三坐標(biāo)數(shù)控銑削加工中加工誤差的補(bǔ)償

王振寧， 王曉連

（河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453003）

1 引 言

數(shù)控加工因其精度高、柔性及自動化程度好、適合加工復(fù)雜形狀的零件，在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。在高精產(chǎn)品的加工中，特別是對復(fù)雜形狀零件的加工，如何減少誤差提高加工精度，以及對由于各種原因引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，一直是機(jī)械加工行業(yè)特別關(guān)注的熱點(diǎn)。目前數(shù)控機(jī)床只能夠在二維空間內(nèi)進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償及刀具長度補(bǔ)償，而在三維空間及多維空間內(nèi)大多數(shù)數(shù)控機(jī)床還不具有刀具補(bǔ)償功能，因此在設(shè)備不變、加工工序合理、安裝調(diào)試正確的前提條件下，三維空間加工誤差的補(bǔ)償只能夠依賴加工程序的調(diào)整，目前三維加工的編程主要是利用CAD/CAM 軟件，因此對編程中各個(gè)參數(shù)的調(diào)整就是提高加工精度減小誤差的關(guān)鍵，下面我們借助CAXA 制造工程師軟件對此進(jìn)行討論。

2 調(diào)整CAD/CAM 各個(gè)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償

在三維數(shù)控銑削加工中常常會因?yàn)榈毒吒鼡Q、刀具磨損、主軸的橫向擺動、加工余量的不均勻產(chǎn)生讓刀和振動使加工精度超差，這時(shí)就需要補(bǔ)償，而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般不具有在三維空間的補(bǔ)償功能。如果采用調(diào)整尺寸的辦法，不但繁雜，而且還很容易出錯(cuò)，本文介紹兩種利用加工參數(shù)的調(diào)整對誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

2.1 利用加工余量進(jìn)行調(diào)整

余量一般指的是公稱余量，是指毛坯尺寸與零件圖設(shè)計(jì)尺寸之差。而在CAD/CAM 軟件中的余量概念是指加工后零件實(shí)際尺寸和設(shè)計(jì)尺寸之差，一般精加工中在加工參數(shù)表中設(shè)定此參數(shù)為0，但有時(shí)也可以根據(jù)圖紙要求取正值或取負(fù)值，如取+Δx 則理論上在所有加工表面都會增加Δx 余量，如取-Δx 則理論上在所有加工表面都會減小Δx；在實(shí)際工作中，余量取正值、負(fù)值以及取值的大小主要根據(jù)試加工零件尺寸來確定，如果試加工后零件尺寸變小了Δx，那么調(diào)整時(shí)在加工參數(shù)表余量一列中加上Δx/2，重新生成加工軌跡，生成新的程序；同樣如果試加工后零件尺寸變大了Δx，那么調(diào)整時(shí)在加工參數(shù)表余量一列中加上-Δx/2，重新生成加工軌跡，生成新的程序即可。例如圖1中的零件，曲面長度理論上是50mm，在試加工時(shí)余量設(shè)定為0，如圖2（a），加工后實(shí)際測量其長度為50.02mm，那么就說明在曲面的單邊上每邊大了0.01mm，需要對其進(jìn)行調(diào)整，這時(shí)只需在加工參數(shù)表加工余量一欄中把0改為-0.01，重新生成加工軌跡、生成加工程序即可。同樣如果加工后實(shí)際測量曲面的長度為49.98mm，就說明在曲面的單邊上每邊減小了0.01mm，需要對其進(jìn)行調(diào)整，這時(shí)只需在加工參數(shù)表加工余量一欄中把0 改為0.01，重新生成加工軌跡、生成加工程序。再重新生成程序時(shí)在輪廓上會自動補(bǔ)償上0.01mm，使加工后零件的精度符合要求。

