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數(shù)控銑削加工中刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用研究

2024-7-26 來(lái)源：南陽(yáng)技師學(xué)院作者：衛(wèi)黨連

摘要：在數(shù)控銑床上進(jìn)行輪廓加工時(shí)，由于刀具總有一定的半徑，刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于所需加工零件的實(shí)際輪廓，因此在進(jìn)行內(nèi)輪廓加工時(shí)，刀具中心偏移零件的內(nèi)輪廓表面一個(gè)刀具半徑值。而在進(jìn)行外輪廓加工時(shí)，刀具中心又偏離零件的外輪廓表面一個(gè)刀具半徑值，影響到產(chǎn)品的加工質(zhì)量。針對(duì)刀具補(bǔ)償需注意的內(nèi)容進(jìn)行整理，以降低數(shù)控銑削加工誤差，提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削加工；刀具補(bǔ)償；加工質(zhì)量

0 引言

從目前的應(yīng)用情況來(lái)看，在數(shù)控銑床加工過(guò)程中，經(jīng)常使用到的刀具補(bǔ)償方法有刀具半徑補(bǔ)償與刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償兩種方法[1]。兩類方法在應(yīng)用中擁有不同的優(yōu)勢(shì)與不足，可結(jié)合具體的加工情況，來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)牡毒哐a(bǔ)償方法，以此來(lái)提高數(shù)控加工結(jié)果的合理性，加工出滿足質(zhì)量要求的產(chǎn)品。

1、刀具補(bǔ)償?shù)囊饬x

受到各類因素影響，使得數(shù)控銑削加工過(guò)程中，容易出現(xiàn)誤差偏大問(wèn)題，影響到產(chǎn)品加工質(zhì)量的合理性[2]。而有了刀具補(bǔ)償功能后，可以按工件實(shí)際輪廓編程，而把刀具補(bǔ)償量在“刀具參數(shù)設(shè)定”界面內(nèi)輸入數(shù)控系統(tǒng)，寄存在與刀具編號(hào)相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器中，這樣在執(zhí)行程序時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)按預(yù)先存入的補(bǔ)償量、零件輪廓尺寸和補(bǔ)償方式指令自動(dòng)計(jì)算出刀具中心軌跡，而且在磨損或重磨后，只需改變補(bǔ)償量，而不必修改已編好的程序。由此可見，刀具補(bǔ)償方法在數(shù)控加工技術(shù)中有著良好的應(yīng)用價(jià)值。

2、刀具補(bǔ)償分類

2.1 半徑補(bǔ)償

2.1.1 常用方法

在數(shù)控裝置的應(yīng)用中，如果其不具備半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能，在產(chǎn)品加工中，如果想要得到質(zhì)量合格的零件，需要對(duì)刀具中心跡來(lái)進(jìn)行合理編程，并且需要將刀具半徑計(jì)算到每一階段的程序當(dāng)中，從而得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果[3]。在半徑補(bǔ)償活動(dòng)中，會(huì)依托 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容，來(lái)假設(shè)工件在加工中處于不動(dòng)的狀態(tài)，只有刀具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。順延刀具運(yùn)動(dòng)方向來(lái)看，如果刀具正在切削輪廓左側(cè)時(shí)，此時(shí)刀具則正在進(jìn)行半徑左補(bǔ)償。相對(duì)應(yīng)的，如果刀具正處于工件切削輪廓右側(cè)位置，則表示刀具正處于半徑右補(bǔ)償。

