田林紅 宣 峰

（河南工業(yè)職業(yè)技術學院 河南南陽 473009）

數(shù)控車削加工中刀具補償應用

田林紅 宣 峰

（河南工業(yè)職業(yè)技術學院 河南南陽 473009）

通過數(shù)控車床加工中刀具補償功能，結合典型數(shù)控系統(tǒng)應用經驗，詳細敘述刀具補償?shù)妮斎敕椒ê筒襟E，提出了刀具補償應用中注意的問題。對目前典型數(shù)控車床刀具補償?shù)妮斎胱髁私榻B，為數(shù)控車床編程人員提供學習、參考的依據(jù)。

刀具補償 數(shù)控車床 補償值輸入

1 刀具補償?shù)奶岢?/h2>

在數(shù)控車削加工編程中，以刀具為基準，當實際位置與基準產生偏移出現(xiàn)偏差時，就需要給予糾正、補償。如圖1所示，以車刀刀尖位置來編程，在加工過程中，當其他刀具轉換到加工位置時，刀尖位置偏差就會發(fā)生變化，有偏差(ΔXj、ΔZj)，不可能和基準刀尖重合。此外，刀具在加工過程中的磨損也會使刀尖位置發(fā)生變化，因此，應對偏移量(ΔXm、ΔZm)進行補償。

圖1 刀尖位置變化示意圖

為了提高刀具強度和工件表面加工質量，延長刀具壽命，通常將車刀刀尖磨成圓弧狀。當車錐面時，由于刀尖圓弧的存在，實際起作用的切削刀刃是圓弧與共建輪廓表面的切點，車出的工件形狀就會和零件圖樣上的尺寸不重合。如圖2所示，虛線即為實際車出的工件形狀，這樣就會產生圓錐表面誤差。

如果工件精度要求不高，此量可以忽略不計，但是如果工件精度要求高，就應考慮刀尖圓弧半徑對工件表面形狀的影響。

圖2 車錐面產生誤差示意圖

2 數(shù)控車床刀具補償

2.1 偏置補償

數(shù)控車床加工零件時，安裝刀具手動方式操作使數(shù)控車床回機床參考點，機床的原點和工件的原點是不重合的，也不可能重合。這時車刀的關鍵點(刀尖或刀尖圓弧中心)處于一個具體位置上，然后將刀具的關鍵點移動到工件原點上(這個過程叫對刀)。刀具偏置補償是用來補償位置之間的距離差異，可分為刀具幾何偏置補償和刀具磨損偏置補償，幾何補償是指實際刀具與標準刀具在X方向和Z方向的差值，磨損補償是指刀具磨損以后和實際值之間的偏差。

不同數(shù)控系統(tǒng)刀具偏置補償指令格式有所區(qū)別，一般用T功能指令來實現(xiàn)，程序中位置補償指令格式為T功能及后面的數(shù)字代碼。例如TXXXX中前兩個XX為刀具號，后兩個XX為刀具補償號(指存儲補償數(shù)據(jù)的寄存單元)。當?shù)毒哐a償號數(shù)值為0時，則表明取消刀具位置值。

2.2 刀具半徑補償

數(shù)控車床是以刀尖對刀的，車刀的刀尖，總有一個小圓弧，如圖3所示。對刀時，刀尖位置是一個假想刀尖A，編程時，按照A點的軌跡進行程序編制，即工件輪廓與假想刀尖A重合。車削時，實際起作用的切削刀刃是圓弧與共建輪廓表面的切點。在車削過程中，刀尖圓弧半徑中心與編程軌跡會偏移一個刀尖圓弧半徑值，稱為刀具半徑補償。

圖3 假想刀尖位

編程時不需要計算刀具中心軌跡，只需按照零件輪廓編程，然后使用刀具半徑補償指令，數(shù)控系統(tǒng)就能自動地計算出刀具中心軌跡，從而準確地加工出所需要的工件輪廓。刀具半徑補償指令用G41和G42來實現(xiàn)，如圖4所示，用G40來注銷刀具半徑補償。順著刀具運動方向看，刀具在被加工工件的左邊，則用G41指令，也稱為左補償；順著刀具運動方向看，刀具在被加工工件的右邊，則用G42指令，因此，G42也稱為右補償。

圖4 刀具半徑補償

3 數(shù)控車床刀具補償?shù)膽?/h2>

3.1 改變刀補值適應刀具的變化

在零件的自動加工過程中，應用刀補值可以避免在刀具磨損、重磨或更換時，重新修改程序的工作。假設原來設置的刀補值為X1、Z1，經過一段時間的加工后，刀具的偏差減小量為ΔX1、ΔZ1，此時，可僅修改該刀具的刀補值，即刀補值由原來的改為(X1－ΔX1)、(Z1－ΔZ1)，而不必改變原有的程序，即可滿足加工要求。同樣，當?shù)毒咧啬ズ笠嗫烧沾颂幚?。當需要更換刀具時，可以用新刀具的補償值作為刀補值代替原有程序中的刀補值進行加工。因此，編程人員還可在未知實際使用刀具尺寸的情況下，先假設一刀具尺寸來進行編程，實際加工時，對于刀補值可用實際值代替假設刀補值。

