摘 要： 本文以數(shù)控車床車刀具補(bǔ)償為研究，分析了刀具位置補(bǔ)償?shù)脑砗蛻?yīng)用，并且分析了刀尖圓弧在加工中產(chǎn)生誤差，從而確定在數(shù)控加工中必須進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。同時研究了刀尖方位的確定和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床 刀具補(bǔ)償 原理和應(yīng)用 誤差
　　
　　1.引言
　　數(shù)控車床在改變加工對象時，除了重新裝卡零件和更換刀具外，只需更換零件加工程序即可加工出所要求的零件，而不需要對車床進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，具有很高的工藝適應(yīng)性及靈活性。刀具補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)是十分重要，它不僅對被加工零件的質(zhì)量影響巨大，而且可以決定著機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以無論是手工編程或計(jì)算機(jī)輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的確定刀具補(bǔ)償，是提高加工質(zhì)量和加工效率的前提。
　　2.刀具補(bǔ)償?shù)囊饬x和類型
　　刀具補(bǔ)償功能是用來補(bǔ)償?shù)毒邔?shí)際安裝位置（或?qū)嶋H刀尖圓弧半徑）與理論編程位置（或刀尖圓弧半徑）之差的一種功能。使用刀具補(bǔ)償功能后，改變刀具，只需要改變刀具位置補(bǔ)償值，而不必變更零件加工程序。刀具補(bǔ)償分為刀具位置補(bǔ)償（即刀具偏移補(bǔ)償）和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償兩種功能。
　　3.刀具位置補(bǔ)償
　　3.1刀具位置補(bǔ)償值定義
　　工件坐標(biāo)系設(shè)定是以刀具基準(zhǔn)點(diǎn)（以下簡稱基準(zhǔn)點(diǎn)）為依據(jù)的，零件加工程序中的指令值是刀位點(diǎn)（刀尖）的位置值。刀位點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)的矢量，即刀具位置補(bǔ)償值。
　　3.2刀具位置補(bǔ)償基準(zhǔn)
　　3.2.1刀具位置補(bǔ)償基準(zhǔn)設(shè)定
　　當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行過返回參考點(diǎn)操作后，刀架位于參考點(diǎn)上，此時刀具基準(zhǔn)點(diǎn)與參考點(diǎn)重合。刀具基準(zhǔn)點(diǎn)在刀架上的位置，由操作者設(shè)定。一般可以設(shè)在刀夾更換基準(zhǔn)位置或基準(zhǔn)刀具刀位點(diǎn)上。有的機(jī)床刀架上由于沒有自動更換刀夾裝置，此時基準(zhǔn)點(diǎn)可以設(shè)在刀架邊緣上；也有用第一把刀作為基準(zhǔn)刀具，此時基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在第一把刀具的刀位點(diǎn)上，如圖2-2-1所示。
　　圖2-2-1
　　3.2.2刀具位置補(bǔ)償方式
　　分為絕對補(bǔ)償和相對補(bǔ)償兩種方式。
　　1）絕對補(bǔ)償
　　當(dāng)機(jī)床回到機(jī)床零點(diǎn)時，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)，相對于刀架工作位上各刀刀尖位置的有向距離。當(dāng)執(zhí)行刀偏補(bǔ)償時，各刀以此值設(shè)定各自的加工坐標(biāo)系。如圖所示。補(bǔ)償量可用機(jī)外對刀儀測量或試切對刀方式得到。
　　2）相對補(bǔ)償
　　在對刀時，確定一把刀為標(biāo)準(zhǔn)刀具，并以其刀尖位置A為依據(jù)建立工件坐標(biāo)系。這樣，當(dāng)其他各刀轉(zhuǎn)到加工位置時，刀尖位置B相對標(biāo)刀刀尖位置A就會出現(xiàn)偏置，原來建立的坐標(biāo)系就不再適用，因此應(yīng)對非標(biāo)刀具相對于標(biāo)準(zhǔn)刀具之間的偏置值Δx、Δz進(jìn)行補(bǔ)償，使刀尖位置B移至位置A。標(biāo)準(zhǔn)刀具偏置值為機(jī)床回到機(jī)床零點(diǎn)時，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)相對于工作位上標(biāo)準(zhǔn)刀具刀尖位置的有向距離。
　　3.2.3刀具位置補(bǔ)償類型
　　刀具位置補(bǔ)償可分為刀具幾何形狀補(bǔ)償（G）和刀具磨損補(bǔ)償（W）兩種，需分別加以設(shè)定。刀具幾何形狀補(bǔ)償實(shí)際上包括刀具形狀幾何偏移補(bǔ)償和刀具安裝位置幾何偏移補(bǔ)償，而刀具磨損偏移補(bǔ)償用于補(bǔ)償?shù)都饽p。
　　3.2.4刀具位置補(bǔ)償代碼
