數(shù)控車削加工中刀尖圓弧半徑補(bǔ)償有關(guān)問題

摘要：車刀刀尖半徑補(bǔ)償是數(shù)控車削加工中的常見問題，本文就刀尖半徑的影響進(jìn)行分析，根據(jù)不同功能的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行刀尖半徑補(bǔ)償方法等進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 刀尖半徑補(bǔ)償 編程

一、引言

編制數(shù)控車床加工程序時，理論上是將車刀刀尖看成一個點，如圖1a所示的P點就是理論刀尖。但為了提高刀具的使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度，通常將刀尖磨成半徑不大的圓�。ㄒ话銏A弧半徑R是0.4—1.6之間），如圖1b所示X向和Z向的交點P稱為假想刀尖，該點是編程時確定加工軌跡的點，數(shù)控系統(tǒng)控制該點的運動軌跡。然而實際切削時起作用的切削刃是圓弧的切點A、B，它們是實際切削加工時形成工件表面的點。很顯然假想刀尖點P與實際切削點A、B是不同點，所以如果在數(shù)控加工或數(shù)控編程時不對刀尖圓角半徑進(jìn)行補(bǔ)償，僅按照工件輪廓進(jìn)行編制的程序來加工，勢必會產(chǎn)生加工誤差。

                           (a)                 (b)
                              圖1 圓頭刀假想刀尖

二、假想刀尖的軌跡分析與偏置值計算

用圓頭車刀進(jìn)行車削加工時，實際切削點A和B分別決定了X向和 Z向的加工尺寸。如圖2所示，車削圓柱面或端面（它們的母線與坐標(biāo)軸Z或X平行）時，P點的軌跡與工件輪廓線重合；車削錐面或圓弧面（它們的母線與坐標(biāo)軸Z或X不平行）時，P點的軌跡與工件輪廓線不重合，因此下面就車削錐面和圓弧面進(jìn)行討論：

                              圖2 刀尖圓弧半徑的影響

1、加工圓錐面的誤差分析與偏置值計算

如圖3a所示，假想刀尖P點沿工件輪廓CD移動，如果按照輪廓線CD編程，用圓角車刀進(jìn)行實際切削，必然產(chǎn)生CDD1C1的殘留誤差。因此，實際加工時，圓頭車刀的實際切削點要移至輪廓線CD，沿CD移動，如圖3b所示，這樣才能消除殘留高度。這時假想刀尖的軌跡C2D2與輪廓線CD在X向相差ΔX，Z向相差ΔZ。設(shè)刀具的半徑為r，可以求出：

                              圖3 圓頭車刀加工圓錐面

2、加工圓弧面的誤差分析與偏置值計算

圓頭車刀加工圓弧面和加工圓錐面基本相似。如圖4是加工1/4凸凹圓弧，CD為工件輪廓線，O點為圓心，半徑為R，刀具與圓弧輪廓起點、終點的切削點分別為C和D，對應(yīng)假想刀尖為C1和D1。對圖4a所示凸圓弧加工情況，圓弧C1D1為假想刀尖軌跡，O1點為圓心，半徑為（R+r）；對圖4b所示凹圓弧加工情況，圓弧C2D2為假想刀尖軌跡，其圓心是O2點，半徑為（R-r）。如果按假想刀尖軌跡編程，則要以圖中所示的圓弧C1D1或C2D2（虛線）有關(guān)參數(shù)進(jìn)行程序編制。

                          圖4 圓頭車刀加工90°凸凹圓弧

三、刀尖圓角半徑補(bǔ)償方法

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都有刀具圓角半徑補(bǔ)償器，具有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能（即G41左補(bǔ)償和G42右補(bǔ)償功能），對于這類數(shù)控車床，編程員可直接根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行編程，編程時可假設(shè)刀具圓角半徑為零，在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機(jī)床上的相應(yīng)刀具補(bǔ)償號輸入刀具圓弧半徑值，加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動計算假想刀尖軌跡，進(jìn)行刀具圓角半徑補(bǔ)償，完成零件的加工。刀具半徑變化時，不需修改加工程序，只需修改相應(yīng)刀號補(bǔ)償號刀具圓弧半徑值即可。需要注意的是：有些具有G41、G42功能的數(shù)控系統(tǒng)，除了輸入刀頭圓角半徑外，還應(yīng)輸入假想刀尖相對于圓頭刀中心的位置，這是由于內(nèi)、外圓車刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。

當(dāng)數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有刀具長度補(bǔ)償器時，直接根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行編程，加工前在機(jī)床的刀具長度補(bǔ)償器輸入上述的ΔX和ΔZ的值，在加工時調(diào)用相應(yīng)刀具的補(bǔ)償號即可。

對于有些不具備補(bǔ)償功能經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的車床可直接按照假想刀尖的軌跡進(jìn)行編程，即在編程時給出假想刀尖的軌跡，如圖3b和圖4所示的虛線軌跡進(jìn)行編程。如果采用手工編程計算相當(dāng)復(fù)雜，通常可利用計算機(jī)繪圖軟件（如AutoCAD、CAXA電子圖版等）先畫出工件輪廓，再根據(jù)刀尖圓角半徑大小繪制相應(yīng)假想刀尖軌跡，通過軟件查出有關(guān)點的坐標(biāo)來進(jìn)行編程；對于較復(fù)雜的工件也可以利用計算機(jī)輔助編程（CAM），如用CAXA數(shù)控車軟件進(jìn)行編程時，刀尖半徑補(bǔ)償有兩種方式：編程時考慮半徑補(bǔ)償和由機(jī)床進(jìn)行半徑補(bǔ)償，對于有些不具備補(bǔ)償功能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該采用編程時考慮半徑補(bǔ)償，根據(jù)給出的刀尖半徑和零件輪廓會自動計算出假想刀尖軌跡，通過軟件后置處理生成假想刀尖軌跡的加工程序。對于這類數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)?shù)毒吣�損、重磨、或更換新刀具而使刀尖半徑變化時，需要重新計算假想刀尖軌跡，并修改加工程序，既復(fù)雜煩瑣，又不易保證加工精度。

四、結(jié)束語

以上通過車刀刀尖半徑對加工工件的影響的分析可知，要保證零件加工精度，在數(shù)控加工尤其精加工一定要進(jìn)行車刀刀尖半徑補(bǔ)償。由于目前數(shù)控系統(tǒng)的功能參差不齊，針對不同類型數(shù)控系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中采取方法也不同，有些在編程時就要考慮半徑補(bǔ)償，有些可在機(jī)床中進(jìn)行半徑補(bǔ)償。