一、前言

零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中的控制點(diǎn)是刀具中心，因此在數(shù)控加工前數(shù)控系統(tǒng)必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。只有將編程輪廓數(shù)據(jù)變換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)才能用于插補(bǔ)。在數(shù)控銑床上進(jìn)行輪廓加工時，因?yàn)殂姷队幸欢ǖ陌霃剑缘毒咧行模ǖ缎模┸壽E和工件輪廓不重合，如不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程是比較方便的，而加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈（加工外輪廓時），或大了一圈（加工內(nèi)輪廓時），為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑，這就是所謂的刀具半徑補(bǔ)償指令。應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能時，只需按工件輪廓軌跡進(jìn)行編程，然后將刀具半徑值輸入數(shù)控系統(tǒng)中，執(zhí)行程序時，系統(tǒng)會自動計算刀具中心軌跡，進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，從而加工出符合要求的工件形狀，當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時也無需更改加工程序，使編程工作大大簡化。實(shí)踐證明，靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能，合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，在數(shù)控加工中有著重要的意義。

二、刀具半徑補(bǔ)償方式有B功能刀具補(bǔ)償和C功能刀具補(bǔ)償兩種。

1．B功能刀具半徑補(bǔ)償

早期的數(shù)控系統(tǒng)在確定刀具中心軌跡時，都采用讀一段、算一段、再走一段的B功能刀具半徑補(bǔ)償（簡稱B刀補(bǔ)）控制方法，它僅根據(jù)程序段的編程輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。對于直線而言，刀補(bǔ)后的刀具中心軌跡為平行于輪廓直線的直線段；對于圓弧而言，刀補(bǔ)后的刀具中心軌跡為輪廓圓弧的同心圓弧段。因此，B刀補(bǔ)要求編程輪廓間以圓弧連接，并且連接處輪廓線必須相切；而對于內(nèi)輪廓的加工，為了避免刀具干涉，必須合理地選擇刀具的半徑（應(yīng)小于過渡圓弧的半徑）。由于B刀補(bǔ)編程輪廓為圓角過渡，前一程序段刀具中心軌跡的終點(diǎn)即為后一程序段刀具中心軌跡的起點(diǎn)，因此數(shù)控系統(tǒng)無需計算段與段間刀具中心軌跡的交點(diǎn)。也就是說，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時僅需知道本程序段的輪廓尺寸。

B刀補(bǔ)僅根據(jù)本程序段的編程輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，無法預(yù)計由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，不能自動解決程序段尖的過渡問題，需要編程人員在相鄰程序段轉(zhuǎn)接處插入恰當(dāng)?shù)倪^渡圓弧作圓角過渡。顯而易見，這樣的處理存在著致命的弱點(diǎn)：一是編程復(fù)雜，二是工件尖角出工藝性不好。

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的計算機(jī)計算相鄰程序段刀具中心軌跡交點(diǎn)已不成問題，因此CNC系統(tǒng)已不再B功能刀具半徑補(bǔ)償，而采用C功能刀具半徑補(bǔ)償。

2．C功能刀具半徑補(bǔ)償

C功能刀具半徑補(bǔ)償（C刀補(bǔ)）在計算本程序段刀具中心軌跡時，除了讀入本程序段編程輪廓軌跡外，還是提前讀入下一程序段編程輪廓軌跡，然后根據(jù)他們之間轉(zhuǎn)接的具體情況，計算出正確的本段刀具中心軌跡。

C刀補(bǔ)自動處理兩個程序段刀具軌跡的轉(zhuǎn)接，編程人員完全可以按工件輪廓變成而不必插入轉(zhuǎn)接圓弧，因而在現(xiàn)代CNC系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)以C刀補(bǔ)為例講述刀具半徑補(bǔ)償?shù)氖褂眉记伞?

三、C刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程

 

C刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程一般可分為3步。

 

1．刀補(bǔ)建立

 

數(shù)控系統(tǒng)用G41/G42指令建立刀補(bǔ)，在刀補(bǔ)建立程序段，動作指令只能用G00或G01，不能用G02或G03。 刀補(bǔ)建立過程中不能進(jìn)行零件加工。

 

2．刀補(bǔ)進(jìn)行

 

在刀補(bǔ)進(jìn)行狀態(tài)下，G01、G00、G02、G03都可使用。它根據(jù)讀入的相鄰兩段變成軌跡，自動計算刀具中心的軌跡。在刀補(bǔ)進(jìn)行狀態(tài)下，刀具中心軌跡與編程軌跡始終偏離一個刀具半徑的距離。

 

3．刀補(bǔ)撤銷

 

刀補(bǔ)撤銷也只能用G01或G00，而不能用G02G03。

 

刀補(bǔ)撤銷是刀補(bǔ)建立的逆過程，同樣，在該過程中不能進(jìn)行零件加工。
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在G17指令有效時，編程格式：G41（G42）G00（G01）X－－-Y－－- D－－-（F－－-）
                           G40 G00（G01） X－－-Y－－-（F－－-）

 

其運(yùn)動軌跡見圖。

 

 

G41指令表示刀具半徑左側(cè)補(bǔ)償。沿刀具進(jìn)給方向看去，刀具中心在零件輪廓的左側(cè)（見圖,通常順銑時采用左側(cè)補(bǔ)償）。

 

G42指令表示刀具半徑補(bǔ)償。沿刀具進(jìn)給方向看去，刀具中心在零件輪廓的右側(cè)（見圖，通常逆銑時采用右側(cè)補(bǔ)償）。

 

G40指令表示刀具半徑補(bǔ)償取消。當(dāng)G41或G42程序完成后用G40程序段消除偏置，從而使刀具中心與編程軌跡重合。

 

