范文一:刀尖圆弧半径补偿的应用
刀具半径补偿在 FUNAC 系统车床中的应用 李季节
在数控切削加工中 , 为了提高刀尖的强度 , 降低加工表面粗糙度 , 刀尖处成圆弧过渡刃 . 在车削内孔、 外圆或端面时 , 刀尖圆弧不影响其 尺寸、形状;在切削锥面或圆弧时 , 就会造成过切或少切现象 . 如图 1所示:
图 1
在实际加工中, 一般数控装置都有刀具半径补偿功能, 为编制程 序提供了方便。 有刀具半径补偿功能的数控系统, 编程时不需要计算 刀具中心的运动轨迹,只按零件轮廓编程。使用刀具半径补偿指令, 并在控制面板上手工输入刀具半径, 数控装置便能自动地计算出刀具 中心轨迹,并按刀具中心轨迹运动。即执行刀具半径补偿后,刀具自 动偏离工件轮廓一个刀具半径值,从而加工出所要求的工件轮廓。 G41为刀具半径左补偿,即刀具沿工件左侧运动方向时的半径补 偿; G42 为刀具半径右补偿,即刀具沿工件右侧运动时的半径补偿;
G40 为刀具半径补偿取消,使用该指令后, G41、 G42 指令无效。 G40 必须和 G41或 G42 成对使用。,如图 2所示
前置刀架方向选择 后置刀架方向选择 图 2
编程时应注意:
G41、 G42不能重复使用, 即在程序中前面有了 G41或 G42指令之 后,不能再直接使用 G41或 G42指令。若想使用,则必须先用 G40指令 解除原补偿状态后,再使用 G41或 G42,否则补偿就不正常了。 “ 刀尖半径偏置 ” 应当用 G00 或者 G01功能来下达命令或取 消。不论这个命令是不是带圆弧插补, 刀不会正确移动,导致它逐 渐偏离所执行的路径。 因此, 刀尖半径偏置的命令应当在切削进程启 动之前完成; 并且能够防止从工件外部起刀带来的过切现象。 反之, 要在切削进程之后用移动命令来执行偏置的取消。
刀尖方位的确定
具备刀具半径补偿功能的数控系统,除利用刀具半径补偿指令
外,还应根据刀具在切削时所摆的位置,选择假想刀尖的方位。按假 想刀尖的方位, 确定补偿量。 假想刀尖的方位有 8种位置可以选择 (见 图 3) 。 箭头表示刀尖方向, 如果按刀尖圆弧中心编程, 则选用 0 或 9。
后置刀架刀尖方位
前置刀架刀尖方位 图 3
刀尖圆弧半径的选择:选择刀尖圆弧半径的大小 , 选择刀尖圆弧 半径的大小时, 注意有以下几点:(1) 刀尖圆弧半径不宜大于零件凹 形轮廓的最小半径,以免发生加工干涉;该半径又不宜选择太小,否 则会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差, 使车刀容易损坏。 (2) 刀 尖圆弧半径应与最大进给量相适应, 刀尖圆弧半径宜大于等于最大进 给量的 1.25倍,否则将恶化切削条件,甚至出现螺纹状表面和打刀 等问题; 另一方面, 又要顾虑刀尖圆弧半径太大容易导致刀具切削时 发生颤振,一般说来,刀尖圆弧半径在 0.8㎜以下时不容易导致加工 颤振; (3) 刀尖圆弧半径与进给量在几何学上与加工表面的残留高度 有关, 从而影响到加工表面的粗糙度。 小进给量、 大的刀尖圆弧半径, 可减小残留高度,得到小的粗糙度值。 (4)在 CNC 编程加工时,若 考虑经测量认定的刀具圆弧半径, 并进行刀尖半径补偿, 该刀具圆弧 相当于在加工轮廓上滚动切削, 刀具圆弧制造精度和刀尖半径测量精 度应当与轮廓的形状精度相适 .
以上是对刀尖半径补偿概念及方位选择的一个简单概述 , 而在 数控车床上进行加工时 , 首先要考虑刀偏的方向及方位,其次考虑刀 尖 R 的大小在加工中是否干涩,然后考虑对刀时刀补值应该如何输入 等。在加工中对刀时刀补值为图 4所示 A 、 B 两点。
图
4
经过试验 , 当工件用刀尖 3号方位进行加工时 , 刀补值不用作任何 变化 ,A 、 B 两点分别为 X 、 Z 值 . 当工件用刀尖 8号方位进行加工时 , 刀 补值 Z 值需向前偏移一个刀尖半径 r 刀,而 X 值不变 .
例一:
图 6
如果 Z 向刀补不加刀尖 R, 程序运行中刀尖位置如图 6所示
加工如图 5所示工件:
T0101 外元刀 刀尖圆弧 R0.4 刀尖方位 3 刀补值不变 T0202 R刀 刀尖圆弧 R3 刀尖方位 8 刀补值 Z 值 +R
程序:
O0001:
G99 S1000 M03 T0202
T0101 M08 G00 X55 Z5 G00 X42 Z5 G42 G01 Z-15 F1 G01 Z0 F1 X39 F0.1 X-0.8 F0.1 G02 X39 Z-27 R6 F0.1 G00 X45 Z5 G01 X50 F0.5 G42 G00 X33 G40 G00 Z150 M09 G01 Z0 F0.2 M05
G03 X39 Z-3 R3 F0.08 T0100
G01 Z-40 F0.15 M30
X46 A135 程序结束
G40 G01 X50 F1
G00 Z150
X100
例二:
图 6
加工如图 6所示工件,
T0202 R刀 刀尖圆弧 R1.5 刀尖方位 8 刀补值 Z 值 +R
程序:
O0002:
G99 S1000 M03
T0202 M08
G00 X115 Z2
G00 X97.1
G42 G01 Z-16.845 F0.2
G03 X104.1 Z-20.345 R3.5 F0.03
G03 X102.248 Z-22.716 R3.5 F0.03
G02 X102.248 Z-35.284 R28 F0.05
G03 X104.1 Z-37.655 R3.5 F0.03
G03 X97.1 Z-41.155 R3.5 F0.03
G01 X94 F0.05
Z-48
G40 G01 X110 F1
G00 Z150 M09
T0100 M05
M30
程序结束
结束语 以上通过车刀刀尖半径对加工工件的影响及刀 具偏置方向和方位的分析可知,要保证零件加工精度,在数控加 工尤其精加工一定要进行车刀刀尖半径补偿。由于目前数控系统 的功能参差不齐,针对不同类型数控系统,在实际应用中采取方 法也不同,有些在编程时就要考虑半径补偿,有些可在机床中进 行半径补偿。
范文二:刀尖圆弧半径补偿
数径控车削加工中刀尖车弧半车车有车车车
摘要,车刀刀尖半车车是控车削加工中的常车车车~本文就刀尖半的影车行分析~根据径数径响
不同功能的控系车车行刀尖半车车方法等车行介车。数径
车车车,控加工 刀尖半车车 车程 数径
一、引言
车制控车床加工程序车~理车上是车刀刀尖看成一点~如车数将个1a所示的P点就是理车刀尖。但车了提高刀具的使用命和降低加工工件的表面粗度~通常刀尖磨成半不大的车弧寿糙将径
;一般车弧半径R是0.41.6—之车,~如车1b所示X向和Z向的交点P车假想刀尖~车点是车称
