三坐標數控銑削加工中加工誤差的補償

王振寧， 王曉連

（河南科技學院，河南 新鄉453003）

1 引 言

數控加工因其精度高、柔性及自動化程度好、適合加工復雜形狀的零件，在機械制造行業的應用越來越廣泛。在高精產品的加工中，特別是對復雜形狀零件的加工，如何減少誤差提高加工精度，以及對由于各種原因引起的誤差進行補償，一直是機械加工行業特別關注的熱點。目前數控機床只能夠在二維空間內進行刀具半徑補償及刀具長度補償，而在三維空間及多維空間內大多數數控機床還不具有刀具補償功能，因此在設備不變、加工工序合理、安裝調試正確的前提條件下，三維空間加工誤差的補償只能夠依賴加工程序的調整，目前三維加工的編程主要是利用CAD/CAM 軟件，因此對編程中各個參數的調整就是提高加工精度減小誤差的關鍵，下面我們借助CAXA 制造工程師軟件對此進行討論。

2 調整CAD/CAM 各個參數進行補償

在三維數控銑削加工中常常會因為刀具更換、刀具磨損、主軸的橫向擺動、加工余量的不均勻產生讓刀和振動使加工精度超差，這時就需要補償，而現代數控機床一般不具有在三維空間的補償功能。如果采用調整尺寸的辦法，不但繁雜，而且還很容易出錯，本文介紹兩種利用加工參數的調整對誤差進行補償的方法。

2.1 利用加工余量進行調整

余量一般指的是公稱余量，是指毛坯尺寸與零件圖設計尺寸之差。而在CAD/CAM 軟件中的余量概念是指加工后零件實際尺寸和設計尺寸之差，一般精加工中在加工參數表中設定此參數為0，但有時也可以根據圖紙要求取正值或取負值，如取+Δx 則理論上在所有加工表面都會增加Δx 余量，如取-Δx 則理論上在所有加工表面都會減小Δx；在實際工作中，余量取正值、負值以及取值的大小主要根據試加工零件尺寸來確定，如果試加工后零件尺寸變小了Δx，那么調整時在加工參數表余量一列中加上Δx/2，重新生成加工軌跡，生成新的程序；同樣如果試加工后零件尺寸變大了Δx，那么調整時在加工參數表余量一列中加上-Δx/2，重新生成加工軌跡，生成新的程序即可。例如圖1中的零件，曲面長度理論上是50mm，在試加工時余量設定為0，如圖2（a），加工后實際測量其長度為50.02mm，那么就說明在曲面的單邊上每邊大了0.01mm，需要對其進行調整，這時只需在加工參數表加工余量一欄中把0改為-0.01，重新生成加工軌跡、生成加工程序即可。同樣如果加工后實際測量曲面的長度為49.98mm，就說明在曲面的單邊上每邊減小了0.01mm，需要對其進行調整，這時只需在加工參數表加工余量一欄中把0 改為0.01，重新生成加工軌跡、生成加工程序。再重新生成程序時在輪廓上會自動補償上0.01mm，使加工后零件的精度符合要求。

圖1 曲面零件

圖2 加工余量調整

2.2 利用刀具半徑進行調整

CAD/CAM 軟件中的刀具半徑是指實際使用刀具的半徑，我們在市場上購買的刀具的直徑和公稱直徑通常都有一定的偏差，同時所有的數控機床主軸在徑向都有跳動，零件在加工后這兩項誤差會疊加起來使曲面輪廓或溝槽變小或變大，如果曲面輪廓變大Δx，說明輪廓的每邊少切削了Δx/2，那么在調整刀具半徑參數時只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X+Δx/2，如圖3（c）所示，再重新生成程序時在輪廓上會自動補償上Δx/2，使加工后零件的精度符合精加工要求。同樣如果加工后輪廓尺寸變小Δx，只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X-Δx/2 即可，如圖3（b）所示。如果是內輪廓變大了Δx，說明是在輪廓的每個邊上多切了Δx/2，那么在調整刀具半徑參數時只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X+Δx/2，如圖3（c）所示；如果是內輪廓變小了Δx，說明是在輪廓的每個邊上少切了Δx/2，那么在調整刀具半徑參數時只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X-Δx/2，如圖3（b）所示，重新生成加工軌跡、生成程序，新程序就能夠自動對試加工的誤差進行補償。

圖3 刀具半徑的調整

3 變換加工方式用G41（G42）半徑和(G43)長度補償方式進行補償

圖4 兩軸半加工

在曲面類零件中有些零件曲面較陡，有些曲面曲率半徑的變化不太大，那么對這些零件我們就可以變換加工方式，用兩軸半加工方式進行加工，比如CAXA 制造工程師中提供了等高加工、導動加工等加工方式，它可以把三軸加工變為兩軸半加工，對曲面類零件進行加工。對于輪廓較陡的曲面零件，我們一般采用等高加工方式，如圖4（a）；對于輪廓較緩且曲率半徑變換不大的零件可以采用導動加工方式，如圖4（b）。采用了兩軸半加工還會存在加工誤差，當出現誤差時不需要重寫程序，只要修改G41 Dxx 或G42 Dxx 對應刀具表中刀具直徑D 值就可以了，如果加工后零件外輪廓單邊變小了Δx，那么在刀具表中刀具直徑值要加上Δx。同樣如果加工后零件單邊變大了Δx，那么在刀具表中刀具直徑值要減去Δx。如果在Z 方向出現偏差只要修改G43 Hxx 對應刀具表中刀具H 值就可以了。使用半徑補償時需要注意兩點：（1）刀具的下刀點不能放在零件的輪廓上，要從外面下刀，避免在增加刀補時產生過切。（2）執行G41、G42 指令時的第一條移動指令和用G40 指令撤消G41、G42 指令時的移動指令只能用G01 或G00 指令，而不能用G02 或G03 指令，且在這兩個程序段中，刀具不應接觸到工件，以免產生過切或欠切現象。

4 利用機床提供磨損參數進行調整

在現代數控系統中有些高端系統具有刀具磨損補償功能，利用此功能可以很方便地進行調整；例如，零件輪廓加工后單邊尺寸變小了Δx，只需要在相應刀具表磨損D 中加Δx；如零件輪廓加工后尺寸變大了Δx，只需要在相應刀具表磨損D 中加上-Δx；以FANUC 160/18MC 數控系統為例，其操作方法為按控制面板上OFF/SET 健，選擇刀具偏置表，選擇刀具號對應的磨損D 和磨損H 的位置輸入相應值，如果厚度變大、變小，把刀具長度磨損輸入到H 位置；如果輪廓尺寸變大、變小，把刀具直徑磨損輸入到D 位置；此外還需要在程序中加入TXX DXX 語句，當程序執行到當前語句時數控系統會自動把磨損量加入。此功能使用起來特別方便，可以根據自己機床的特點靈活使用。

5 結 語

加工參數的調整在三坐標及多坐標數控加工中有著非常重要的作用。靈活、合理地調整加工參數，能充分發揮數控銑床的功能，提高生產效率和保證產品的合格率。