四、加工過程中的過切判別及避免技巧

 

C刀補(bǔ)除了能根據(jù)相鄰兩段編程軌跡的轉(zhuǎn)接情況，自動進(jìn)行刀具中心軌跡的計算外，還有一個顯著的優(yōu)點(diǎn)，即能避免過切現(xiàn)象。若編程人員因某種原因編制了肯定要產(chǎn)生過切的加工程序時，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能提前發(fā)出報警信號，避免過切事故的發(fā)生。

 

在刀具半徑補(bǔ)償?shù)那邢鞒绦蚨沃校磸腉41（或G42）開始的程序段到G40結(jié)束的程序段之間，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)對處理2個或更多刀具在平面內(nèi)不移動的程序段（如暫停，M99返回程序，子程序名，第三軸移動等等），刀具將產(chǎn)生過切現(xiàn)象。如用Ф10mm立銑刀對如上圖所示矩形進(jìn)行輪廓銑削。程序如下：

%
:3103;                           主程序名
T1 ；  
M06  ；                          換上一號刀
G54 G90 G0 G43  H1  Z100.0 ；    選擇坐標(biāo)系，引入長度補(bǔ)償
M3  S600  ；                     主軸正轉(zhuǎn)
X-30.0  Y20.0 Z1.0；             到達(dá)起刀點(diǎn)
G41  Y12.5  D1；                 引入刀具左側(cè)半徑補(bǔ)償
X-20.0 ；                        過渡段
M98  P23014；                    調(diào)用O3014子程序2次
G00  Z100.0；                    主軸上升
Y20.0 ；                         過渡段
G40  X-30.0 ；                   取消半徑補(bǔ)償
G49  Z0 ；                       取消長度補(bǔ)償，到機(jī)床坐標(biāo)Z0#p#分頁標(biāo)題#e#
M30；                            程序結(jié)束
%

：3104；                         子程序名
G1  G91  Z-5.0  F50；            在A點(diǎn)處沿-Z增量切削
G90  X20.0  F100；               到B點(diǎn)（B到C自動完成）
Y-12.5；                         到D點(diǎn)（D到E自動完成）
X-20 ；                          到F點(diǎn)（F到C自動完成）
Y12.5 ；                         到H點(diǎn)
M99 ；                           子程序結(jié)束并返回
%

子程序修改為：
%
：3104  G1 G91  Z-5.0  F50；
G90  X20.0  F100：
Y-12.5；
X-20.0；
Y12.5  M99；
%

 

 

在編程序時，如果把刀具半徑補(bǔ)償引入與取消的程序段放在主程序中，那么當(dāng)調(diào)用子程序（加工輪廓的程序）的次數(shù)超過1時，在切削第2次的時候就會出現(xiàn)過切現(xiàn)象（見圖打剖面線部分）。這主要由于在上面的程序中，程序段M99，O3014，G1  G91  Z-5.0  F50中已超過2次以上沒有X，Y方向上的移動，從而引起過切。此時可采取減少程序段的方法，把子程序名放到第一個程序段的段首；把M99放到最后一個程序段的段尾。

另外必須嚴(yán)格按照上圖所確定的切入方法，即必須有過渡段；否則刀具補(bǔ)償沒有完成，同樣會產(chǎn)生過切現(xiàn)象。 

 

 在實(shí)際加工過程中，可能還有各種各樣的過切削情況，限于篇幅，此處不一一列舉。

 

五、改變刀補(bǔ)值實(shí)現(xiàn)零件的粗、精加工

 

刀具補(bǔ)償功能給數(shù)控加工帶來了許多方便，簡化了變成工作。編程人員不但可以直接按工件輪廓編程，而且還可以用同一個加工程序?qū)ぜ喞M(jìn)行粗，精加工。當(dāng)按工件輪廓編程以后，在粗加工零件時我們可以把偏置量設(shè)為R+△，其中△為精加工前的加工余量；而在精加工零件時，偏置量仍然設(shè)為R（對于有公差要求的零件，精加工時的偏置量應(yīng)設(shè)置為R+平均偏差/2）。

 

六、使用刀具半徑補(bǔ)償注意事項(xiàng)

 

前面闡述了靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能、合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值在數(shù)控加工中的重要意義，然而在實(shí)際使用時必須注意以下幾個事項(xiàng)：

 

使用刀具半徑補(bǔ)償指令時應(yīng)注意：

 

1）從無刀具補(bǔ)償狀態(tài)進(jìn)入刀具半徑補(bǔ)償方式時，或在撤消刀具半徑償時，刀具必須移動一段距離，否則刀具會沿運(yùn)動的法向直接移動一個半徑量，很容易出意外，特別在加工全切削型腔時，刀具無法轉(zhuǎn)回空間，會造成刀具崩斷。 #p#分頁標(biāo)題#e#

 

2）G41、G42、G40必須在G00或G01模式下使用。G41、G42不能重復(fù)使用，且在使用時不允許有兩句連續(xù)的非移動指令。

 

3）D00 - D99為刀具補(bǔ)償號，D00意味著取消刀具補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償值在加工或運(yùn)行之前必須設(shè)定在補(bǔ)償存儲器中。

 

總之，刀補(bǔ)值在數(shù)控加工中有著非常重要的作用，靈活、合理地運(yùn)用刀補(bǔ)值并結(jié)合刀補(bǔ)原理正確編制程序是保證數(shù)控加工有效性、準(zhǔn)確性的重要因素。

 

七、結(jié)論

 

生產(chǎn)實(shí)踐表明靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能，合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，在數(shù)控加工中有著重要的意義。它給我們的編程和加工帶來很大的方便，能大大地提高工作效率。