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1、刀具补偿功能在数控加工中的应用摘要:为了简化零件的数控加工工程量,使数控程序与刀具形状及刀具的尺寸无关,NC系统大都提供刀具补偿功能。刀具补偿功能在数控加工中应用非常广泛,其对简化数控程序、降低编程难度以及提高程序运行效率和提高零件加工精度都具有十分重要的意义。本文分析了刀具半径补偿与刀具位置补偿两种形式的影响,并介绍了刀具补偿的方法。 关键词:数控加工刀具长度补偿刀具半径补偿数控编程 :TP311:A:1672-3791(2011)01(b)-0048-01 1刀具补偿概述 目前大多数数控机床都具备刀具自动补偿的功能。编程人员只需将需要补偿的数值
2、输入NC系统中,数控系统便可以自动进行刀具补偿[1]。编程人员可以将更多的精力分配给如何加工出符合设计轮廓的程序,刀尖圆弧半径、刀具的磨损情况及刀具的坐标变化都无需编程人员的考虑。大大提高了编程效率与加工精度刀具的补偿可以分为刀具半径补偿与刀具位置补偿。常用的刀具补偿编程指令主要有[2]: G40:取消刀具补偿,沿着程序路径进给。 G41:刀具半径补偿左偏移。 G42:刀具半径补偿右偏移。 G43:刀具位置正补偿。 G44:刀具位置负补偿。 G49:取消刀具位置补偿。 (1)刀具半径补偿。针对二维轮廓加工,目前大多数的C系统都实现了自动刀具半径补
3、偿。数控系统的刀具半径补偿就是假设刀具半径为0,直接根据零件的轮廓形状进行编程。对于多坐标数控加工,一般的C系统还缺少刀具半径补偿功能,必须编制程序实现[3]。假设刀具与零件表面接触点坐标为,加工表面再接触点的单位法失为。对于不同的刀具,其刀心的坐标不同,对于环形刀(),刀心坐标为: 对于端铣刀(),其刀心坐标为: 对于球形刀(),其刀心坐标为: 在数控系统中,三维刀具半径补偿功能是通过设置专用寄存器来实现的,将刀具半径,刃口半径等参数存放在刀具寄存器中,则编程基本格式为;G1X…Y…Z…I…J…K…,刀具参数用G141设置,如G141R…R1=…等。
4、 (2)刀具位置(长度)补偿。刀具长度补偿既可以由手动输入也可以通过程序实现,通过手动输入一般用于定长刀具的长度补偿,而用于变长度补偿的一般需要通过程序实现。现代C系统中,用手动输入方式一般是在机床操作人员完成前期准备工作后,在长度偏置寄存器中写入刀具长度参数值实现的,程序命令方式主要是通过G43和G44代码实现。在实际数控加工过程中,合理应用刀具补偿是提高加工质量的关键环节,下面针对不同的数控系统分析刀具补偿功能在数控加工中的应用。 2数控车削中刀具补偿的应用 数控车削中,刀具需要连续工作,由于换刀或安装,以及刀具磨和刀尖圆弧半径等产生的误差必须需要
5、进行刀补工作。通常以一把刀具为基准,以其刀尖位置建立坐标系,这样其他刀具在此坐标系下由于刀尖位置的偏差应对偏移量进行补偿。在部分机床中,刀具的长度补偿可以通过T代码实现。T代码的命名规则为前两位是刀具号,后两位为刀具的补偿号。比如G02X50Z90T0305为选用3号刀具5号刀具补偿。目前大多数的C系统都具有对刀显微系统,使用补偿指令之后,无需计算刀尖位置,只需要按照轮廓编程即可。 3刀具补偿功能在数控铣削中的应用 (1)刀具补偿在内外壁铣削中的应用。数控铣削加工中利用刀具补偿功能可以很好保证加工的高效与高精度。(2)刀具补偿轮廓倒圆角加工中的应用。目
6、前大多CAD/CAM软件,如UG,PRO/E等都可以输出高质量的G代码,但对于曲面复杂的零件,使用CAD/CAM软件可以提高工作效率,对于较为简单的曲面加工,手工编程,建立刀补,编写程序相对于CAM软件动辄数小时的自动生成更为方便快捷[4]。如图1所示的零件,两圆两边用直线相切连接形成封闭轮廓,现需在此轮廓周边倒圆角,圆角半径为6mm。 首先选择一个三刃立式铣刀,选择刀具入口,建立刀补编写数控程序,然后加工圆角,使用球头铣刀,建立剖切平面,并编写刀补程序,根据偏置量,循环铣削,最终完成零件加工。选择直径为6的球头铣刀,铣削的第一层,刀位点在Z方向为-6,此时
7、的刀补数值为3,在铣削的最后一层,刀位点向法失方向偏移一个圆角的半径值。铣削的第一层到最后一层可以看成一个四分之一圆,则刀位点在任意时刻的坐标可以通过简单的几何推导求得。数控加工代码如下: N1G54G90G40G17G94 N2M03S3000 N3G00X-35Y-20Z10M07 N4G01Z-6F300 N5#1=0 N6#2=90×PI/180 N7#3=2×PI/180 N809 N23M30 4结语 刀具补偿在数控加工中具有很重要的地位,灵活运用刀补原理,掌握刀具补偿的常用代码,可以简单编程难度,提高加工质量,但同时应该
8、注意刀具半径与轮廓线位置,放置刀补不恰