程车定加工车迹的点~控系车控制车点的车车迹。然而车车切削车起作用的切削刃是车弧的切点确数运
A、B~车是车车切削加工车形成工件表面的点。车然假想刀尖点它很P车车切削点与A、B是不同点~所以如果在控加工或控车程车不车刀尖车角半车行车车~车按照工件车廓车行车制的程序加工数数径来~车必车生加工车差。 会
(a) (b)
车1 车车刀假想刀尖二、假想刀尖的车迹分析偏置车车算与
用车车车刀车行车削加工车~车车切削点A和B分车定了决X向和 Z向的加工尺寸。如车2所示~车削车柱面或端面;车的母车坐车车它与Z或X平行,车~P点的车迹工件车廓车重合~车削车面或车弧与
面;车的母车坐车车它与Z或X不平行,车~P点的车迹工件车廓车不重合~因此下面就车削车面与
和车弧面车行车车,
车2 刀尖车弧半的影径响
1、加工车车面的车差分析偏置车车算 与
如车3a所示~假想刀尖P点沿工件车廓CD移车~如果按照车廓车CD车程~用车角车刀车行车车切削~必然车生CDD1C1的留车差。因此~车车加工车~车车车刀的车车切削点要移至车廓车残CD~沿CD移车~如车3b所示~车车才能消除留高度。车车假想刀尖的车迹残C2D2车廓车与CD在X向相差ΔX~Z向相差ΔZ。车刀具的半车径r~可以求出,
车3 车车车刀加工车车面2、加工车弧面的车差分析偏置车车算 与
车车车刀加工车弧面和加工车车面基本相似。如车4是加工1/4凸凹车弧~CD车工件车廓车~O点车车心~半车径R~刀具车弧车廓起点、车点的切削点分车车与C和D~车车假想刀尖车C1和D1。车车4a所示凸车弧加工情~车弧况C1D1车假想刀尖车迹~O1点车车心~半车;径R+r,~车车4b所示凹车弧加工情~车弧况C2D2车假想刀尖车迹~其车心是O2点~半车;径R-r,。如果按假想刀尖车迹车程~车要以车中所示的车弧C1D1或C2D2;车,有车车行程序车制。 虚参数
车4 车车车刀加工90?凸凹车弧三、刀尖车角半车车方法径
车代控系车一般都有刀具车角半车车器~具有刀尖车弧半车车功能;数径径即G41左车车和G42右车车功能,~车于车车控车床~车程车可直接根据零件车廓形车行车程~车程车可假车刀具车角半车零数状径~在控加工前必车在控机床上的相车刀具车车车入刀具车弧半车~加工车程中~控系车根据数数号径数
加工程序和刀具车弧半自车车算假想刀尖车迹~车行刀具车角半车车~完成零件的加工。刀具半径径
径号号径即车化车~不需修改加工程序~只需修改相车刀车车刀具车弧半车车可。需要注意的是,有些具有G41、G42功能的控系车~除了车入刀车车角半外~车车车入假想刀尖相车于车车刀中心的数径
位置~车是由于、外车车刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。 内
当数数状控车床的控系车具有刀具车度车车器车~直接根据零件车廓形车行车程~加工前在机床的刀具车度车车器车入上述的ΔX和ΔZ的车~在加工车车用相车刀具的车车可。 号即
车于有些不具车车车功能车车型控系车的车床可直接按照假想刀尖的车迹车行车程~在车程车车出假数即
想刀尖的车迹~如车3b和车4所示的车车迹车行车程。如果采用手工车程车算相车车~通常可利用虚当
车算机车车车件;如AutoCAD、CAXA车子车版等,先出工件车廓~再根据刀尖车角半大小车制画径
相车假想刀尖车迹~通车车件车出有车点的坐车车行车程~车于车车车的工件也可以利用车算机车助车程来
;CAM,~如用CAXA控车车件车行车程车~刀尖半车车有车方式,车程车考车半车车和由机数径两径
床车行半车车~车于有些不具车车车功能控系车车车采用车程车考车半车车~根据车出的刀尖半和径数径径
零件车廓自车车算出假想刀尖车迹~通车车件后置车理生成假想刀尖车迹的加工程序。车于车车控会数
系车刀具磨车、重磨、或更车新刀具而使刀尖半车化车~需要重新车算假想刀尖车迹~修改加当径并
工程序~车车车车~又不易保车加工精度。 既
四、车束车
以上通车车刀刀尖半车加工工件的影的分析可知~要保车零件加工精度~在控加工尤其径响数
精加工一定要车行车刀刀尖半车车。由于目前控系车的功能差不车~车车不同车型控系车~在径数参数车车车用中采取方法也不同~有些在车程车就要考车半车车~有些可在机床中车行半车车。径径
范文三:刀尖圆弧半径补偿
刀尖圆弧半径补偿
1、刀具半径补偿的目的
若车削加工使用尖角车刀,刀位点即为刀尖,其编程轨迹和实际切削轨迹完全相同。
若使用带圆弧头车刀(精车时) ,在加工锥面或圆弧面时,会造成过切或少切。
为了保证加工尺寸的准确性,必须考虑刀尖圆角半径补偿以消除误差。
由于刀尖圆弧通常比较小 (常用 r1.2~1.6 mm),
故粗车时可不考虑刀具半径补偿 .
2、刀具半径补偿的方法
? 人工预刀补:人工计算刀补量进行编程
? 机床自动刀补
4、机床自动刀具半径补偿
(1)机床自动刀补原理
当编制零件加工程序时,不需要计算刀具中心运动轨迹,只按零件轮廓编程。
使用刀具半径补偿指令。
在控制面板上手工输入刀具补偿值。
执行刀补指令后,数控系统便能自动地计算出刀具中心轨迹,并按刀具中心轨迹运动。即刀具 自动偏离工件轮廓一个补偿距离,从而加工出所要求的工件轮廓。
(2)刀尖方位的设置
车刀形状很多,使用时安装位置也各异,由此决定刀尖圆弧所在位置。
要把代表车刀形状和位置的参数输入到数据库中。
以刀尖方位号表示。
从图示可知,
若刀尖方位码设为 0或 9时,机床将以刀尖 圆弧中心 为刀位点进行刀补计算处理;
当刀尖方位码设为 1~8时,机床将以 假想刀尖 为刀位点,根据相应的代码方位进行刀补计算处
理。
5、刀具半径补偿指令
G41/G42 G0/G1 X__ Z __
G40 G00 X__ Z __
说明:
G41 — 刀具半径左补偿
G42 — 刀具半径右补偿
G40— 取消刀具半径补偿
G41
指令说明 :
X 、 Z 为建立或取消刀补程序段中,刀具移动的终点坐标。
执行刀补指令应注意:
(1) 、刀径补偿的引入和取消应在不加工的空行程段上,且在 G00或 G01程序行上实施。
(2) 、刀径补偿引入和卸载时,刀具位置的变化是一个渐变的过程。
(3) 、当输入刀补数据时给的是负值,则 G41、 G42互相转化。
(4) 、 G41、 G42指令不要重复规定,否则会产生一种特殊的补偿。
6、刀具补偿的编程实现
(1)、刀径补偿的引入(初次加载) :
刀具中心从与编程轨迹重合到过度到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程 .
(2)、刀径补偿进行
刀具中心始终与编程轨迹保持设定的偏置距离 .
3、刀径补偿的取消
刀具中心从与编程轨迹偏离过度到与编程轨迹重合的过程
.
刀径补偿的引入和取消必须是不切削的空行程上 .
