數控車加工中的刀具偏移自動判斷功能

馮永星

（中國航發西安航空發動機有限公司，西安 710021）

0 引言

向寄存器中輸入刀具偏移（俗稱刀補）數值是數控加工中最常見的操作之一，操作者需要通過該操作來調整被加工零件的尺寸，以保證產品質量。因此操作者在輸入刀補時要確保輸入數值的正確性，一旦輸入的數據出現錯誤則必然會引起被加工零件的質量問題。本文以數控車加工為例，介紹了一種基于FANUC系統宏程序編制思路及方法，可有效地對操作者輸入的刀補數值進行判斷，從而起到預防人為輸入失誤的作用，減少質量事故的發生。

1 加工中刀補控制分析

根據車加工所用刀具及被加工部位的特征來分，常見的操作有端面加工、內型面加工、外型面加工、內外槽加工及螺紋加工等。圖1中顯示了3種最為常見的典型加工，分別為內型面加工、外型面加工及槽加工，下面對這3種典型加工部位的刀補狀況進行分析。

1.1 內型面特征加工

加工內型面時，需要控制Z-及X+方向的刀補數據，因為這兩個方向的刀補數據過大會導致零件尺寸超差且無余量進行補加工。而Z+及X-方向的刀補數據過大只會導致零件未加工到位，因此可不作控制或選擇性地控制。

1.2 外型面特征加工

與加工內型面的情形相似，在加工外型面時需要控制Z-及X-方向的刀補數據，對于Z+及X+方向的數據可不作控制。

1.3 槽類特征加工

槽類特征及形狀類似U形的型面特征比較特殊，在加工時有一個方向的刀補需要嚴格控制，這時就要根據具體情況進行操作。通常情況下，外圓及內孔槽類特征加工對Z向的刀補要求較嚴；端面槽類特征加工對X向的刀補要求較嚴。圖1所示外環槽在加工時需要控制X-方向的刀補數據，Z+及Z-方向基本不允許調整。

圖1 幾種典型加工情況

2 思路及方法

2.1 解決思路

FANUC控制系統的刀補數據存儲在特定的系統變量中，這些數據是可以被宏程序讀取的。在程序編制時，可根據被加工特征的具體情況對加工刀具的刀補數值進行預設，規定某個方向允許的極限刀補數值。同時，利用宏程序讀取操作者輸入的刀補數據，將程序的預設值與操作者向機床內輸入的數據進行對比，如果輸入的刀補數據超過預設值則會導致被加工零件出現質量問題，這時程序停止運行或報警提示。

2.2 實現方法

根據上述思路，可以通過多種編程方式來實現，得到的程序各有利弊，在使用時可根據具體的操作習慣或使用情況進行選擇。

2.2.1 方法一

在編制數控程序時，針對不同的加工特征單獨編寫對應的宏程序來進行判斷，這種方法可適用于任何加工環境，靈活性與適用性也最高，其缺點是對每個加工特征都要獨立編寫宏程序，工作量較大，不利于程序的推廣使用。

2.2.2 方法二

先對車加工中常見的加工特征進行分類，將每種特征類別加工時調整刀補的規律進行總結與歸納。再根據每種特征加工需要控制刀補的情況分別編寫相應的宏程序，將其集成在同一個子程序中。使用時只需在主程序中給定特征編號及X、Z方向上允許的最大刀補數值即可。圖2所示為8種常見的加工類型，通常情況下加工這8種類型對刀補的要求如表1所示。

表1 各類型特征刀補

圖2 常見的加工特征類型

可以看出，方法二是對方法一的歸類與集成，根據加工車間的產品結構簡化或者細分各類特征，使得同一個子程序可以滿足不同零件的加工要求，減少程序編制的工作量，降低出錯概率。

