數銑編程中不同加工平面刀具半徑補償指令的分析與應用

洪偉

（上海市奉賢中等專業學校，上海201499）

數銑編程中不同加工平面刀具半徑補償指令的分析與應用

洪偉

（上海市奉賢中等專業學校，上海201499）

通過分析3個二維平面定義及其平面內圓弧運動方向與刀具半徑補償原理，闡述了編制一個簡單的三維零件加工程序。

二維平面；圓弧運動方向；刀具半徑補償；加工程序

0 引言

在數控銑床或立式加工中心手工編制程序中，初學者首先學習基于XY軸構成的二維加工平面的輪廓程序編制，并在此基礎上掌握程序編制中最常用的刀具半徑補償指令G41、G42與G40的應用與圓弧運動指令G02、G03等加工指令的應用，正是由于先入為主的原因，在由XZ軸與YZ軸構成的二維加工平面內實施輪廓程序編制，由于數控教材等在該方面知識講解涉及較少，造成在刀具半徑補償指令以及圓弧運動方向判別等應用方面編程者易出現錯誤。文章通過分析3個二維平面的定義，給出在不同平面內中的輪廓程序編制方法，并結合具體示例，闡述基于XZ軸構成的二維加工平面內的刀具半徑補償指令等的應用。

1 平面的分析

1.1 數學平面概念

根據建立標準得知，數學平面由3個軸構成，名稱分別為X、Y和Z軸，數學平面可由這3根軸的任意2個軸的代號字母組合在一起進行定義。在國際標準條例中，規定了以相鄰的2個字母為一組且分為3組表達，具體以空格分開構成了XY、ZX、YZ 3個不同的數學平面，如圖1所示。

圖1中數學平面以第一個字母表示為水平軸，第二個字母表示為垂直軸，例如在YZ平面中，字母Y為水平軸，字母Z為垂直軸。

圖1 數學平面

圖2 數控加工平面

1.2 立式加工中心加工平面概念

在數控加工設備中，數控加工平面的表達和數學平面一致，只不過有一個平面的方向不同，如圖2所示。

對照圖1和圖2，可以發現數學平面和數控加工平面的主視圖方向不同，圖3中描述了立式加工中心的3個加工平面，XZ加工平面就是ZX數學平面，區別在于數學平面中Z軸的方向是水平的，這是由于XZ加工平面和ZX數學平面不同的觀察方向所確定的。根據FANUC數控系統指令含義，XY加工平面對應G17數控指令，XZ加工平面對應G18數控指令，YZ加工平面對應G19數控指令。以上3個數控指令作用是指定刀具分別在不同加工平面中完成圓弧插補運動、刀具半徑補償、固定循環加工、坐標系旋轉等功能，其中加工平面的指定在圓弧運動中顯得尤為重要。

圖3 立式加工中心3個平面

2 各加工面平內的圓弧運動方向及刀具半徑補償應用

2.1 各加工平面的圓弧運動方向規定

分析了數學平面與加工平面的布置，現討論不同加工平面上圓弧的運動，如圖4、圖5所示。

圖4 數學平面中圓弧運動的方向

圖4所示為3個標準數學平面中定義了圓弧運動方向，該運動方向是和平面中定義的觀察平面的主軸方向有關，即圖4中3個平面的圓弧運動觀察視角都為俯視圖狀態。通過比較圖4與圖5，數學平面中的XY平面和YZ平面內的圓弧運動方向與立式加工中心中的XY平面和YZ平面內的圓弧運動方向相同，而ZX數學平面與XZ立式加工中心平面內圓弧旋向卻不同，盡管所有的加工平面遵循數學平面原則。這是因為在XZ立式加工中心平面中，判斷平面的原則應是由另一軸的正方向看到負方向。即XZ加工平面的Y軸正向應是由此圖的反面看過來所造成，圓弧的旋向如圖6所示。因此我們需注意在主加工平面（G18）中圓弧運動的旋向。

圖5 立式加工中心中圓弧運動方向

圖6 各加工平面中圓弧運動的旋向

2.2 各加工平面內刀具半徑補償分析

根據相關數控編程知識，G41為刀具半徑左偏補償，沿著刀具運動方向向前看（假設工件不動），刀具位于工件左側的刀具半徑左補償，這時相當于順銑，如圖7（a）所示。G42為刀具半徑右偏補償，沿著刀具運動方向向前看（假設工件不動），刀具位于工件右側的刀具半徑右補償，此時為逆銑，如圖7（b）所示。G40為刀具半徑補償取消，使用該指令后，使G41、G42指令無效。

圖7 刀具補償方向

圖8顯示的是3個標準數學平面和切削方向在各個加工平面中的刀具半徑補償，其加工路徑包括直線和圓弧運動。圖8（b）中，由左至右，3個平面分別為G17、G18和G19 3個數控加工平面G代碼指令。由圖8得知，XY與YZ的數學平面與立式加工中心加工平面在執行半徑補償時指令運用相符合，但在ZX數學平面與XZ的加工平面中效果卻不同。

4 典型加工平面內刀具半徑補償指令應用

出于教學目的，對圖9所示曲面編制加工程序，圖9為典型的用G18編程的ZX平面內的二維加工，刀具的加工方向為由左至右的典型加工路線，即形成G18與G41、G02的組合進行加工程序編制。編寫一個簡單的三維零件的加工程序只是一個選取插補平面、刀具半徑補償及圓弧運動的問題，通常這些程序很大程度上依靠子程序或是宏程序進行編制，本文采用了通俗易懂的主程序加子程序的方法進行編程。

圖8 刀具補償方向

圖9 球頭銑刀曲面

針對圖9所示的一個較為簡單的三維零件，編制了球頭銑刀加工程序（FANUC系統）：

4 結語

在數控銑床或立式加工中心加工中，更換當前加工平面并不常見，因為多數加工都不需要此項功能，當然，如果真的需要重新選擇平面的情況，那么數控編程人員必須有所準備，在不同的平面內實施加工操作時對實際的應用有相當的了解。

［1］ 羅瑞琳．數控銑削加工中刀具半徑補償的應用及注意事項［J］．裝備制造技術，2006（4）：134-135．

［2］ 李粉霞．數控編程時刀具半徑補償指令的幾種妙用［J］．機械工程與自動化，2007（1）：153-154．

［3］ 趙正文．數控銑床/加工中心加工工藝與編程［M］．北京：中國勞動社會保障出版社，2006．

［4］ 李立．數控銑削加工實用技術［M］．北京：機械工業出版社，2009．

（編輯：黃 荻）

Analysis and Application of the Tool Radius Compensation Instruction in Different Processing Plane Milling Programming

HONG Wei
（Shanghai Fengxian Secondary Specialized School，Shanghai 201499，China）

The definition principle of arc motion direction in the three 2-dimensional plane is analyzed.The tool radius compensation prinicliple is introduced.A simple 3D parts machining program is expounded.

2-dimensional plane;the arc motion direction;tool radius compensation;processing procedure

TG 659

A

1002－2333（2014）04－0139－03

洪偉（1977—），男，實驗師，碩士，從事數控加工技術教研工作。

2014-02-11