　　刀具位置補(bǔ)償功能是由程序段中的T代碼來實(shí)現(xiàn)。T代碼后的4位數(shù)碼中，前兩位為刀具號，后兩位為刀具補(bǔ)償號。刀具補(bǔ)償號實(shí)際上是刀具補(bǔ)償寄存器的地址號，該寄存器中放有刀具的幾何偏置量和磨損偏置量（X軸偏置和Z軸偏置）。刀具偏移號有兩種意義，既用來開始偏移功能，又指定與該號對應(yīng)的偏移距離。當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償號為00時，表示不進(jìn)行刀具補(bǔ)償或取消刀具補(bǔ)償。
　　4.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償
　　4.1理想刀具和實(shí)際刀具
　　理想刀具是具有理想刀尖A的刀具。但實(shí)際使用的刀具，在切削加工中，為了提高刀尖強(qiáng)度，降低加工表面粗糙度，通常在車刀刀尖處制有一圓弧過渡刃；一般的不重磨刀片刀尖處均呈圓弧過渡，且有一定的半徑值；即使是專門刃磨的“尖刀”，其實(shí)際狀態(tài)還是有一定的圓弧倒角，不可能絕對是尖角。因此，實(shí)際上真正的刀尖是不存在的，這里所說的刀尖只是一“假想刀尖”。
　　4.2刀具半徑補(bǔ)償意義
　　數(shù)控程序是針對刀具上的某一點(diǎn)即刀位點(diǎn)，按工件輪廓尺寸編制的。車刀的刀位點(diǎn)一般為理想狀態(tài)下的假想刀尖點(diǎn)或刀尖圓弧圓心點(diǎn)。但實(shí)際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一理想點(diǎn)，而是一段圓弧。當(dāng)加工與坐標(biāo)軸平行的圓柱面和端面輪廓時，刀尖圓弧并不影響其尺寸和形狀，但當(dāng)加工錐面、圓弧等非坐標(biāo)方向輪廓時，由于刀具切削點(diǎn)在刀尖圓弧上變動，刀尖圓弧將引起尺寸和形狀誤差，造成少切或多切。這種由于刀尖不是一理想點(diǎn)而是一段圓弧，造成的加工誤差，可用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能來消除。如圖3-2-1所示。
　　圖3-2-1
　　4.3刀具半徑補(bǔ)償類型
　?。?）刀具半徑左補(bǔ)償。從垂直于加工平面坐標(biāo)軸的正方向朝負(fù)方向看過去，沿著刀具運(yùn)動方向（假設(shè)工件不動）看，刀具位于工件左側(cè)的補(bǔ)償為刀具半徑左補(bǔ)償。用G41指令表示。
　?。?）刀具半徑右補(bǔ)償。從垂直于加工平面坐標(biāo)軸的正方向向負(fù)方向看過去，沿著刀具運(yùn)動方向（假設(shè)工件不動）看，刀具位于工件右側(cè)的補(bǔ)償為刀具半徑右補(bǔ)償。用G42指令表示。
　　4.4刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程
　?。?）刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕?。刀具補(bǔ)償?shù)慕⑹沟毒咧行膹呐c編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個刀尖圓弧半徑。刀補(bǔ)程序段內(nèi)必須有GOO或G01功能才有效，偏移量補(bǔ)償必須在一個程序段的執(zhí)行過程中完成，并且不能省略。
　?。?）刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行。執(zhí)行含G41、G42指令的程序段后，刀具中心始終與編程軌跡相距一個偏移量。G41、G42指令不能重復(fù)規(guī)定使用，即在前面使用了G41或G42指令之后，不能再直接使用G42或G41指令。若想使用，則必須先用G40指令解除原補(bǔ)償狀態(tài)后，再使用G42或G41，否則補(bǔ)償就不正常了。
　　（3）刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜∠?。在G41、G42程序后面，加入G40程序段即是刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜∠?。如圖表示取消刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^程。刀具半徑補(bǔ)償取消G40程序段執(zhí)行前，刀尖圓弧中心停留在前一程序段終點(diǎn)的垂直位置上，G40程序段是刀具由終點(diǎn)退出的動作。數(shù)控車床采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償進(jìn)行加工時，如果刀具的刀尖形狀和切削時所處的位置不同，刀具的補(bǔ)償量與補(bǔ)償方向也不同。因此假想刀尖的方位必須同偏置值一起提前設(shè)定。車刀假想刀尖的方向是從刀尖R中心看理論刀尖的方向，由刀具切削時的方向決定。系統(tǒng)用T表示假想刀尖的方向號，假想刀尖的方向與T代碼之間的關(guān)系。
　　5.結(jié)語
　　刀具補(bǔ)償功能的作用主要在于簡化程序，即按零件的輪廓尺寸編程。在加工前，操作者測量實(shí)際的刀具長度、半徑和確定補(bǔ)償正負(fù)號，作為刀具補(bǔ)償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，使得由于換刀或刀具磨損帶來刀具尺寸參數(shù)變化時，雖照用原程序，卻仍能加工出合乎尺寸要求的零件。此外，刀具補(bǔ)償功能還可以滿足編程和加工工藝的一些特殊要求。
　　
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