1、數控加工技術刀具半徑補償在數控機床編程中的應用任同馬有良摘要通過對各類數控機床刀具半徑補償的研究,討論刀具半徑補償的概念以及在數控機床中如何使用刀具半徑補償功能。結合實例說明幾種編程應用的技巧,適用于各種數控機床。關鍵詞:數控機床刀具半徑補償編程中圖分類號:TP391文獻標識碼:B文章編號:16713133(2005)06002403TheapplicationoftoolradiuscompensationfunctioninprogrammingtoNCmachineRenTong,MaYouliangAbstractDiscussesmainlytheconceptoftoolradiu

2、scompensation,andusingthisfunctionwell,exampleshowstheskillsofapplying,whichsuitforallkindsofnumericalcontrolmachine.Keywords:NumericalcontrolmachineToolradiuscompensationProgramming1刀具半徑補償1.1概念消刀補,根據編程的具體情況而定。圖2中所示的G41是相對于刀具前進方向左側進行補償,也稱左刀補;G42是相對于刀具前進方向的右側進行補償,也稱右刀補;G40取消刀補,F為進給方向。以數控銑削輪廓來說明,刀具中心運

3、動軌跡和零件實際輪廓線之間相距刀具半徑r。刀具半徑補償的意義是:用戶按實際輪廓尺寸編程,數控系統依據實際輸入的刀補數據,由軟件計算出一條在刀具偏輪廓線方向上偏移量為r的平行軌圖1移軌跡跡,并控制沿該偏移軌跡插補進給,精確地完成零件加工(見圖1)。112刀具半徑補償指令的作用一般在銑削加工中,為了達到被加工零件所要求圖2刀具半徑補償方向2刀具半徑補償的過程及刀補動作2.1刀具半徑補償指令格式的尺寸,必須計算和確定考慮了刀具半徑后的軌跡。若不采用刀具半徑補償功能,則要人工計算出刀具偏移一個刀位點的位置坐標,加工后工件的輪廓線才會符合圖樣要求。這樣,對一些輪廓復雜的零件,計算相當麻煩,工作量大。而刀

4、具半徑補償使零件輪廓能被直接用來編程,而不考慮刀具的尺寸,CNC能根據零件輪廓和存放在刀具表中的尺寸自動地計算刀具的軌跡。因此,刀具半徑補償功能使編程簡化。113刀具半徑補償(見圖2)刀具半徑補償分為半徑左補償和半徑右補償及取法可以縮短數控編程前的準備時間,克服手工計算編程節點的繁瑣性和不準確性,提高了編程效率和編程精度,為最終提高生產效率和加工精度具有一定實用意義。參考文獻1陳伯雄,馮偉.VisualLispforAotuCAD2000程序設計.北格式:N(G17G18G19)(G41G42)-D-;NG40-;其中:G41為左刀補,G42為右刀補,G40為取消(X、刀補;、Y、Z、U、V、

5、W)為指令終點的數值。刀補執行時,采用交點運算方式,即是每段開始都先行讀入兩段、計算出其交點,自動按照啟動階段的矢量作法,作出每個沿前進方向左側或右側加上刀補的矢量路徑。京:機械工業出版社,20002葉伯生.計算機數控系統原理,編程與操作.武漢:華中理工大學出版社,1999作者簡介:李躍武,講師,從事機械制造、CAD/CAM教學與研究。作者通訊地址:長治職業技術學院機電工程系(山西長治046011)收稿日期:2004101824© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.現代制造工程

6、2005(6)數控加工技術2.2刀具半徑補償的過程1)注意明確刀補的方向若在刀補啟動開始后設要加工如圖3所示零件輪廓,刀具半徑值存在D01中。的刀補狀態中,存在兩段以上沒有移動指令或存在非指定平面的移動指令段(即刀補方向不明確時),則有可能產生進刀不足或進刀超差現象。下面舉例說明,若刀具開始位置為距工件表面80mm,切削深度為5mm,刀具為直徑12mm的立式端面銑刀。圖4進刀超差圖3零件圖及對應的加工軌跡路線程序%1000N2G54G90G17G00X0Y0T01S500M03;N4G41X20Y10D01;N6G01Y50F100;N8X50;N10Y20;N12X10;N14G00G40X

7、0Y0M05;N16M30;圖3程序改為如下編制,則會出現如圖4所示的進刀超差現象。1)刀補建立刀具接近工件,根據G41或G42所程序%1001N2G54G90G17G00X0Y0Z80T01S500M03;N4G41X20Y10D01;N6Z2;N8G01Z25F100;N10Y50;N12X50;N14Y20;N16X10;N18G00Z80M05;N20G40X0Y0;N22M30;指定的刀補方向,控制刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個刀具半徑。當N4程序段中寫上G41和D01指令后,運算裝置立即同時先讀入N6、N8兩段,在N4段的終點(N6段始點),作出一個矢量,該矢量的

8、方向與下一段的前進方向垂直向左,大小等于刀補值(即D01的值)。刀具中心在執行這一段(N4段)時,就移向該矢量的終點。在該段中,動作指令只能采用G00或G01,不能用G02或G03。2)刀補狀態控制刀具中心的軌跡始終垂直偏移編程軌跡一個刀具半徑值的距離。從N6開始進入刀補狀態,在此狀態下,G01、G02、G03、G00都可用。3)刀補撤消在刀具撤離工作表面返回到起刀點的過程中,根據刀補撤消前G41或G42的情況,刀具中心軌跡與編程軌跡相距一個刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。當N14程序段中用到G40指令時,則在N12段的終點(N14段的始點),作出一個矢量,它的方向是與N12段前進方向的垂直朝

