機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)論文--關(guān)于數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償問題的探討

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞1</b></p><p>　　1.刀具半徑補(bǔ)償功能的簡(jiǎn)介2</p><p>　　1.1一般編程方法2</p><p&

2、gt;　　2.刀具半徑補(bǔ)償?shù)木幊谭椒ê椭噶罡袷?</p><p>　　3.刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算4</p><p>　　3.1.刀具半徑補(bǔ)償原理4</p><p>　　3.1.1.刀具半徑補(bǔ)償建立4</p><p>　　3.1.2刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行4</p><p>　　3.1.3刀具半徑補(bǔ)償撤消5</p&g

3、t;<p>　　3.1.4刀具半徑補(bǔ)償?shù)睦斫?</p><p>　　3.1.5注意事項(xiàng) ：5</p><p>　　3.2 刀具半徑補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)問題5</p><p>　　.2.1.刀具半徑補(bǔ)償量的變化5</p><p>　　3.2.2刀具半徑補(bǔ)償量的正負(fù)與刀具的刀心軌跡5</p><p>　　3.

4、2.3.刀具半徑補(bǔ)償?shù)拈_始與Z軸的切入操作6</p><p>　　3.2.4.刀具半徑補(bǔ)償類型7</p><p>　　4.刀具半徑補(bǔ)償過程中應(yīng)注意的問題8</p><p>　　4.1刀具半徑補(bǔ)償過程中的過切現(xiàn)象及其解決方法8</p><p>　　5.刀具半徑補(bǔ)償功能的應(yīng)用9</p><p><b>

5、　　6.結(jié)束語:11</b></p><p><b>　　致 謝12</b></p><p>　　關(guān)于數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償問題的探討</p><p>　　摘 要：本文主要是關(guān)于數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償問題的探討。刀具半徑補(bǔ)償是數(shù)控銑削加工中的常用功能，本文就數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⒑腿∠?、刀具半徑補(bǔ)償量的指定

6、和計(jì)算方法、刀具半徑補(bǔ)償功能的應(yīng)用等進(jìn)行了介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削；刀具半徑補(bǔ)償；探討</p><p>　　刀具半徑補(bǔ)償功能的簡(jiǎn)介</p><p>　　在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑(如銑刀半徑或線切割機(jī)的鉬絲半徑等)， 刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡與所需加工零件的實(shí)際輪廓并不重合。如在圖1中，粗實(shí)線為所需加工的零件輪廓，點(diǎn)劃線為刀具中心軌跡。由

7、圖可見在進(jìn)行內(nèi)輪廓加工時(shí)，刀具中心偏離零件的內(nèi)輪廓表面一個(gè)刀具半徑值。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。這種偏移，稱為刀具半徑補(bǔ)償。</p><p><b>　　1.1一般編程方法</b></p><p>　　無論是車削還是銑削，在對(duì)輪廓加工時(shí)，用刀具半徑補(bǔ)償功能可以簡(jiǎn)化編程。當(dāng)車削加工時(shí)，若采用假象刀尖作為刀位點(diǎn)，在加工錐度或圓弧時(shí)，

8、會(huì)產(chǎn)生欠切或過切現(xiàn)象。如圖1所示。只有控制刀尖的圓弧中心作為刀位點(diǎn)，才能避免欠切與過切現(xiàn)象。</p><p>　　圖1控制假象刀尖時(shí)的欠切與過切現(xiàn)象</p><p>　　用立銑刀進(jìn)行輪廓銑削時(shí)，由于刀位點(diǎn)在銑刀底面與回轉(zhuǎn)中心的交點(diǎn)處，只有當(dāng)?shù)段稽c(diǎn)與輪廓偏離一個(gè)刀具半徑時(shí)，才能加工出合格的尺寸來。</p><p>　　具備刀具半徑補(bǔ)償功能的數(shù)控系統(tǒng)，編程時(shí)不需要計(jì)算刀

9、具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，只按零件輪廓編程。使用刀具半徑補(bǔ)償指令，并在控制面板上手工輸入刀具 半徑，數(shù)控裝置便能自動(dòng)地計(jì)算出刀具中心軌跡，并按刀具中心軌跡運(yùn)動(dòng)。即執(zhí)行刀具半徑補(bǔ)償后，刀具自動(dòng)偏離工件輪廓一個(gè)刀具半徑值，從而加工出所要求的工 件輪廓。操作時(shí)還可以用同一個(gè)加工程序，通過改變刀具半徑的偏移量，對(duì)零件輪廓進(jìn)行粗、精加工。</p><p>　　G41為刀具半徑左補(bǔ)償，即刀具沿工件左側(cè)運(yùn)動(dòng)方向時(shí)的半徑補(bǔ)償，如圖2a所

