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数控加工中车刀刀尖半径补偿中的计算

Date of issue:2022-06-29 09:51:41  Number of hits:6455

刀尖半径补偿是数控车削中常见的问题。本文分析了刀尖半径的影响,并根据数控系统的不同功能介绍了刀尖半径的补偿方法。

刀尖半径补偿是数控车削中常见的问题。本文分析了刀尖半径的影响,并根据数控系统的不同功能介绍了刀尖半径的补偿方法。


编制数控车床加工程序时,理论上将车刀刀尖视为一个点,图1a所示的P点为理论刀尖。但为了延长刀具的使用寿命,降低被加工工件的表面粗糙度,通常会将刀尖修磨成小半径的圆弧(一般圆弧的半径R在0.4-1.6之间)。如图1b所示,X方向和Z方向的交点P称为假想刀尖,是编程时确定加工轨迹的点,该点的运动轨迹由数控系统控制。但在实际切削中起作用的切削刃是圆弧的切点A和B,它们是实际切削时形成工件表面的点。显然,假想的刀点P与实际的切削点A、b是不同的,因此,在数控加工或数控编程时,如果不进行刀点圆角半径补偿,只按照工件轮廓编制的程序进行加工,必然会产生加工误差。


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图1圆头刀的假想刀尖


一、假想刀尖的轨迹分析和偏置计算用圆头车刀车削时,实际切削点A和B分别决定X和Z方向的加工尺寸。如图2所示,车削圆柱面或端面时(它们的母线平行于坐标轴Z或X),P点的轨迹与工件的轮廓线重合;车削圆锥面或圆弧面时(它们的母线不平行于坐标轴Z或X),P点的轨迹与工件的轮廓不重合,下面就对车削圆锥面和圆弧面进行讨论:


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图2刀尖圆弧半径的影响


1.加工圆锥面的误差分析及偏置值计算如图3a所示,假想刀尖的点p沿工件轮廓CD移动。如果按照轮廓CD编程,使用圆角车刀进行实际切削,必然会产生CDD1C1的残留误差。因此,在实际加工中,圆头车刀的实际切削点应移动到轮廓CD上,并沿CD移动,如图3b所示,以消除残留高度。此时,假想刀尖的轨迹C2D2与轮廓CD在X方向上相差δ x,在Z方向上相差δ z。设刀具半径为r,可以求出:


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图3用圆头车刀加工圆锥面


2.加工圆弧面的误差分析及偏置量计算。圆头车刀加工的圆弧面和圆锥面基本相似。如图4,加工1/4凸凹圆弧,CD为工件轮廓线,O点为圆心,半径为r,刀具的切削点和圆弧轮廓的起点和终点分别为C和D,对应的假想刀尖为C1和D1。对于图4a所示的凸圆弧的加工,圆弧C1D1为假想的刀尖轨迹,点O1为圆心,半径为(R+R+R);;对于图4b所示的凹圆弧的加工,圆弧C2D2是假想的刀尖轨迹,其中心为O2点,半径为(R-r)。如果按照假想的刀尖轨迹编程,则需要按照图中所示圆弧C1D1或C2D2(虚线)的相关参数进行编程。


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图4用圆头车刀加工90°凸凹圆弧


二。刀具圆角半径补偿方法现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器,具有刀具圆角半径补偿功能(即G41左补偿和G42右补偿功能)。对于这种数控车床,程序员可以直接根据零件的轮廓形状进行编程。编程时,可以假设刀具圆角半径为零。在数控加工之前,必须在数控机床上相应的刀具补偿号中输入刀具圆弧半径值。在加工过程中,CNC系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想的刀尖轨迹。当刀具半径改变时,不需要修改加工程序,只需修改对应刀号补偿号的刀具圆弧半径值即可。需要注意的是,在一些具有G41和G42功能的CNC系统中,除了输入刀尖的圆角半径之外,还要输入假想刀尖相对于圆头刀具中心的位置。这是因为内外圆车削刀具或左右偏置刀具的刀尖位置不同。当数控车床的数控系统有刀具长度补偿器时,直接根据零件的轮廓形状编程。加工前,在机床的刀具长度补偿器中输入δX和δZ的值,加工时调用相应刀具的补偿号。


一些没有补偿功能的经济型数控车床,可以直接根据假想刀尖的轨迹进行编程,即编程时给定假想刀尖的轨迹,编程出如图3b和图4所示的虚线轨迹。如果手工编程计算比较复杂,计算机绘图软件(如AutoCAD、CAXA电子海图等。)通常可以先画出工件轮廓,然后根据刀尖圆角半径画出相应的假想刀尖轨迹,通过软件找出相关点的坐标进行编程;对于复杂的工件,也可以使用计算机辅助编程(CAM)。比如用CAXA数控车床软件编程时,刀尖半径补偿有两种方式:编程时考虑半径补偿和机床补偿。对于一些不具备补偿功能的数控系统,应在编程时考虑半径补偿。根据给定的刀尖半径和零件轮廓,自动计算出假想刀尖轨迹,通过软件后置处理生成假想刀尖轨迹的加工程序。对于这种数控系统,当刀具磨损、重磨或更换新刀具导致刀尖半径发生变化时,需要重新计算假想的刀尖轨迹,修改加工程序,既复杂又繁琐,难以保证加工精度。通过分析车刀刀尖半径对被加工工件的影响,可以看出在数控加工中,特别是精加工中,为了保证零件的加工精度,需要对车刀刀尖半径进行补偿。目前,由于数控系统的功能参差不齐,对于不同类型的数控系统,在实际应用中采用不同的方法。其中有些在编程时要考虑半径补偿,有些可以用在机床上。

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