9、左、大小為刀補值。刀具中心就停止在這矢量的終點,然后從這一位置開始,一邊取消刀補一邊移向N14段的終點。此時也只能用G01或G00,而不能用G02或G03等。原因是當從N4段進入刀補啟動階段后,只能讀入N6、N8兩段,但由于Z軸是非刀補平面而且讀不到N10以后的段,也就作不出矢量,確定不了進刀的方向。此時盡管用G41進入了刀補狀態,但刀具中心卻并未加上刀補,而直接移動到了點P1,當P1執行完N6、N8段后,再執行N10段,刀具中心從P1移動到交點A,此時就產生了圖4所示的進刀超程(過切)工件被切掉一塊。2)起點的距離與刀具半徑之間的關系從刀具起點到刀補狀態的起點如圖4所示OP1,需要一個過程來

10、完成,即刀位點移動一個刀具半徑的過程,要有足夠的距離過渡,而這距離要求比刀具半徑大,一般大于或等于三分之二刀具直徑值。此距離必須在程序編制時表達出來,否則,就有可能產生進刀不足(內輪廓加工時)或進刀超程,造成加工工件報廢。如上面的%1001程序,若所選刀具直徑為50mm,即使編程方法正確,運行時也會出現過切現象,因為從點O(起刀點)到(20,20)刀補起點的距離為28mm,小于三分之二刀具直徑值。3)刀補起點的位置要合理若點P1坐標選為(20,25),則即使按%1000的方法編程,運行時也會出現超差現象,原因是刀補起點位置選得不恰當。刀補起點要求與刀補方向為同一直線。253需要特別注意的問題及

11、應用技巧3.1注意的問題現代制造工程2005(6)© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.數控加工技術312應用技巧為了避免進刀超差現象,充分利用刀具半徑補償指令功能。現總結以下幾種編程技巧。方法一:程序%1002N2G54G90G17G00X0Y0Z80T01S500M03;N4G41X20Y9D01;N6Y10;N8Z2;N10G01Z25F100;N12Y50;N14X50;N30M30;量為ac時,刀具中心按cc運動,第二次設定補償量為ab時刀具中心按bb運動完成切削。這

12、樣就可以通過改變刀庫表的刀具半徑的參數,來完成多次切削而不用重新編寫程序。對加工不同材料的工件可以用同一條程序選用不同的加工余量進行精加工。其編程方法和以上相同。圖6刀具半徑補償方法之三4注意事項1)刀具半徑補償功能只有伴隨相應的插補運動(如G01、G00等),才能有效。2)使用該功能必須先確定插補平面。3)加工內圓弧輪廓時,設定刀具半徑不應大于工按此程序運行時,N6段和N12的指令是相同方向,因此從N4開始刀補啟動后,在點P1(20,9)上即作出了與N6段前進方向垂直向左的矢量,刀具中心也就向著該矢量終點移動。當執行N6段時,由于N8、N10是Z軸移動的原因而不知道下段的前進方向,此時刀具中

13、心就移向在N6段終點P2(20,10)處所作出的矢量的終點P3處,在點P3執行完N8、N10后,再件輪廓中的半徑,否則系統將提示“過切或有碰撞危險”。4)不要在圓弧插補過程中啟動或取消刀具半徑補償功能。5)如存有二段以上的沒有移動指令或存在非指定平面軸的移動指令段,則有可能產生進刀不足或進刀超差。6)要考慮如切入、切出等工藝的一些要求。移向交點A,此時的刀具軌跡如圖5所示就不會產生進刀超差了,這種方法中重要的是N6段指令的方向與N12段必須完全消除進刀超差的方法相同,移動量大小無關系圖5(一般用1mm即可)。5結語刀具半徑補償指令是數控機床上應用最多、最重要的指令,離開該指令,數控銑床就不可能

14、加工出復雜和高精度的零件。要想在數控加工中心和數控銑床上編制出更合理,更完善的銑削程序,最重要的就是要很好地掌握和利用刀具補償功能并能正確地使用指令,掌握數控編程的一些技巧,本文是根據實際應用過程中的一些技巧和常用方法,結合其使用原理,詳細討論和總結了數控機床上的刀具半徑的補償情況,提出了簡單明了的使用方法。參考文獻1焦滿囤.刀具半徑補償功能在數控加工中的一種應用.華方法二:編程時,先完成Z軸移動,再進入刀補啟動(如程序%1003)。此方法同樣可以避免進刀超程,而且比較簡單,但條件是刀具下刀位置與工件絕對沒有干涉。程序%1003N2G54G90G17G00X0Y0Z80T01S500M03;N4Z2;N6G01Z25F100;N8G41X20Y10D01;N10Y50;N12N30M30;北航天工業學院學報,2002(9)2林奕鴻.機床數控技術及其應用M.北京:機械工業出版方法三:利用刀補指令使粗、精加工程序簡化。如圖6所示,可有意識地改變刀具半徑補償量,因為刀具半徑補償指令是按照刀庫表中的刀具半徑值而確定補償量的大小的,而不管實際用的刀