例
2:考虑刀尖半径补偿
O1111
N1 G92 X40.0 Z10.0
N2
N3 M03 S400
N4 G00 X40.0 Z5.0
N5 G00 X0.0
N6
N7 G03 X24.0 Z-24 R15
N8 G02 X26.0 Z-31.0 R5
N9
N10 G00 X45 Z5
N11 M30
刀具半径补偿指令 G40, G41, G42
摘要:刀具半径补偿功能刀具半径补偿指令 G40, G41, G42 刀具半径补偿指令格式 如下:G17 G41(或 G42) G00(或 G01) X Y D或 G18 G41(或 G42) G00(或 G01) X Z D或 G19 G41(或 G42) G00(或 G01) Y Z D。 1 刀具补偿方向 G41是相对于刀具前进方向左侧进行补 偿,称为左刀补。 G42是相对于刀具前进方向右侧进行补偿,称为右刀补。从刀具寿命、 加工
刀具半径补偿功能刀具半径补偿指令 G40, G41, G42
刀具半径补偿指令格式如下:
G17 G41(或 G42) G00(或 G01) X Y D
或 G18 G41(或 G42) G00(或 G01) X Z D
或 G19 G41(或 G42) G00(或 G01) Y Z D;
G40
G41是相对于刀具前进方向左侧进行补偿, 称为左刀补。 如图 6.1a 所示。 这时相当于顺铣。 G42是相对于刀具前进方向右侧进行补偿, 称为右刀补。 如图 6.2b 所示。 这时相当于逆铣。 从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言,顺铣效果较好,因此 G41使用较多。
D 是刀补号地址,是系统中记录刀具半径的存储器地址,后面跟的数值是刀具号,用来调 用内存中刀具半径补偿的数值。刀补号地址可以有 D01-D99共 100个地址。其中的值可以 用 MDI 方式预先输入在内存刀具表中相应的刀具号位置上。进行刀具补偿时,要用
G17/G18/G19选择刀补平面,缺省状态是 XY 平面。
G40是取消刀具半径补偿功能,所有平面上取消刀具半径补偿的指令均为 G40。
G40, G41, G42是模态代码,它们可以互相注销。
使用刀具补偿功能的优越性在于:
·在编程时可以不考虑刀具的半径,直接按图样所给尺寸进行编程,只要在实际加工时输 入刀具的半径值即可。
·可以使粗加工的程序简化。利用有意识的改变刀具半径补偿量,则可用同一刀具、同一
程序、不同的切削余量完成加工。
下面结合图来介绍刀补的运动。
按增量方式编程:
O0001
N10 G54 G91 G17 G00 M03 G17指定刀补平面(XOY 平面) N20 G41 X20.0 Y10.0 D01 建立刀补(刀补号为 01) N30 G01 Y40.0 F200
N40 X30.0
N50 Y-30.0
N60 X-40.0
N70 G00 G40 X-10.0 Y-20.0 M05 解除刀补
N80 M02
按绝对方式编程:
O0002
N10 G54 G90 G17 G00 M03 G17指定刀补平面(XOY 平面) N20 G41 X20.0 Y10.0 D01 建立刀补(刀补号为 01) N30 G01 Y50.0 F200
N40 X50.0
N50 Y20.0
N60 X10.0
N70 G00 G40 X0 Y0 M05解除刀补
N80 M02
刀补动作为:
1、启动阶段
2、刀补状态
3、取消刀补
这里特别提醒要注意的是,在启动阶段开始后的刀补状态中,如果存在有两段以上的没有 移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段,则可能产生进刀不足或进刀超差。其原因是 因为进入刀具状态后,只能读出连续的两段,这两段都没有进给,也就作不出矢量,确定 不了前进的方向。
刀 具 半 径 补 偿
在加工 过 程中, 刀具的磨 损 、 实际 刀具尺寸 与编 程 时规 定的刀具尺寸不一致以及更 换 刀具等原因, 都 会 直接影 响 最 终 加工尺寸, 造成 误 差。 为 了最大限度的 减 少因刀具尺寸 变 化等原因造成的加工 误 差, 数 控 系 统 通常都具 备 有刀具 误 差 补偿 功能。通 过 刀具 补偿 功能指令, CNC 系 统 可以根据 输 入 补偿 量或者 实 际 的刀具尺寸,使机床自 动 加工出符合程序要求的零件。
1.刀具半 径补偿 原理
(1)刀具半 径补偿 的 概 念
用 铣 刀 铣 削工件的 轮 廓 时 , 刀具中心的 运动轨 迹 并 不是加工工件的 实际轮 廓。 如 图 所示, 加工 内轮 廓 时 , 刀具中心要向工件的 内侧 偏移一定距离; 而加工外 轮 廓 时 , 同 样 刀具中心也要向工件的外 侧 偏移 一定距离。 由于 数 控系 统 控制的是刀心 轨 迹, 因此 编 程 时 要根据零件 轮 廓尺寸 计 算出刀心 轨 迹。 零件 轮 廓可能需要粗 铣 、 半精 铣 和精 铣 三 个 工步, 由于每 个 工步加工余量不同, 因此 它们 都有相 应 的刀心 轨 迹。 另外刀具磨 损 后,也需要重新 计 算刀心 轨 迹, 这样势 必增加 编 程的 复杂 性。 为 了解 决这个问题 , 数 控系 统 中 专门设计 了若干存 储单 元, 存放各 个 工步的加工余量及刀具磨 损 量。 数 控 编 程 时 , 只需依照刀具半 径值编写 公 称 刀心 轨 迹。 加工余量和刀具磨 损 引起的刀心 轨 迹 变 化, 由系 统 自 动计 算, 进 而生成 数 控程 序。 进 一步地, 如果 将 刀具半 径值 也寄存在存 储单 元中, 就可使 编 程工作 简 化成只按零件尺寸 编 程。 这 样既简 化了 编 程 计 算,又增加了程序的可 读 性。
刀具半 径补偿 原理
(2)刀具半 径补偿 的 数学处 理
①基本 轮 廓 处 理
要根据 轮 廓尺寸 进 行刀具半 径补偿 , 必需 计 算刀具中心的 运动轨 迹, 一般 数 控系 统 的 轮 廓控制通常 仅 限于直 线 和 圆 弧。 对 于直 线 而言, 刀 补 后的刀具中心 轨 迹 为 平行于 轮 廓直 线 的一 条 直 线 , 因此, 只要 计 算出刀具中心 轨 迹的起点和 终 点坐 标 , 刀具中心 轨 迹即可确定; 对 于 圆 弧而言, 刀 补 后的刀具中心 轨 迹 为与 指定 轮 廓 圆 弧同心的一段 圆 弧, 因此, 圆 弧的刀具半 径补偿 , 需要 计 算出刀具中心 轨 迹 圆 弧的起 点、 终 点和 圆 心坐 标 。
②尖角 处 理
在普通的 CNC 装置中,所能控制的 轮 廓 轨 迹只有直 线 和 圆 弧,其 连 接方式有:直 线与 直 线连 接、 直 线与圆 弧 连 接、 圆 弧 与圆 弧 连 接。 图 所示 为 直 线与 直 线连 接 时 各 种转 接的情 况 , 编 程 轨 迹 为 OA → AP 。
象。由于 IC → CK 相 对 于 OA 与 AP 缩 短了 CB 与 DC 的 长 度,因此 这种 求交点的 内轮 廓 过 渡 称为缩 短 型 转换 , 这 里求交点是核心任 务 。
图 (c )中, C 点 为 IB 与 DK 延 长线 的交点,由 数 控系 统 求出交点 C 的坐 标 , 实际 刀具中心 轨 迹 为 IC → CK 。同上道理, 这种 外 轮 廓 过 渡 称为 伸 长 型 转换 。
图 (d )中,若仍采用求 IB 与 DK 交点的方法, 势 必 过 多地增加刀具的非切削空行程 时间 , 这显 然 是不合理的。 因此刀 补 算法在 这 里采用 插 入型 转换 , 即令 BC=C/D=R, 数 控系 统 求出 C 与 C/点的坐 标 , 刀具中心 轨 迹 为 IB → C → C/→ DK ,即在原 轨 迹中 间 再 插 入 CC/直 线 段,因此 称 其 为插 入型 转换 。 值 得一提的是, 有些 数 控系 统对 上述伸 长 型或 插 入型一律采用半 径为 刀具半 径 的 圆 弧 过 渡, 显 然 这
种处 理 简单 些。 但 当 刀具 进 行尖角 圆 弧 过 渡 时 , 轮 廓 过 渡点始 终处 于切削 状态 ,加工出 现 停 顿 , 工 艺 性 较 差。
(3)刀具半 径补偿 的 执 行 过 程
刀具半 径补偿 不是由 编 程人 员来 完成的。 编 程人 员 在程序中指明何 处进 行刀具半 径补偿 , 指明是 进 行左刀 补还 是右刀 补 , 并 指定刀具半 径 , 刀具半 径补偿 的具体工作由 数 控系 统 中的刀具半 径补偿 功能 来 完成。根据 ISO 规 定, 当 刀具中心 轨 迹在程序 规 定的前 进 方向的右 边时称为 右刀 补 ,用 G42表示;反 之 称为 左刀 补 ,用 G41表示。
刀具半 径补偿 的 执 行 过 程分 为 刀 补 建立,刀 补进 行和刀 补 撤消三 个 步 骤 。
①刀 补 建立
即刀具以起刀点接近工件,由刀 补 方向 G41/G42决 定刀具中心 轨 迹在原 来 的 编 程 轨 迹基 础 上是伸 长还 是 缩 短了一 个 刀具半 径值 。
②刀 补进 行
