2017年5月23日

基于不同數控系統數控車床刀具補償的實現

0　引　言目前刀具補償的理論及其實現已經是比較成熟的技術。國內有很多書籍和文章介紹了該指令的應用原理,但由于精工系統生產廠家的不同,相同的刀具補償的理論在具體精工系統上的實現卻有著很大的不同,在我單位已建成的精工培訓實驗中心里,有九臺生產型精工機床,精工系統包括FAUNC 、 SIE-MENS 等系統。通過幾年的使用,我們發現精工編程中刀具補償及其使用在具體精工系統上的特定性常常使用者困惑,本文就此問題,綜合市場上主流的 FA UNC 與SIEMENS 系統進行比較說明,總結出其共性與個性,以供參考。1　精工車床刀具補償1. 1　精工車床刀具補償的產生精工車床是一種自動化程度很高的加工設備,它加工精度高,穩定性好,操作勞動強度低,可以在一次裝夾中完成其全部或大部分加工工序。但在精工車削中,要想正確地進行切削,滿足加工精度的要求,建立車刀和工件的相對位置關系非常重要。在精工車削中,當工件夾緊后,需要通過安裝在刀架上的刀具來建立起機床坐標系與工件坐標系之間的關系,也就是俗稱的對刀操作。在精工車床編程中,刀尖的位置在假想位于刀架的中心點上。但在實際加工中,由于刀具的幾何形狀、安裝位置不同,其刀尖位置相對于工件原點的距離也不相同,如果不進行補償,在換刀后前一刀具刀尖位置和新換的刀具的刀尖位置之間會產生差異。另外刀具的磨損也會產生加工誤差,若不及時利用刀具補償功能予以補償,同樣加工不出符合圖樣要求形狀的零件。所以必須對這種差異和偏差進行適當補償,才能加工出正確的零件形狀。在精工車床編程中將這種補償統稱為刀具補償,簡稱刀補。車刀的刀補一般可分為刀具位置尺寸補償,刀具刀尖半徑補償等。1. 2　精工車床刀具位置尺寸的補償刀具位置尺寸補償的實質是將刀具相對于工件的坐標由刀具安裝的定位點移到刀尖位置。以最簡單的四工位精工車床旋轉刀架為例,由圖1可以看出,刀具1 相對與刀架中心的坐標為 X1 、Y1 ,刀具2相對于刀架中心的位置為X2 、Y2 ,因為精工車床刀具安裝系統的特性,即便是尺寸完全相同的兩把刀具安裝在同一臺精工機床的旋轉刀架上,其相對于刀架中心的尺寸也不可能完全相同,所以需要通過對刀操作以補償因為不同刀具相對于刀架尺寸不同而在換刀時出現的刀尖不重合的現象,簡言之,就是要通過車刀位置尺寸補償來使不同尺寸的車刀在同一個工件坐標系的坐標中運動。精工車床對刀設置的方法一般有試切對刀、機械對刀儀對刀( 接觸式)、光學對刀儀對刀( 非接觸式) 等。1. 3　精工車床刀具刀尖半徑的補償通過上面的刀具位置尺寸補償,我們已將精工編程的坐標點設置在了刀具刀尖點上。但為了提高刀具的使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度,通常將刀尖磨成半徑不大的圓弧,一般圓弧半徑尺寸在0 . 4 ～ 1. 6 mm 之間,如圖 2 所示。很顯然,假想刀尖點與實際切削點是不同點,當加工與坐標軸平行的圓柱面和端面輪廓時,刀尖圓弧并不影響其尺寸和形狀。但當加工錐面、圓弧等非坐標方向輪廓時,刀尖圓弧將引起其尺寸和形狀誤差,而且刀尖圓弧半徑越大,誤差越大。這種誤差的大小不僅與輪廓形狀、走勢有關。而且與刀尖圓弧半徑有關,當零件加工精度要求較高時,就可能出現超差,所以如果在精工加工或精工編程時不對刀尖圓角半徑進行補償,僅按照工件輪廓編制的程序來加工,勢必會產生加工誤差[ 1]。在精工加工中,可轉位精工車刀刀片的刀尖一般是圓弧狀,每種刀片的刀尖圓角半徑是一定的,選定了刀片型號,對應刀片的刀尖圓角半徑值即可確定。現代機床基本都具有車刀圓角半徑補償功能,即G41 左補償和G42右補償功能。在精工加工前必須在精工機床上的相應半徑偏置寄存器中輸入刀具圓弧半徑值,加工過程中,精工系統根據加工程序和刀具圓弧半徑自動計算假想刀尖軌跡,進行刀具圓角半徑補償,完成零件的加工。刀具半徑變化時,不需修改加工程序,只需修改相應刀具補償號的圓弧半徑值即可。在編程中判斷左右刀補的過程中,遵循的原則是沿垂直于圓弧所在平面第三軸的反方向看去,再沿著刀具的前進方向看去,如果刀具在被切削工件的左側,編程時使用刀具左補償G41 ,如果刀具在被切削工件的右側,編程時使用刀具右補償G42。但是對于只有兩坐標軸的精工車床來講,加上刀架有前置和后置的區別,第三坐標的引入及圓弧順逆判斷相對耗費時間且容易出錯。實踐證明,在實際生產過程中,可以不考慮右手笛卡爾坐標系,直接看零件圖就判斷出圓弧加工的左右補償,即在圓弧編程時,始終只分析零件圖軸線上半部分圓弧形狀,當沿該段圓弧形狀從起點畫向終點為順時針方向時就用GO2 ,反之就用 GO3。原因很簡單,車床指向刀架的為X 軸的正方向,指向尾座為Z 的正方向,那么前后刀架的X 軸的方向是相反的,就導致參與判斷的第三軸 Y 軸的正方向是相反的,一個指向紙外,一個指向紙內,如圖3 所示。