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兩種編程路徑的刀具半徑補償辨析

2018-5-23 來源：河南科技大學機電工程學院作者（zhě）：楊丙乾，吳孜越，雷賢卿

摘要: 介紹了刀具半徑補償的（de）作用; 分析使用 “輪廓編程”和 “非輪廓編程”時，如何判定刀具半徑左、右補（bǔ）償（cháng），如何計算刀具半徑補償值; 並（bìng）通過實例介紹了兩種（zhǒng）編程路徑下，刀具半徑補償的具體應用和程序編寫（xiě）方（fāng）法，以及子程序編寫需要考慮的（de）因素。

關鍵詞: 刀具半徑補償; 編程路徑; 輪廓編程; 非輪廓編（biān）程

在（zài）數控加工（gōng）編程中，通過使（shǐ）用刀具半徑補償可以簡化程序編（biān）製（zhì）。但在實（shí）際編程（chéng）中（zhōng），由於對刀具半徑補償概念認識不足，經常發生補償方向判定和補償（cháng）值計算的錯誤。

下麵就刀具半徑補償的概念（niàn）、刀具半徑補償方向判（pàn）別和補償值計算等問題進行分析。

1、刀具半徑補償的（de）作用

刀位點是刀具上用來代表刀具運動坐標位置的點，不同的刀具其刀位點不盡相同，圓柱立銑刀的刀位點是銑刀（dāo）端麵中（zhōng）心點。

數控程序控製的（de）是刀位點的運動軌跡，當直接采用工（gōng）件加工表麵輪廓坐標值進行編程時，刀位點就會（huì）沿著工件加工（gōng）表麵輪廓運動，由於刀（dāo）具半徑的存（cún）在，刀（dāo）具會多切入工件表麵一個刀具（jù）半（bàn）徑，從而造（zào）成過切（qiē）。如（rú）果要避免刀（dāo）具過切，刀（dāo）具的（de）實際走刀路徑就需要（yào）相對於工件加工表麵輪廓向無材料側偏移一個刀具半徑。因此，就需（xū）要按（àn）照該偏移輪廓（kuò）進行編程，這又需（xū）要計算（suàn）編程路徑上大量的（de）基點坐標，給編（biān）程帶來諸多不便。在數控係統中，可以采用刀具（jù）半徑補償設置，數控係統自動將刀具向工件輪廓無材料（liào）側偏移一個（gè）刀具半徑，以避免刀具過切，並免去人工計算刀具實（shí）際走刀路徑上大量基點坐標的繁雜（zá）工作。

2 、兩種編程路徑的刀具半徑補償辨析

(1) “輪廓編程圖

如圖1所示，數控銑削加工中，大多數情況下，直接按（àn）照零（líng）件表麵輪廓 AB 的尺寸坐標進行編程，AB 稱為（wéi）編程路徑，這種編程簡稱為（wéi）“輪廓編程（chéng）”。此時編程路徑與工件加工表麵輪廓（kuò）重合。在圖1中，“輪廓編程”時，沿進給方向看，刀（dāo）具位於工件的左（zuǒ）側，為（wéi）了避免刀具多切（qiē）入工（gōng）件一個（gè）半徑，加工（gōng）中刀具需要向工件輪廓的無材料側 ( 左側（cè）)偏移（yí）一個刀具半徑，此時，就稱為左刀補。如圖 1 所示,當零件表麵需要進行多工步加工時，如: 粗、精兩個工步加工，工步 1 和工（gōng）步 2 的刀具半徑補償（cháng）值分別為（wéi）:

圖 1 “輪廓編程”的刀補（bǔ）

式中（zhōng）: Ｒ1為工步（bù） 1 的刀具半徑補償值;

Ｒ2為工步 2 的刀具半徑補償值;

r 為刀具（jù）半徑值;

ap2為工步 2 的背吃（chī）刀量。

推而廣之（zhī），當（dāng）前工步的刀具半徑補（bǔ）償（cháng）值，可用式 ( 1) 計算:

式中: Ｒi為第 i 工步的刀具（jù）半徑補償值;

api 為第i工步的背吃刀量

即: 當前工步（bù）的刀具半徑補償值就等（děng）於刀具半徑值加上之後（hòu）所有（yǒu）工步的背吃刀量之（zhī）和。

(2) “非輪廓編（biān）程”

圖 2 所示，為了簡化編程（chéng）及工藝安（ān）排等需要（yào），采用的編程路徑 AB 並不是零件的表麵輪廓，這種（zhǒng）編程簡稱（chēng）為 “非輪廓（kuò）編程”。

