數控技術畢業設計-刀具半徑補償在數控銑削加工中的應用研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 X64 Y172 R184。 N23 G02 X172 Y64 R184。 N24 G03 X184 Y0 R184。 N25 G40 G01 X N26 M99。 這里用了 G42 刀具半徑右補償，由于存在補償，所以刀具中心軌跡與工件輪廓不重合，如果不設置刀具半徑補償，只能按刀具的中心軌跡編程，即按照上圖中的虛線進行編程，計算相當的復雜，尤其是當刀具磨損或換新刀使刀具半徑變化時，還要重新計算刀具中心的軌跡并修改程序，很是繁瑣的，還不能保證加工精度。數控銑床具備刀具半徑補償功能時，只需要按工件輪廓編寫程序即可，設置好補償值，系統會自動計算刀心軌跡，相當的方便 一般要在未銑削到工件之前下刀補，在零件加工完之后取消刀補 。 即提前上刀補，置后下刀補。設置刀具補償還有一個好處 就 是加工方便，無論換用直徑為多少的刀，只要改一下補償值就行了 在加工零件時，經常要去除余量，去除余量方法也較多，用刀補功能去除是常用的方法。刀補值的廣義含義是刀具與對應輪廓的距離，刀補值越大，刀具偏離輪廓距離越遠，根據這個原理，可以實現余量去除。如加工 ,80mm盲孔，只要按輪廓編如下程序： 0123(銑床加工程序 ) G54 C40 GO Z100(,r32mm鍵槽銑刀 ) X0 Y0 M03 Sl000 Z2 GOl Z2 F50(盲孔深 2mm) 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 6 G41 D01 X10 Y30 F120(建刀補 ) G03 X40 Y0 R30(切向進刀 ) I40(走輪廓 ) X10 Y30 R30(切向出 刀 ) G0 Z100(抬刀 ) G40 Y200(取消刀補 ) M30 (程序結束 ) 上述程序，刀補值 D01取 8mm(刀具半徑 )時，即可加工出郝 R160mm盲孔的內輪廓，但輪廓內仍有余量，此時可用加刀補的方法去除，刀補值取 20mm、 28ram。 分別運行上述程序，即可去除余量，完成盲孔加工。 1． 4． 2用刀補去余量應注意的問題 1)含內圓弧輪廓時去余量。要去除余量，在加 工輪廓所用刀補值的基礎上，必須采用增加刀補值來實現，對于外圓弧輪廓，最大值不受限制，對于內圓弧輪廓，刀補值一般應小于內輪廓最小曲率半徑，否則可能會引起干涉等問題，在本文 1． 4． 1節中，如 28mm刀補值改為 32mm時，將產生干涉，因為切向切人的圓弧為 R30mm內圓弧， D01取 32mm時，反向圓弧走刀引起干涉，值得注意的是，如果反向走刀不會引起干涉，刀補值也不受此限制，如圖 2所示鈍角包圍的圓弧輪廓，可用加刀補值去除內余量。 圖 鈍角內圓弧輪廓去余量 2)銳角內圓弧去余量。兩銳角邊用圓弧 連接形成的內輪廓如圖 3所示，當刀位點在安全區時，不會產生問題，在警界線包圍區域，則產生過切，從圖 3分析，最大刀補值可以大于圓弧最小曲率半徑，但如過大， 則會引起過切，因此最大刀補值受到限制；如果是直角或鈍角，從刀具軌跡分析可知，不會產生干涉過切現江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 7 象，因此最大刀補值不會受到限制。 圖 銳角內圓弧去余量 1． 5用刀補控制尺寸精度 零件尺寸精度涉及到工藝、設備和刀具等多方面因素，因磨損、重磨或換新刀引起刀具直徑改變后，機 床只要具有刀補功能，就不必修整程序，只調整刀補值即可。要保證尺寸精度， 在工藝上應安排粗／精加工，并充分利用刀補功能，根據加工過程工件測量值來調整刀補值和工藝參數，以達到零件精度要求。以下說明精度控制方法。 加工一個 （ ～ ）（ ～ ） 2mm方體零件，按照公稱尺寸編程如下： O123(銑床加工程序 ) N10 G54 G40 G0 Z100(r32mm立銑 刀 ) N20 X60 Y60 M03 S1000 N30 Z2 N40 G0l Z2 F50 N50 G4l Dl X40 F120 N60 Y40 N70 X40 N80 Y40 N90 X50 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 8 N100 G0 Z100 Nl10 G40 Y200 N120 M30 上述程序采用順銑工藝，順銑讓刀，會少切，故可取小的精加工余量，如0． 