加工余量，即可完成粗加工的刀具的設(shè)置；在精加工時(shí)，操作人員可在粗加工的基礎(chǔ)上輸入微調(diào)量，即可實(shí)現(xiàn)粗加工向精加工的轉(zhuǎn)換。在實(shí)際操作中，微調(diào)量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，可在粗加工后進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。如粗加工尺寸大于精加工尺寸則調(diào)整量為正值，如粗加工尺寸小于精加工尺寸則調(diào)整量為負(fù)值。通過刀具偏差補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)數(shù)控機(jī)床偏差進(jìn)行調(diào)整，不但簡化了數(shù)控車床編程，降低了機(jī)床操作難度，而且提高了加工精度，確保了機(jī)械加工質(zhì)量。

4 、數(shù)控車床刀具補(bǔ)償注意事項(xiàng)

在刀具補(bǔ)償操作中，操作人員應(yīng)注意下述問題。

（1）當(dāng)?shù)毒咴谄鸬冻绦蚨螘r(shí)，如進(jìn)行刀具偏差補(bǔ)償，應(yīng)避免刀具切入工件，以免在調(diào)整情況下進(jìn)行機(jī)械加工造成工件損耗。

（2）當(dāng)使用刀具補(bǔ)償G41或G42指令時(shí)，必須確保指令完整、有效，否則將導(dǎo)致刀具補(bǔ)償命令無效，進(jìn)而造成后續(xù)加工零件加工誤差加大。

（3）必須在刀具補(bǔ)償所在的內(nèi)存區(qū)的刀尖半徑處填入相應(yīng)的圓弧半徑值，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具補(bǔ)償值。

（4）必須在刀具補(bǔ)償頁的刀尖位置輸入相應(yīng)的方位號(hào)，并以此作為刀具補(bǔ)償半徑的依據(jù)。

（5）當(dāng)使用G41、G42補(bǔ)償指令時(shí)，過渡直線段長度應(yīng)當(dāng)大于刀尖圓弧半徑，水平軸的切削移動(dòng)量應(yīng)大于2倍的刀尖半徑值。

（6）當(dāng)存在兩個(gè)或以上的不運(yùn)動(dòng)程序段時(shí)，刀具可能會(huì)對(duì)工件下一輪廓產(chǎn)生過切現(xiàn)象。

（7）在以假想刀尖圓弧中心作為編程依據(jù)時(shí)，假想刀尖編號(hào)為由0至9共計(jì)10個(gè)號(hào)碼，編程時(shí)應(yīng)合理選擇刀尖編號(hào)。在數(shù)控車床進(jìn)行刀具補(bǔ)償操作時(shí)，對(duì)刀操作應(yīng)當(dāng)充分考慮刀尖圓弧半徑。此外

隨著數(shù)控車床種類、型號(hào)的發(fā)展，刀具補(bǔ)償指令、格式、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了一定的變化，不同廠家、型號(hào)的數(shù)控機(jī)床其命令格式存在一定的差異，因此，在針對(duì)不同的數(shù)控車床進(jìn)行操作時(shí)，操作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)控車床編程手冊(cè)進(jìn)行查詢和設(shè)置。

5 、典型數(shù)控車床刀具補(bǔ)償輸入案例

結(jié)合上述研究，以華中數(shù)控車床為例，闡述數(shù)控車床刀具補(bǔ)償操作方法。

5.1 刀具磨損量補(bǔ)償

當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)一定程度的磨損后，操作人員應(yīng)對(duì)刀具進(jìn)行磨損量補(bǔ)償設(shè)置。首先，在機(jī)床起始界面下按F4鍵，進(jìn)入MDI參數(shù)設(shè)置界面，再按F2鍵進(jìn)入刀偏表參數(shù)設(shè)置界面，借助方向鍵和翻頁鍵選擇并設(shè)置刀具磨損值，通過MDI鍵盤輸入完成磨損補(bǔ)償量后按Enter鍵確認(rèn)。

5.2 刀具偏置量補(bǔ)償

與刀具磨損量補(bǔ)償設(shè)置相似，操作人員按F2鍵進(jìn)入刀偏表參數(shù)設(shè)置界面，分別輸入X、Z偏置補(bǔ)償值，并按Enter鍵確認(rèn)。

5.3 刀尖半徑補(bǔ)償

按F3鍵進(jìn)入刀具補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置界面，借助方向鍵和翻頁鍵選擇對(duì)應(yīng)的刀補(bǔ)號(hào)半徑欄，輸入補(bǔ)償值后按Enter鍵確認(rèn)。

5.4 刀尖方位參數(shù)設(shè)置

在數(shù)控機(jī)床中，刀尖共計(jì)有9個(gè)方位，因此，在刀具刀尖方位參數(shù)設(shè)置時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況正確輸入刀尖方位參數(shù)。

6、結(jié)語

隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工精度、效率要求不斷提高，數(shù)控機(jī)床操作人員必須了解刀具補(bǔ)償理論知識(shí)并掌握刀具補(bǔ)償操作技能，熟練操作機(jī)床粗、精加工參數(shù)調(diào)整技巧，才能適應(yīng)新時(shí)期機(jī)械加工崗位的要求。本文深入剖析了刀具補(bǔ)償?shù)脑蚣白饔茫钠醚a(bǔ)償、半徑補(bǔ)償?shù)确矫娣治隽藬?shù)控車床刀具補(bǔ)償?shù)牟僮鞣椒ǎＭ麑?duì)機(jī)械加工企業(yè)生產(chǎn)與管理有所助益。

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