数控车床刀具半径补偿分析

2022-09-11

数控车削加工回转形圆弧面和锥面零件时, 直接按图纸上的尺寸编程, 车削加工出的零件尺寸就会存在误差, 导致不合格产品, 通过刀具半径补偿可以很好的解决这个问题。刀具补偿是补偿实际加工时所使用的刀具与编程时使用的理想刀具或对刀时用的基准刀具之间的差值, 数控车床加工中刀具补偿有刀具长度补偿和刀具半径补偿两类, 这也是CNC的核心功能之一。本文就数控车床刀具半径补偿问题进行了研究和探讨。

1 刀尖圆弧引起误差分析

1.1 刀尖圆弧误差原因

编程时我们均是假设车刀有一个刀尖点, 以此假设刀尖点切削工件, 假设刀尖点为实际上不存在的点。实际上在数控车削加工过程中, 为了提高刀尖强度、降低表面粗糙度、提高加工表面质量, 如图1所示, 通常在假想刀尖H处制有一圆弧过渡刃, 一般圆弧半径R有0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm等多种, 此半径值由工件材料、刀具材料、切削参数等综合各方面而定。

在对刀时, 刀尖的圆弧中心不易直接对准起刀位置或者基准位置。在编制加工程序的时候, 我们把假想刀尖的切削轨迹作为工件轮廓来进行, 实际上, 切削刃是圆弧刀具外圆的某一点 (比如点A、B) , 并不是刀尖H。所以我们在实际加工的时候就把这个“误差”补偿给系统, 加工出符合零件图纸要求的零件, 这个就是半径补偿的缘由。

如图1，图2所示。

按假象刀尖编出的程序在车削端面、外圆、内孔等平行于Z轴或者X轴的表面时, 是没有误差的。但是车削右端面、锥度及圆弧时会发生少切或过切的现象。图2可以显示在切削锥度时的少切现象。现在的数控机床一般都有圆弧半径自动补偿功能, 在实际加工前把刀尖圆弧半径值输入系统, 就可以避免少切或者过切的现象。

1.2 刀具圆弧半径补偿计算

为了便于刀具中心轨迹的交点坐标的计算及对各种编程情况进行分析, 将程序段的轮廓轨迹、刀具半径都当作矢量。

直线段矢量方向从起点指向终点, 而圆弧起点及终点的半径为矢量, 方向由圆心指向起点或终点, 刀具半径的矢量方向由零件加工程序段轮廓指向刀具圆心, 其大小等于刀具半径, 在加工过程中始终垂直于轮廓轨迹。

例如加工圆锥面误差, 可以计算得到:

其中, r为刀具半径;如图2所示;为X方向误差;为Z方向误差。

其它情况读者可以自己进行分析。

2 刀具半径补偿实现

2.1 刀具半径补偿方法

刀尖圆弧半径补偿指令如下:

G41/G42/G40 G1/G0__X (U) __Z (W) 。

顺着刀具运动方向看, 刀具在工件的左边, 称为刀具半径左补偿, 用G41;顺着刀具运动方向看, 刀具在工件的右边, 称为刀具半径右补偿, 用G42。取消刀具补偿用G40。

在刀具切削之前, 要把该刀尖半径输入到系统。 (比如华中系统) 从控制软件菜单表中按F2、F3、F4等键任选一种工作方式, 都会出现“刀具参数”菜单项, 按F2键切入到“刀具菜单”下层菜单, 即可看到其中的“刀具偏置”、“几何补偿”和“磨耗补偿”等功能设定项。再按下F2键选择“刀具偏置”, 就可以在对应的位置输入有关参数即可。

2.2 刀具半径补偿注意事项

(1) G41、G42或G40, 必须跟在直线段上 (G0或G1) , 不能跟在G2、G3等其它指令后, 否则会出现语法错误, 系统会报警。 (2) 当工件有锥度、圆弧时, 必须在精车锥度和圆弧前一程序中建立半径补偿, 一般在切入工件时的程序段建立半径补偿。 (3) 在刀尖半径补偿指令G41或G42后, 刀具路径必须是单向递减或单向递增。 (4) 指令刀尖半径补偿G41或G42的过渡直线段长度必须大于刀尖圆弧半径;在X轴的切削移动量必须大于2倍刀尖半径值。 (5) 当用假想刀尖圆弧中心编程时, 假想刀尖号设为0或9。编程时要用刀具半径补偿, 对刀时要考虑刀尖圆弧半径。 (6) 刀具半径补偿的应用。在刀具磨损或刀具重磨后, 刀具半径变小, 这时只需改变刀具半径补偿值, 不需改变程序。