10、示；G42為刀具半徑右補(bǔ)償，即刀具沿工件右側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)的半徑補(bǔ)償，如圖2b所示；G40為刀具半徑補(bǔ)償取消，使用該指令后，G41、G42指令無效。G40必須和G41或G42成對(duì)使用。</p><p><b>　　圖2刀具半徑補(bǔ)償</b></p><p>　　在數(shù)控銑床上進(jìn)行工件輪廓的數(shù)控銑削加工時(shí)，由于存在刀具半徑，使得刀具中心軌跡與工件輪廓（即編程軌跡）不重合。如果數(shù)控系

11、統(tǒng)不具備刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能，則只能按刀心軌跡，即在編程時(shí)給出刀具的中心軌跡點(diǎn)劃線軌跡。其計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，尤其是當(dāng)?shù)毒吣p、重磨或換新刀而使刀具直徑變化時(shí)，必須重新計(jì)算刀心軌跡，并修改程序。這樣既復(fù)雜繁鎖，又不易保證加工精度?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)均具有刀具半徑補(bǔ)償功能，維修人員只需要按工件加工輪廓進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和編寫程序，系統(tǒng)能根據(jù)輸入的刀具直徑計(jì)算刀具中心軌跡坐標(biāo)，指令刀具偏離工件一個(gè)刀具半徑值的距離，即進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償功能是簡(jiǎn)化

12、編程的重要手段。本文主要是關(guān)于數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償問題的探討。刀具半徑補(bǔ)償是數(shù)控銑削加工中的常用功能，本文就數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⒑腿∠?、刀具半徑補(bǔ)償量的指定和計(jì)算方法、刀具半徑補(bǔ)償功能的應(yīng)用等進(jìn)行了介紹。 </p><p>　　2.刀具半徑補(bǔ)償?shù)木幊谭椒ê椭噶罡袷?lt;/p><p>　　以FANUC系統(tǒng)為例，刀具半徑補(bǔ)償功能指令代碼有G41、G42、G40，它們是一組模態(tài)

13、代碼。G41（G42）為刀具半徑左（右）補(bǔ)償指令，即沿刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給前進(jìn)方向看，刀具位于工件編程輪廓的左（右）側(cè)。G40為撤銷刀具半徑補(bǔ)償指令，是系統(tǒng)開機(jī)后的默認(rèn)狀態(tài)，G40有效時(shí)刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡與工件編程軌跡重合。</p><p>　　刀具半徑補(bǔ)償功能刀具半徑補(bǔ)償指令 G40，G41，G42 刀具半徑補(bǔ)償指令格式如下：G17 G41(或G42) G00(或G01) X Y D或G18 G41(或G42

14、) G00(或G01) X Z D或G19 G41(或G42) G00(或G01) Y Z D。1 刀具補(bǔ)償方向G41是相對(duì)于刀具前進(jìn)方向左側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，稱為左刀補(bǔ)。G42是相對(duì)于刀具前進(jìn)方向右側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，稱為右刀補(bǔ)。從刀具壽命、加工</p><p>　　刀具半徑補(bǔ)償功能刀具半徑補(bǔ)償指令 G40，G41，G42 </p><p>　　刀具半徑補(bǔ)償指令格式如下：</p><

15、p>　　G17  G41(或G42)   G00(或G01)   X  Y  D</p><p>　　或G18  G41(或G42)   G00(或G01)   X  Z  D</p><p>　　或G19  G41(或G42)

16、0;  G00(或G01)   Y  Z  D；</p><p><b>　　G40</b></p><p><b>　　圖3 刀具補(bǔ)償方向</b></p><p>　　G41是相對(duì)于刀具前進(jìn)方向左側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，稱為左刀補(bǔ)。如圖6.1a所示。這時(shí)相當(dāng)于順銑。G42是相對(duì)于刀具

17、前進(jìn)方向右側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，稱為右刀補(bǔ)。如圖6.2b所示。這時(shí)相當(dāng)于逆銑。從刀具壽命、加工精度、表面粗糙度而言，順銑效果較好，因此G41使用較多。</p><p>　　3.刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算</p><p>　　3.1.刀具半徑補(bǔ)償原理</p><p>　　如圖1-11所示，粗實(shí)線為所需加工的零件輪廓，虛線為刀具中心軌跡。從原理上講，只要根據(jù)零件輪廓計(jì)算出刀具的中心軌跡，并