2.1.2 工作過(guò)程

刀具半徑補(bǔ)償過(guò)程可以細(xì)分為以下 3 個(gè)階段：①建立刀具補(bǔ)償環(huán)境，其是指刀具啟動(dòng)后，開始從起點(diǎn)位置逐漸接近工件，此過(guò)程中刀具中心會(huì)從和編程軌跡逐漸重合的狀態(tài)，逐漸過(guò)渡到和編程軌跡偏離某個(gè)偏置量的過(guò)程，刀具半徑左補(bǔ)償與刀具半徑右補(bǔ)償則會(huì)在程序段中有效[4]；②有序開展刀具補(bǔ)償活動(dòng)，在完成刀具補(bǔ)償環(huán)境的建立后，其作用也會(huì)得到一直發(fā)揮，即刀具中心和編程軌跡一直處于某個(gè)偏置量，一直到刀具半徑補(bǔ)償活動(dòng)結(jié)束后再恢復(fù)正常，在此情況下，半徑補(bǔ)償活動(dòng)也一直處于有效的狀態(tài)；③刀具補(bǔ)償狀態(tài)的取消，等待上述所有補(bǔ)償活動(dòng)結(jié)束后，此時(shí)程序則會(huì)取消刀具半徑補(bǔ)償，此時(shí)刀具半徑左補(bǔ)償與刀具半徑右補(bǔ)償指令都會(huì)處于無(wú)效的狀態(tài)。

2.2 長(zhǎng)度補(bǔ)償

2.2.1 常用方法

在數(shù)控銑床運(yùn)行中，其使用到的刀具長(zhǎng)度處于不一致的狀態(tài)，受到刀具磨損、其他因素影響，會(huì)影響到刀具的實(shí)際長(zhǎng)度，因此需要使用刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令來(lái)調(diào)整這些因素影響，保證刀具工作狀態(tài)的穩(wěn)定性[5]。在整個(gè)長(zhǎng)度補(bǔ)償過(guò)程中，可以使用自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理。在具體應(yīng)用中，會(huì)將不同長(zhǎng)度的刀具，來(lái)對(duì)刀具的操作過(guò)程進(jìn)行差值獲取，過(guò)程中也會(huì)使用 MDI 方式來(lái)調(diào)整刀具長(zhǎng)度參數(shù)與輸入刀具參數(shù)，從而影響到刀具長(zhǎng)度的補(bǔ)償指令。總結(jié)以往的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償活動(dòng)中，其涉及的指令包括刀具長(zhǎng)度正向補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度負(fù)向補(bǔ)償以及撤銷刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令。在長(zhǎng)度補(bǔ)償活動(dòng)中，也會(huì)將數(shù)字作為長(zhǎng)度補(bǔ)償值的重要符號(hào)，而且在應(yīng)用中也會(huì)提前設(shè)置補(bǔ)償量，并將其設(shè)置在操作面板當(dāng)中對(duì)應(yīng)的符號(hào)位置。而已經(jīng)擬定好程序的數(shù)控裝置在運(yùn)行到該程序段時(shí)，此時(shí)則會(huì)對(duì)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值來(lái)進(jìn)行讀取，同時(shí)也會(huì)使用工具來(lái)對(duì)刀具軌跡進(jìn)行計(jì)算，以保證刀具補(bǔ)償結(jié)果的合理性。

2.2.2 工作過(guò)程

刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償過(guò)程如下：①在程序執(zhí)行刀具長(zhǎng)度正向補(bǔ)償指令時(shí)，此時(shí)刀具刀位點(diǎn)會(huì)在指令推動(dòng)下到達(dá)實(shí)際的點(diǎn)位置，而指令當(dāng)中的指定點(diǎn)位置和長(zhǎng)度補(bǔ)償寄存器順利相加在一起后，會(huì)將其抬起到某一固定值，以此來(lái)調(diào)整刀具長(zhǎng)度；②在程序執(zhí)行刀具長(zhǎng)度負(fù)向補(bǔ)償指令時(shí)，此時(shí)刀具刀位點(diǎn)也會(huì)在既有程序推動(dòng)下到達(dá)實(shí)際的點(diǎn)位置，此時(shí)會(huì)將指定點(diǎn)位置和長(zhǎng)度補(bǔ)償寄存器進(jìn)行相減處理，此過(guò)程則類似刀具可以直接延長(zhǎng)一個(gè)長(zhǎng)度補(bǔ)償值參數(shù)，以此為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)刀具長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整[6]；③在實(shí)際應(yīng)用中，長(zhǎng)度補(bǔ)償值也會(huì)將其設(shè)置為負(fù)值，此時(shí)在刀具長(zhǎng)度正向補(bǔ)償時(shí)也會(huì)設(shè)置為負(fù)值，此時(shí)該指令則和刀具長(zhǎng)度負(fù)向補(bǔ)償效果相一致，多結(jié)合實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行選擇，以保證最終的補(bǔ)償效果。