20mm，那么粗加工的刀補值 為 ，按此值加工，假如測得邊長 80． 46mm，實際 合格尺寸為 79． 92～ 79． 98mm。因為是外輪廓，按最大尺寸計算刀補，單邊實際余量為 (80． 46— 79． 98)／ 2=，精加工應取刀補值 D=—0． 24=7． 96mm，按 7． 96mm刀補進行精加工，理論上得到 79． 98mm尺寸，實際上精加工 時切削量少，順銑讓刀少，所以真實尺寸比理論尺寸小，因此根據刀具情況，精加工時可適當加大刀補，如再次測量尺寸已很接近精度要求，可不調整刀補，用空走刀來處理。 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 9 第二章 刀具半徑補償功能在銑削加工中產生的問題 1） 有的程序在調用子程序之前，建立了刀補，在子程序結束處，沒取消刀補，緊接著第二 次調用子程序，在第二圈加工完畢才取消刀補， 結 果一圈走下來，刀具在此處轉圈，出現過切。正 確的編程方法是 :銑完第一圈沿切線方向切出時， 先取消刀補，下刀后 ，再建立刀補，調用子程序銑削 第二圈。 2） “在建立刀具半徑補償后，不能出現連續兩 個程序段無選擇補償坐標平面的移動指令，否則數 控系統因無法正確計算程序中刀具軌跡交點坐標， 可 能產生過切現象 ”。 盡管教科書上強調了這一點， 但是在具體運用時，學生常常不得要領。例如為了利 用子程序解決每次銑削 mm深的問題，有以下 程序 : N 10 G 00 Z10 N20 X 0 Y0 N30 M 0 3 S600 N40 G 42 GOI Y50 DO1 F200 N50 G 90 GOO ZO N60 G9 1 GOI N70 G90 G0I X 50 由于建立刀具半徑補償后 ， 連續兩個程序段 (N50N60)在平面軌跡上沒用到刀補，故仿真加工 時顯示出錯信息。可見建立刀補后，要馬上在 XY平面用上刀補進行軌跡加工，防止隨后出現多個無軸 運動的指令，如 G90, G91, M03等。 另外， 開始切削加工前，在離開工件的位置預先加上工刀 具 半徑補償 (通常在 XOY平面或與 XOY平面平行的平面上 )，之后進行 Z軸方向的切入。為保證程序運行后得到正確的工件輪廓而不產生過切，編程時必須注意加工程序的結構 。 如圖所示，在 XOY平面內 (或平行于 XOY平面的平面內 )使 用刀具半徑補償功能(有 Z軸移動 )進行輪廓切削，設起點在 (0， 0， 100)處，當刀具半徑補償 從 起點開始時，由于接近工件及切削工件時要有 Z軸移動，按以下程序加時就會出現過切現象，并且系統不會報警停止。 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 10 圖 圖 刀具半徑補償軌跡 O 0001 N1 G90 G54 S1000 M03； N2 G00 Z100； N3 X0 Y0； N4 G0l G41 X20 Y10 D01 F100； N5 Z2； N6 Z10； N7 Y50； N8 X50； N9 Y20； N10 X10； N11 G00 Z100； N12 G40 X0 Y0； N13 M05； N14 M30； 根據刀具半徑補償功能編程規則，在 XOY平面內 (或平行于 XOY平面的平面內 )建立刀具半徑補償后，不能連續出現兩段 z軸的移動指令，否則會出現補償位置不正確。當半徑補償從 N4程序段開始建立的時候，數控系統只能預讀其后的兩個江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 11 程序段，而 N N6兩段程序段都是 z軸移動指令，沒有 XOY平面內的坐標移動，系統 無法判斷下一步補償的矢量方向，這時系統并不報警，補償照樣進行，但是 N4程序段執行后刀心軌跡目標點發生了變化，不再是圖中的 P點，而是如圖所示的P1點，這樣就產生了過切 (圖中陰影部分 )。 為避免這種過切，可以在建立半徑補償之前，選擇一個不會發生干涉的安全位置，使 z軸以快速運動接近工件后，再以進給速度進給到切削深度。將上述程序改為： N1 G90 G54 S1000 M03； N2 G00 Z100； N3 X0 Y0； N4 Z5； N5 G01 Z10 F100； N6 G41 X20 Y10 D01： N7 Y50； N8 X50； N9 Y20； N10 X10； N11 Z100； N12 G40 X0 Y0 M05； N13 M30。 