18、按中心軌跡編寫數(shù)控加工程序，就可以加工出合格的零件來。至于計(jì)算手段，可以是人工演算，也可以是通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算。顯然，人工演算的計(jì)算工作量很大，特別是較復(fù)雜的計(jì)算過程極容易出錯(cuò)，且效率很低。這里提到的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，就是利用數(shù)控系統(tǒng)中控制軟件自動(dòng)進(jìn)行這種補(bǔ)償計(jì)算，從而為數(shù)控加工程序的編寫提供了極大的方便。</p><p>　　對(duì)于同一條刀具中心軌跡，刀具的運(yùn)動(dòng)方向有兩個(gè)，為了便于分析問題，ISC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沿編程軌

19、跡（零件輪廓）前進(jìn)方向看去，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E始終在編程的左邊時(shí)稱為左刀補(bǔ)，用指令G41表示，輪廓內(nèi)部虛線軌跡。反之，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡的右邊時(shí)稱為右刀補(bǔ)，用指令G42表示，輪廓外部虛線軌跡。當(dāng)不需要進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，可用指令G40來撤銷由G41或G42建立的刀具半徑補(bǔ)償。</p><p>　　刀具半徑補(bǔ)償在零件輪廓段的交點(diǎn)處需要作適當(dāng)?shù)倪^渡處理。例如，如圖1-11所示當(dāng)?shù)毒咛幱诹慵喞獠考庸r(shí)，在輪廓尖角

20、C點(diǎn)處，刀具中心軌跡出現(xiàn)了間斷點(diǎn)，若用人工計(jì)算獲得刀具中心軌跡，就必須插入過渡圓弧ab或直線ac與cb。當(dāng)?shù)毒咛幱诹慵喞獌?nèi)部加工時(shí)，在加工C點(diǎn)處刀具中心軌跡確出現(xiàn)了交叉點(diǎn)c1。這時(shí)有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)過渡：一是以點(diǎn)c1為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，直接過渡到下一段零件輪廓的刀具中心軌跡；二是人為地插入一段過渡圓弧輪廓ab，并使該圓弧的半徑oA大于等于刀具半徑。一般插入圓弧過渡時(shí)，需計(jì)算該圓弧的相關(guān)參數(shù)，即A點(diǎn)、B點(diǎn)以及o點(diǎn)坐標(biāo)或a與b點(diǎn)坐標(biāo)。插入直線過渡時(shí)

21、，僅計(jì)算刀具中心軌跡交點(diǎn)c或c1坐標(biāo)即可。插入圓弧過渡與插入直線過渡的不同點(diǎn)還在于：圓弧過渡可使刀具中心軌跡或工件輪廓光滑過渡，但在尖角處的加工誤差可能變大，尖角不尖;而插入直線過渡的加工誤差在尖角處較小，并且還可避免刀具在尖角處出現(xiàn)加工停頓現(xiàn)象或刀具干涉現(xiàn)象。因此，下面將以插入直線過渡為例來介紹刀具半徑補(bǔ)償算法。</p><p>　　在實(shí)際輪廓加工過程中，刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行過程一般分為三個(gè)步驟：</p>

22、;<p>　　3.1.1.刀具半徑補(bǔ)償建立</p><p>　　刀具從起刀點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到工件刀具半徑補(bǔ)償起始點(diǎn)的過程稱為刀具半徑的補(bǔ)償建立。刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⒕褪窃诘毒邚钠鸬饵c(diǎn)(起刀點(diǎn)位于零件輪廓之外，距離加工零件輪廓切入點(diǎn)較近)以進(jìn)給速度接近工件時(shí)，刀具中心軌跡從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個(gè)刀具半徑值的過程。刀具半徑補(bǔ)償偏置方向由G41(左補(bǔ)償)或G42(右補(bǔ)償)確定，建立刀具半徑左補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)

23、指令如下： N10 G90 G92 X-10. Y-10. Z0；定義程序原點(diǎn)，起刀點(diǎn)坐標(biāo)為(-10，-10，0)。 N20 S900 M03；啟動(dòng)主軸。 N30 G17 G01 G41 X0 Y0 D01；建立刀具半徑左補(bǔ)償，刀具半徑偏置寄存號(hào)D01。N40 Y50. ；定義首段零件輪廓。 其中，D01為調(diào)用D01號(hào)刀具半徑偏置寄存器中存放的刀具半徑值。建立刀具半徑右補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)指令如下： N30 G17 G01 G42 X0 Y0

