數控車床加工刀具補償淺析

　　摘 要： 本文以數控車床車刀具補償為研究，分析了刀具位置補償的原理和應用，并且分析了刀尖圓弧在加工中產生誤差，從而確定在數控加工中必須進行刀尖圓弧半徑補償。同時研究了刀尖方位的確定和刀尖圓弧半徑補償指令的應用。
　　關鍵詞： 數控車床 刀具補償 原理和應用 誤差
　　
　　1.引言
　　數控車床在改變加工對象時，除了重新裝卡零件和更換刀具外，只需更換零件加工程序即可加工出所要求的零件，而不需要對車床進行復雜的調整，具有很高的工藝適應性及靈活性。刀具補償的實現是十分重要，它不僅對被加工零件的質量影響巨大，而且可以決定著機床功效的發(fā)揮和安全生產的順利進行。所以無論是手工編程或計算機輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的確定刀具補償，是提高加工質量和加工效率的前提。
　　2.刀具補償的意義和類型
　　刀具補償功能是用來補償刀具實際安裝位置（或實際刀尖圓弧半徑）與理論編程位置（或刀尖圓弧半徑）之差的一種功能。使用刀具補償功能后，改變刀具，只需要改變刀具位置補償值，而不必變更零件加工程序。刀具補償分為刀具位置補償（即刀具偏移補償）和刀尖圓弧半徑補償兩種功能。
　　3.刀具位置補償
　　3.1刀具位置補償值定義
　　工件坐標系設定是以刀具基準點（以下簡稱基準點）為依據的，零件加工程序中的指令值是刀位點（刀尖）的位置值。刀位點到基準點的矢量，即刀具位置補償值。
　　3.2刀具位置補償基準
　　3.2.1刀具位置補償基準設定
　　當系統執(zhí)行過返回參考點操作后，刀架位于參考點上，此時刀具基準點與參考點重合。刀具基準點在刀架上的位置，由操作者設定。一般可以設在刀夾更換基準位置或基準刀具刀位點上。有的機床刀架上由于沒有自動更換刀夾裝置，此時基準點可以設在刀架邊緣上；也有用第一把刀作為基準刀具，此時基準點設在第一把刀具的刀位點上，如圖2-2-1所示。
　　圖2-2-1
　　3.2.2刀具位置補償方式
　　分為絕對補償和相對補償兩種方式。
　　1）絕對補償
　　當機床回到機床零點時，工件坐標系零點，相對于刀架工作位上各刀刀尖位置的有向距離。當執(zhí)行刀偏補償時，各刀以此值設定各自的加工坐標系。如圖所示。補償量可用機外對刀儀測量或試切對刀方式得到。
　　2）相對補償
　　在對刀時，確定一把刀為標準刀具，并以其刀尖位置A為依據建立工件坐標系。這樣，當其他各刀轉到加工位置時，刀尖位置B相對標刀刀尖位置A就會出現偏置，原來建立的坐標系就不再適用，因此應對非標刀具相對于標準刀具之間的偏置值Δx、Δz進行補償，使刀尖位置B移至位置A。標準刀具偏置值為機床回到機床零點時，工件坐標系零點相對于工作位上標準刀具刀尖位置的有向距離。
　　3.2.3刀具位置補償類型
　　刀具位置補償可分為刀具幾何形狀補償（G）和刀具磨損補償（W）兩種，需分別加以設定。刀具幾何形狀補償實際上包括刀具形狀幾何偏移補償和刀具安裝位置幾何偏移補償，而刀具磨損偏移補償用于補償刀尖磨損。
　　3.2.4刀具位置補償代碼
　　刀具位置補償功能是由程序段中的T代碼來實現。T代碼后的4位數碼中，前兩位為刀具號，后兩位為刀具補償號。刀具補償號實際上是刀具補償寄存器的地址號，該寄存器中放有刀具的幾何偏置量和磨損偏置量（X軸偏置和Z軸偏置）。刀具偏移號有兩種意義，既用來開始偏移功能，又指定與該號對應的偏移距離。當刀具補償號為00時，表示不進行刀具補償或取消刀具補償。
　　4.刀尖圓弧半徑補償
