刀具半径补偿在数控铣削加工中的应用

刀具半径补偿在数控铣削加工中的应用【摘要】用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具补偿值，可进行粗精加工。利用刀具半径的输入值具有小数点后2～4位（0.01～0.0001）的精度，来控制工件轮廓的尺寸精度。【关键词】编程格式；刀补指令；刀补过程；应用；1前言在数控铣床上用立铣刀进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在。可以清楚的看出刀具中心的运行轨迹与工件的轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径的自动补偿功能，则只能按刀具中心的运动轨迹尺寸编辑加工程序，这就要先根据工件轮廓的尺寸和刀具的直径计算出刀具中心的运动轨迹尺寸，其计算相当复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或更换刀具直径变化时，必须重新计算刀具中心的轨迹尺寸，修改程序，这样既繁琐，又不容易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，可用方便的实现这一转变，编程只需按工件轮廓尺寸进行。在建立、执行刀补后，数控系统可自己判断补偿的方向和补偿值得大小，自动计算出刀具中心的运行轨迹，并按照刀具中心的轨迹运动。当刀具磨损、重磨或更换时加工程序不变，因此使用简单、方便。2刀具半径补偿功能指令格式2.1格式G90/G91G17/G18/G19G41/G42G00/G01XYZDFG40G00/G01XYZF2.2刀具半径补偿建立①有G41或G42被指定；②在补偿平面内有轴的移动：③指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但是不能是D00；④偏置（补偿）平面被指定或已经被指定；⑤G00或G01模式有效2.3原理与功能以工件轮廓尺寸（XYZ）编程，在D字中存入刀具直径，刀具以左或右补偿方式，在偏置轮廓半径值得轨迹上进行加工。2.4说明①G17、G18、G19为平面选择指令，分别为XY、XZ、YZ平面。应用G41、G42时应指定G17、G18、G19平面，当该指令缺省时，系统默认G17指定平面；使用XZ、YZ平面是，不行使用G18、G19指定。②G90、G91分别为绝对、增量方式。X、Y、Z分别为目的点坐标字。③D为刀具偏置号地址，存放刀具半径值；F为G01是的进给指令字；G40为取消刀具半径补偿。，3刀具半径补偿的指令应用3.1左偏刀具半径补偿G41根据ISO标准，沿着刀具运动方向向前看（假设工件不动），刀具位于工件左侧时称为刀具半径左补偿，这是相当于顺铣。其在G17平面内编写格式为：G17(G00或G01)G41XY（D或H）F；各种中的X和Y表示刀具移至终点时，轮廓曲线（编程轨迹）上的左边值；（D或H）为刀具半径补偿寄存器地址字，编程时，使用非零的(D或H)xx代码选择正确的刀具半径偏置寄存器号。数控机床上具有滚珠丝杠副间隙补偿的功能。所以在不考虑丝杠间隙影响的前提下，从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言，一般顺铣效果较好，因而G41使用较多。3.2刀具半径右补偿G42根据ISO标准，顺着刀具前进方向观察，刀具位于零件轮扣右边时称为刀具半径右补偿，此时为逆铣。在G17平面内的编写格式为:G17(G00或G01)G42XY（D或H）F3.3取消刀具半径补偿G40其在G17平面内的编写格式为：G40（G00或G01）XY（F）；或G40（G00或G01）XY(D00或H00)；注意：G40必须和G41或G42成对使用。4使用刀具半径补偿的注意事项。4.1G41G42不能重复使用，即使在程序中前面有了G41或G42指令之后，不能再直接使用G41或G42指令。如果想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后在使用G41或G42指令，否则补偿就不正常了。4.2G41、G42、G40须在G00或G01模式下使用，现在有些系统也可以在G02、G03模式下使用。4.3刀具半径补偿号要在刀补取消后才能变换，如果在补偿方式下变换补偿号，当前句的目的点的补偿量将按照新的给定值，而当前句开始点补偿量则不变。4.4D00-D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补偿。