24、D01；建立刀具半徑右補(bǔ)償。 </p><p>　　3.1.2刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行</p><p>　　控制刀具中心軌跡在工件輪廓的法矢量方向上始終偏移一個(gè)刀具半徑值的過程稱為刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行。</p><p>　　3.1.3刀具半徑補(bǔ)償撤消</p><p>　　與建立刀具半徑補(bǔ)償過程類似，在零件最后一段刀具半徑補(bǔ)償軌跡加工完成后，刀具撤離工件，

25、回到退刀點(diǎn)，在這個(gè)過程中應(yīng)取消刀具半徑補(bǔ)償，其指令用G40。退刀點(diǎn)也應(yīng)位于零件輪廓之外，距離加工零件輪廓退出點(diǎn)較近，可以與起刀點(diǎn)相同，也可以不相同。在圖3中假如退刀點(diǎn)與起刀點(diǎn)相同的話，其刀具半徑補(bǔ)償取消過程的命令如下： </p><p>　　N100G01X0Y0；加工到工件原點(diǎn)。 </p><p>　　N110G01G40X-10Y-10；取消刀具半徑補(bǔ)償，退回到退刀點(diǎn)。</p&

26、gt;<p>　　3.1.4刀具半徑補(bǔ)償?shù)睦斫?lt;/p><p>　　在硬件系統(tǒng)中，一般采用讀一段，算一段，再走一段的數(shù)據(jù)流控制方式，無法考慮到兩個(gè)輪廓段之間刀具中心軌跡的過渡問題，而這些都要依靠編程人員來解決。在CNC系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償處理過程中，增設(shè)了兩組刀補(bǔ)緩沖器，以便讓至少兩個(gè)含有零件輪廓信息的數(shù)控加工程序段（一般保證三個(gè)程序段）的信息同時(shí)在CNC系統(tǒng)內(nèi)部被處理，這樣在對(duì)本程序段進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)

27、償計(jì)算時(shí)，可以綜合下一個(gè)數(shù)控加工程序段的輪廓信息，從而可對(duì)本段的刀具中心軌跡作出及時(shí)的修正，回避了刀具干涉現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　3.1.5注意事項(xiàng) ：</p><p>　　G41、G42為模態(tài)指令； </p><p>　　☆G41(或G42)必須與G40成對(duì)使用； </p><p>　　☆編入G41(或G42)、G40程序段，用G

28、01(G40程序段亦可用G00，但一般用G01)功能及對(duì)應(yīng)坐標(biāo)參數(shù)； </p><p>　　☆G41(或G42)與G40之間的程序段不得出現(xiàn)任何轉(zhuǎn)移加工，如鏡像、子程序加工等。</p><p>　　3.2 刀具半徑補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)問題</p><p>　　3.2.1.刀具半徑補(bǔ)償量的變化 </p><p>　　在刀具半徑補(bǔ)償代碼中輸入的刀具半徑補(bǔ)償

29、量是一個(gè)標(biāo)量數(shù)值，而數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部認(rèn)定的補(bǔ)償量是一個(gè)補(bǔ)償矢量，補(bǔ)償矢量由數(shù)控系統(tǒng)自行計(jì)算。補(bǔ)償矢量的大小與刀具補(bǔ)償代碼指定的補(bǔ)償量相等，其方向在每個(gè)程序段中隨刀具的移動(dòng)不斷變化。 刀具半徑補(bǔ)償量的變化一般在換刀時(shí)出現(xiàn)。對(duì)連續(xù)的程序段，當(dāng)?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償量變化時(shí)，某一程序段終點(diǎn)的矢量（同時(shí)也是下一程序段起點(diǎn)的矢量）要用該程序段指定的刀具補(bǔ)償量進(jìn)行計(jì)算，如圖4所示。 </p><p><b>　　圖4&l

30、t;/b></p><p>　　3.2.2刀具半徑補(bǔ)償量的正負(fù)與刀具的刀心軌跡 </p><p>　　在數(shù)控程序的編制中，一般我們把刀具的半徑補(bǔ)償量在補(bǔ)償代碼中輸入為正值( )，如果把刀具半徑補(bǔ)償量設(shè)為負(fù)值(—)時(shí)，在走刀軌跡方向不變的情況下，則相當(dāng)于把數(shù)控程序中的補(bǔ)償位置指令，G41、G42互換，即加工工件外側(cè)的刀具變?yōu)樵趦?nèi)側(cè)加工，如圖5.1、圖5.2所示。在加工表面不變的情況下，