　　4.1理想刀具和實際刀具
　　理想刀具是具有理想刀尖A的刀具。但實際使用的刀具，在切削加工中，為了提高刀尖強度，降低加工表面粗糙度，通常在車刀刀尖處制有一圓弧過渡刃；一般的不重磨刀片刀尖處均呈圓弧過渡，且有一定的半徑值；即使是專門刃磨的“尖刀”，其實際狀態(tài)還是有一定的圓弧倒角，不可能絕對是尖角。因此，實際上真正的刀尖是不存在的，這里所說的刀尖只是一“假想刀尖”。
　　4.2刀具半徑補償意義
　　數控程序是針對刀具上的某一點即刀位點，按工件輪廓尺寸編制的。車刀的刀位點一般為理想狀態(tài)下的假想刀尖點或刀尖圓弧圓心點。但實際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一理想點，而是一段圓弧。當加工與坐標軸平行的圓柱面和端面輪廓時，刀尖圓弧并不影響其尺寸和形狀，但當加工錐面、圓弧等非坐標方向輪廓時，由于刀具切削點在刀尖圓弧上變動，刀尖圓弧將引起尺寸和形狀誤差，造成少切或多切。這種由于刀尖不是一理想點而是一段圓弧，造成的加工誤差，可用刀尖圓弧半徑補償功能來消除。如圖3-2-1所示。
　　圖3-2-1
　　4.3刀具半徑補償類型
　　（1）刀具半徑左補償。從垂直于加工平面坐標軸的正方向朝負方向看過去，沿著刀具運動方向（假設工件不動）看，刀具位于工件左側的補償為刀具半徑左補償。用G41指令表示。
　　（2）刀具半徑右補償。從垂直于加工平面坐標軸的正方向向負方向看過去，沿著刀具運動方向（假設工件不動）看，刀具位于工件右側的補償為刀具半徑右補償。用G42指令表示。
　　4.4刀具半徑補償的執(zhí)行過程
　　（1）刀具半徑補償的建立。刀具補償的建立使刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個刀尖圓弧半徑。刀補程序段內必須有GOO或G01功能才有效，偏移量補償必須在一個程序段的執(zhí)行過程中完成，并且不能省略。
　　（2）刀具半徑補償的執(zhí)行。執(zhí)行含G41、G42指令的程序段后，刀具中心始終與編程軌跡相距一個偏移量。G41、G42指令不能重復規(guī)定使用，即在前面使用了G41或G42指令之后，不能再直接使用G42或G41指令。若想使用，則必須先用G40指令解除原補償狀態(tài)后，再使用G42或G41，否則補償就不正常了。
　　（3）刀具半徑補償的取消。在G41、G42程序后面，加入G40程序段即是刀具半徑補償的取消。如圖表示取消刀具半徑補償的過程。刀具半徑補償取消G40程序段執(zhí)行前，刀尖圓弧中心停留在前一程序段終點的垂直位置上，G40程序段是刀具由終點退出的動作。數控車床采用刀尖圓弧半徑補償進行加工時，如果刀具的刀尖形狀和切削時所處的位置不同，刀具的補償量與補償方向也不同。因此假想刀尖的方位必須同偏置值一起提前設定。車刀假想刀尖的方向是從刀尖R中心看理論刀尖的方向，由刀具切削時的方向決定。系統用T表示假想刀尖的方向號，假想刀尖的方向與T代碼之間的關系。
　　5.結語
　　刀具補償功能的作用主要在于簡化程序，即按零件的輪廓尺寸編程。在加工前，操作者測量實際的刀具長度、半徑和確定補償正負號，作為刀具補償參數輸入數控系統，使得由于換刀或刀具磨損帶來刀具尺寸參數變化時，雖照用原程序，卻仍能加工出合乎尺寸要求的零件。此外，刀具補償功能還可以滿足編程和加工工藝的一些特殊要求。
　　
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