前言
刀具半徑補償?shù)幕靖拍?
圖1 加工中的刀具半徑補償
在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑(如銑刀半徑或線切割機的鉬絲半徑等)， 刀具中心的運動軌跡與所需加工零件的實際輪廓并不重合。如在圖1中，粗實線為所需加工的零件輪廓，點劃線為刀具中心軌跡。由圖可見在進行內(nèi)輪廓加工時，刀具中心偏離零件的內(nèi)輪廓表面一個刀具半徑值。在進行外輪廓加工時，刀具中心又偏離零件的外輪廓表面一個刀具半徑值。這種偏移，稱為刀具半徑補償。
采用刀具半徑補償?shù)淖饔煤鸵饬x
數(shù)控機床一般都具備刀具半徑補償?shù)墓δ?。在加工中，使用?shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償功能，就能避開數(shù)控編程過程中的繁瑣計算，而只需計算出刀具中心軌跡的起始點坐標(biāo)值就可。同時，利用刀具半徑補償功能，還可以實現(xiàn)同一程序的粗、精加工以及同一程序的陰陽模具加工等功能。
刀具半徑補償指令的使用方式
根據(jù)ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進方向的左邊時，稱為左刀補，用G41表示；刀具中心軌跡在編程軌跡前進方向的右邊時，稱為右刀補，用G42表示；注銷刀具半徑補償時用G40表示。
2 刀具半徑補償過程
刀具半徑補償建立：當(dāng)輸入BS緩沖器的程序段包含有G41/G42命令時，系統(tǒng)認為此時已進入刀補建立狀態(tài)。當(dāng)以下條件成立時，加工中心以移動坐標(biāo)軸的形式開始補償動作。
有G41或G42被指定；
在補償平面內(nèi)有軸的移動；
指定了一個補償號或已經(jīng)指定一個補償號但不能是D00；
偏置(補償)平面被指定或已經(jīng)被指定；
G00或G01模式有效。
補償模式：在刀具補償進行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個刀具半徑值的距離。此時半徑補償在G00、G01、G02、G03情況下均有效。
取消補償：使用G40指令消去程序段偏置值，使刀具撤離工件，回到起始位置，從而使刀具中心與偏程軌跡重合。當(dāng)以下兩種情況之一發(fā)生時加工中心補償模式被取消。①給出G40同時要有補償平面內(nèi)坐標(biāo)軸移動。②刀具補償號為D00。
3 刀具半徑補償在加工中心中的應(yīng)用
有了刀具半徑自動補償功能，除可免去刀心軌跡的人工計算外，還可利用同一加工程序去完成粗、精加工及陰陽模具加工等。
不同平面內(nèi)的半徑補償
刀具半徑補償用G17、G18、G19命令在被選擇的工作平面內(nèi)進行補償。即當(dāng)G18命令執(zhí)行后，刀具半徑補償僅影響X、Z移動，而對Y軸沒有作用。
銑削如圖2所示圓柱面，使用刀具是半徑為10mm的球形立銑刀。編程控制點有兩個，即刀尖、球心，這里使用球心。
O0001
N1 G9054G18G00X60.0Y0S1000M03;
N2 Z0;
N3 G91G01 G41X-20.0D01 F100;
N4 G02X-80.0I40.0;
N5 G40GG0lX20.0;
┇
┇
N22vG90G00Z100.0;
N23vX0 Y0M05;
N24 M30;
實現(xiàn)同一程序的粗、精加工：刀具半徑補償除方便編程外，還可改變補償大小的方法以用實現(xiàn)同一程序的粗精加工。
粗加工刀具補償量＝刀具半徑+精加工余量，精加工刀具補償量＝刀具半徑+修正量
實現(xiàn)同一程序的陰陽模具加工
在加工同一公稱尺寸的內(nèi)、外兩種型面時，可分別調(diào)用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互換)完成內(nèi)、外兩種型面的加工。如圖3。
圖3 內(nèi)、外兩種型面的加工
4 使用刀具半徑補償時常見的問題
半徑補償時的過切問題
無被選擇的工作平面內(nèi)的移動指令：當(dāng)?shù)毒甙霃窖a償指令發(fā)出時，第一段程序先被讀入BS，在BS中算得的第一段編程軌跡被送到CS暫存后，又將第二段程序讀入BS，算出第二段的編程軌跡。接著對第一和第二兩段的編程軌跡的連接方式進行判別。根據(jù)判別結(jié)果，再對CS中的第一段編程軌跡作相應(yīng)的修正。修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段編程軌跡由CS 送AS第二段編程軌跡由BS送入CS。隨后，由CPU將AS中的內(nèi)容送到OS進行插補運算，運算結(jié)果送伺服裝置予以執(zhí)行。如接下的兩個程序段在被選擇的工作平面內(nèi)無移動指令，機床無法判斷刀具半徑補償?shù)姆较?，此時機床不發(fā)出報警信號，補償繼續(xù)進行，只是補償?shù)钠鹗键c發(fā)生變化，從而導(dǎo)致工件發(fā)生過切現(xiàn)象。例，如圖4。
O0002
N1 G90G54G17 G00X0Y0S2000M03
N2 Z100.0
N3 G41 X40.0Y10.0D01
N4 Z2.0 } 連續(xù)兩句Z 軸移動
N5 G01Z-10.0F100 而沒有XY 軸移動
N6Y100.0
N7X100.0
N8Y40.0
N9X20.0
N10G00Z100.0
N11G40X0Y0M05
N12M30
刀具補償值大于被加工部分內(nèi)圓弧半徑：當(dāng)零件上的圓弧半徑小于刀具半徑補償值時，向圓弧、圓心方向的半徑補償將會導(dǎo)致過切，這時程序運行到該程序段時，機床將發(fā)出報警并停止在將要過切程序段的起始點上，如圖5所示。
圖5 不停機導(dǎo)致過切
被銑削部分的槽底寬小于刀具直徑：當(dāng)?shù)毒甙霃窖a償使刀具中心向編程路徑反方向運動，將會導(dǎo)致過切。此時機床將會報警并停留在該程序段的起始點，如圖6 所示。
G40 執(zhí)行前改變補償號
刀具半徑補償號要在刀具補償取消后才能改變，如果在G40下變換補償號，當(dāng)前程序段的目的點的補償量將按照新的給定值，而當(dāng)前程序段開始點補償量則不變，從而可能導(dǎo)致欠切削或過切。
在G02、G03模式下取消刀具補償
刀具補償必須在G00、G01模式下取消在G02、G03模式下取消刀具補償時，系統(tǒng)將發(fā)出報警。
M96模式與M97模式
在圓角過渡模式M96下，用G41或G42進行刀具半徑補償時，如果相鄰程序軌跡交角為180°或更大，刀具將以圓弧插補方式繞著交點回轉(zhuǎn)。相反在交角過渡模式M97下，刀具中心將運動至二相鄰刀心軌跡的點而不是進行圓弧插補。當(dāng)加工零件上的階臺高度比刀具半徑小時，用M96模式將會引起過切，如用M97模式則可以順利通過，如圖7 所示。
圖7
5 結(jié)論
當(dāng)數(shù)控機床具有刀具半徑補償功能時會極大方便計算和編程，但在使用此項功能時應(yīng)注意機床的硬件條件以及工件輪廓幾何要素的過渡處的處理，以避免產(chǎn)生欠切削和過切等問題，提高工件的加工精度。
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