淺談數控銑床對刀和加工程序的簡化

蔡琪琳

摘 要：在數控銑床上進行輪廓加工時，因為刀具的半徑使刀具中心（刀心）軌跡和工件輪廓不重合，如不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程，就會造成加工出的零件尺寸比圖樣要求有一個刀具半徑的尺寸之差，為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑，這就是所謂的刀具半徑補償指令。應用刀具半徑補償功能時，只需按工件輪廓軌跡進行編程，然后將刀具半徑值輸入數控系統中，執行程序時，系統會自動計算刀具中心軌跡，進行刀具半徑補償。

關鍵詞：數控 加工中心 車床 數控 機床坐標系 工件坐標系

中圖分類號：TG547 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0049-01

數控機床加工時的刀具磨損，系統無法發現并調整，但仍依據存儲的數據進行加工，那么生產出的工件整體尺寸偏大，甚至超出誤差允許范圍，因此零件必須返工，但返工重新裝夾和對刀絕對存在誤差和定位精度問題，得不償失。這里就經常涉及刀具的半徑及長度補償問題進行探討。

1 簡化對刀步驟

數控銑床上的毛坯件從X、Y軸所在的橫截面來看，大體可分圓柱型和立方型。數控銑床的對刀方法較復雜一些。如果要加工的是圓柱形工件，那么工件的尋找X、Y軸的0點位置就需要使用百分表對中，即刀具中心軸線對準圓柱形工件的中心軸線（較簡單，不詳述）。如果工件是立方體的，那么就必須尋找出立方體在X、Y軸組成的平面內截面的中心線交點。

1.1 尋找工件坐標系X0位置

試切時，1號位為刀具中心在工件的X軸負方向的位置，2號位是刀具中心在X軸正方向的位置，1號位和2號位刀具所在的機床坐標系絕對位置都由面板顯示出來，2號位減去1號位的位置參數除以2就是X軸方向的工件坐標系原點位置。而簡便的方法就是將1號位確定后，在面板上的相對坐標上將工件坐標系X值改成0，然后再尋找2號位，2號位的相對坐標就是2到1的距離L，那么L/2就是工件坐標系X軸的原點位置，再將刀具移動到機床坐標系上L/2的坐標處，將工件坐標系上X軸的值改成0，就這樣可以方便的找到工件坐標系X0的位置。

1.2 尋找工件坐標系Y0位置

同X軸尋找工件坐標系X0的位置方法，在此不再贅述。

1.3 尋找工件坐標系Z0位置

一般來說，我們可以忽略數控銑床上刀具的長度值，將刀具試切到工件上表面時的Z向距離設置為0，直接忽略刀具的長度。在換刀后其他刀具尋找Z0點位時，只需要通過尋找上表面，并將Z向距離直接設置為0，就可以使用了，這時X0和Y0繼續使用原來刀具的值，因為主軸的X0和Y0是沒有變化的。

2 虛擬刀具半徑在簡化加工程序中的應用

一個毛坯工件，如果待加工量較大，需要多次相似形狀的循環加工銑削時，若將相似形狀的工件多次加工程序每次執行一遍，編程和加工的效率明顯不高。完全可以用一把銑刀，虛擬出多把不同直徑的銑刀，將成型輪廓線的程序設置為子程序（子程序必須使用相對坐標），在調取不同虛擬刀具半徑參數的同時來調用子程序，可以達到避免重復編程的目的。假設需要銑削的零件毛坯為圓，半徑為D1，刀具半徑為R，每次銑削量為E（E小于2R），銑削N次后，最終銑削到半徑為DN的圓。這樣加工路徑就會分成N個輪廓，這N個輪廓除邊界都是平行且相似的，每次工藝路線都是半徑為DN的圓輪廓線，只是每次調用的是虛擬出的不同的刀具半徑。系統認為刀具每次切削的是成型輪廓線，而事實則不是。

2.1 外輪廓銑削每次虛擬刀具半徑

第1次：切削后剩下輪廓半徑為D1-E，則本次虛擬編程刀具半徑為：D1-E-DN+R；

第2次：切削后剩下輪廓半徑為D1-2E，則本次虛擬編程刀具半徑為：D1-2E-DN+R；

……

第1次：切削后剩下輪廓半徑為D1-iE，則本次虛擬編程刀具半徑為：D1-iE-DN+R；

最后一次走刀的刀具半徑必須為R，精加工余量若為e，可以將精加工余量e加在實際刀具半徑R上，即粗加工的最后一次的刀具編程半徑=R+e。

2.2 內輪廓相似形狀多次銑削

第1次：切削后的內輪廓半徑為D1+E，則本次虛擬編程刀具半徑為：DN-E-D1+R；

第2次：切削后剩下輪廓半徑為D1+2E，則本次虛擬編程刀具半徑為：DN-2E-D1+R；

……

第i次：切削后剩下輪廓半徑為D1+iE，則本次虛擬編程刀具半徑為：DN-iE-D1+R；

最后一次走刀的刀具半徑必須為R，精加工余量若為e，可以將精加工余量e加在實際刀具半徑R上，即粗加工的最后一次的刀具編程半徑=R+e。

以上兩種方式可以使編程依據成型輪廓編制子程序，將粗加工和精加工不同刀具半徑及虛擬刀具半徑存入寄存器中，就可以使用一個子程序調用多個不同刀具半徑達到簡化加工程序的目的。

3 使用刀具半徑補償注意事項

（1）建立和取消刀具半徑補償時，刀具的移動面不能涉及第三個平面，且移動距離應大于半徑補償值。

（2）內輪廓銑削時，最小輪廓尺寸加精加工余量必須大于或等于刀具半徑，否則將產生過切。

（3）補償量應該足夠，不能讓刀具和工件在補償和撤銷過程中互相干涉。

4 結語

刀具半徑補償是數控機床上應用比較頻繁的指令，離開該指令數控銑床很難加工出復雜且高精度的零件。要想在數控銑床上編制出更加合理和完善的程序，最重要的就是要很好的掌握和利用刀具補償功能。該文是根據實際應用過程中的一些技巧和常用方法的簡單總結，很多編程技巧方面有待我們更加深入的了解。目前，建模軟件和自動加工的普及讓手動編程相形見絀，建模軟件和數控系統的機機對話使得人機對話只是體現在工藝路線的制定上，那么在編制工藝路線的時候，簡化路線其實就是一種方法。我們現階段的操作員和工藝員的專業素養是達不到在系統和設備方面改進的，為了盡最大限度的提高生產力，很多的細節值得我們去探索。了解特性之后，簡化使用就是一個大工程。

參考文獻

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