刀具長度補償在數控銑削中的應用*

倪春杰，李 潤

(蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060)

0 引 言

隨著制造業的轉型升級和結構調整，加工中心在企業中的應用越來越廣泛。加工中心與數控銑床的區別在于加工中心有刀庫和自動換刀裝置，具有多工序高度集中的工藝特點，在實際生產中為了提高生產效率和保證加工質量，常常會使用多把刀加工工件，刀具長度補償是實現多刀具在長度位置上統一[1]的重要手段。筆者重點研究多把刀具長度補償時的標刀長度補償法，為更好地理解和應用刀具長度補償，高效加工、質量控制具有一定的參考價值和實際意義。

1 刀具長度補償的原因

不同規格的刀具(如圖1所示)，以及同一把刀具重新裝夾后或刀具磨損后，刀具的長度都會發生變化。如果給每一把刀建立一個工件坐標系[2]，刀具較多時會浪費大量的對刀時間。如果采用同一個工件坐標系進行編程加工，需使用刀具長度補償功能。

圖1 多種規格刀具長度不同示意圖

2 標刀長度補償法

2.1 標刀對刀

在多把刀具中確定一把刀為標刀，并對標刀進行對刀操作、存儲對刀值到零點偏置寄存器(如G54)中。

2.2 刀具長度補償的實施

第一步，獲取各刀的長度補償值。如圖2所示，方法一：各刀具刀尖相對于主軸端面的長度Ln(n為各刀的刀號，以下同)可以利用百分表測得[3]，也可以采用機外對刀儀測得。非標刀相對于標刀的長度補償值Hn=L非標刀-L標刀。方法二：試切對刀或者利用Z軸設定器等對刀工具對刀獲得同一高度[4]時各刀的Zn。非標刀相對于標刀的長度補償值Hn=Z非標刀-Z標刀。

第二步，將Hn分別存入各刀長度補償寄存器位置，標刀的H值為0。

圖2 刀具長度補償

第三步，華中和FANUC數控系統程序用G43Z××H×指令建立長度補償，用G49Z××指令撤銷長度補償。

3 刀具長度補償應用實例

某零件如圖3所示，毛坯為φ140×36.5盤料。

圖3 零件加工圖紙

采用三把刀加工，如圖4所示，自下而上T1為φ63面銑刀，銑上表面；T2為φ10立銑刀，銑直槽；T3為φ9.3鉆頭，鉆通孔。采用華中HNC-818B系統數控銑床加工。

3.1 標刀對刀

選取T1為標刀，對刀到毛坯上表面中心，如圖5所示，機床實際Z坐標為Z-309.472。Z向預留0.5 mm加工余量，因此，存儲到G54中的坐標為X-257.72，Y-124.722，Z-309.972。

3.2 獲得長度補償值

如圖6所示，T2、T3對刀到同一上表面時，機床實際Z坐標分別為Z-277.697和Z-165.667。

圖4 三把加工刀具 圖5 標刀T1對刀

圖6 非標刀T2對刀 圖7 非標刀T3對刀

由此可得，H1=0；H2=(-277.697)-(-309.472)=31.775，考慮試切對刀有過切，再預留0.5的余量，H2設置為32.275；同理H3=(-165.667)-(-309.472)=143.805，再預留0.5的余量，H3設置為144.305。H值為正說明非標刀比標刀長，需要向上補償，H值為負，則非標刀需要向下補償。

3.3 存儲長度補償值

在刀補表中分別存入H2和H3值，如表1所列。

表1 刀補表存儲的長度補償值

3.4 實際加工情況

手動換刀加工，數控程序如表2所列。

表2 三把刀的加工程序

加工結果如圖8所示，6 mm深的直槽測量結果為5.66 mm，分析原因應為試切對刀時的過切造成的。

圖8 零件加工結果

為滿足直槽的公差要求，T2的“長度磨損”設置了-0.325，如圖9所示。加工程序不變，再次運行T2程序，該尺寸合格。

圖9 長度磨損補償的設置

4 注意事項

在刀具長度補償實際應用中，應注意以下幾點：①為避免刀具更換出錯，通常加工用的刀具應事先編號，并和程序中的刀具號以及刀補對應的刀具參數一致；②為防止標刀因加工損壞而增加對刀時間，可以設置一把不參與加工的專用標刀；③為防止對刀面被去除而無法中途對刀，也可選擇工件之外的某個特定表面對刀獲得長度補償值；④為防止刀具長度補償距離不夠而撞刀，程序中的安全高度(如實例程序中的G0Z250)數值要大于最大的長度補償值(如實例中的144.305)。

5 結 語

刀具長度補償不僅可以用于數控銑床，還可以用于加工中心，實例中的程序只需增加自動換刀指令，再將三個程序按順序編寫為一個程序即可用于加工中心自動換刀加工。當采用前文提到的機外對刀儀測量刀具長度時，可大量節省占用機床測量刀具長度的時間，從而提高生產效率。控制長度補償值即可有效控制零件的深度尺寸，又可用于分層加工。刀具長度補償的方法很多，只有充分理解刀具長度補償的意義，才能更好地應用于生產實際中。