刀尖圆弧补偿2010.doc

刀尖圆弧补偿 在数控车床使用过程中，为了降低被加工工件表面的粗糙度，减缓刀具磨损，提高刀具寿命，通常将车刀刀尖刃磨成圆弧形，圆弧半径一般在0.4～1.6mm之间。使用有刀尖半径补偿功能(G41、G42)的数控车床，只要在加工程序中直接按工件尺寸编程，就不会因为刀尖圆弧引起加工误差；而无此功能的数控车床，加工中就会受到刀尖圆弧的影响，严重时，会造成工件超差报废。现就图1所示工件中SR10-0.04球面的加工来讨论这个问题。 图1 2 加工误差分析 在经济型数控车床的使用中，我们通常采用试切法对刀，这样，加工程序所描述的刀位点是P 点(图2)，而实际参加切削的是刀尖圆弧(此处刀尖圆弧半径为0.4 mm)而并非P点，因为这个P点实际不存在。所以，加工程序所描述的P 点的轨迹与实际加工轮廓之间存在不同程度的误差。但在车削外圆、内孔及端面时，这个误差为零。而在加工弧面和锥面时，这个误差就很明显。SR10-0.04球面的加工误差分析见图2。图中，M线为加工程序所描述的P点的轨迹，即工件的理想尺寸，而实际加工后的轮廓是N线，阴影就是少切削的实体部分，即加工误差。我们利用CAXA电子图版中的“ 元素属性查询”功能，查得N线是一段半径为9.6mm的圆弧，最大误差约为0.17mm，如果这个误差在公差范围内，我们可以忽略它，否则我们就要采取措施去消除它。 图2 3 误差的消除方法 方法1：改变编程尺寸 编程时，调整刀尖的轨迹，使得圆弧形刀尖实际加工轮廓与理想轮廓相符。以SR10-0.04球面加工为例，编程时我们只需将精车程序段做如下改动即可： 改变前 … N100 G00 X0 Z50 N105 G03 X10 Z42 R10 FO.1 … 改变后 … N100 G00 X0 Z50 N105 G03 X10 Z42 R10.4 FO.1 … 方法2：以刀尖圆弧中心为刀位点编程 步骤如下：绘制工件草图→以刀尖圆弧半径r 和工件尺寸为依据绘制刀尖圆弧运动轨迹→计算圆弧中心轨迹特征点→编程。在这个过程中刀尖圆弧中心轨迹的绘制及其特征点计算略显麻烦，如果使用CAD软件中等距线的绘制功能和点的坐标查询功能来完成此项工作，则显得十分方便。另外，采用这种方法加工时，操作者要注意以下两 编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，如图1a所示的P点就是理论刀尖。但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径R是0.4—1.6之间），如图1b所示X向和Z向的交点P称为假想刀尖，该点是编程时确定加工轨迹的点，数控系统控制该点的运动轨迹。然而实际切削时起作用的切削刃是圆弧的切点A、B，它们是实际切削加工时形成工件表面的点。很显然假想刀尖点P与实际切削点A、B是不同点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。 (a) (b) 图1 圆头刀假想刀尖 二、假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算 用圆头车刀进行车削加工时，实际切削点A和B分别决定了X向和 Z向的加工尺寸。如图2所示，车削圆柱面或端面（它们的母线与坐标轴Z或X平行）时，P点的轨迹与工件轮廓线重合；车削锥面或圆弧面（它们的母线与坐标轴Z或X不平行）时，P点的轨迹与工件轮廓线不重合，因此下面就车削锥面和圆弧面进行讨论： 图2 刀尖圆弧半径的影响 1、加工圆锥面的误差分析与偏置值计算 如图3a所示，假想刀尖P点沿工件轮廓CD移动，如果按照轮廓线CD编程，用圆角车刀进行实际切削，必然产生CDD1C1的残留误差。因此，实际加工时，圆头车刀的实际切削点要移至轮廓线CD，沿CD移动，如图3b所示，这样才能消除残留高度。这时假想刀尖的轨迹C2D2与轮廓线CD在X向相差ΔX，Z向相差ΔZ。设刀具的半径为r，可以求出： 图3 圆头车刀加工圆锥面 2、加工圆弧面的误差分析与偏置值计算 圆头车刀加工圆弧面和加工圆锥面基本相似。如图4是加工1/4凸凹圆弧，CD为工件轮廓线，O点为圆心，半径为R，刀具与圆弧轮廓起点、终点的切削点分别为C和D，对应假想刀尖为C1和D1。对图4a所示凸圆弧加工情况，圆弧C1D1为假想刀尖轨迹，O1点为圆心，半径为（R r）；对图4b所示凹圆弧加工情况，圆弧C2D2为假想刀尖轨迹，其圆心是O2点，半径为（R-r）。如果按假想刀尖轨迹编程，则要以图中所示的圆弧C1D1或C2D2（虚线）有关参数进行程序编制。 图4 圆头车刀加工90°凸凹圆弧 三、刀尖圆角半径补偿方法 现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），对于这类数控车床，编