3、數(shù)控銑削加工中刀具補(bǔ)償應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 銑削半徑補(bǔ)償

3.1.1 做好編程工程

在半徑補(bǔ)償過(guò)程中，首要任務(wù)便是做好編程工作，這也是后續(xù)刀補(bǔ)過(guò)程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)條件。在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免刀具中心軌跡出現(xiàn)異常波動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)使用零件輪廓尺寸編程來(lái)參與刀具補(bǔ)償過(guò)程。總結(jié)以往應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可以得知，在對(duì)工件刀具中心軌跡進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其復(fù)雜程度相對(duì)較高，因此在實(shí)際應(yīng)用中則可以直接應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償，在補(bǔ)償作用下可以借助銑刀自動(dòng)化移動(dòng)，移動(dòng)方向?yàn)楸患庸すぜ喞鈧?cè)，位移距離為一個(gè)刀具的移動(dòng)半徑，隨后再根據(jù)工具輪廓尺寸來(lái)進(jìn)行編程，以此來(lái)作為半徑補(bǔ)償時(shí)的重要參考。并且在此情況下也不需要再對(duì)銑刀中心軌跡進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化了整個(gè)計(jì)算過(guò)程。

3.1.2 粗加工與精加工

完成上述處理工作后，進(jìn)入到粗加工與精加工環(huán)節(jié)，在該加工階段也需注意以下內(nèi)容：在數(shù)控銑削加工過(guò)程中，會(huì)使用到同一個(gè)程序來(lái)控制整個(gè)加工過(guò)程，同時(shí)為了提高加工過(guò)程的可靠性，會(huì)使用同一把刀具來(lái)參與加工。在整個(gè)加工過(guò)程中，也會(huì)使用各種類型的刀具補(bǔ)償半徑值來(lái)滿足不同情況下的加工要求。并且在整個(gè)處理活動(dòng)中，會(huì)根據(jù)實(shí)際需求情況來(lái)逐步減少相應(yīng)的切削余量，以此來(lái)達(dá)到粗加工與精加工的目的。在具體應(yīng)用中，也會(huì)使用半徑為 R 的刀具來(lái)作為主要生產(chǎn)工具，在進(jìn)行粗加工時(shí)，所設(shè)置的刀具半徑值會(huì)設(shè)置為 R+d，其中 d 表示進(jìn)行精加工時(shí)的具體余量。進(jìn)入精加工環(huán)節(jié)時(shí)，也會(huì)繼續(xù)使用同一加工程序，從而完成零件的粗加工與精加工。

3.1.3 刀補(bǔ)值計(jì)算與補(bǔ)償

完成上述處理過(guò)程后，進(jìn)入到刀補(bǔ)值計(jì)算與補(bǔ)償環(huán)節(jié)，一般情況下，在加工過(guò)程中，刀具會(huì)在磨損、重磨、換新刀的情況下，導(dǎo)致加工過(guò)程中出現(xiàn)刀具直徑發(fā)生變化，但是此過(guò)程中并不需要重新修改程序，只需要對(duì)其中的刀具參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便可以滿足相應(yīng)需求。在具體的生產(chǎn)活動(dòng)中，如果出現(xiàn)刀具磨損或者刀具更換情況時(shí)，此時(shí)刀具的半徑尺寸也會(huì)出現(xiàn)變化，此時(shí)則需要對(duì)刀具半徑補(bǔ)償值進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)得到的計(jì)算結(jié)果來(lái)科學(xué)設(shè)置刀具半徑值，從而解決刀具半徑變化問(wèn)題。并且在調(diào)整刀具補(bǔ)償值之后，也會(huì)對(duì)整個(gè)零件的應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行加工與修正，從而完成半徑補(bǔ)償處理，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 銑削長(zhǎng)度補(bǔ)償