一旦刀 补 建立 则 一直 维 持, 直至被取消。 在刀 补进 行期 间 , 刀具中心 轨 迹始 终 偏离 编 程 轨 迹一 个 刀 具半 径值 的距离。在 转 接 处 ,采用了伸 长 、 缩 短和 插 入三 种 直 线过 渡方式。
③刀 补 撤消(G40)
即刀具撤离工件, 回到起刀点。 和建立刀具 补偿 一 样 , 刀具中心 轨 迹也要比 编 程 轨 迹伸 长 或 缩 短一 个 刀具半 径值 的距离。
刀具半 径补偿仅 在指定的二 维 坐 标 平面 内进 行,平面的指定由代 码 G17(X — Y 平面), G18(Y — Z 平面), G19(X — Z 平面)表示。
2.刀具半 径补偿编 程 规则
开 始切削加工前,在离 开 工件的位置 预 先加上工刀具半 径补偿 (通常在 XOY 平面或 与 XOY 平面 平行的平面上),之后 进 行 Z 轴 方向的切入。 为 保 证 程序 运 行后得到正确的工件 轮 廓而不 产 生 过 切, 编 程 时 必 须 注意加工程序的 结构 。
如 图 所示, 在 XOY 平面 内 (或平行于 XOY 平面的平面 内 ) 使用刀具半 径补偿 功能 (有 Z 轴 移 动 ) 进 行 轮 廓切削, 设 起点在 (0, 0, 100) 处 , 当 刀具半 径补偿从 起点 开 始 时 ,由于接近工件及切削工件 时 要有 Z 轴 移 动 ,按以下程序加 时 就 会 出 现过 切 现 象, 并 且系 统 不 会报 警停止。
a) 正确 补偿轨 迹 b) 存在 过 切 现 象的 补偿轨 迹
刀具半 径补偿轨 迹
O 0001
N1 G90 G54 S1000 M03 ;
N2 G00 Z100 ;
N3 X0 Y0 ;
N4 G01 G41 X20 Y10 D01 F100 ;
N5 Z2 ;
N6 Z-10 ;
N7 Y50 ;
N8 X50 ;
N9 Y20 ;
N10 X10 ;
N11 G00 Z100 ;
N12 G40 X0 Y0 ;
N13 M05 ;
N14 M30 ;
根据刀具半 径补偿 功能 编 程 规则 , 在 XOY 平面 内 (或平行于 XOY 平面的平面 内 ) 建立刀具半 径补偿 后, 不能 连续 出 现两 段 Z 轴 的移 动 指令,否 则会 出 现补偿 位置不正确。 当 半 径补偿从 N4程序段 开 始建 立的 时 候, 数 控系 统 只能 预读 其后的 两个 程序段, 而 N5、 N6两 段程序段都是 Z 轴 移 动 指令, 没 有 XOY 平面 内 的坐 标 移 动 ,系 统 无法判 断 下一步 补偿 的矢量方向, 这时 系 统并 不 报 警, 补偿 照 样进 行,但是 N4程序段 执 行后刀心 轨 迹目 标 点 发 生了 变 化,不再是 图 中的 P 点,而是如 图 所示的 P1点, 这样 就 产 生了 过 切 (图 中 阴 影部分 ) 。 为 避免 这种过 切,可以在建立半 径补偿 之前, 选择 一 个 不 会发 生干涉的安全 位置,使 Z 轴 以快速 运动 接近工件后,再以 进给 速度 进给 到切削深度。 将 上述程序改 为 :
N1 G90 G54 S1000 M03;
N2 G00 Z100;
N3 X0 Y0;
N4 Z5;
N5 G01 Z-10 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 这个 程序段 进 行加工,就可以避免 过 切的 产 生。
3. 刀具半 径补偿 功能的 应 用
(1)刀具因磨 损 、重磨、 换 新而引起刀具直 径 改 变 后,不必修改程序,只需在刀具 参数设 置中 输 入 变 化后刀具直 径 。如 图 所示, 1为 未磨 损 刀具, 2为 磨 损 后刀具, 两 者直 径 不同,只需 将 刀具 参数 表中 的刀具半 径 r1改 为 r2,即可适用同一程序。
刀具直 径 改 变 化,加工程序不 变
(2)用同一程序、同一尺寸的刀具,利用刀具半 径补偿 ,可 进 行粗、精加工。如 图 所示,刀具半 径 为 r ,精加工余量 为 △。粗加工 时 , 输 入刀具直 径 D=2(r+△), 则 加工出 虚线轮 廓。精加工 时 ,用同 一程序、同一刀具,但 输 入刀具直 径 D=2r, 则 加工出 实线轮 廓。
P1——粗加工刀心 轨 迹
P2——精加工刀心 轨 迹
利用刀具半 径补偿进 行粗精加工
(3)在 现 代 数 控系 统 中,有的已具 备 三 维 刀具半 径补偿 功能。 对 于四、五坐 标联动数 控加工, 还 不 具 备 刀具 补偿 功能,必 须 在刀位 计 算 时 考 虑 刀具半 径 。
刀具半径补偿常见错误及问题分析
南海信息技术学校 机械科组 沈宠棣
摘要 : 本文由数控编程教学过程中学生应用刀具半径补偿编程时出现的错误问题出 发,探讨了刀具半径补偿功能应用中的错误分析 , 力求通过错误分析找出问题所在 , 让学生 能够准确应用刀具半径补偿功能 , 保证了零件加工的尺寸精度(加工精度) 。
关键词 : 数控编程 数控加工 刀具半径补偿
数控加工具有加工精度高、效率高、质量稳定等特点,而合理掌握刀具补偿方法,灵
活应用刀具补偿功能,合理设置刀具半径补偿值,是保证精度和质量稳定的重要因素,在 数控编程加工编程的教学过程中,学生经常的出现一些刀具半径补偿功能应用上的错误, 因此,有必要对数控加工的刀具半径补偿方法进行探讨。
一、 刀具半径补偿原理
数控机床在加工过程中,它所控制的是刀具中心的轨迹。在数控编程时,可以根据刀 具中心的轨迹进行编程,这种编程方法称为刀具中心编程。粗加工中由于留有余量对零件 的尺寸精度影响不大,对简单图形可采用刀具中心轨迹编程。而当零件加工部分形状较为 复杂时,如果选用刀具中心编程会给计算关键点带来很大工作量,而且往往造成由于关键 点计算误差影响机床的插补运算,进而产生报警,使加工无法正常进行,那么我们可以利 用理论轮廓编程,即按图形的实际轮廓进行编程。
采用理论轮廓编程,在系统中预先设定偏置参数,数控系统就会自动计算刀具中心 轨迹,使刀具偏离工作轮廓一个刀具值,从而使得刀具加工到实际轮廓,这种功能即为刀 具半径补偿功能。
二、刀具补偿的过程
数控系统的刀具补偿是将计算刀具中心轨迹的过程交由 CNC 系统执行,编程时不考 虑刀具半径,直接根据零件的轮廓形状进行编程,而实际的刀具半径则放在一个可编程刀 具半径的偏置寄存器中, 在加工过程中, CNC 系统根据零件程序和刀具偏置寄存器中的刀 具半径自动计算刀具中心轨迹,完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时,不需要修改 零件程序,只需修改刀具半径寄存器中的刀具直径值。
现代 CNC 系统一般都设置有 16, 32, 64或更多个可编程刀具偏置寄存器,并对刀具 进行编号,专供刀具补偿之用。进行数控编程时,只需调用刀具补偿参数所对应的寄存器 编号即可加工,在加工时, CNC 系统将该编号对应的刀具半径值从寄存器中取出,对刀具 中心轨迹进行补偿计算,生成实际的刀具中心轨迹。刀补执行时,采用交点运算方式,即 每段开始前先行读入两段,计算其交点,自动按启动阶段的矢量作出每个前进方向的左侧 或右侧加上刀补矢量路径。
二、刀具半径补偿在应用中的错误分析
1、刀具半径建立指令的正确使用方法
建立刀具补偿指令用 G41或 G42,取消刀具补偿指令用 G40
格式为:G01 G41(G42) G17(G18, G19) X Y D ,
其中 G41为左刀补, 在加工外轮廓时为顺时针加工, 加工内轮廓时为逆时针加工; G42为右刀补,在加工外轮廓时为逆时针加工,加工内轮廓时为顺时针加工。
首先应指明补偿平面,数控系统一般默认为 G17,可省略,若要在 yoz , xoz 平面进行
补偿时需指明,不可省略,而且刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行。刀 具半径补偿的建立与取消只能用 G00或 G01, 而不能用 G02或 G03。如图 1所示的切削外 轮廓,如采用下面程序则会报警。
图 1 错误刀补
%1234
N10 G54 G90 G00 X20 Y0 T01 S800 M03
N20 G41 G03 X20 Y20 R10 D01 F200
N30 G02 X20 Y60 R20
N40 G01 X50 Y60
N50 G02 X50 Y20 R20
N60 G03 X50 Y0 R10
N70 G40 G00 X0 Y0 M05
N80 M30
N20程序段中半径补偿指令中用 G03希望使零件表面不产生进刀痕迹, 但此程序将报 警终止运行。
2、刀具补偿撤消时同样存在不能用 G02或 G03取消刀具补偿,如程序 %1234中 N70 段 改为 N70 G40 G00 X0 Y0 M05 时 , 程序执行到此条时仍然报警。
3、空运行到达刀具补偿位置时注意进刀位置
从加工直线边切入工件,刀具补偿指令中终点坐标应和被加工段位于同一直线上,以 避免过切现象而报警,所谓过切是指刀具空行程运行中,系统认为切削内轮廓产生刀具干 涉现象,如图 2所示,程序 %6789
图 2 不合理刀补位置
%6789