31、刀具走刀軌跡方向?qū)l(fā)生相應(yīng)的變化。 </p><p><b>　　圖5.1</b></p><p><b>　　圖5.2</b></p><p>　　3.2.3.刀具半徑補(bǔ)償?shù)拈_始與Z軸的切入操作 </p><p>　　開釋切削加工前，在離開工件的位置預(yù)先加上工刀具半徑補(bǔ)償（通常在XOY平面或與XO

32、Y平面平行的平面上），之后進(jìn)行Z軸方向的切入。為保證程序運(yùn)行后得到正確的工件輪廓而不產(chǎn)生過切，編程時(shí)必須注意加工程序的結(jié)構(gòu)。 如圖所示，在XOY平面內(nèi)(或平行于XOY平面的平面內(nèi))使用刀具半徑補(bǔ)償功能(有Z軸移動(dòng))進(jìn)行輪廓切削，設(shè)起點(diǎn)在(0，0，100)處，當(dāng)?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償從起點(diǎn)開始時(shí)，由于接近工件及切削工件時(shí)要有Z軸移動(dòng)，按以下程序加時(shí)就會(huì)出現(xiàn)過切現(xiàn)象，并且系統(tǒng)不會(huì)報(bào)警停止。</p><p><b&

33、gt;　　圖6.1</b></p><p><b>　　圖6.2</b></p><p><b>　　O 0001 </b></p><p>　　N1 G90 G54 S1000 M03 ； </p><p>　　N2 G00 Z100 ； </p><p>　　

34、N3 X0 Y0 ； </p><p>　　N4 G01 G41 X20 Y10 D01 F100 ； </p><p><b>　　N5 Z2 ； </b></p><p>　　N6 Z-10 ； </p><p><b>　　N7 Y50 ； </b></p><p>&

35、lt;b>　　N8 X50 ； </b></p><p><b>　　N9 Y20 ； </b></p><p>　　N10 X10 ； </p><p>　　N11 G00 Z100 ； </p><p>　　N12 G40 X0 Y0 ； </p><p>　　N13 M05

36、 ； </p><p>　　N14 M30 ； </p><p>　　根據(jù)刀具半徑補(bǔ)償功能編程規(guī)則，在XOY平面內(nèi)(或平行于XOY平面的平面內(nèi))建立刀具半徑補(bǔ)償后，不能連續(xù)出現(xiàn)兩段Z軸的移動(dòng)指令，否則會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償位置不正確。當(dāng)半徑補(bǔ)償從N4程序段開始建立的時(shí)候，數(shù)控系統(tǒng)只能預(yù)讀其后的兩個(gè)程序段，而N5、N6兩段程序段都是Z軸移動(dòng)指令，沒有XOY平面內(nèi)的坐標(biāo)移動(dòng)，系統(tǒng)無法判斷下一步補(bǔ)償?shù)氖噶糠?/p>

37、向，這時(shí)系統(tǒng)并不報(bào)警，補(bǔ)償照樣進(jìn)行，但是N4程序段執(zhí)行后刀心軌跡目標(biāo)點(diǎn)發(fā)生了變化，不再是圖中的P點(diǎn)，而是如圖6b所示的P1點(diǎn)，這樣就產(chǎn)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(bǔ)償之前，選擇一個(gè)不會(huì)發(fā)生干涉的安全位置，使Z軸以快速運(yùn)動(dòng)接近工件后，再以進(jìn)給速度進(jìn)給到切削深度。將上述程序改為： </p><p>　　N1 G90 G54 S1000 M03； </p><p>　

38、　N2 G00 Z100； </p><p>　　N3 X0 Y0； </p><p><b>　　N4 Z5； </b></p><p>　　N5 G01 Z-10 F100； </p><p>　　N6 G41 X20 Y10 D01； </p><p><b>　　N7 Y50；

39、</b></p><p><b>　　N8 X50； </b></p><p><b>　　N9 Y20； </b></p><p><b>　　N10 X10； </b></p><p>　　N11 Z100； </p><p>　　N12

40、 G40 X0 Y0 M05； </p><p><b>　　N13 M30。 </b></p><p>　　采用這個(gè)程序段進(jìn)行加工，就可以避免過切的產(chǎn)生。 </p><p>　　3.2.4.刀具半徑補(bǔ)償類型</p><p>　　實(shí)際加工過程中，隨著前后兩段編程軌跡的連接方式不同，所產(chǎn)生的刀具中心軌跡轉(zhuǎn)接情況也不盡相同。

