基于數(shù)控系統(tǒng)宏功能實(shí)現(xiàn)刀具動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

■ 青海華鼎裝備制造有限公司 （青海西寧 810018） 雒慶娜 梁成才

■ 西寧特鋼集團(tuán) （青海西寧 810016） 杜健平

根據(jù)客戶的要求，我公司研發(fā)設(shè)計(jì)并完成可實(shí)現(xiàn)銑削和磨削復(fù)合加工的立式加工中心。磨削加工不同于銑削加工，因?yàn)樵诠ぜ娤鲿r(shí)刀具長(zhǎng)度和半徑的磨損可以通過(guò)人工更改磨損補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償，但在磨削加工時(shí)，工件的尺寸不斷變化，同時(shí)砂輪在磨削工件時(shí)砂粒不斷掉落，磨削工件的砂輪直徑變化很快，所以常用的銑削工件時(shí)的編程方法不可行。又因?yàn)樵摍C(jī)床沒(méi)有在線補(bǔ)償功能，所以在磨削時(shí)不能用正常的電腦編制程序，因此我們通過(guò)FANUC系統(tǒng)所提供宏程序功能，自行研發(fā)設(shè)計(jì)了自動(dòng)補(bǔ)償宏程序，從而實(shí)現(xiàn)了刀具的長(zhǎng)度和半徑磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。

1. 加工工藝分析

加工時(shí)需要考慮四個(gè)方面。

1）砂輪變化：要求正常使用磨床時(shí)可以實(shí)現(xiàn)平面和槽的磨削，這就要用到砂輪的半徑和長(zhǎng)度方向的補(bǔ)償。在半徑方向的變化只有一個(gè)，只能是砂輪半徑減小，而在長(zhǎng)度方向有兩個(gè)，一個(gè)是刀具長(zhǎng)度的減小，另一個(gè)是刀具長(zhǎng)度的增加，所以要求對(duì)應(yīng)有三個(gè)方面的計(jì)算。

2）刀具更換：由于加工時(shí)要用到多把刀具，所以對(duì)應(yīng)有好多大小不等的砂輪。還有加工時(shí)因?yàn)榧庸ぞ雀撸荒芤粋€(gè)面一個(gè)面地加工，所以要分開(kāi)來(lái)編制程序。

3）工件變化：由于工件需要淬火以滿足使用需求，所以工件硬度變化不定，因此精加工時(shí)需要每次加工完成后對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，然后再?zèng)Q定是否還需加工，所以精加工程序要能單獨(dú)使用。

4）砂輪更換：當(dāng)一個(gè)砂輪不能使用時(shí)，就要更換新的砂輪，但新的砂輪不能直接使用，因?yàn)椴恢榔浒惭b在主軸上旋轉(zhuǎn)時(shí)的直徑。因此每個(gè)砂輪更換后需要修正到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的直徑和長(zhǎng)度時(shí)才可以使用。

由分析可知，要提前對(duì)砂輪進(jìn)行手工修正，修正砂輪時(shí)使用金剛石筆，由于砂輪使用時(shí)要使用到它的上面、下面和側(cè)面，且砂輪的上下面為了加工的需要，通常要修成碗的形狀，但碗形邊緣不能是一條線，要修成一個(gè)3～5mm的環(huán)形平面和一個(gè)錐面，所以修正砂輪的金剛石刀具要有三個(gè)方向，如圖1所示。我們將設(shè)定三個(gè)坐標(biāo)系以確定三個(gè)金剛石刀頭的具體位置。在這個(gè)過(guò)程中有兩種設(shè)定方法，一種是設(shè)定這三個(gè)金剛石刀頭的具體位置時(shí)使用機(jī)床坐標(biāo)系，另一種是使用工件坐標(biāo)系。在這里以使用工件坐標(biāo)系為例，對(duì)應(yīng)找出具體的每一個(gè)金剛石刀頭的位置，給定一個(gè)工件坐標(biāo)系。

圖1 金剛石刀具方向示意

2. 編制程序

加工工件時(shí)的砂輪形狀如圖2所示，對(duì)應(yīng)有修砂輪上面、下面以及側(cè)面。根據(jù)使用要求，首先要把砂輪粗修成標(biāo)準(zhǔn)大小。

（1）粗修程序 粗修砂輪成為標(biāo)準(zhǔn)砂輪時(shí)，首先要修砂輪的側(cè)面，然后再修砂輪的上面和下面。

以下為修正砂輪至標(biāo)準(zhǔn)使用件時(shí)的程序：

G65P8020A0.05B5C0.5I57.4J16.6K 3D15E4F200H301R60.6S7500T1U2V1W 23X10Y0.5

O8020為粗修砂輪上、下、側(cè)面程序，直接調(diào)用：

G65P8020A0.05B5C0.5I57.4J16.6K 3D15E4F200H301R60.6S7500T1U2V1W 23X10Y0.5

其中各參量意義為：A0.05為粗修切削量，B5為下位置，C0.5為斜面最初深度，I57.4為砂輪初始直徑，J16.6為砂輪初始厚度，K3為所留小平面寬度，D15為砂輪最終厚度，E4為傾斜角，F(xiàn)200為修砂輪進(jìn)給速度，U2為切削中進(jìn)刀距離，W23為完成切削后Z軸位置，T1為刀號(hào)，H301為初始刀長(zhǎng)號(hào)（砂輪下面），V1為修砂輪上、下面及側(cè)面，只修側(cè)面時(shí)V-1，R60.6為砂輪毛坯直徑，S7500為主軸轉(zhuǎn)速，X10為從砂輪邊緣起到砂輪中心所走的距離（包括小平長(zhǎng)度），Y0.5為切削中Z軸所退距離。