N10 G54 G90 G00 X0 Y0 T01 S800 M03
N20 G41 G00 X30 Y10 D01
N30 G01 X20 Y20 F200
N40 Y60
N50 X60
N60 Y20
N70 X20
N80 G40 G00 X0 Y0 M05
N90 M30
此程序中 OE 和 EA 构成小于 90度角,刀具产生干涉而报警,若将 N20和 N30改为 一条程序段 G41 G00 X20 Y20 F200D01,或将 N20改为 G41 G00 X20 Y10 , N30和 N40改为 G01 X20 Y60 F200,则程序正确。
4、加工内轮廓时,内轮廓两直线夹角小于 90度时,采用半径补偿指令手工编程,会产生 过切,如图 3所示。
图 3 直线加工的过切
5、加工内圆弧轮廓时,设定刀具半径不应大于工作轮廓中的半径,否则系统将提示“过 切或有碰撞危险,刀具干涉”等。
三、实例分析
毛坯为 120mmX60mmX10mm 板材, 5mm 深的外轮廓已粗加工过, 周边留 2mm 余量, 要求加工出如图 4所示的外轮廓及 Ф20mm 的孔,工件为铝(在此只以加工外轮廓为例)
图 4 加工实例
%5566(零点在 O 点)
N10 G54 G90 G00 X0 Y-20 Z-5
N20 G01 G41 Y-10 D01 F200
N30 Y30
N40 X10 Y40
N50 X21.8
N60 G02 X52.3 Y35 R20
N70 G03 X69.6 Y25 R20
N80 G01 X80 Y25
N90 Y0
N100 X-10
N110 G40 G00 X0 Y0 Z50 M05
N120 M30
四、结论
1、采用刀具半径补偿便于控制零件尺寸精度,当发现零件尺寸产生过切或不足时,只需 修改刀具寄存器地址中刀具半径数值,方便控制尺寸精度。
2、采用刀具半径补偿便于简化编程,直接采用理论轮廓,特别是对于复杂内外轮廓编程 会大大简化计算。
3、利用刀补指令使粗、精加工程序简化,刀补数值的大小取决于刀补寄存器地址数值, 利用刀补指令编程后,可采用同一程序,同一把刀具,完成不同的切削余量加工,也就是 说采用同一把刀具完成粗精加工时,不修改程序,不编写新程序,就可以完成全部加工。 五、结束语
刀具半径补偿指令是数控编程中应用最广最重要的指令,正确应用刀具半径补偿对复 杂零件简化编程计算和提高零件精度具有举足轻重的作用。本文根据教学过程式中学生出 现的问题及应用的技巧,对刀具半径补偿用法作出总结,供广大数控加工编程人员参考, 从而更好地应用刀具补偿编程,优化程序,提高编程效率和零件加工精度。
参考文献
[1] 王平 数控机床与编程实用教程 化学工业出版社 2004
[2] 张超英 谢富春 数控编程技术 化学工业出版社 2004
范文四:刀尖圆弧半径补偿
刀具补偿
编程时,认为车刀刀尖是一个点,而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量,车刀刀 尖常磨成一个半径不大的圆弧,为提高工件的加工精度,编制圆头刀程序时,需要对刀 具半径进行补偿。大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能(G41, G42) ,这类数 控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。
数控车床刀尖圆弧半径补偿
时间
:2007-7-7 9:23:00
这些内容应当事前输入刀具偏置文件。
“ 刀尖半径偏置 ” 应当用 G00 或者 G01功能来下达命令或取消。不论这个命令是 不是带圆弧插补, 刀不会正确移动,导致它逐渐偏离所执行的路径。因此,刀尖半 径偏置的命令应当在切削进程启动之前完成; 并且能够防止从工件外部起刀带来的 过切现象。反之,要在切削进程之后用移动命令来执行偏置的取消过。
刀尖半径补偿编程原则
一 , 将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处 , 偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活 .
二 , 为了激活刀尖半径补偿 , 再一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入 G41或 G42, 至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值 .
三 , 进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面 .
四 , 刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用 :G32,G34,G71,G72,G73,G74,G75,G76, G92.
五 , 若在 G90,G94固定循环中使用刀尖半径补偿 , 刀尖半径补偿必须先于 G90,G94指令激 活 .
六 , 若在 G70精加工循环中使用刀尖半径补偿 , 刀尖半径补偿必须先于 G70指令的执行 , 再定位到起始点处先激活
七 , 在刀具坐标轴运动离开工件时 , 刀尖参考点离开工件至少三倍于刀尖圆角直径值 . 在模具制造领域的 25个常见问题解答
1) 选择模具钢时什么是最重要的和最具有决定性意义的因素?
成形方法 -可从两种基本材料类型中选择。
A) 热加工工具钢,它能承受模铸、锻造和挤压时的相对高的温度。
B) 冷加工工具钢,它用于下料和剪切、冷成形、冷挤压、冷锻和粉末加压成形。
塑料 -一些塑料会产生腐蚀性副产品,例如 PVC 塑料。长时间的停工引起的冷凝、腐蚀性 气体、酸、冷却 /加热、水或储存条件等因素也会产生腐蚀。 在这些情况下,推荐使用不锈 钢材料的模具钢。
模具尺寸 -大尺寸模具常常使用预硬钢。 整体淬硬钢常常用于小尺寸模具。
模具使用次数 -长期使用 (> 1 000 000次) 的模具应使用高硬度钢, 其硬度为 48-6 5 HRC 。 中等长时间使用 (100 000到 1 000 000次)的模具应使用预硬钢,其硬度为 3 0-45 HRC 。 短时间使用(<100 000次)的模具应使用软钢,其硬度为="" 160-250="" hb="">100>
表面粗糙度 -许多塑料模具制造商对好的表面粗糙度感兴趣。 当添加硫改善金属切削 性能时,表面质量会因此下降。 硫含量高的钢也变得更脆。
2) 影响材料可切削性的首要因素是什么?
钢的化学成分很重要。 钢的合金成分越高,就越难加工。 当碳含量增加时,金属切削性 能就下降。
钢的结构对金属切削性能也非常重要。 不同的结构包括:锻造的、铸造的、挤压的、轧 制的和已切削加工过的。 锻件和铸件有非常难于加工的表面。
硬度是影响金属切削性能的一个重要因素。 一般规律是钢越硬, 就越难加工。 高速钢 (H SS )可用于加工硬度最高为 330-400 HB 的材料;高速钢 +钛化氮(TiN )涂层,可加工硬 度最高为 45 HRC 的材料; 而对于硬度为 65-70 HRC 的材料,则必须使用硬质合金、陶 瓷、金属陶瓷和立方氮化硼(CBN )。
非金属参杂一般对刀具寿命有不良影响。 例如 Al2O3 (氧化铝),它是纯陶瓷,有很强的 磨蚀性。
最后一个是残余应力,它能引起金属切削性能问题。 常常推荐在粗加工后进行应力释放工 序。
3) 模具制造的生产成本由哪些部分组成?
粗略地说,成本的分布情况如下:
切削 65%
工件材料 20%
热处理 5%
装配 /调整 10%
这也非常清楚地表明了良好的金属切削性能和优良的总体切削解决方案对模具的经济生 产的重要性。
4) 铸铁的切削特性是什么?
一般来说,它是:
铸铁的硬度和强度越高,金属切削性能越低,从刀片和刀具可预期的寿命越低。 用于金 属切削生产的铸铁其大部分类型的金属切削性能一般都很好。 金属切削性能与结构有关, 较硬的珠光体铸铁其加工难度也较大。 片状石墨铸铁和可锻铸铁有优良的切削属性,而球 墨铸铁相当不好。
加工铸铁时遇到的主要磨损类型为:磨蚀、粘结和扩散磨损。 磨蚀主要由碳化物、沙粒 参杂物和硬的铸造表皮产生。 有积屑瘤的粘结磨损在低的切削温度和切削速度条件下发生。 铸铁的铁素体部分最容易焊接到刀片上,但这可用提高切削速度和温度来克服。
在另一方面, 扩散磨损与温度有关, 在高切削速度时产生, 特别是使用高强度铸铁牌号时。 这些牌号有很高的抗变型能力, 导致了高温。 这种磨损与铸铁和刀具之间的作用有关, 这 就使得一些铸铁需用陶瓷或立方氮化硼(CBN )刀具在高速下加工,以获得良好的刀具寿 命和表面质量。
一般对加工铸铁所要求的典型刀具属性为:高热硬度和化学稳定性,但也与工序、工件 和切削条件有关;要求切削刃有韧性、耐热疲劳磨损和刃口强度。 切削铸铁的满意程度取 决于切削刃的磨损如何发展:快速变钝意味着产生热裂纹和缺口而使切削刃过早断裂、工 件破损、表面质量差、过大的波纹度等。 正常的后刀面磨损、保持平衡和锋利的切削刃正 是一般需要努力做到的。
5) 什么是模具制造中主要的、共同的加工工序?
