銑削加工中心刀具半徑補償的應用

發布日期：2011-11-25 蘭生客服中心瀏覽：2610

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前言

刀具半徑補償的基本概念

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。由圖可見在進行內輪廓加工時，刀具中心偏離零件的內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。
數控機床一般都具備刀具半徑補償的功能。在加工中，使用數控系統的刀具半徑補償功能，就能避開數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值就可。同時，利用刀具半徑補償功能，還可以實現同一程序的粗、精加工以及同一程序的陰陽模具加工等功能。
根據ISO 標準規定，當刀具中心軌跡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。

采用刀具半徑補償的作用和意義

刀具半徑補償指令的使用方式

2 刀具半徑補償過程

刀具半徑補償建立：當輸入BS緩沖器的程序段包含有G41/G42命令時，系統認為此時已進入刀補建立狀態。當以下條件成立時，加工中心以移動坐標軸的形式開始補償動作。
1. 有G41或G42被指定；
2. 在補償平面內有軸的移動；
3. 指定了一個補償號或已經指定一個補償號但不能是D00；
4. 偏置(補償)平面被指定或已經被指定；
5. 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。當以下兩種情況之一發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坐標軸移動。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。

圖2 G18指令的使用

不同平面內的半徑補償

實現同一程序的粗、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

實現同一程序的陰陽模具加工

圖3 內、外兩種型面的加工

在加工同一公稱尺寸的內、外兩種型面時，可分別調用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互換)完成內、外兩種型面的加工。如圖3。

刀具半徑補償用G17、G18、G19命令在被選擇的工作平面內進行補償。即當G18命令執行后，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;

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

G40 執行前改變補償號

在G02、G03模式下取消刀具補償

M96模式與M97模式

無被選擇的工作平面內的移動指令：當刀具半徑補償指令發出時，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。根據判別結果，再對CS中的第一段編程軌跡作相應的修正。修正結束后，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中的內容送到OS進行插補運算，運算結果送伺服裝置予以執行。如接下的兩個程序段在被選擇的工作平面內無移動指令，機床無法判斷刀具半徑補償的方向，此時機床不發出報警信號，補償繼續進行，只是補償的起始點發生變化，從而導致工件發生過切現象。例，如圖4。

圖4 半徑補償中的過切現象

O0002

N1 G90G54G17 G00X0Y0S2000M03

N2 Z100.0

N3 G41 X40.0Y10.0D01

N4 Z2.0	}	連續兩句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圓弧半徑：當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致過切，這時程序運行到該程序段時，機床將發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 不停機導致過切

圖6 不停機導致過切

被銑削部分的槽底寬小于刀具直徑：當刀具半徑補償使刀具中心向編程路徑反方向運動，將會導致過切。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。

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，當前程序段的目的點的補償量將按照新的給定值，而當前程序段開始點補償量則不變，從而可能導致欠切削或過切。

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，系統將發出報警。

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。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