刀具半徑補償常見錯誤及問題分析
南海信息技術學校 機械科組 沈?qū)欓?/span>
摘要: 本文由數(shù)控編程教學過程中學生應用刀具半徑補償編程時出現(xiàn)的錯誤問題出發(fā)，探討了刀具半徑補償功能應用中的錯誤分析,力求通過錯誤分析找出問題所在,讓學生能夠準確應用刀具半徑補償功能,保證了零件加工的尺寸精度（加工精度）。
關鍵詞: 數(shù)控編程 數(shù)控加工 刀具半徑補償
數(shù)控加工具有加工精度高、效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點，而合理掌握刀具補償方法，靈活應用刀具補償功能，合理設置刀具半徑補償值，是保證精度和質(zhì)量穩(wěn)定的重要因素，在數(shù)控編程加工編程的教學過程中，學生經(jīng)常的出現(xiàn)一些刀具半徑補償功能應用上的錯誤，因此，有必要對數(shù)控加工的刀具半徑補償方法進行探討。
一、 刀具半徑補償原理
數(shù)控機床在加工過程中，它所控制的是刀具中心的軌跡。在數(shù)控編程時，可以根據(jù)刀具中心的軌跡進行編程，這種編程方法稱為刀具中心編程。粗加工中由于留有余量對零件的尺寸精度影響不大，對簡單圖形可采用刀具中心軌跡編程。而當零件加工部分形狀較為復雜時，如果選用刀具中心編程會給計算關鍵點帶來很大工作量，而且往往造成由于關鍵點計算誤差影響機床的插補運算，進而產(chǎn)生報警，使加工無法正常進行，那么我們可以利用理論輪廓編程，即按圖形的實際輪廓進行編程。
采用理論輪廓編程，在系統(tǒng)中預先設定偏置參數(shù)，數(shù)控系統(tǒng)就會自動計算刀具中心軌跡，使刀具偏離工作輪廓一個刀具值，從而使得刀具加工到實際輪廓，這種功能即為刀具半徑補償功能。
二、刀具補償?shù)倪^程
數(shù)控系統(tǒng)的刀具補償是將計算刀具中心軌跡的過程交由CNC系統(tǒng)執(zhí)行，編程時不考慮刀具半徑，直接根據(jù)零件的輪廓形狀進行編程，而實際的刀具半徑則放在一個可編程刀具半徑的偏置寄存器中，在加工過程中，CNC系統(tǒng)根據(jù)零件程序和刀具偏置寄存器中的刀具半徑自動計算刀具中心軌跡，完成對零件的加工。當?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時，不需要修改零件程序，只需修改刀具半徑寄存器中的刀具直徑值。
現(xiàn)代CNC系統(tǒng)一般都設置有16，32，64或更多個可編程刀具偏置寄存器，并對刀具進行編號，專供刀具補償之用。進行數(shù)控編程時，只需調(diào)用刀具補償參數(shù)所對應的寄存器編號即可加工，在加工時，CNC系統(tǒng)將該編號對應的刀具半徑值從寄存器中取出，對刀具中心軌跡進行補償計算，生成實際的刀具中心軌跡。刀補執(zhí)行時，采用交點運算方式，即每段開始前先行讀入兩段，計算其交點，自動按啟動階段的矢量作出每個前進方向的左側(cè)或右側(cè)加上刀補矢量路徑。
二、刀具半徑補償在應用中的錯誤分析
1、刀具半徑建立指令的正確使用方法
建立刀具補償指令用G41或G42，取消刀具補償指令用G40
格式為：G
G
其中G41為左刀補，在加工外輪廓時為順時針加工，加工內(nèi)輪廓時為逆時針加工；G42為右刀補，在加工外輪廓時為逆時針加工，加工內(nèi)輪廓時為順時針加工。
首先應指明補償平面，數(shù)控系統(tǒng)一般默認為G17，可省略，若要在yoz，xoz平面進行補償時需指明，不可省略，而且刀具半徑補償平面的切換必須在補償取消方式下進行。刀具半徑補償?shù)慕⑴c取消只能用G00或G01,而不能用G02或G03。如圖1所示的切削外輪廓，如采用下面程序則會報警。
圖1 錯誤刀補
%1234
N
N
N
N
N
N
N
N
N20程序段中半徑補償指令中用G03希望使零件表面不產(chǎn)生進刀痕跡，但此程序?qū)缶K止運行。
2、刀具補償撤消時同樣存在不能用G02或G03取消刀具補償，如程序%1234中N70 段改為N
3、空運行到達刀具補償位置時注意進刀位置
從加工直線邊切入工件，刀具補償指令中終點坐標應和被加工段位于同一直線上，以避免過切現(xiàn)象而報警，所謂過切是指刀具空行程運行中，系統(tǒng)認為切削內(nèi)輪廓產(chǎn)生刀具干涉現(xiàn)象，如圖2所示，程序%6789
圖2 不合理刀補位置
%6789
N
N
N
N40 Y60
N50 X60
N60 Y20
N70 X20
N
N
此程序中OE和EA構成小于90度角，刀具產(chǎn)生干涉而報警，若將N20和N30改為一條程序段G
4、加工內(nèi)輪廓時，內(nèi)輪廓兩直線夾角小于90度時，采用半徑補償指令手工編程，會產(chǎn)生過切，如圖3所示。
圖3 直線加工的過切
5、加工內(nèi)圓弧輪廓時，設定刀具半徑不應大于工作輪廓中的半徑，否則系統(tǒng)將提示“過切或有碰撞危險，刀具干涉”等。
三、實例分析
毛坯為120mmX60mmX
圖4 加工實例
%5566（零點在O點）
N
N
N30 Y30
N40 X10 Y40
N50 X21.8
N
N
N
N90 Y0
N100 X-10
N
N
四、結(jié)論
1、采用刀具半徑補償便于控制零件尺寸精度，當發(fā)現(xiàn)零件尺寸產(chǎn)生過切或不足時，只需修改刀具寄存器地址中刀具半徑數(shù)值，方便控制尺寸精度。
2、采用刀具半徑補償便于簡化編程，直接采用理論輪廓，特別是對于復雜內(nèi)外輪廓編程會大大簡化計算。
3、利用刀補指令使粗、精加工程序簡化，刀補數(shù)值的大小取決于刀補寄存器地址數(shù)值，利用刀補指令編程后，可采用同一程序，同一把刀具，完成不同的切削余量加工，也就是說采用同一把刀具完成粗精加工時，不修改程序，不編寫新程序，就可以完成全部加工。
五、結(jié)束語
刀具半徑補償指令是數(shù)控編程中應用最廣最重要的指令，正確應用刀具半徑補償對復雜零件簡化編程計算和提高零件精度具有舉足輕重的作用。本文根據(jù)教學過程式中學生出現(xiàn)的問題及應用的技巧，對刀具半徑補償用法作出總結(jié)，供廣大數(shù)控加工編程人員參考，從而更好地應用刀具補償編程，優(yōu)化程序，提高編程效率和零件加工精度。
參考文獻
[1] 王平 數(shù)控機床與編程實用教程 化學工業(yè)出版社 2004
[2] 張超英 謝富春 數(shù)控編程技術 化學工業(yè)出版社 2004
