基于FANUC系統的數控車床刀具磨損補償

楊豐

摘 要：以數控車削加工刀具磨損補償為研究對象，在分析刀具磨損規律的基礎上，討論了數控車削加工刀具磨損補償的各種方法及其特點，重點探討了利用宏程序實現數控車削加工刀具自動補償的方法。該方法首先用直線對磨損曲線進行了近視處理，然后用宏變量定義了相關要素，給出了相應的宏程序，能實現數控車削加工刀具磨損的自動補償和刀具急劇磨損時的自動報警。

關鍵詞：FANUC系統；刀具磨損補償；宏程序；不銹鋼

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.108

刀具在加工過程中產生磨損是切削過程中的物理現象，尤其是在加工高溫合金、不銹鋼、鈦合金等難加工的材料時，刀具磨損更快，這必然會導致加工尺寸變化，進而影響加工精度。在普通車床上加工時，針對刀具磨損帶來的尺寸變化，操作者可以人工控制中拖板進刀量來修正。但數控車削屬于自動加工，刀具磨損后補償、更換刀刃的時間都是需要我們研究的問題。

1 刀具磨損的過程

在車削過程中，刀具一方面切下切屑，刀具本身也會逐漸磨損，即刀具磨損。通過實驗發現，刀具磨損過程大致分為3個階段，如圖1所示。開始使用刀具時，由于新刀具的表面比較粗糙，切削時刀具磨損較快，這個階段為初期磨損階段（Ⅰ段）；經過初期磨損后，刀具表面被磨平，切削時磨損較慢，磨損量與切削時間近似成正比，這個階段為正常磨損階段（Ⅱ段）；當磨損量達到一定程度后，由于刀具磨損嚴重，使用時機械摩擦加劇，產生切削熱增加較多，導致切削溫度升高，磨損急劇加速，甚至出現崩刃現象，加工表面質量明顯下降，刀具失去切削能力，需要更換刀具，這個階段為急劇磨損階段（Ⅲ段）。通常規定刀具用到產生急劇磨損前必須更換或重磨刀具，此時，后刀面上測定的磨損帶寬度VB作為刀具磨鈍標準。

2 刀具磨損的補償方法

從圖1可以看出，隨著切削時間的推移，刀具的磨損量持續增加，這必然導致工件的尺寸發生變化，影響工件的加工質量。在數控車削加工時，需要對刀具磨損進行補償，以保證零件的尺寸精度。

2.1 手動補償法

數控車削的刀具補償的通常做法是停車后人工測量工件尺寸，將磨損后產生的工件誤差△輸入相應刀具的磨損補償中，即：

式（1）中：△為磨損補償量；d理論為工件理論尺寸；d測量為工件實際測量尺寸。

在數控車床上用1號刀加工某外圓，其理論尺寸d理論為φ30，加工一段時間后刀具產生磨損，實際測量尺寸d測量為φ30.02，則磨損后產生的工件誤差△為-0.02，相應刀補號的X軸磨損補償值為-0.02，如圖2所示。這種手工補償方法效率較低，操作者的工作量較大。

2.2 自動補償法

2.2.1 在線測量自動補償法

在數控車床上安裝在線測量系統，在加工過程中自動測量工件尺寸，并與工件理論尺寸比較，其結果發送給數控系統，由數控系統修改刀具補償值，從而實現刀具磨損的自動補償。

2.2.2 宏程序自動補償法

用直線OA和AB代替圖1中的相應磨損曲線，對磨損量進行近似處理，如圖3所示。利用三角函數分別計算刀具在初期磨損階段（Ⅰ段）和磨損量正常磨損階段（Ⅱ段）的磨損量，編寫宏程序實現對刀具磨損的自動補償。

本文以FANUC數控系統車削外圓為例，在程序中先對#501～#505賦值，每加工完一個工件，通過宏程序修改相應刀補地址的X軸磨損補償量，實現對刀具磨損的自動補償。同時，當刀具達到磨損極限時，利用宏變量#3000向機床發出報警信號，各變量含義如表1所示。

參考程序：

O1

T0101

……

#508=#3901+1 計算零件加工數量

#509=#507*#508 計算累計加工時間

IF [#509 LE #503] GOTO 10 未超過刀具壽命，繼續使用

#3901=0 已加工零件個數清零

#3000=1（TOOL LIFE OVER） 超過刀具壽命報警

N10 IF [#509 LE #501] GOTO 20 判斷刀具是否進入正常磨損階段

#510=#509-#501 計算正常磨損階段的切削時間

#511=#501*TAN[#504]+#510*TAN[#505] 計算刀具累計磨損量

GOTO 30 轉移至N30程序段

N20 #511=#509*TAN[#504] 計算刀具累計磨損量

N30 #512=#511*#506 計算刀具磨損引起的尺寸誤差

#2001=-#512 修改1號刀補地址的X軸補償量

……

M30

3 結束語

本文分析了數控車削刀具磨損補償的幾種方法，手動補償法需要現場操作者經常停車測量，然后修改程序或刀具磨損補償值，對操作者要求較高。在線測量自動補償法需要在機床上安裝在線測量系統，成本較高，而宏程序自動補償法在沒有在線測量系統的經濟型數控車床上也能實現刀具磨損的自動補償和自動報警，既經濟又簡單，在實際生產中能提高生產效率和加工質量、減輕操作者的工作強度，具有一定的推廣價值。

參考文獻

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[3]馮志剛.數控宏程序編程方法、技巧與實例[M].北京：機械工業出版社，2007.

〔編輯：張思楠〕