切削过程至少应分为 3个工序类型:
粗加工、半精加工和精加工,有时甚至还有超精加工(大部分是高速切削应用)。 残余 量铣削当然是在半精加工工序后为精加工而准备的。 在每一个工序中都应努力做到为下一 个工序留下均匀分布的余量,这一点非常重要。 如果刀具路径的方向和工作负载很少有快 速的变化,刀具的寿命就可能延长,并更加可预测。 如果可能,就应在专用机床上进行精 加工工序。 这会在更短的调试和装配时间内提高模具的几何精度和质量。
6) 在这些不同的工序中应主要使用何种刀具?
粗加工工序:圆刀片铣刀、球头立铣刀及大刀尖圆弧半径的立铣刀。
半精加工工序:圆刀片铣刀(直径范围为 10-25 mm 的圆刀片铣刀),球头立铣刀。 精加工工序:圆刀片铣刀、球头立铣刀。
残余量铣削工序:圆刀片铣刀、球头立铣刀、直立铣刀。
通过选择专门的刀具尺寸、槽形和牌号组合,以及切削参数和合适的铣削策略,来优化切 削工艺,这非常重要。
关于可使用的高生产率刀具,见模具制造用样本 C-1102:1
7) 在切削工艺中有没有一个最重要的因素?
切削过程中一个最重要的目标是在每一个工序中为每一种刀具创建均匀分布的加工余量。 这就是说,必须使用不同直径的刀具(从大到小),特别是在粗加工和半精加工工序中。 任何时候主要的标准应是在每个工序中与模具的最终形状尽可能地相近。
为每一种刀具提供均匀分布的加工余量保证了恒定而高的生产率和安全的切削过程。 当 a p/ae(轴向切削深度 /径向切削深度)不变时,切削速度和进给率也可恒定地保持在较高水 平上。 这样,切削刃上的机械作用和工作负载变化就小,因此产生的热量和疲劳也少,从 而提高了刀具寿命。 如果后面的工序是一些半精加工工序,特别是所有精加工工序,就可 进行无人加工或部分无人加工。 恒定的材料加工余量也是高速切削应用的基本标准。 恒定的加工余量的另一个有利的效应是对机床 ―― 导轨、球丝杠和主轴轴承的不利影响 小。
8) 为什么最经常将圆刀片铣刀作为模具粗加工刀具的首选?
如果使用方肩铣刀进行型腔的粗铣削,在半精加工中就要去除大量的台阶状切削余量。 这将使切削力发生变化,使刀具弯曲。 其结果是给精加工留下不均匀的加工余量,从而影 响模具的几何精度。 如果使用刀尖强度较弱的方肩铣刀(带三角形刀片),就会产生不可 预测的切削效应。 三角形或菱形刀片还会产生更大的径向切削力,并且由于刀片切削刃的 数量较少,所以他们是经济性较差的粗加工刀具。
另一方面,圆刀片可在各种材料中和各个方向上进行铣削,如果使用它,在相邻刀路之间 过渡较平滑,也可以为半精加工留下较小的和较均匀的加工余量。 圆刀片的特性之一是他 们产生的切屑厚度是可变的。 这就使它们可使用比大多数其它刀片更高的进给率。 圆刀片 的主偏角从几乎为零(非常浅的切削)改变到 90度,切削作用非常平稳。 在切削的最大 深度处,主偏角为 45度,当沿带外圆的直壁仿形切削时,主偏角为 90度。 这也说明了为 什么圆刀片刀具的强度大 ―― 切削负载是逐渐增大的。 粗加工和半粗加工应该总将圆刀片 铣刀,如 CoroMill 200(见模具制造样本 C-1102:1)作为首选。 在 5轴切削中,圆刀片非 常适合,特别是它没有任何限制。
通过使用良好的编程,圆刀片铣刀在很大程度上可代替球头立铣刀。 跳动量小的圆刀片 与精磨的的、正前角和轻切削槽形相结合,也可以用于半精加工和一些精加工工序。
9) 什么是有效切削速度(ve )和为什么它对高生产率非常重要?
切削中,实际或有效直径上的有效切削速度的基本计算总是非常重要。 由于台面进给量 取决于一定切削速度下的转速,如果未计算有效速度,台面进给量就会计算错误。
如果在计算切削速度时使用刀具的名义直径值(Dc ),当切削深度浅时,有效或实际切削 速度要比计算速度低得多。如圆刀片 CoroMill 200刀具(特别是在小直径范围)、球头立 铣刀、大刀尖圆弧半径立铣刀和 CoroMill 390立铣刀之类的刀具(这些刀具请参见山特维 克可乐满的模具制造样本 C-1102:1)。由此,计算得到的进给率也低得多,这严重降低了 生产率。 更重要的是,刀具的切削条件低于它的能力和推荐应用范围。
当进行 3D 切削时,切削时的直径在变化,它与模具的几何形状有关。 此问题的一个解 决方案是定义模具的陡壁区域和几何形状浅的零件区域。 如果对每个区域编制专门的 CA M 程序和切削参数,就可以达到良好的折中和结果。
10) 对于成功的淬硬模具钢铣削来说,重要的应用参数有哪些?
使用高速铣对淬硬模具钢进行精加工时,一个需遵守的主要因素是采用浅切削。 切削深 度应不超过 0.2/0.2 mm (ap/ae:轴向切削深度 /径向切削深度)。这是为了避免刀柄 /切削 刀具的过大弯曲和保持所加工模具拥有小的公差和高精度。
选择刚性很好的夹紧系统和刀具也非常重要。 当使用整体硬质合金刀具时,采用有最大 核心直径(最大抗弯刚性)的刀具非常重要。 一条经验法则是,如果将刀具的直径提高 2 0%,例如从 10 mm 提高到 12 mm ,刀具的弯曲将减小 50%。 也可以说,如果将刀具悬 伸 /伸出部分缩短 20%, 刀具的弯曲将减小 50%。 大直径和锥度的刀柄进一步提高了刚度。 当使用可转位刀片的球头立铣刀(见模具制造样本 C-1102:1)时,如果刀柄用整体硬质 合金制造,抗弯刚性可以提高 3-4倍。
当用高速铣对淬硬模具钢进行精加工时,选择专用槽形和牌号也非常重要。 选择像 TiAl N 这样有高热硬度的涂层也非常重要。
11) 什么时候应采用顺铣,什么时候应采用逆铣?