3.2 改變刀補值實現(xiàn)零件的粗、精加工

若人為地使刀具中心與工件輪廓偏置值不是一個刀具半徑，而是某一給定值，則可以用來處理粗、精加工問題。在粗加工時，可將刀具實際半徑再加上精加工余量作為刀具半徑補償值輸入，而在精加工時只輸入刀具實際半徑值，這樣可使粗、精加工采用同一個程序，其補償方法為：設精加工余量為Δ1，刀具半徑為r，微量調整量為Δ2，首先，人工輸入刀具的半徑補償為r＋Δ1，即可完成粗加工；在精加工時，輸入刀具的半徑補償值為r＋Δ1+Δ2，即可完成最終的輪廓精加工。調整量為Δ2視實際情況而定，粗加工完了測量加工尺寸，如果實際尺寸比所要尺寸大則Δ2就為正值，比實際尺寸小則為負值。這樣可使粗、精加工采用同一個程序，極大減少計算工作量，提高加工效率。

改變刀補值對零件進行加工修正，將刀具半徑補償與子程序結合應用，不但可簡化編程，進行粗、精加工，而且可以進行加工的修正，以保證加工精度和質量。

3.3 使用刀具補償時要注意事項

(1)由于刀具在起刀程序段中，進行偏置過渡運動，因此該段程序不要切入工件輪廓，以免對工件產生誤切。

(2)刀補指令G41、G42或G40必須跟在直線段上，否則會出現(xiàn)語法錯誤。

(3)必須在刀具補償頁內(刀具偏置所在內存區(qū))的刀尖半徑處填入該把刀具的刀尖圓弧半徑值，系統(tǒng)會自動計算應該移動的補償量，作為刀尖圓弧半徑補償之依據(jù)。

(4)必須在刀具補償頁內的假想刀尖位置處填入該把刀具的假想刀尖位置號碼，以作為刀尖圓弧半徑補償之依據(jù)。

(5)指令刀尖半徑補償G41或G42的過渡直線段長度必須大于刀尖圓弧半徑；在X軸的切削移動量必須大于2倍刀尖半徑值。

(6)在某個刀補有效的程序段之后，若有兩個上不運動的程序段時，刀具可能會對工件下一個輪廓產生過切。

(7)當用假想刀尖圓弧中心編程時，假想刀尖號設為0～9。編程時要用刀具半徑補償，對刀時要考慮刀尖圓弧半徑。

目前國際上已形成兩種通用的數(shù)控編程標準，即ISO及EIA。但是由于各個數(shù)控設備生產廠家所用的標準不一，其所用的指令、代碼、格式及其含義不完全相同，因此在使用刀具補償時必須按所用數(shù)控設備編程手冊規(guī)定進行。

4 典型數(shù)控車床刀具補償?shù)妮斎?/h2>

4.1 華中數(shù)控車床

1)輸入磨損量補償參數(shù)

刀具使用一段時間后磨損，會使產品尺寸產生誤差，因此需要對刀具設定磨損量補償。在起始界面下按軟鍵F4，進入MDI參數(shù)設置界面；按軟鍵F2進入刀偏表參數(shù)設定頁面；用方向鍵和翻頁鍵將光標移到對應刀偏號的磨損欄中，按Enter鍵后，此欄可以輸入字符，可通過控制面板上的MDI鍵盤輸入磨損量補償值；修改完畢，按Enter鍵確認。

2)輸入刀具偏置量補償參數(shù)

按軟鍵F2，進入刀偏表參數(shù)設定界面；將X、Z的偏置值分別輸入對應的補償值區(qū)域(方法同輸入磨損量補償參數(shù))。

3)輸入刀尖半徑補償參數(shù)

按軟鍵F3進入刀補表參數(shù)設定頁面；用方向鍵和翻頁鍵將光標移到對應刀補號的半徑欄中，按Enter鍵后，此欄可以輸入字符，可通過控制面板上的MDI鍵盤輸入刀尖半徑補償值；修改完畢，按Enter鍵確認。

4)輸入刀尖方位參數(shù)

車床中刀尖共有九個方位，如圖5所示，數(shù)控程序中調用刀具補償命令時，需在刀補表中設定所選刀具的刀尖方位參數(shù)值。輸入方法同輸入刀尖半徑補償參數(shù)。

圖5 車床中的刀尖方位示意圖

4.2 廣州數(shù)控車床

4.2.1 絕對值輸入

(1)單擊刀補OFT按鈕，進入刀具補償窗口，多頁時可按翻頁鍵向上或向下，選擇需要的參數(shù)頁。將光標移到要輸入的補償號的位置。

(2)按地址X或Z后，用數(shù)據(jù)鍵，輸入補償量，按輸入IN鍵后，補償量就被輸入系統(tǒng)，并在屏幕上顯示出來。

4.2.2 增量值輸入

(1)將光標移到要變更的補償號的位置。

(2)如要改變X軸的值，則鍵入U，對于Z軸，鍵入W。

(3)用數(shù)據(jù)鍵輸入增量值。

(4)按輸入鍵，系統(tǒng)會把補償量與鍵入的增量值相加，其結果將作為新的補償量顯示出來。

4.3 三菱數(shù)控車床

4.3.1 刀具磨耗參數(shù)

