謝 正 楊 琛

(武漢軟件工程職業(yè)學院 機械工程學院 湖北 武漢：430205)

在數(shù)控銑削加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)是控制刀具中心點的軌跡，而銑削刀具具有一定直徑值，所以刀具中心運動軌跡和零件實際輪廓線之間應(yīng)相距刀具半徑值R。刀具半徑補償就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)已編好的程序和刀具偏置寄存器中的刀具半徑R，自動計算出一條與編程軌跡偏移量為R的等距軌跡，并且當?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半徑值即可。因此對于手工編寫復雜的輪廓帶來極大的便利。

1 刀具半徑補償原理分析

通常在掌握了刀具半徑補償指令格式與刀具半徑補償建立的過程后，接著在數(shù)控銑床中應(yīng)用刀具半徑補償進行加工，但經(jīng)常會出現(xiàn)輪廓過切、欠切及刀具半徑補償干涉報警。出現(xiàn)這些情況的原因大多是因為對數(shù)控系統(tǒng)進行刀補計算時的規(guī)則不了解。下面以華中數(shù)控系統(tǒng)為例，針對常見問題分析其原因，并提出相對的解決辦法。

(1)如圖1所示，在建立刀補時，應(yīng)給出一段引入軌跡AB，系統(tǒng)在AB這段運動軌跡偏移給定的刀具半徑圖一值。如果給定的AB這段軌跡運動距離太短，就會在下一段BC繼續(xù)補償，導致切入輪廓后會有一小段出現(xiàn)過切與欠切現(xiàn)象。

圖1 刀補建立伸長型

遇到此情況時，其解決辦法有以下幾種：

1)可以在編寫引入段時，AB段盡量大于一個刀具直徑值，這樣刀補完全補償完畢，工件輪廓就不會出現(xiàn)過切與欠切；

2)可以將BC段延長，這時B點還未到輪廓，再進行下一段時即使沒有補償完畢，也不會出現(xiàn)過切與欠切；

3)當銑削帶溝槽的工件時，沒有足夠的空間進行引入段AB時，可以采用“空中建立刀補”，也就是在末下刀前建立好刀補，下刀后就可以直接進行輪廓的切削，避免了過切與欠切現(xiàn)象。

(2)在刀補建立或取消時，常因程序軌跡方向不合理而過切。如圖2所示，刀具由起點P建立刀補至A點輪廓位置時，若α<180°時，刀具軌跡與工件輪廓就會發(fā)生干涉而產(chǎn)生過切，取消刀補時也是如此。

(3)另一種欠切情況，如圖2所示，在α<90°情況，在建立刀補時有可能會出現(xiàn)沒有完全補到輪廓的起點位置，而產(chǎn)生欠切現(xiàn)象，取消刀補時也是如此。

圖2 刀具發(fā)生過切和欠切的情況

刀具半徑補償執(zhí)行時，采用交點運算方式，即每段程序執(zhí)行開始前，系統(tǒng)會先行讀入兩段，并計算其交點，然后自動按啟動階段的矢量在每個前進方向的左側(cè)或右側(cè)加上刀補路徑。根據(jù)夾角和刀補方向，從一編程段到另一編程段的連接方式(過渡方式)有三種：伸長型90°≤α≤180° (圖(1)所示)、插入型0≤α≤90° (圖3所示)、縮短型α≥180° (圖4所示)。

圖3 刀補建立插入型

圖4 刀補建立縮短型

根據(jù)以上刀補交點的計算特點，在建立刀補時就必需適當調(diào)整建立起點與取消終點的位置，注意α角度問題。在加工外輪廓時，盡量在輪廓凸角位置加入與取消刀補，也可以將輪廓延長線，并最好在輪廓的切向上建立與取消刀補，其α角盡量在90°<α<180°范圍；在加工內(nèi)輪廓時，在輪廓上加入輔助引線切向建立與取消刀補，從而避免過切與欠切問題。

2 刀具半徑補償報警分析

刀補報警一般是刀補指令理解、使用不當導致的，歸納起來有以下幾種情況，下面具體分析是那種情況引起的，從而消除報警。

(1)漏寫G40。刀具半徑補嘗指令G41/G42 與G40 是成對使用的，若漏寫G40，其G41/G42為模態(tài)碼，會一直生效，切削過程中在不需要刀補的地方進行刀補，導致零件過切或欠切，及“刀具干涉”報警等；