3.2.1 進(jìn)行科學(xué)編程

長(zhǎng)度補(bǔ)償需要基于實(shí)際情況來(lái)做好相應(yīng)的編程工作，這也是順利進(jìn)行長(zhǎng)度刀補(bǔ)的重要基礎(chǔ)。在實(shí)際加工活動(dòng)中，為了避免刀具出現(xiàn)異常波動(dòng)的情況，在具體的工件程序編寫中，需要基于標(biāo)準(zhǔn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度編程的科學(xué)化設(shè)計(jì)。如果實(shí)際刀具長(zhǎng)度與標(biāo)準(zhǔn)刀具長(zhǎng)度出現(xiàn)不一致問(wèn)題時(shí)，需要基于長(zhǎng)度補(bǔ)償功能來(lái)完成刀具長(zhǎng)度值的科學(xué)補(bǔ)償，而整個(gè)過(guò)程也不需要進(jìn)行加工程序修改，這也為生產(chǎn)加工的順利進(jìn)行提供良好參考。

3.2.2 粗加工與精加工

完成上述處理工作后，順利進(jìn)入到粗加工與精加工階段，進(jìn)入到該階段的處理過(guò)程中也需要注意以下內(nèi)容：在整個(gè)數(shù)控銑削加工過(guò)程中，一直可以借助同一程序來(lái)對(duì)整個(gè)粗加工和精加工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制；而且為了保證加工結(jié)果的合理性，需要對(duì)整個(gè)切削深度來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，整個(gè)過(guò)程也會(huì)需要做好試切加工控制，以滿足刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償需求。在整個(gè)加工過(guò)程中，會(huì)根據(jù)刀具的變化情況，在程序當(dāng)中對(duì)于刀具的具體參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其能夠滿足切削余量的逐步減少要求，以滿足粗加工與精加工的相關(guān)要求。

3.2.3 刀補(bǔ)值計(jì)算與補(bǔ)償

完成上述處理工作后，開始對(duì)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值進(jìn)行計(jì)算。在整個(gè)加工過(guò)程中，刀具會(huì)在磨損、重磨、換新刀的情況下，出現(xiàn)刀具長(zhǎng)度縮減的問(wèn)題。而整個(gè)補(bǔ)償過(guò)程也會(huì)依托零件實(shí)際輪廓編程來(lái)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，整個(gè)過(guò)程也不需要調(diào)整程序內(nèi)容，在加工活動(dòng)開始前基于加工深度要求，分層設(shè)置刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償數(shù)值，并且在加工過(guò)程中，需要對(duì)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)得到的計(jì)算結(jié)果來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整刀具長(zhǎng)度值，減少刀具值變動(dòng)帶來(lái)的影響。另外，在整個(gè)處理活動(dòng)中，基于具體需求來(lái)分層銑削，直到獲取到所需要的加工零件。

4、數(shù)控銑削加工中刀具補(bǔ)償應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

4.1 半徑補(bǔ)償注意事項(xiàng)