采用這個程序段進行加工，就可以避免過切的產生。 3） 建立刀補后，在 XY平面上用刀補加工軌跡， 如果加工表面既有直線又有曲線，應該先加工直線，再加工曲線，否則容易出現過切現象。 4）利用刀補使用的例子： 加工 R184mm的外圓，編程時，用 R20mm的立銑刀，按中心軌跡編程，且編成了加工 R180mm的圓，加工時使用的是 @12的立銑刀，在這么多變數的情況下欲加工出 R184mm的外圓，只要用 G42建立刀補，刀具半徑輸人R2((D92～ D90,R5～ R6各 1mm)給予補償，就不必修改程序了。 5） 使用刀補時，在每一程序段中刀具移動到的終點位置，不僅與終點坐標有關，而且與下一段刀具運動的方向有關，應避免夾角過小或過大的運動軌跡，否江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 12 則有可能過切或欠切。 如下段程序 : N1 0 G 00 Z5 N2 0 G00 X0 Y0 N3 0 M 03 S600 N4 0 G42 G00 X50 Y7 D01 N5 0 G01 Z2 F200 N6 0 G01 X28 執行程序后，刀具的走刀軌 跡如圖， 圖 其中虛線部位被切掉，出現了過切現象。究其原因是刀具由 (X0, YO)向 (X50, Y7)移動的過程中，使用 G42建立了右刀補，使刀具中心偏移一個半徑，移至圖 a右側的位置，接下來執行 N60 G01 X28，由 于前后兩句指令刀具的進給方向相反，所以出現了以上結果。 將程序改為 : N1 0 G 00 Z5 N2 0 G 00 X0 Y0 N3 0 M 03 S600 N3 5 G 00 X60 YO N4 0 G42 G00 X50 Y7 D01 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 13 N5 0 G 01 Z2 F200 N6 0 G01 X28 圖 修改程序 ，把建立刀補與接下來使用刀補切削輪廓的進給方向保持一致，過切問題得以解決。見圖 . 刀具半徑自動補償功能為數控加工提供了很大方便，但在應用刀具補償指令時，應注意以下問題： (1)執行 G4 G42指令時的第一條移動指令和用 C,40指令撤消 G4 G42指令時的移動指令只能用 901或 COO指令，而不能用 G02或 G03指令，且在這兩個程序段中 ， 刀具不應接觸到工件，以免產生過切或欠切現象。 (2)改變 補償值必須在 G40執行后重新建立新的刀具補償值。如需改變刀具半徑補償號，則要在當前刀具補償值取消之后才能改變；如果不在 G40取消當前的補償號之后來改變，則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，從而可能導致欠切過切現象。 (3)數控加工中，從刀具使用壽命、加工精度、表面粗糙度角度來考慮，一般采用順銑；通常規定外輪廓采用順時針走刀路線，內輪廓采用逆時針走刀路線，這樣 G41使用較多。值得注意的是，當 NC執行到帶有 C,41(G42)和 D指令程序段時，只能同時預讀其后兩個程序段， 這兩個程序段在指定平面坐標軸移動的走向決定補償的方向，如果有連續兩段或兩段以上沒有指定平面 (如 XY平面 )內的坐標移動指令， NC將無法判斷下一步補償矢量的方向而出現過切現象。 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 14 (4)刀具的半徑應小于最小凹弧半徑 (不管是外輪廓還是內輪輪廓 )，否則機床將報警。 (5)為了保證切削輪廓的完整性、平滑性，內、外輪廓的走刀方式一般采用圓弧切入、切出輪廓的方式。圓弧切入之前，用 G41或 C,42指令， G00／ GO1走直線，進行刀具半徑補償；圓弧切出之后，用 G40指令， G00／ G01走直線，取消刀具半徑補償，其中過渡圓弧半徑 應大于刀具半徑。 江西理工大學南昌校區 2020 屆專科生畢業論文 15 第三章 刀具材料 在金屬切削過程中，刀具直接承擔切除工件余量和形成已加工便面的任務。各類刀具一般都由夾持部分和切削部分組成。夾持部分的材料一本多用中碳鋼，而且學部分的材料根據不同的加