41、大多數(shù)CNC系統(tǒng)所處理的基本輪廓線型是直線與圓弧。因此，前后兩段編程軌跡的連接方式有四種：直線連直線、直線接圓弧、圓弧接直線、圓弧接圓弧。</p><p>　　對(duì)于連接部分的過渡處理與相鄰兩輪廓的夾角a（稱為轉(zhuǎn)接角或拐角）有關(guān)。所謂拐角，是指相鄰兩輪廓交接點(diǎn)處的切線在工件實(shí)體一側(cè)的夾角，其變化范圍為： 。其中，當(dāng)時(shí)，a稱為外拐角；當(dāng)時(shí)，a稱為內(nèi)拐角。</p><p>　　根據(jù)拐角類型的不同

42、，刀具半徑補(bǔ)償在此處的轉(zhuǎn)接過渡方式也有所不同。一般可分為三種類型：</p><p>　　當(dāng)時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償在此處的轉(zhuǎn)接方式為插入型。</p><p>　　當(dāng)時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償在此處的轉(zhuǎn)接方式為伸長型。</p><p>　　當(dāng)時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償在此處的轉(zhuǎn)接方式為縮短型。</p><p>　　在刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行的三個(gè)步驟中，均有轉(zhuǎn)接過渡問題，下面將分

43、別進(jìn)行介紹。</p><p>　　表1 刀具半徑右補(bǔ)償建立和撤銷時(shí)的轉(zhuǎn)接情況</p><p>　　4.刀具半徑補(bǔ)償過程中應(yīng)注意的問題</p><p>　　4.1刀具半徑補(bǔ)償過程中的過切現(xiàn)象及其解決方法</p><p>　　刀具半徑補(bǔ)償中出現(xiàn)的過切現(xiàn)象（即干涉）指的是在零件加工過程中，刀具按照程序設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，由于使用了刀具補(bǔ)償功能，在執(zhí)行某

44、些指令時(shí)，出現(xiàn)或可能出現(xiàn)刀具過渡切削零件的現(xiàn)象。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)在啟用刀具補(bǔ)償功能后，一般情況下會(huì)出現(xiàn)兩種情況的過切。一種情況是使用半徑補(bǔ)償時(shí)，輸入到數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)刀具補(bǔ)償中的預(yù)設(shè)刀具半徑值大于被加工零件輪廓曲線的最小凹圓半徑，在加工過程中控制系統(tǒng)執(zhí)行到這段程序語句時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算后會(huì)發(fā)生過切現(xiàn)象，機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，并給出刀具過切的警報(bào)信息，也稱之為假過切現(xiàn)象。</p><p>

45、;　　另一種情況是加工程序完全可以執(zhí)行，數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)沒有顯示刀具過切的警報(bào)信息。但在加工過程中刀具運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)過切現(xiàn)象，導(dǎo)致工件報(bào)廢。這種過切現(xiàn)象是由編程不當(dāng)所引起的。編程不當(dāng)產(chǎn)生過切現(xiàn)象一般有如下兩種情況。</p><p>　　在刀具半徑補(bǔ)償建立后的刀具補(bǔ)償狀態(tài)中，如果存在有連續(xù)兩段以上沒有移動(dòng)指令或存在非指定平面軸的移動(dòng)指令段，這樣就打斷了刀具在刀補(bǔ)平面內(nèi)的前后銜接，數(shù)控系統(tǒng)無法正確計(jì)算、修正刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，

46、則有可能產(chǎn)生過切現(xiàn)象。下面舉例說明。</p><p>　　例1用直徑為10㎜的立銑刀加工如圖1_12所示的工件外輪廓，工件坐標(biāo)系如圖所示。數(shù)控程序編制如下：</p><p><b>　　％0802</b></p><p>　　N010 G92 X0 Y0 Z200</p><p>　　N020 G90 G17 <

47、;/p><p>　　N030 S100</p><p>　　N040 G00 G41 X20 Y10 D01 </p><p><b>　　N050 Z3</b></p><p>　　N060 G01 Z-5 M08 F100 </p><p>　　N070 Y50 F500 </p

48、><p><b>　　…</b></p><p>　　以上程序在運(yùn)行N070時(shí)，產(chǎn)生過切現(xiàn)象，如圖1_12所示。究其原因是從N040刀具補(bǔ)償建立后，刀具進(jìn)入補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)，系統(tǒng)只能讀入N050,N060兩段，但由于Z軸是非刀具補(bǔ)償平面的軸，而且又讀不到N070程序段，也就做不出偏移矢量，刀具確定不了前進(jìn)的方向，此時(shí)刀具中心未加上刀具補(bǔ)償而直接移動(dòng)到了無補(bǔ)償?shù)膒1點(diǎn)。當(dāng)執(zhí)行完