主要建议是:尽可能多使用顺铣。
当切削刃刚进行切削时,在顺铣中,切屑厚度可达到其最大值。 而在逆铣中,为最小值。 一般来说,在逆铣中刀具寿命比在顺铣中短,这是因为在逆铣中产生的热量比在顺铣中明 显地高。 在逆铣中当切屑厚度从零增加到最大时,由于切削刃受到的摩擦比在顺铣中强, 因此会产生更多的热量。 逆铣中径向力也明显高,这对主轴轴承有不利影响。
在顺铣中,切削刃主要受到的是压缩应力,这与逆铣中产生的拉力相比,对硬质合金刀片 或整体硬质合金刀具的影响有利得多。 当然也有例外。 当使用整体硬质合金立铣刀 (见模 具样本 C- 1102:1中的刀具)进行侧铣(精加工)时,特别是在淬硬材料中,逆铣是首选。
这更容易获得更小公差的壁直线度和更好的 90度角。 不同轴向走刀之间如果有不重合的 话, 接刀痕也非常小。 这主要是因为切削力的方向。 如果在切削中使用非常锋利的切削刃, 切削力便趋向将刀 “ 拉 ” 向材料。 可以使用逆铣的另一个例子是,使用老式手动铣床进行铣 削,老式铣床的丝杠有较大的间隙。 逆铣产生消除间隙的切削力,使铣削动作更平稳。 圆弧顺逆的判断
数控车床是两坐标的机床, 只有 X 轴和 Z 轴, 应按右手定则的方法将 Y 轴也加上去来考虑。 判断时让 Y 轴的正向指向自己, (即沿 Y 轴的负方向看去) ,站在这样的位置就可正确判断 X-Z 平面上圆弧的顺逆时针。
广数 GSK980T 系统的对刀方法
(1)用基准刀试切工件,设定基准坐标系:试切端面 X 向退刀,进入录入方式,按程序按 钮。 输入 G50 Z0, 即把该端面作为 Z 向基准面。 然后按设置键, 设置偏置号 (基准刀 +100) , 输入 Z=0, 试切外圆, Z 向退刀, 测得外圆直径 , 进入录入方式, 按程序按钮。 输入 G50X , 然后按设置键,设置偏号,基准刀偏置号 +100, X= 。
(2)调用其它各把刀具,车外圆, Z 向退刀。测得外圆直径,将所测得的值 设到一偏置号 中,该偏置为刀号 +100,如刀号为 2,则偏置号为 202,在此处输入 X= 。同理车台阶, X 向退刀,测得台阶深度 ,在偏置号处输入 Z=- 。
广数 GSK928TC 系统的对刀方法
(1)用基准刀试切工件,用 input 建立对刀坐标系,该坐标系的 Z 向原点,一般设在工件 的右端,即把试切的端面作为 Z 向零点。
(2)调用其它各刀,如 2号刀,用 T20调用,然后试切外圆 Z 向退刀,测得直径 ,然后 按 I 键。输入 。试切台阶, X 向退刀,测得台阶深度为 ,然后按 K 键,输入 - ,刀补即设 置完毕。
坐标轴的方向
无论那种坐标系都规定与车床主轴轴线平行的方向为 Z 轴,从卡盘中心至尾座顶尖中心的 方向为正方向。在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为 X 轴,远离主轴旋转中心的方向 为正方向。
直径或半径尺寸编程
被加工零件的径向尺寸在图纸标注和加工测量时, 一般用直径值表示, 所以采用直径尺寸编 程更为方便。
一般编程方法
1. 确定第一把刀的位置
G50 X Z 该指令确定了第一把刀的位置,此时需把第一把刀移动到工件坐标为 X Z的位置。 2 .返回参考点
G26(G28) :X Z轴同时返回参考点, G27:X 轴返回参考点, G29:Z 轴返回参考点。 3. 快速定位
G00 X Z 快速定位到指定点。
4 .直线插补
G01 X Z F 该指令用于车外圆及端面。 F 为进给速度,其单位为 mm/min (用 G94或 G98指 定 ) 或 mm/r(用 G95或 G99指定 ) 。
5 .圆弧插补
G02(03) X Z I K F 该指令用于车顺圆或逆圆周。 X Z为圆弧终点坐标, I K为圆心相对 于起点的坐标, F 为进给速度。
6. 螺纹切削
G33(32) X Z P(E ) I K 该指令用于螺纹切削, X Z为螺纹终点坐标, P 为公制螺纹导
程 (0.25-100mm), E 为英制螺纹导程 (100-4牙 /英寸 ) , I K为退尾数据。螺纹切削时主轴转速 不能太高,一般 N×P≤3000, N 为主轴转速(rpm ) ,P 为公制螺纹导程 (mm)。
7. 延时或暂停
G04 X, X 为暂停秒数,该指令一般用于切槽,可保持槽底光滑。
8 .主轴转速设定
M03(04) S 该指令用于主轴顺时针或逆时针转,主轴转速为 S ,其单位为 m/min (用 G96指定 ) 或 r/min(用 G97指定 ) 。 M05表示主轴停止。
9. 程序结束
M02(在此处结束)或 M30(结束后返回程序首句) 。
循环
由于车削加工常用棒料和锻料作为毛坯, 加工余量较大, 为简化编程, 数控车床常具备不同 形式的固定循环,可进行多次循环切削。
1. 外径、内径循环
G90 X Z R F 该指令用于外径、内径的简单车削循环, X Z为循环终点坐标, R 表示圆锥面 循环。其值为圆锥体大小端差(直径差) ,循环起点由上句程序决定, F 为进给速度。 2. 螺纹车削循环
G92 X Z P(E ) I K R L 该指令用于螺纹车削循环 , X Z为螺纹终点坐标, P 为公制螺纹导 程 (0.25-100mm), E 为英制螺纹导程 (100-4牙 /英寸 ) , I K为退尾数据, R 表示螺纹起点与终 点的直径差(用于加工圆锥螺纹) , L 表示螺纹头数,螺纹车削循环起点由上句程序决定。 G92指令与 G33指令的区别为 G92可多次自动切削螺纹。
3. 端面车削循环
G94 X Z R F 该指令用于端面的简单车削循环, X Z为循环终点坐标, R 表示锥面循环。其 值为圆锥体大小端差(Z 向差) ,循环起点由上句程序决定, F 为进给速度。
4 .切槽循环
G75 X Z I K E F 该指令用于切槽循环, X Z为循环终点坐标, I 为每次 X 轴的进刀量, K 为 每次 X 轴的退刀量, E 为 Z 轴每次的偏移量, F 为进刀速度,省略 Z 表示切断。
5. 外圆粗车复合循环
G71 X I K L F 该指令用于外圆粗车复合循环,即编程时写出外圆加工形状,系统从毛坯开 始自动走出外圆循环形状。该循环平行于 Z 轴切削, X 为循环终点坐标, I 为每次 X 轴的进 刀量, K 为每次 X 轴的退刀量, L 为决定外圆加工形状的程序段数量, F 为进给速度, G71指令段后马上接决定外圆加工形状的程序段。
6. 端面粗车复合循环
G72 Z I K L F 该指令用于端面粗车复合循环,即编程时写出端面加工形状,系统从毛坯开 始自动走出端面循环形状。该循环平行于 X 轴切削, Z 为循环终点坐标, I 为每次 Z 轴的进 刀量, K 为每次 Z 轴的退刀量, L 为决定端面加工形状的程序段数量, F 为进给速度, G72指令段后马上接决定端面加工形状的程序段。
绝对坐标与增量坐标
X 、 Z 表示绝对坐标, U 、 W 表示相对坐标。
公制与英制尺寸设定
公制尺寸设定指令 G21,英制尺寸设定指令 G20,系统上电后,机床处在 G21状态。 西门子 802S 系统工件坐标系的建立方法
(1)转动刀架至基准刀(如 1号刀) 。
(2)在 MDA 状态下,输入 T1D0,使刀补为 0。
(3)机床回参考点。
(4)用试切法确定工件坐标原点。先切削试件的端面。 Z 方向不动。若该点即为 Z 方向原 点, 则在参数下的零点偏置于目录的 G54中, 输入该点的 Z 向机械坐标值 A 的负值, 即 Z=-A。 若 Z 向原点在端面的左边 处,则在 G54中输入 Z=-(A+ ) ,回车即可。同理试切外圆, X 方向不动。 Z 方向退刀,记下 X 方向的机床坐标 A ,量直径,得到半径 R ,在 G54的 X 中 输入 X=-(A+R) ,回车即可。
数控车床 FANUC 编程技巧
科学技术的发展, 导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化, 产品的生产也趋向种类多 样化、批量中小型化。为适应这一变化,数控(NC )设备在企业中的作用愈来愈大。 BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床。它与普通车床相比,一个显著的优点是:对零件 变化的适应性强, 更换零件只需改变相应的程序, 对刀具进行简单的调整即可做出合格的零 件,为节约成本赢得先机。但是,要充分发挥数控机床的作用,不仅要有良好的硬件, (如:优质的刀具、机床的精度等) ,更重要的是软件:编程,即根据不同的零件的特点,编制合 理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学,我摸索出一些编程技巧。
数控车床虽然加工柔性比普通车床优越, 但单就某一种零件的生产效率而言, 与普通车 床还存在一定的差距。因此,提高数控车床的效率便成为关键,而合理运用编程技巧, 编制 高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
1. 灵活设置参考点
BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴, 即主轴 Z 和刀具轴 X 。 棒料中心 为坐标系原点, 各刀接近棒料时, 坐标值减小, 称之为进刀; 反之, 坐标值增大, 称为退刀。 当退到刀具开始时位置时, 刀具停止, 此位置称为参考点。 参考点是编程中一个非常重要的 概念,每执行完一次自动循环,刀具都必须返回到这个位置,准备下一次循环。因此,在执 行程序前, 必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。 然而, 参考点的实际位置 并不是固定不变的, 编程人员可以根据零件的直径、 所用的刀具的种类、 数量调整参考点的 位置,缩短刀具的空行程。从而提高效率。