圖 2 “非輪廓編程”的刀補

在圖 2 中，沿進給運動方向看，刀（dāo）具位於工件（jiàn）材料（liào）的左側。但由（yóu）於編程（chéng）路徑（jìng）遠離工（gōng）件輪廓，為保證能夠切除工件表麵餘量，刀具需要相對於編程路徑 AB向工件輪廓側 ( 右側) 偏移。因此，該刀補應該稱（chēng）為 “右刀補”。實際上，“輪（lún）廓編（biān）程”時，也可以用這一原則判定刀具的左、右補償。即刀具的左、右刀補（bǔ）判定依據應（yīng）是: 刀具相（xiàng）對於編程路徑的（de）偏移方向。此時，工步 1 和（hé）工步2 的刀具半徑補償值可以根據圖 3 計算如下:

Ｒ1= B － r － ap2

Ｒ2= B － r式中: B

為編程路徑與零件表麵間（jiān）距離;

Ｒ1為（wéi）工步 1 的刀（dāo）具半徑（jìng）補償值;

Ｒ2為工步 2 的刀具半徑補償值;

r 為刀具半徑（jìng）值（zhí）;

ap2為工步 2 的背吃（chī）刀量。

圖 3 “非輪廓編（biān）程”刀（dāo）補值

推而廣之，當（dāng）前（qián）工步的刀具半徑補償值，可用式(2) 計算:

式中: Ｒi為第（dì） i 工步（bù）的刀具（jù）半徑補償（cháng）值;

api為第 i 工步的背吃刀（dāo）量。

3 、“輪廓編程（chéng）” 時刀具半徑補償應用（yòng）

圖 4 所示，一次走刀（dāo），以直徑 20 mm 的刀具，銑削□70 mm 的凸台輪廓，采（cǎi）用左刀（dāo）補（bǔ）。由式 (1)可知，此時可在數控係統中設置刀具半徑（jìng）補償值為10。

圖 4 外輪廓加工

采用主程序調（diào）用子程序，其程序編寫如下:

主程序:

O0001;

M6 T01;

G17 G90 G54;

G00 X90 Y0;

M03 S1000;

G00 G43 Z5 H01;

G01 M08 Z － 20 F100;

G01 G41 X49. 497 Y0 D01 F400;

M98 P0002;

M30;

輪廓加工子程序:

O0002;

G01 X0 Y － 49. 497;

G01 X － 49. 497 Y0;

G01 X0 Y49. 497;

G01 X49. 497 Y0;

G01 G40 X90 Y0;

G01 G49 M09 N05 Z200;

M99;

4 、“非（fēi）輪廓編程” 時刀具半（bàn）徑補償應用

圖 5 所示，一（yī）次走刀，以 15 mm 立銑刀銑削圓（yuán）環槽。為獲得圓環槽內、外側壁較（jiào）高的表麵加工質量，走刀路徑均采（cǎi）用順銑安排，即內側壁按順時針走刀，外側壁按逆時針走刀

圖 5 圓環槽加工。

為（wéi）簡化編程，編程路徑采用圓環槽中（zhōng）心線100mm 圓。由式 ( 2) 可知，此時可在數控係統中設置刀具半徑補償值（zhí）為 2. 5。加工內外側壁均應采用右刀補。

為防（fáng）止（zhǐ）空（kōng）刀運動切到工（gōng）件，外側壁與內側（cè）壁加工路徑轉（zhuǎn）換時，以互為（wéi）對稱的點 A、A' 作為路徑變換點。並用點（diǎn） A 作為加工外側壁的起刀點，用點 A'作為加工內側壁的起刀（dāo）點，以保證刀補運動盡量沿切線方向切入工件。

考（kǎo）慮到實際加（jiā）工中可能分粗精加工和（hé）換刀等，將內外側輪廓加工分別（bié）寫成（chéng）兩個子程序（xù），其程序編寫如（rú）下:

主程序:

O0003;

M6 T02;

G17 G90 G54;

G00 X49. 356 Y － 8;

M03 S800;

G00 G43 Z5 H02;

G01 M08 Z － 20 F100;

G01 G42 X50 Y0 D02 F300;

M98 P0004;

G01 G42 X50 Y0 D02;

M98 P0005;

G00 X100 Y100;

M30;

加工外（wài）側壁子程序為:

O0004;

G03 I － 50;

G01 G40 X49. 356 Y8;

M99;

加工內側壁子程序為:

O0005;

G02 I － 50;

G01 G40 X49. 356 Y － 8;

G00 G49 Z200 M05 M09;

M99;

5 、結論

在零件輪廓銑削加工中，有 “輪（lún）廓編程” 和“非輪廓（kuò）編程”兩種編程（chéng）路徑（jìng）。在這兩種（zhǒng）情況下，需要注（zhù）意刀具半徑左、右補償的辨識，其刀具（jù）半徑補償值的計算有所不同。為了滿足工件加工工（gōng）藝和簡化編程的要求，子程（chéng）序編寫應考慮到粗、精加（jiā）工工藝安排，切削用量的改變，刀具的更換等情（qíng）況。

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