49、N050、N060后，再執(zhí)行N070段時(shí)，刀具中心從p1點(diǎn)移至p2點(diǎn)，于是發(fā)生過切。為避免過切，可將上面的程序改成如下形式：</p><p><b>　?。?803</b></p><p>　　N010 G92 X0 Y0 Z200</p><p>　　N020 G90 G17 </p><p>　　N030 M0

50、3 S100</p><p><b>　　N040 Z3</b></p><p>　　N050 G01 Z-5 M08 F100 </p><p>　　N060 G00 G41 X20 Y10 D01 </p><p>　　N070 G01 Y50 F500</p><p><b&g

51、t;　　…</b></p><p>　　刀具補(bǔ)償建立的軌跡和隨后加工軌跡之間的夾角選擇不當(dāng)也有可能發(fā)生過切現(xiàn)象。在某些數(shù)控系統(tǒng)中，對(duì)刀具補(bǔ)償建立時(shí)的程序軌跡與刀具補(bǔ)償狀態(tài)開始的前進(jìn)方向有著一定的要求。如圖1_13所示，p0為刀具補(bǔ)償建立的起點(diǎn)，p1p2為輪廓在p2點(diǎn)的切向延長線，刀具補(bǔ)償建立的軌跡和隨后加工軌跡之間的夾角，在這種情況下可能引起刀具補(bǔ)償失敗，這是由于刀具補(bǔ)償?shù)慕ⅲɑ虺蜂N）方向與補(bǔ)償開始

52、后的前進(jìn)方向垂直，所以刀具補(bǔ)償?shù)慕⑴c撤銷不能取法向，即，而應(yīng)從切向建立與撤銷刀具補(bǔ)償，才能更好地滿足加工要求。一般情況下，最好滿足的條件。同時(shí)，刀具補(bǔ)償建立與撤銷軌跡的長度距離還必須大于刀具半徑補(bǔ)償值，否則系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生刀具補(bǔ)償無法建立的情況，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，一般要求此段距離應(yīng)大于刀具直徑的。</p><p>　　5.刀具半徑補(bǔ)償功能的應(yīng)用</p><p>　?。?）刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡與所需加

53、工零件的實(shí)際輪廓的偏移量稱為刀具半徑補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償在NC加工有著非常重要的作用，根據(jù)刀具補(bǔ)償指令，數(shù)控加工機(jī)床可進(jìn)行 刀具半徑尺寸補(bǔ)償。特別是在手工編程時(shí)，刀具半徑補(bǔ)償尤為重要。手工編程時(shí)，運(yùn)用了刀具半徑補(bǔ)償指令，就可以根據(jù)零件的輪廓值編程，不需再將輪廓值偏移一 刀具半徑編程，這樣就減少了計(jì)算量。雖然CAD/CAM自動(dòng)編程的計(jì)算量小，生成程序的速度快，但當(dāng)?shù)毒哂猩倭磕p或加工輪廓尺寸與設(shè)計(jì)尺寸稍有偏差時(shí)，仍需作適當(dāng)調(diào)整，而運(yùn)用了刀具

54、半徑補(bǔ)償后，不需修改刀具尺寸或建模尺寸而重新生成程序，只需在數(shù)控加工機(jī)床上對(duì)刀具補(bǔ)償做適當(dāng)修改即可。</p><p><b>　　圖7 B刀補(bǔ)示意圖</b></p><p>　　這種方法的特點(diǎn)是刀具中心軌跡的段間連接都是以圓弧進(jìn)行的。其算法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，如圖7所示，但由于段間過渡采用圓弧，這就產(chǎn)生了一些無法避免的缺點(diǎn)：</p><p>　　首

55、先，當(dāng)遇到加工外輪廓尖角時(shí)，由于刀具中心通過過渡圓弧，使輪廓尖角處始終處處于切削狀態(tài)，尖角加工的工藝性就比較差。在磨削加工中尤其突出 ，要求的尖角往往往會(huì)被加工成小圓角。其次，在內(nèi)輪廓加工時(shí)，由于刀具中心軌跡的交點(diǎn)不易求得（早期是由于計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的限制），如圖7中的C″點(diǎn)，因此不得不由程序員人為地編進(jìn)一個(gè)輔助加工的過渡圓?。▓D中藍(lán)色的弧線），并且還要求這個(gè)過渡圓弧的半徑必須大于刀具的半徑，如圖7中的AB。這就給編程工作還來了麻煩，一旦