刀具补偿值在加工中或试运行之前须设定在补偿存储器中。4.5在刀补功能有效的程序段内，不得出现任何转移加工，如镜像、跳转、循环、子程序等，否则系统将产生报警。4.6使用刀具半径补偿时应避免过切削现象。①在刀具补偿建立后的刀具补偿状态中，如果存在有连续两段以上没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段，则有可能产生过且现象。假设我们在加工一个零件。其实点在（X0，Y0），高度为30mm处，轨迹深度为Z－3mm，现编程见表。半径补偿过且编程程序说明O0001；程序名N10G17G40G49G80;程序出始化N11G54G90G00Z50.;刀具快速移到起始高度N12X0Y0S1000M03;刀具快速移到零点主轴1000r/min正转N13X-50.Y-50.;刀具快速移到下刀点N14G41X-30.D01;刀具半径左补偿N15Z5.;刀具快速移至安全高度。连续两句N16G01Z-3.F120;Z轴移动（只能有一句与刀具半径补偿无关的语句。此时会出现过切）N17Y30.M08;直线插补，同事打开冷却液以上程序在运行N16时，产生过切现象，其原因是当从N14刀具补偿建立后，进入刀具补偿进行状态后，系统只能预读N15、N16两段，但由于Z轴是非刀具补偿平面的轴，即名义X、Y轴移动，系统无法判断下一步补偿的矢量方向，这是系统不会报警，补偿照常晋级，只是N14的目的地点发生变化。为了避免过切，可将上面的程序改成下述形式来解决，见表2.半径补偿过且编程程序说明O0001；程序名N10G17G40G49G80;程序初始化N11G54G90G0Z50.;刀具快速移到起始高度N12X0Y0S1000M0;刀具快速移到零点主轴以1000r/min正转N13X-50.Y-50.;刀具快速移到下刀点N14Z5.;刀具快速移至安全高度N15G41X-30.D01;刀具半径左补偿N16G01Z-3.F120;下刀N17Y30.M08;直线插补，同时打开冷却液②使用刀具半径补偿和去除刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，且移动距离应大于刀具补偿值。③加工半径小于刀具半径的的内圆弧时将产生过切削。当程序给定的圆弧半径小于刀半径时，向圆弧圆心方向的半径补偿将会导致过且，这时机床报警并停止在将要过切语句的起始点上，所以只有“过渡圆角R大于或等于刀具半径R+精加工余量”的情况下才能正常切削。④被铣削槽底宽小于刀具直径时将产生过切削。如果刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。在这种情况下，机床将会报警并停止在将要过切语句的起始点。⑤M96模式与M97模式在圆角过渡模式M96下，用G41或G42进行刀具半径补偿时，如果相邻程序轨迹交角为180°或更大，刀具将以远古插补方式绕着交点回转。相反在交角过渡模式M97下，刀具中心将运动至二相邻刀心轨迹的点而不是进行圆弧插补。当工件的台阶高度比刀具半径小时，用M96模式将会引起过切，如用M97模式则可以顺利通过。⑥无移动指令。在补偿模式下使用无坐标轴移动类指令有可能导致两个或两个以上语句没有坐标移动，出现过切的危险，无坐标轴移动语句大致有一下几种：1M05;2G04X1.0;3G90;4G91X0;5(G17)Z20.0;6S1000。5刀具半径补偿功能的应用5.1直接用零件轮廓的尺寸编程，避免了计算刀具中心的轨迹。5.2刀具因磨损、重磨或更换新刀而引起的半径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入新的偏置值。5.3用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿值，可进行粗、精加工。这是由于刀具半径的输入值有小数点后2～4位（0.01～0.0001）的精度，因此可用来控制工件轮廓的尺寸精度。5.4刀具半径补偿在加工中心中的应用有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹的人工计算外，还可以利用同一加工程序去完成粗、精加工及阴阳模具加工等。5.5实现同一程序的粗、精加工：刀具半径补偿除方便编程外，还可以改变补偿大小的方法以用实现同一程序的粗精加工。粗加工刀具补偿=刀具半径+精加工余量，精加工刀具补偿量=刀具半径+修正量。6结语刀具半径补偿功能在数控加工中有着非常重要的作用。灵活运用刀具半径补偿指令，合理设置刀具半径补偿值，可以避免各种过切现象，大大简化数控程序，降低编程难度，提高编程和加工效率。