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　　0　引　言

目前刀具補(bǔ)償?shù)睦碚摷捌鋵?shí)現(xiàn)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。國(guó)內(nèi)有很多書(shū)籍和文章介紹了該指令的應(yīng)用原理,但由于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同,相同的刀具補(bǔ)償?shù)睦碚撛诰唧w數(shù)控系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)卻有著很大的不同,在我單位已建成的數(shù)控培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)中心里,有九臺(tái)生產(chǎn)型數(shù)控機(jī)床,數(shù)控系統(tǒng)包括FAUNC 、 SIE-MENS 等系統(tǒng)。通過(guò)幾年的使用,我們發(fā)現(xiàn)數(shù)控編程中刀具補(bǔ)償及其使用在具體數(shù)控系統(tǒng)上的特定性常常使用者困惑,本文就此問(wèn)題,綜合市場(chǎng)上主流的 FA UNC 與SIEMENS 系統(tǒng)進(jìn)行比較說(shuō)明,總結(jié)出其共性與個(gè)性,以供參考。

1　數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償

1. 1　數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)生

數(shù)控車(chē)床是一種自動(dòng)化程度很高的加工設(shè)備,它加工精度高,穩(wěn)定性好,操作勞動(dòng)強(qiáng)度低,可以在一次裝夾中完成其全部或大部分加工工序。但在數(shù)控車(chē)削中,要想正確地進(jìn)行切削,滿(mǎn)足加工精度的要求,建立車(chē)刀和工件的相對(duì)位置關(guān)系非常重要。在數(shù)控車(chē)削中,當(dāng)工件夾緊后,需要通過(guò)安裝在刀架上的刀具來(lái)建立起機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系之間的關(guān)系,也就是俗稱(chēng)的對(duì)刀操作。在數(shù)控車(chē)床編程中,刀尖的位置在假想位于刀架的中心點(diǎn)上。但在實(shí)際加工中,由于刀具的幾何形狀、安裝位置不同,其刀尖位置相對(duì)于工件原點(diǎn)的距離也不相同,如果不進(jìn)行補(bǔ)償,在換刀后前一刀具刀尖位置和新?lián)Q的刀具的刀尖位置之間會(huì)產(chǎn)生差異。另外刀具的磨損也會(huì)產(chǎn)生加工誤差,若不及時(shí)利用刀具補(bǔ)償功能予以補(bǔ)償,同樣加工不出符合圖樣要求形狀的零件。所以必須對(duì)這種差異和偏差進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償,才能加工出正確的零件形狀。在數(shù)控車(chē)床編程中將這種補(bǔ)償統(tǒng)稱(chēng)為刀具補(bǔ)償,簡(jiǎn)稱(chēng)刀補(bǔ)。車(chē)刀的刀補(bǔ)一般可分為刀具位置尺寸補(bǔ)償,刀具刀尖半徑補(bǔ)償?shù)取?/span>

1. 2　數(shù)控車(chē)床刀具位置尺寸的補(bǔ)償

刀具位置尺寸補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是將刀具相對(duì)于工件的坐標(biāo)由刀具安裝的定位點(diǎn)移到刀尖位置。以最簡(jiǎn)單的四工位數(shù)控車(chē)床旋轉(zhuǎn)刀架為例,由圖1可以看出,刀具1 相對(duì)與刀架中心的坐標(biāo)為 X1 、Y1 ,刀具2相對(duì)于刀架中心的位置為X2 、Y2 ,因?yàn)閿?shù)控車(chē)床刀具安裝系統(tǒng)的特性,即便是尺寸完全相同的兩把刀具安裝在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的旋轉(zhuǎn)刀架上,其相對(duì)于刀架中心的尺寸也不可能完全相同,所以需要通過(guò)對(duì)刀操作以補(bǔ)償因?yàn)椴煌毒呦鄬?duì)于刀架尺寸不同而在換刀時(shí)出現(xiàn)的刀尖不重合的現(xiàn)象,簡(jiǎn)言之,就是要通過(guò)車(chē)刀位置尺寸補(bǔ)償來(lái)使不同尺寸的車(chē)刀在同一個(gè)工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)中運(yùn)動(dòng)。數(shù)控車(chē)床對(duì)刀設(shè)置的方法一般有試切對(duì)刀、機(jī)械對(duì)刀儀對(duì)刀( 接觸式)、光學(xué)對(duì)刀儀對(duì)刀( 非接觸式) 等。

1. 3　數(shù)控車(chē)床刀具刀尖半徑的補(bǔ)償

通過(guò)上面的刀具位置尺寸補(bǔ)償,我們已將數(shù)控編程的坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)置在了刀具刀尖點(diǎn)上。但為了提高刀具的使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度,通常將刀尖磨成半徑不大的圓弧,一般圓弧半徑尺寸在0 . 4 ～ 1. 6 mm 之間,如圖 2 所示。很顯然,假想刀尖點(diǎn)與實(shí)際切削點(diǎn)是不同點(diǎn),當(dāng)加工與坐標(biāo)軸平行的圓柱面和端面輪廓時(shí),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(shí),刀尖圓弧將引起其尺寸和形狀誤差,而且刀尖圓弧半徑越大,誤差越大。這種誤差的大小不僅與輪廓形狀、走勢(shì)有關(guān)。而且與刀尖圓弧半徑有關(guān),當(dāng)零件加工精度要求較高時(shí),就可能出現(xiàn)超差,所以如果在數(shù)控加工或數(shù)控編程時(shí)不對(duì)刀尖圓角半徑進(jìn)行補(bǔ)償,僅按照工件輪廓編制的程序來(lái)加工,勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生加工誤差[ 1]。