56、疏忽，就會(huì)因刀具干涉而產(chǎn)生過切削現(xiàn)象，使加工零件報(bào)廢。這些缺點(diǎn)限制了該方法在一些復(fù)雜的、要求較高的數(shù)控系統(tǒng)(例如仿型數(shù)控系統(tǒng))中的應(yīng)用。</p><p><b>　　圖8 C刀補(bǔ)示意圖</b></p><p>　　實(shí)際上，最容易最直觀為人們所想到的刀具半徑補(bǔ)償方法，就是由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)和實(shí)際輪廓完全一樣的編程軌跡，直接算出刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點(diǎn)C′點(diǎn)和C″ 點(diǎn)，如圖8所

57、示，然后再對(duì)原來的編程軌跡作伸長或縮短的修正。這就是所謂的C機(jī)能刀具半徑補(bǔ)償(簡(jiǎn)稱C刀補(bǔ))。它的主要特點(diǎn)是采用直線作為輪廓之間的過 渡，因此，該刀補(bǔ)法的尖角性工藝性較B刀補(bǔ)的要好，其次在內(nèi)輪廓加工時(shí)，它可實(shí)現(xiàn)過切（干涉）自動(dòng)預(yù)報(bào)，從而避免過切的產(chǎn)生。</p><p>　　兩種刀補(bǔ)的處理方法是有很大區(qū)別的：B刀補(bǔ)法在確定刀具中心軌跡時(shí)，采用的是讀一段，算一段，再走一段的處理方法。這樣，就無法預(yù)計(jì)到由于刀具半徑所造

58、成的下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響。于是，對(duì)于給定的加工輪廓軌跡來說，當(dāng)加工內(nèi)輪廓時(shí)，為了避免刀具干涉，合理地選擇刀具的半徑以及在相鄰加工軌 跡轉(zhuǎn)接處選用恰當(dāng)?shù)倪^渡圓弧等問題，就不得不靠程序員來處理。為了解決下段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響問題，C刀補(bǔ)采用的方法是，一次對(duì)兩段進(jìn)行處理， 即先預(yù)處理本段，然后根據(jù)下一段的方向來確定其刀具中心軌跡的段間過渡狀態(tài)，從而便完成 了本段的刀補(bǔ)運(yùn)算處理，然后再從程序段緩沖器再讀一段，用于計(jì)算第二

59、段的刀補(bǔ)軌跡，以后按照這種方法進(jìn)行下去，直至程序結(jié)束為止。</p><p>　?。?）刀具因磨損、重磨、換新而引起刀具直徑改變后，不必修改程序，只需在刀具參數(shù)設(shè)置中輸入變化后刀具直徑。如圖9所示，1為未磨損刀具，2為磨損后刀具，兩者直徑不同，只需將刀具參數(shù)表中的刀具半徑r1改為r2，即可適用同一程序。</p><p><b>　　圖9</b></p>&

60、lt;p>　　（3）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半徑補(bǔ)償，可進(jìn)行粗、精加工。刀具半徑為r，精加工余量為△。粗加工時(shí)，輸入刀具直徑D=2（r △），則加工出虛線輪廓。精加工時(shí)，用同一程序、同一刀具，但輸入刀具直徑D=2r，則加工出實(shí)線輪廓。</p><p>　　P1——粗加工刀心軌跡 </p><p>　　P2——精加工刀心軌跡 </p><p>　　圖

61、8 利用刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行粗精加工</p><p>　?。?）在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，有的已具備三維刀具半徑補(bǔ)償功能。對(duì)于四、五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工，還不具備刀具補(bǔ)償功能，必須在刀位計(jì)算時(shí)考慮刀具半徑。</p><p><b>　　6.結(jié)束語:</b></p><p>　　經(jīng)過了幾個(gè)月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《關(guān)于數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償問題的探討》的

62、論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，從對(duì)數(shù)控銑削加工中刀具半徑補(bǔ)償問題一無所知的狀態(tài)，然后我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次探討的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。</p>&

63、lt;p>　　雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一個(gè)文字，都有我的勞動(dòng)。當(dāng)看著自己的程序和文章，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會(huì)化為甜美的甘泉。      這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)

64、有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 《數(shù)控機(jī)床原理及應(yīng)用》 何偉 主編</p><p>　　[2] 《公差配合與技術(shù)測(cè)量》 陳澤民