(2)建立、取消刀具半徑補償命令時，使用G02/G03 模式下建立、取消，導致“格式錯誤”報警，應(yīng)使用G00/G01 模式進行；

(3)建立、取消刀具半徑補償時，在所插補坐標平面內(nèi)沒有移動或者移動距離小于刀具半徑，如G91 G00 X0 Y0 ……；

建立和取消半徑補償時，刀具必須在所插補坐標平面內(nèi)有移動，且移動距離必須大于刀具半徑，否則會產(chǎn)生“刀具干涉”報警；

(4)加工小于刀具半徑的圓弧內(nèi)側(cè)。指令的圓弧半徑小于刀具半徑時，若編入內(nèi)側(cè)偏置指令就會產(chǎn)生過切，程序在執(zhí)行到產(chǎn)生過切程序段前的一個程序段時，程序執(zhí)行就會停止，同時出現(xiàn)“刀具干涉”報警。還有利用增大刀補半徑去除余量時就會用大于內(nèi)圓弧半徑R的刀補值去切削，結(jié)果就會出現(xiàn)圓弧“刀具干涉”報警。所以加工內(nèi)圓弧時應(yīng)有“過渡圓角R≥刀具半徑r+精修余量t”(如圖5所示)。

圖5 圓角加式示意圖

(5)銑削槽底寬小于刀具半徑的零件時，因為刀具半徑補償使刀具中心運動軌跡向編程路徑反方向運動，所以會產(chǎn)生“刀具干涉”報警。

(6)在刀具半徑補償不變的情況下同時加工幾個工件或同一工件上的幾個凸島時，刀具加工走刀方向必須一致，如不一致數(shù)控機床產(chǎn)生“刀具干涉”報警。

3 刀具半徑補償應(yīng)用及技巧

在數(shù)控銑削編程加工中引入刀具半徑補償不僅能簡化編程，方便計算；靈活運用刀具半徑補償可以解決手工編程中的很多問題。

(1)控制尺寸的精度，使用刀補編程時可直接按零件的輪廓尺寸編程，此外，刀具因磨損或更換刀徑尺寸發(fā)生改變的情況下，也不必修改程序，只需要改變半徑補償值即可。

(2) 去除殘留余量，可以通過更改刀具補償值的大小來除去零件中的余料。刀具半徑補償值不一定等于刀具半徑值，可以用改變刀具半徑補償值大小的方法來實現(xiàn)同一程序進行粗加工、精加工，故有：

1)粗加工刀補值=刀具半徑+精加工余量

2)精加工刀補值=刀具半徑+修正量(若刀具尺寸準確或零件上下偏差相等，修正量為零)

3)在實際加工中，經(jīng)常使用系統(tǒng)中“磨耗”來控制余量的大小。

補償距離=刀具半徑值+磨耗值

例如在程序中設(shè)置多個刀補值：D01=R(刀具半徑)、D02=D01+80%刀具直徑 (粗加工刀偏量)，同樣，還可以有D03=D02+80%刀具直徑、D04……，直至排除所有余料。

(3)利用刀具半徑補償，結(jié)合宏程序來實現(xiàn)任意內(nèi)、外輪廓的倒角、倒圓角加工程序；

例如加工一凸臺的外圓角，利用宏程序算出R5圓角上每個點的值ΔX，然后用圓角半徑(設(shè)為JHJ0)減去ΔX，得出Δr，這就是每走一圈輪廓刀補向負向(零件側(cè))變化的值，最后再加上刀具半徑即是所得到的刀補值。

(4) 在刀補時，將系統(tǒng)中偏置值給定的值為負值時，G41與G42補償方向相反使用，利用這一特點可用同一個程序完成內(nèi)外兩個型面編寫。但加工外形時要兼顧內(nèi)腔輪廓的切入，所以進刀進要特別注意，以免過切。

4 總結(jié)

刀具半徑補償是數(shù)控銑削編程中應(yīng)用較多的指令，本文是根據(jù)實際應(yīng)用過程中的一些技巧和常用方法，結(jié)合其使用原理，詳細例舉和總結(jié)了數(shù)控銑床中的刀具半徑補償常見問題，并提出了簡單、實用的解決方法。希望能給在實訓教學的工作者與生產(chǎn)一線的工人提供幫助，在實際加工中還應(yīng)多用多練才能更熟練、靈活的運用刀補，從而達到簡化編程的目的。