在數(shù)控加工中,可轉(zhuǎn)位數(shù)控車(chē)刀刀片的刀尖一般是圓弧狀,每種刀片的刀尖圓角半徑是一定的,選定了刀片型號(hào),對(duì)應(yīng)刀片的刀尖圓角半徑值即可確定。現(xiàn)代機(jī)床基本都具有車(chē)刀圓角半徑補(bǔ)償功能,即G41 左補(bǔ)償和G42右補(bǔ)償功能。在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機(jī)床上的相應(yīng)半徑偏置寄存器中輸入刀具圓弧半徑值,加工過(guò)程中,數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動(dòng)計(jì)算假想刀尖軌跡,進(jìn)行刀具圓角半徑補(bǔ)償,完成零件的加工。刀具半徑變化時(shí),不需修改加工程序,只需修改相應(yīng)刀具補(bǔ)償號(hào)的圓弧半徑值即可。

在編程中判斷左右刀補(bǔ)的過(guò)程中,遵循的原則是沿垂直于圓弧所在平面第三軸的反方向看去,再沿著刀具的前進(jìn)方向看去,如果刀具在被切削工件的左側(cè),編程時(shí)使用刀具左補(bǔ)償G41 ,如果刀具在被切削工件的右側(cè),編程時(shí)使用刀具右補(bǔ)償G42。但是對(duì)于只有兩坐標(biāo)軸的數(shù)控車(chē)床來(lái)講,加上刀架有前置和后置的區(qū)別,第三坐標(biāo)的引入及圓弧順逆判斷相對(duì)耗費(fèi)時(shí)間且容易出錯(cuò)。

實(shí)踐證明,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,可以不考慮右手笛卡爾坐標(biāo)系,直接看零件圖就判斷出圓弧加工的左右補(bǔ)償,即在圓弧編程時(shí),始終只分析零件圖軸線上半部分圓弧形狀,當(dāng)沿該段圓弧形狀從起點(diǎn)畫(huà)向終點(diǎn)為順時(shí)針?lè)较驎r(shí)就用GO2 ,反之就用 GO3。原因很簡(jiǎn)單,車(chē)床指向刀架的為X 軸的正方向,指向尾座為Z 的正方向,那么前后刀架的X 軸的方向是相反的,就導(dǎo)致參與判斷的第三軸 Y 軸的正方向是相反的,一個(gè)指向紙外,一個(gè)指向紙內(nèi),如圖3 所示。在后置刀架的數(shù)控車(chē)床加工中,由于 Y 軸指向紙外,在 XOZ 坐標(biāo)系中我們直接選擇工件的零件圖軸線上半部分圓弧形狀判斷圓弧順逆,而前置刀架的數(shù)控車(chē)床Y 軸指向紙內(nèi),我們選擇工件的零件圖軸線下半部分圓弧形狀判斷圓弧順逆時(shí)應(yīng)該從紙內(nèi)向紙外觀察,其結(jié)果正好與

前置刀架的判斷相同,因此,無(wú)論是前置后置刀架,我們可以只分析零件圖軸線上半部分圓弧形狀的順逆情況進(jìn)行編程。

2　不同數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償功能實(shí)現(xiàn)

2. 1　FAN UC 0i 數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

FANUC 系統(tǒng)是日本富士通公司的產(chǎn)品,通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC 系統(tǒng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)有非常悠久的歷史, 有多種型號(hào)的產(chǎn)品在使用,使用較為廣泛的產(chǎn)品有 FAN UC 0 、FANUC 16 、FAN UC 18 、FAN UC 21 等。在這些型號(hào)的產(chǎn)品中,使用最為廣泛的是FAN UC 0 系列,其中 FAN UC0i數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)更是市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)之一。