2. 化零为整法
在低压电器中,存在大量的短销轴类零件,其长径比大约为 2~3,直径多在 3mm 以下。 由于零件几何尺寸较小,普通仪表车床难以装夹,无法保证质量。如果按照常规方法编程, 在每一次循环中只加工一个零件, 由于轴向尺寸较短, 造成机床主轴滑块在床身导轨局部频 繁往复,弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后,便会造成机床导轨局部过度磨损, 影响机床的加工精度, 严重的甚至会造成机床报废。 而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作, 则会 导致控制电器的损坏。 要解决以上问题, 必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作
间隔, 同时不能降低生产率。 由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件, 则主轴送 进长度为单件零件长度的数倍 ,甚至可达主轴最大运行距离,而弹簧夹头夹紧机构的动作 时间间隔相应延长为原来的数倍。 更重要的是, 原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上, 每个零件的辅助时间大为缩短, 从而提高了生产效率。 为了实现这一设想, 我联想到电脑程 序设计中主程序和子程序的概念,如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中, 而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中, 每加工一个零件时, 由 主程序通过调用子程序命令调用一次子程序, 加工完成后, 跳转回主程序。 需要加工几个零 件便调用几次子程序, 十分有利于增减每次循环加工零件的数目。 通过这种方式编制的加工 程序也比较简洁明了,便于修改、维护。 值得注意的是, 由于子程序的各项参数在每次调用 中都保持不变, 而主轴的坐标时刻在变化, 为与主程序相适应, 在子程序中必须采用相对编 程语句。
3. 减少刀具空行程
在 BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中,刀具的运动是依靠步进电动机来带动 的, 尽管在程序命令中有快速点定位命令 G00, 但与普通车床的进给方式相比, 依然显得效 率不高。因此, 要想提高机床效率, 必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近 工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。 只要减少刀具空行程, 就可以提高刀具的运行 效率。 (对于点位控制的数控车床,只要求定位精度较高,定位过程可尽可能快,而刀具相 对工件的运动路线是无关紧要的。 )在机床调整方面,要将刀具的初始位置安排在尽可能靠 近棒料的地方。 在程序方面, 要根据零件的结构, 使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安 装时彼此尽可能分散, 在很接近棒料时彼此就不会发生干涉; 另一方面, 由于刀具实际的初 始位置已经与原来发生了变化, 必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改, 使之与实际情 况相符, 与此同时再配合快速点定位命令, 就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提 高机床加工效率。
4. 优化参数,平衡刀具负荷,减少刀具磨损
由于零件结构的千变万化, 有可能导致刀具切削负荷的不平衡。 而由于自身几何形状的 差异导致不同刀具在刚度、强度方面存在较大差异,例如:正外圆刀与切断刀之间,正外圆 刀与反外圆刀之间。 如果在编程时不考虑这些差异。 用强度、 刚度弱的刀具承受较大的切削 载荷, 就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏, 而零件的加工质量达不到要求。 因此编程时必 须分析零件结构,用强度、刚度较高的刀具承受较大的切削载荷, 用强度、 刚度小的刀具承 受较小的切削载荷, 使不同的刀具都可以采用合理的切削用量, 具有大体相近的寿命, 减少 磨刀及更换刀具的次数。
本文总结的一些具体结论仅适用于 BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床, 但是它表 现的编程思想具有普遍意义。 要编制合理高效的加工程序, 必须要熟悉所使用机床的程序语 言并能加以灵活运用, 了解机床的主参数, 深入分析零件的结构特点、 材料特性及加工工艺 等。
BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床指令包括 G 、 M 、 S 、 T 。其中指令为准备功能 指令, M 指令为辅助功能指令, S 为主轴转速控制指令, T 为刀具选择指令。下表列出了部 分 常用的指令代码及含义 。
代码符号 代码含义 代码符号 代码含义
G90 绝对值输入 G31 等导程螺纹切削
G91 相对值输入 G32 跳步功能
G00 快速点定位 M02、 M03 程序结束
G01 直线插补 M00 程序停机
G02、 G03 顺圆和逆圆插补 M01 选择停机
G28 自动返回参考点 M98 调用子程序
G04 暂停 M99 子程序结束
范文五:数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿应用技巧
数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿应用技巧
摘 要:刀尖圆弧半径补偿是数控车床系统的一个重要功能,但如何正确有效的使用此功能需要一定的技巧,此功能对于保证所加工零件的轮廓精度十分有效,还可以简化刀尖圆心运动轨迹的计算。本文针对FANUC-0i系统的数控车床,提出一整套此问题的实现方案和使用技巧,并举实例详述数控加工程序编写方法。
关键词:刀尖圆弧;半径补偿;左补偿;右补偿;刀尖位置
中图分类号:TG51 文献标识码:A
一、数控车削中刀尖圆弧半径补偿的作用
在数控车削加工中,为了提高刀具的强度、耐用度及工件的表面加工质量,一般使用机夹可转位车刀,而机夹可转位车刀的刀尖都有一个精度较高的刀尖圆弧,如图1所示,刀尖圆弧一般为R0.2~R0.8。
图1刀尖圆弧
当有刀尖圆弧后,由于数控加工程序的编制是按假想刀尖点进行的,切削端面和圆柱面时不存在误差,如图2所示;而在切削锥面和圆弧时,就会出现过切或欠切现象,如图3所示。这样当工件轮廓精度要求高时,就达不到精度要求。
如果单从编程的角度解决,需要根据所加工的零件轮廓计算刀尖圆弧中心的运动轨迹进行编程,这样会增加计算的工作量,而且也容易出现错误。为解决这一难题,我们引入刀尖圆弧半径补偿这一概念。由于数控系统拥有刀尖圆弧半径自动补偿功能,因此,加工程序的编制仍然按图纸所标注的尺寸编写,这样由刀尖圆弧半径而产生的过切或欠切问题可以通过刀具半径补偿功能,使刀具自动地沿加工轮廓方向偏置一个刀尖圆弧半径值,如图4所示。
二、刀尖圆弧半径补偿指令及使用技巧
1(刀尖半径补偿指令
G41――左补偿,沿刀具加工方向看,刀具位于工件左侧时即为左补偿。
G42――右补偿,沿刀具加工方向看,刀具位于工件右侧时即为右补偿。
G40――刀具补偿取消。
2(G41、G42的判别技巧
机床前置刀架与后置刀架方式下刀补的方向有一定的区别,如图5和图6所示,可得出一个结论就是:无论后置还是前置刀架使用右偏刀加工外圆时刀具半径补偿方向是G42,内孔是G41。
3(刀具假想刀尖方位的选择。机床前置刀架与后置刀架方式下,不同类型的刀具假想刀尖方位也有所不同。如图7和图8所示,从图中可看出无论后置还是前置刀架,我们常用的外圆右偏刀刀尖方位为3,内孔右偏刀刀尖方位为2。
4(刀具假想刀尖方位及刀尖圆弧半值的输入。要使刀尖圆弧补偿发挥作用,必须在数控系统的刀具补偿页面内填入刀具假想刀尖方位和刀尖圆弧半值,以FANUC―0i数控系统为例,如图9所示,刀尖方位填在T栏下,刀尖圆弧填在R栏下。
5(刀补指令G41、G42或G40必须写在G01或G00程序段上,否则会出现语法错误报警。例如:G42 G00 X50 Z5和G42 G01 X50 Z5 F0.1都是正确的,G42 G02 X50 Z5 R20 F0.1
是错误的。
6(刀尖圆弧半径补偿的建立与取消都要在加工轮廓的外面进行,由于在刀尖圆弧半径补偿的建立与取消过程中,都要进行偏置过渡运动,如果该程序段已进入工件就可能产生误切。
7(刀尖圆弧半径补偿的建立与取消过渡线段长度必须大于刀尖圆弧半径值,例如:
刀尖圆弧半径R=0.4mm,则Z轴移动量必须大于0.4mm,X轴移动量必须大于2×0.4mm=0.8mm。
三、刀尖圆弧半径补偿应用实例
零件图如图10所示,使刀尖圆弧半径补偿方法编写FANUC―0i数控系统精加工程序。
结论
刀尖圆弧半径补偿是数控车床系统的一个重要功能,正确灵活的使用此功能,可以在不需要通过繁琐计算而获得刀尖圆弧中心运动轨迹的情况下保证加工零件的轮廓尺寸精度,可以使零件的数控加工程序的编制更加简化。在实际加工时,使用刀尖圆弧补偿功能时可能会出现圆弧干涉报警,这时需要根据所加工的零件选择合适的刀尖圆弧的刀片或选择合适的补偿建立坐标点。
参考文献
[1]北京FANUC公司.FANUC-0i车床编程与操作说明书(P253―P289)[Z].1998,5.
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