圖1 曲面零件

圖2 加工余量調(diào)整

2.2 利用刀具半徑進(jìn)行調(diào)整

CAD/CAM 軟件中的刀具半徑是指實(shí)際使用刀具的半徑，我們在市場上購買的刀具的直徑和公稱直徑通常都有一定的偏差，同時(shí)所有的數(shù)控機(jī)床主軸在徑向都有跳動，零件在加工后這兩項(xiàng)誤差會疊加起來使曲面輪廓或溝槽變小或變大，如果曲面輪廓變大Δx，說明輪廓的每邊少切削了Δx/2，那么在調(diào)整刀具半徑參數(shù)時(shí)只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X+Δx/2，如圖3（c）所示，再重新生成程序時(shí)在輪廓上會自動補(bǔ)償上Δx/2，使加工后零件的精度符合精加工要求。同樣如果加工后輪廓尺寸變小Δx，只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X-Δx/2 即可，如圖3（b）所示。如果是內(nèi)輪廓變大了Δx，說明是在輪廓的每個(gè)邊上多切了Δx/2，那么在調(diào)整刀具半徑參數(shù)時(shí)只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X+Δx/2，如圖3（c）所示；如果是內(nèi)輪廓變小了Δx，說明是在輪廓的每個(gè)邊上少切了Δx/2，那么在調(diào)整刀具半徑參數(shù)時(shí)只需把原來的刀具半徑R=X 改為R=X-Δx/2，如圖3（b）所示，重新生成加工軌跡、生成程序，新程序就能夠自動對試加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

圖3 刀具半徑的調(diào)整

3 變換加工方式用G41（G42）半徑和(G43)長度補(bǔ)償方式進(jìn)行補(bǔ)償

圖4 兩軸半加工

在曲面類零件中有些零件曲面較陡，有些曲面曲率半徑的變化不太大，那么對這些零件我們就可以變換加工方式，用兩軸半加工方式進(jìn)行加工，比如CAXA 制造工程師中提供了等高加工、導(dǎo)動加工等加工方式，它可以把三軸加工變?yōu)閮奢S半加工，對曲面類零件進(jìn)行加工。對于輪廓較陡的曲面零件，我們一般采用等高加工方式，如圖4（a）；對于輪廓較緩且曲率半徑變換不大的零件可以采用導(dǎo)動加工方式，如圖4（b）。采用了兩軸半加工還會存在加工誤差，當(dāng)出現(xiàn)誤差時(shí)不需要重寫程序，只要修改G41 Dxx 或G42 Dxx 對應(yīng)刀具表中刀具直徑D 值就可以了，如果加工后零件外輪廓單邊變小了Δx，那么在刀具表中刀具直徑值要加上Δx。同樣如果加工后零件單邊變大了Δx，那么在刀具表中刀具直徑值要減去Δx。如果在Z 方向出現(xiàn)偏差只要修改G43 Hxx 對應(yīng)刀具表中刀具H 值就可以了。使用半徑補(bǔ)償時(shí)需要注意兩點(diǎn)：（1）刀具的下刀點(diǎn)不能放在零件的輪廓上，要從外面下刀，避免在增加刀補(bǔ)時(shí)產(chǎn)生過切。（2）執(zhí)行G41、G42 指令時(shí)的第一條移動指令和用G40 指令撤消G41、G42 指令時(shí)的移動指令只能用G01 或G00 指令，而不能用G02 或G03 指令，且在這兩個(gè)程序段中，刀具不應(yīng)接觸到工件，以免產(chǎn)生過切或欠切現(xiàn)象。

4 利用機(jī)床提供磨損參數(shù)進(jìn)行調(diào)整

在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中有些高端系統(tǒng)具有刀具磨損補(bǔ)償功能，利用此功能可以很方便地進(jìn)行調(diào)整；例如，零件輪廓加工后單邊尺寸變小了Δx，只需要在相應(yīng)刀具表磨損D 中加Δx；如零件輪廓加工后尺寸變大了Δx，只需要在相應(yīng)刀具表磨損D 中加上-Δx；以FANUC 160/18MC 數(shù)控系統(tǒng)為例，其操作方法為按控制面板上OFF/SET 健，選擇刀具偏置表，選擇刀具號對應(yīng)的磨損D 和磨損H 的位置輸入相應(yīng)值，如果厚度變大、變小，把刀具長度磨損輸入到H 位置；如果輪廓尺寸變大、變小，把刀具直徑磨損輸入到D 位置；此外還需要在程序中加入TXX DXX 語句，當(dāng)程序執(zhí)行到當(dāng)前語句時(shí)數(shù)控系統(tǒng)會自動把磨損量加入。此功能使用起來特別方便，可以根據(jù)自己機(jī)床的特點(diǎn)靈活使用。

5 結(jié) 語

加工參數(shù)的調(diào)整在三坐標(biāo)及多坐標(biāo)數(shù)控加工中有著非常重要的作用。靈活、合理地調(diào)整加工參數(shù)，能充分發(fā)揮數(shù)控銑床的功能，提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品的合格率。