使用刀具半徑補(bǔ)償時(shí)需要注意以下內(nèi)容：①借助刀具半徑補(bǔ)償來(lái)對(duì)刀具加工過(guò)程進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要保證刀具一直處于補(bǔ)償平面內(nèi)來(lái)進(jìn)行移動(dòng)，而且刀具的移動(dòng)距離也需要超過(guò)刀具的具體補(bǔ)償值，以得到良好的刀具半徑補(bǔ)償效果；②零件加工過(guò)程中，如果其半徑不超過(guò)刀具內(nèi)圓弧半徑，在刀具補(bǔ)償過(guò)程中也會(huì)帶來(lái)過(guò)切削問(wèn)題，影響到零件加工結(jié)果的合理性。一般情況下，在刀具半徑值的選擇中，需要將其控制在過(guò)渡圓角半徑的 80%~90%，以此來(lái)保證整個(gè)切削過(guò)程的穩(wěn)定性；③被銑削槽底寬需要做好科學(xué)化控制，在整個(gè)控制活動(dòng)中，如果被銑削槽底寬度值小于刀具直徑，此時(shí)也會(huì)帶來(lái)過(guò)切削問(wèn)題，這也是補(bǔ)償時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容；④在刀具補(bǔ)償環(huán)境完成建立后，此時(shí)如果出現(xiàn)了不于兩段的移動(dòng)指令，在整個(gè)補(bǔ)償活動(dòng)中也將帶來(lái)過(guò)切問(wèn)題，這也需做好參數(shù)控制工作，以提升刀具半徑補(bǔ)償效果；⑤刀具補(bǔ)償環(huán)境完成建立后，如果在加工過(guò)程中出現(xiàn)軌跡夾角偏移的問(wèn)題，也會(huì)帶來(lái)過(guò)切問(wèn)題，影響到產(chǎn)品加工質(zhì)量，這也是開展活動(dòng)中需重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

4.2 長(zhǎng)度補(bǔ)償注意事項(xiàng)

長(zhǎng)度補(bǔ)償需要注意以下內(nèi)容：①在零件加工活動(dòng)中，每進(jìn)行一次換刀處理，都需要進(jìn)行一次長(zhǎng)補(bǔ)償，而且此項(xiàng)工作在編程活動(dòng)中不能忽略，以保證零件加工結(jié)果的可靠性；②在長(zhǎng)度補(bǔ)償時(shí)，刀具長(zhǎng)度正向補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度負(fù)向補(bǔ)償指令后不會(huì)再有長(zhǎng)度補(bǔ)償號(hào)，這也需要采取其他措施來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度補(bǔ)償，以提高長(zhǎng)度補(bǔ)償結(jié)果的合理性；③在長(zhǎng)度補(bǔ)償中會(huì)使用到許多長(zhǎng)度補(bǔ)償號(hào)與刀具，需要保證刀具號(hào)與長(zhǎng)度補(bǔ)償號(hào)的一致性，防止兩者不匹配情況的出現(xiàn)，影響到最終的補(bǔ)償效果；④在前期參數(shù)設(shè)計(jì)中，需要做好工件坐標(biāo)系的科學(xué)應(yīng)用，各項(xiàng)參數(shù)都需要做好科學(xué)設(shè)定，保證相對(duì)位置布設(shè)結(jié)果的合理性；⑤在程序結(jié)束或者換刀前必須取消刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。由于長(zhǎng)度正補(bǔ)償使刀具抬高了一把刀具的長(zhǎng)度，取消時(shí)導(dǎo)致刀具下行碰撞到工件或者夾具。

5、結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)控機(jī)床銑削過(guò)程中，由于刀具在長(zhǎng)期磨損后出現(xiàn)半徑變小、長(zhǎng)度縮減等情況，而且在機(jī)床銑削中也會(huì)更換多種刀具，為保證機(jī)床銑削結(jié)果的可靠性，需要基于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行刀具補(bǔ)償。在具體的補(bǔ)償中，可以在加工環(huán)節(jié)來(lái)更換刀具半徑、長(zhǎng)度補(bǔ)償值，以此來(lái)對(duì)加工工件外形尺寸、加工精度進(jìn)行科學(xué)控制，保證工件加工質(zhì)量。

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