主程序如下：

#159=#149-#24；

#160=ATN[#8]；

#161=#160*#24；

#162=#18/2；

#163=#5+#21*2；

#170=#169/#160；

#171=0；

(Corse face)；

#[13000+#20]=#162；

#500=13000+#20；

#[12000+#20]=0；

#501=12000+#20；

IF [#161GT#3]GOTO100；

G0G90G54.1P42Y-#500X0；

G43H#11Z#2M03S#19；

G1Z#21F#9；

WHILE[#162GT#149]DO1；

#510=#162-#149；

G91G1Y#1；

Z-[#163*#157]；

圖2 砂輪最終形狀示意

#157=-#157；

#162=#162-#1；

G10L12P#500R-#1 ；

END1；

#157=1；

#1=#156；

G0Y-#2；

G90Z#23；

IF[#22EQ-1]GOTO99；

(CXXM)；（粗修砂輪下面）

#[10000+#26]=0；

G0G90G54.1P40；

X#150Y0；

G43H#11Z0；

G1X#151F#9；

WHILE[#154LT#153]DO1

#520=#153-#154；

#154=#154+#1；

G91Z-#1；

X-[#155*#157] ；

#157=-#157；

G10L11P#26R-#1；

END1；

#1=#156；

#154=0；

#[11000+#26]=#[11000+#11]+#[100 00+#26]；

#[10000+#26]=0；

G0G91Z#25；

G90X#159；

WHILE[#154LT#3]DO1；

#521=#3-#154；

#154=#154+#1；

#170=#521/#160；

G90X#159；

G91Z-#25；

G91G1Z-#1；

X-#170；

Z#25；

END1；

G0G90Z0；

X#151；

Z-#153；

G1G91X-#152；

X-#158Z-#3；

G90Z0；

(CXSM)；（粗修砂輪上面）

#1=#156；

#154=0；

#[10000+#26+1]=0；

#[#11000+#11+1]=#[11000+#11]-#5；

G0G90G54.1P41；

X#150Y0；

G43H[#11+1]Z0；

G1X#151F#9；

WHILE[#154LT#153]DO1；

#530=#153-#154；

#154=#154+#1；

G91G1Z#1；

X-#155；

G0Z-#25；

G90X#151；

G1G91Z#25；

G10L11P[#26+1]R#1；

END1；

#[11000+#26+1]=#[11000+#11+1]+#[10000+#26] ；

#[10000+#26+1]=0；

#1=#156；

#154=0；

G0G91Z-#25；

X-#152；

WHILE[#154LT#3]DO1；

#531=#3-#154；

#154=#154+#1；

#170=#531/#160；

#171=#159-#170；

G90X#171；

G91G1Z#25；

Z#1；

G90X#159；

G0G91Z-#25；

END1；

G0G90Z0；

X#151；

G1Z#153；

G91X-#152；

X-#158Z#3；

G0G90Z-#153；

X#150；

N99Z#23；

M99；

N100#3000=1；

%

（2）精修程序 根據(jù)使用要求，要在加工過(guò)程中修正砂輪，需要將砂輪上面、下面和側(cè)面分開(kāi)來(lái)使用，所以分別用三個(gè)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1）O8022為精修側(cè)面程序，直接調(diào)用：

G65P8022A0.05B5C28I35J2D25F2 00T3U2W150

其中各參量意義為：A0.05為精修切削量，B5為下位置，C28為砂輪長(zhǎng)度，I35為砂輪初始直徑，J2為精修次數(shù)，D25為砂輪不能使用時(shí)的直徑，F(xiàn)200為修砂輪走刀速度，T3為刀號(hào)，U2為切削中進(jìn)刀距離，W150為完成切削后Z軸位置。

2）O8024為精修上面程序，直接調(diào)用：

G65P8024A0.05B5C0.5I57.4J2K3D 2E4T1U2V0.5W150F200

其中各參量代表意義為：A0.05為精修切削量，B5為下位置，C0.5為斜面最初深度，I57.4為砂輪初始直徑，J2為精修次數(shù)，K3為所留小平面寬度，D2為砂輪上面最多修去的厚度，E4為傾斜角，F(xiàn)200為修砂輪進(jìn)給速度，T1為刀號(hào)，U2為切削中進(jìn)刀距離，V0.5為切削中Z軸所退距離，W150為完成切削后Z軸位置。

3）O8026為精修下面程序，直接調(diào)用：

G65P8026A0.05B5C0.5I57.4J2K3D 2E4T1U2V0.5W150F200

限于篇幅各精修砂輪程序略去。

3. 實(shí)踐與應(yīng)用

1）使用程序時(shí)，各項(xiàng)值均為自己給定，刀具號(hào)可以任意指定，為正值，例如T1——H01、T3——H03、T5——H05……也可以不一一對(duì)應(yīng)。若一把刀有兩種刀長(zhǎng)，則較長(zhǎng)刀長(zhǎng)號(hào)為Tn，較短刀長(zhǎng)號(hào)為Tn＋1。粗修砂輪時(shí)一般給定粗修刀長(zhǎng)號(hào)為T1，對(duì)應(yīng)H301，同理T3對(duì)應(yīng)H303，T5對(duì)應(yīng)H305等。

2）應(yīng)用：客戶廠家需要銑磨數(shù)控車床液壓卡盤安裝卡爪的槽，需使用砂輪的上、下及側(cè)面三個(gè)面。該程序在機(jī)床試切驗(yàn)證與客戶生產(chǎn)實(shí)踐中，運(yùn)行正常并加工出合格產(chǎn)品，提高了工作效率，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。