2.2.3 方法三方法三是

本文介紹的重點，它以刀沿方向作為依據來對操作者輸入的刀補進行判斷，主要適用于輪廓編程的程序中。大家都知道在使用輪廓編程的程序時，操作者要在對刀這一步驟向機床寄存器輸入刀沿方向，因為刀沿方向是控制器進行補償運算的一項很關鍵的數據。在絕大部分情況下，可根據刀沿方向對操作者輸入的刀補進行判斷。

在使用該方法時要遵守兩個原則：1）（槽刀）對刀時所使用的刀尖一定是該刀具所加工的所有尺寸中公差最嚴的；2）操作者嚴格按照要求（規定的刀具類型）進行對刀。在這2個原則的約束下，根據刀具類型來判斷刀補方向就很容易了。圖3所示的編號為3的刀沿，根據其定義，在對刀時的對刀點如圖4 所示，綜合前面的兩條規則，可以得出：1）刀具在Z-方向的刀補要受到嚴格控制，在Z+方向上的刀補可放松；2）刀具在X-方向的刀補要受到嚴格控制，在X+方向上的刀補可放松。

圖3 典型刀具類型（刀沿方向）圖

圖4 典型3號類型

由于刀沿方向可以直接從機床對刀數據寄存器中讀取，因此這種方法相比方法二又有了進一步的簡化，在主程序中只需給出相應XZ方向上允許的誤差即可，不足之處是不適用于刀心編程的程序。

3 宏程序的編制

為便于使用，將整個防誤宏程序分為主程序與子程序兩部分，刀補預設值放在主程序中進行，而讀取當前刀沿方向、根據刀沿方向進行刀補數值判斷及刀補數值超出預設時的報警提示則在子程序中進行。此處還是以編號為3的刀沿方向（3號類型）為例，介紹具體程序。

3.1 主程序

主程序段如下：

N15行通過變量#15對X向允許的最大刀補進行預設，N20則通過變量#16對Z向允許的最大刀補進行預設，N25呼叫子程序。

3.2 子程序

子程序段如下：

為便于講解，此處只列舉了3號刀沿方向（3號類型）的程序部分，其它刀沿方向的程序類似，只是在判斷與跳轉部分稍有差異。N1行讀取當前刀補，N2、N3行讀取當前刀位的刀沿方向并進行跳轉，N2003及N4行讀取當前X、Z刀補數值，N5、N6行進行判斷及跳轉，N3007及N3008行進行報警提示。

4 子程序的集成

在實際應用中，每一個程序都會使用到多種類型的刀具，這些刀具的刀補控制是多樣的,針對每種刀具去編制獨立的防誤子程序是一件非常繁瑣的事情。因此，要盡量將這些多樣化刀補調整方式的防誤集成在同一個子程序中，這樣就只需要編制一次程序，既可節約工作時間，又便于使用、推廣。

本文以車加中工常用的1、2、3、4號刀沿為例來進行說明，具體程序如下：

此程序中：N10～N35為讀取當前刀具的刀沿方向編號并根據刀沿方向編號跳轉至相應的判斷程序段；N2001、N2002、N2003、N2004分別為1、2、3、4號刀沿防誤程序段的起始段；N3007及N3008如前文所述為報警提示程序段。

在這里有兩點需要特別說明：1）各功能的程序段（模塊）之間需要用M99隔開，以便正確跳轉回主程序；2）某些機床在程序傳輸時會在M99處停止傳輸或自動將一個程序分開成幾個不同的獨立程序，從而造成錯誤。為避免此類問題，在向這些機床傳輸程序時，可將M99臨時更改為M00或其它代碼，待傳輸至機床后再更改回M99即可。

5 結語

如何降低人為原因造成的廢品損失是技術工作者需要不斷研究的課題，在航空零件加工領域，一個小小的人為失誤可能會造成幾十萬元甚至百萬元的損失，本文介紹的這種宏程序編制思路及方法可在最大限度上減少因刀補輸入錯誤而造成的廢品損失。當然同一個編程思路可能會有多樣化的程序編制方式，如何使編制出的程序符合各自單位的具體工作習慣及使用要求就需要我們結合自身情況去做調整了。