(1)點擊系統(tǒng)面板上的刀具參數(shù)按鍵，進入“參數(shù)設置操作區(qū)域”。

(2)點擊CRT顯示界面下方的磨耗軟鍵，此時當前界面左上角有刀尖數(shù)據(jù)顯示，有兩種方式輸入刀具磨損補償。用增量方式時，輸入X、Z軸的刀具磨耗補償值，然后點擊INPUT，此方式輸入的補償數(shù)值會和刀補的原來數(shù)值累加起來起作用。用增量方式時，輸入X、Z軸的刀具磨耗補償值，會替代刀具原來的數(shù)值而起作用。

4.3.2 設置刀徑補正參數(shù)

點擊系統(tǒng)面板上的刀具參數(shù)按鍵按鍵，進入“參數(shù)設置操作區(qū)域”。

(1)點擊CRT顯示界面下方的刀徑軟鍵，此時CRT當前界面左上角有刀具補正顯示界面。

(2)參數(shù)設置：在#()里輸入要補償?shù)牡毒咛?，在R()里輸入刀具半徑值，在r()里輸入刀具磨耗量，在P()里輸入刀尖點。填好后點擊INPUT，數(shù)值即被輸入如。

4.4 西門子802D數(shù)控車床

（1）打開刀具補償數(shù)據(jù)窗口，顯示所使用的刀具列表。在該列表下通過光標鍵和“上一頁”、“下一頁”鍵選出所要求的刀具。

（2）手動測定刀具補償數(shù)據(jù)

在JOG方式下移動該刀具刀沿，使刀尖到達一個已知坐標值的機床位置，這可能是一個已知幾何位置的工件。如圖6所示，輸入基準點坐標，坐標軸長度1或2的分配取決于刀具類型（車刀，鉆頭）。如果是車刀，則對于X軸而言，其基準點就是直徑尺寸。利用F點（機床坐標）和基準點的實際位置，系統(tǒng)可以在所預選的坐標軸（X或Z）方向分別計算出長度1或長度2所對應的補償值。

圖6 車刀的長度補償值

（3）選擇測量刀具軟鍵，打開手動或半自動測量選擇窗口

在輸入區(qū)Φ中輸入工件直徑，在輸入區(qū)Z0中輸入工件長度?？刂葡到y(tǒng)將在按下軟鍵設定長度1或設定長度2后，根據(jù)預選的軸確定所查找的長度1或長度2。所計算出的補償值被存儲。

（4）選擇保存位置，然后可以沿X方向運行，這樣便可以確定諸如工件直徑等參數(shù)。然后，將把所保存的軸位置值用于長度補償計算。

4.5 FANUC0i數(shù)控車床

4.5.1 設定和顯示刀具偏移值和刀尖半徑補償值的步驟

(1)按下功能鍵OFFSET SETING。

(2)按下軟鍵選擇鍵OFFSET或連續(xù)按下OFFSET SETING直至顯示出刀具補償畫面。

(3)用翻頁鍵和光標鍵移動光標至所需設定或修改的補償值處或輸入所需設定或修改補償值的補償號。

(4)為設定補償值輸入一個值并按下軟鍵INPUT。為改變補償值輸入一個值并按下軟鍵+INPUT，該值與當前值相加(也可設負值)。若按下軟鍵INPUT，則輸入值替換原有值。

4.5.2 刀具偏移量的直接輸入

Z軸偏移量的設定：

(1)在手動方式中用一把實際刀具切削表面A，如圖7所示。

(2)在X向退回刀具Z向不動并停主軸。

(3)測量工件坐標系的零點至面A的距離β用下述方法將該值設為指定刀號的Z向測量值。

①按功能鍵OFFSET SETING和鍵OFFSET，顯示刀具補償畫面。如果幾何補償值和磨損補償值需要分別設定就顯示與其相應的畫面。

②將光標移動至欲設定的偏移號處。

③按地址鍵Z進行設定。

④鍵入實際測量值β。

⑤按鍵MEASURE，則測量值β與編程的坐標值之間的差值作為偏移量被設入指定的刀偏號。

X軸偏移量的設定：

(4)在手動方式中切削表面B。

(5)Z向退回而X向不動并停止主軸。

(6)測量表面B的直徑α。用同Z軸的相同方法將該測量值設為指定刀號的X向測量值。

(7)對所有使用的刀具重復以上步驟則其刀偏量可自動計算并設定。

圖7 偏移量的設定

5 結語

在數(shù)控機床車削過程中，利用刀具補償功能，可按工件輪廓尺寸進行編制程序，建立、執(zhí)行刀補后，數(shù)控系統(tǒng)自動計算，刀位點自動調整到刀具運動軌跡上。無論是更換刀具，還是刀具磨損后半徑變小長度變化，只需在加工時更換刀具半徑、偏移補償值，就可控制工件外形尺寸的大小了，對程序不用作一點修改。這對編程和加工帶來很大的方便，大大提高了編程的工作效率。

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