在FAN UC 的數(shù)控編程中,用 T 功能選擇刀具并調(diào)用刀具補(bǔ)償,其格式為 T xx x x ,其中前兩個(gè) xx為刀具號(hào),后兩個(gè) x x 為刀具補(bǔ)償號(hào),如 T0202。如果刀具補(bǔ)償號(hào)為00 , 則表示取消刀補(bǔ)。按下OFFSE T SE TTING 后在 CRT 上顯示刀具補(bǔ)正界面,按下補(bǔ)正對(duì)應(yīng)的功能軟件后在CRT 上將顯示磨耗和形狀兩個(gè)選項(xiàng),如圖4 所示,其中一般將對(duì)刀結(jié)果存儲(chǔ)在形狀存儲(chǔ)器中,而磨耗存儲(chǔ)器中一般用于輸入切削余量和修正對(duì)刀結(jié)果以及由于刀具磨損形成的零件加工誤差。磨耗和形狀均對(duì)應(yīng)刀具位置補(bǔ)償( X 和 Z 值) 和刀具圓弧半徑補(bǔ)償( R 和 T 值) 共 4 個(gè)參數(shù)。在加工之前,將對(duì)刀結(jié)果和相應(yīng)的磨耗補(bǔ)償輸人到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器CRT 上顯示。在自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中,數(shù)控系統(tǒng)按該存儲(chǔ)器中的 X 、 Z 、R 、T 的數(shù)值,自動(dòng)修正刀具的位置誤差和自動(dòng)進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償[ 2]。

需要特別說(shuō)明的是FANUC 的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器是公用的,一般使用與刀具名稱(chēng)相同的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器,例如 T0202 ,如果需要也可以同一把刀具使用多個(gè)刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器,如 T0202 , T0203。這種情況一般出現(xiàn)在使用同一把刀做粗精加工,所以使用不同的刀具補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)加工余量的預(yù)留。但是很少出現(xiàn)T0202 , T0302 這種情況,這樣表示 T02 和 T03 共用一個(gè)相同的 02 號(hào)刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器,這就要求T02 和 T03 刀尖相對(duì)于刀架中心的X 和 Y 坐標(biāo)完全相同,這在生產(chǎn)實(shí)踐中是不可能實(shí)現(xiàn)的。

2. 2　SIEMENS 802S/C 數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

總部位于柏林和慕尼黑的西門(mén)子集團(tuán)公司是世界上最大的電氣工程和電子公司之一。旗下的數(shù)控系統(tǒng)主要有 SINUMERIK 802S 、 802C 、802D 、 810D 、 840D 等。在這些型號(hào)中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) SIN UMERIK 802S 和普及型數(shù)控系統(tǒng) SI-N UMERIK 802C 使用較為廣泛,而且有著基本相同的操作界面。

在SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)中,使用 Txx 調(diào)用刀具,其刀具補(bǔ)償號(hào)由 Dx x 指令指定,其后的數(shù)字表示刀具偏置存儲(chǔ)器號(hào)。例如 T01 D01 ,如圖5所示,對(duì)應(yīng)刀具位置補(bǔ)償中,長(zhǎng)度 1 就是X 軸方向的補(bǔ)償,長(zhǎng)度2 就是Z 軸方向的補(bǔ)償,刀具圓弧半徑補(bǔ)償值 R 填在半徑存儲(chǔ)器里。與 FANUC系統(tǒng)相同,其中一般將對(duì)刀結(jié)果存儲(chǔ)在長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的幾何尺寸中,而長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的損存儲(chǔ)器一般用于輸入切削余量和修正對(duì)刀結(jié)果以及由于刀具磨損形成的零件加工誤差。在自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中,數(shù)控系統(tǒng)調(diào)用該存儲(chǔ)器中的長(zhǎng)度1 、長(zhǎng)度2 、半徑的幾何尺寸和磨損值疊加的數(shù)值,自動(dòng)修正刀具的位置誤差和自動(dòng)進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償[ 3 ]。

特別說(shuō)明的是, SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)中刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器是專(zhuān)屬的,例如 T01 D01表示調(diào)用1 號(hào)刀具同時(shí)調(diào)用1 號(hào)刀具的1 號(hào)刀補(bǔ),同理 T02 D01 表示調(diào)用2 號(hào)刀具同時(shí)調(diào)用2 號(hào)刀的1 號(hào)刀補(bǔ),兩個(gè)D01分屬于各自刀具,并沒(méi)有任何關(guān)系。這是因?yàn)樵?/span>SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)中,每一把刀具都有其專(zhuān)屬多個(gè)的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器并且互相沒(méi)有關(guān)系,而如果在程序中出現(xiàn) T01 D01 , T01 D02 這種情況,一般也是使用同一把刀具做粗精加工,調(diào)用同屬于T01 號(hào)刀具的兩個(gè)具有不同數(shù)值的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器。

3　結(jié)束語(yǔ)

總之,數(shù)控車(chē)床的刀具補(bǔ)償問(wèn)題是數(shù)控加工中應(yīng)該詳細(xì)了解和靈活使用的基本方法,操作者和編程人員都必須十分清楚補(bǔ)償?shù)脑砗筒僮鳌Ｐ枰貏e指出的是,不管使用何種方式對(duì)切削誤差進(jìn)行補(bǔ)償,其補(bǔ)償量都不一定完全準(zhǔn)確,這是由于在對(duì)刀過(guò)程中的視覺(jué)誤差,切削阻力的大小,工件受力形變等原因的影響造成的。刀補(bǔ)量的確定最終還要通過(guò)試切工件,對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量,然后再對(duì)相應(yīng)的刀補(bǔ)值進(jìn)行進(jìn)一步的修改以便加工出完全符合設(shè)計(jì)要求的工件。

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基于不同數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床刀具補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)

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