在后置刀架的精工車床加工中,由于 Y 軸指向紙外,在 XOZ 坐標系中我們直接選擇工件的零件圖軸線上半部分圓弧形狀判斷圓弧順逆,而前置刀架的精工車床Y 軸指向紙內,我們選擇工件的零件圖軸線下半部分圓弧形狀判斷圓弧順逆時應該從紙內向紙外觀察,其結果正好與前置刀架的判斷相同,因此,無論是前置后置刀架,我們可以只分析零件圖軸線上半部分圓弧形狀的順逆情況進行編程。2　不同精工系統精工車床刀具補償功能實現2. 1　FAN UC 0i 精工車床系統的實現FANUC 系統是日本富士通公司的產品,通常其中文譯名為發那科。FANUC 系統進入中國市場有非常悠久的歷史, 有多種型號的產品在使用,使用較為廣泛的產品有 FAN UC 0 、FANUC 16 、FAN UC 18 、FAN UC 21 等。在這些型號的產品中,使用最為廣泛的是FAN UC 0 系列,其中 FAN UC0i精工車床系統更是市場占有率最高的系統之一。在FAN UC 的精工編程中,用 T 功能選擇刀具并調用刀具補償,其格式為 T xx x x ,其中前兩個 xx為刀具號,后兩個 x x 為刀具補償號,如 T0202。如果刀具補償號為00 , 則表示取消刀補。按下OFFSE T SE TTING 后在 CRT 上顯示刀具補正界面,按下補正對應的功能軟件后在CRT 上將顯示磨耗和形狀兩個選項,如圖4 所示,其中一般將對刀結果存儲在形狀存儲器中,而磨耗存儲器中一般用于輸入切削余量和修正對刀結果以及由于刀具磨損形成的零件加工誤差。磨耗和形狀均對應刀具位置補償( X 和 Z 值) 和刀具圓弧半徑補償( R 和 T 值) 共 4 個參數。在加工之前,將對刀結果和相應的磨耗補償輸人到對應的存儲器CRT 上顯示。在自動執行過程中,精工系統按該存儲器中的 X 、 Z 、R 、T 的數值,自動修正刀具的位置誤差和自動進行刀尖圓弧半徑補償[ 2]。需要特別說明的是FANUC 的刀具補償存儲器是公用的,一般使用與刀具名稱相同的刀具補償存儲器,例如 T0202 ,如果需要也可以同一把刀具使用多個刀具補償存儲器,如 T0202 , T0203。這種情況一般出現在使用同一把刀做粗精加工,所以使用不同的刀具補償來實現加工余量的預留。但是很少出現T0202 , T0302 這種情況,這樣表示 T02 和 T03 共用一個相同的 02 號刀具補償存儲器,這就要求T02 和 T03 刀尖相對于刀架中心的X 和 Y 坐標完全相同,這在生產實踐中是不可能實現的。2. 2　SIEMENS 802S/C 精工車床系統的實現總部位于柏林和慕尼黑的西門子集團公司是世界上******的電氣工程和電子公司之一。旗下的精工系統主要有 SINUMERIK 802S 、 802C 、802D 、 810D 、 840D 等。在這些型號中經濟型精工系統 SIN UMERIK 802S 和普及型精工系統 SI-N UMERIK 802C 使用較為廣泛,而且有著基本相同的操作界面。在SIEMENS 精工系統中,使用 Txx 調用刀具,其刀具補償號由 Dx x 指令指定,其后的數字表示刀具偏置存儲器號。例如 T01 D01 ,如圖5所示,對應刀具位置補償中,長度 1 就是X 軸方向的補償,長度2 就是Z 軸方向的補償,刀具圓弧半徑補償值 R 填在半徑存儲器里。與 FANUC系統相同,其中一般將對刀結果存儲在長度對應的幾何尺寸中,而長度對應的損存儲器一般用于輸入切削余量和修正對刀結果以及由于刀具磨損形成的零件加工誤差。在自動執行過程中,精工系統調用該存儲器中的長度1 、長度2 、半徑的幾何尺寸和磨損值疊加的數值,自動修正刀具的位置誤差和自動進行刀尖圓弧半徑補償[ 3 ]。特別說明的是, SIEMENS 精工系統中刀具補償存儲器是專屬的,例如 T01 D01表示調用1 號刀具同時調用1 號刀具的1 號刀補,同理 T02 D01 表示調用2 號刀具同時調用2 號刀的1 號刀補,兩個D01分屬于各自刀具,并沒有任何關系。這是因為在SIEMENS 精工系統中,每一把刀具都有其專屬多個的刀具補償存儲器并且互相沒有關系,而如果在程序中出現 T01 D01 , T01 D02 這種情況,一般也是使用同一把刀具做粗精加工,調用同屬于T01 號刀具的兩個具有不同數值的刀具補償存儲器。3　結束語總之,精工車床的刀具補償問題是精工加工中應該詳細了解和靈活使用的基本方法,操作者和編程人員都必須十分清楚補償的原理和操作。需要特別指出的是,不管使用何種方式對切削誤差進行補償,其補償量都不一定完全準確,這是由于在對刀過程中的視覺誤差,切削阻力的大小,工件受力形變等原因的影響造成的。刀補量的確定最終還要通過試切工件,對工件進行測量,然后再對相應的刀補值進行進一步的修改以便加工出完全符合設計要求的工件。本文由海天精工整理發表，文章來自網絡僅參考學習，本站不承擔任何法律責任。http://www.hblengqueta.cn/加工中心高速加工中心鉆攻中心 CNC加工中心請選擇海天精工

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