浅析车刀刀尖圆弧半径对加工精度的影响

【摘要】 数控车削加工中，因为刀尖圆弧半径的影响，导致刀尖实际运动轨迹偏离零件理论轮廓，从而造成零件径向和轴向尺寸的加工误差，影响零件的尺寸精度。本文根据零件编程实例，分析了切削中刀尖圆弧的运动轨迹，从而正确掌握刀尖半径补偿的使用方法。

【关键词】 刀尖圆弧半径加工误差刀具半径补偿

在数控车削中,刀具常采用机夹式合金刀片加工,其特点是硬度高、脆性大,切削中容易产生崩刃的现象。因此车刀刀尖必须刃磨出0.5-1.5mm的圆弧半径,从而提高刀具强度,减缓刀具磨损和提高工件表面质量。磨出圆弧半径的刀尖,在切削时就会出现对刀点A与实际轮廓不重合,造成加工误差过大,零件报废的现象。在粗加工中,因加工余量大,后续加工能有效消除刀尖圆弧半径带来的加工误差,因此对于零件的粗加工,在编程时可以不考虑刀尖圆弧半径带来的影响。而精加工作为零件的最后一道工 序,加工后的零件尺寸必须符合图纸要求。因而,在编程时就必须考虑刀尖圆弧半径对加工精度的影响,

通过采用刀尖半径补偿功能的程序编制方法,来消除加工误差,从而加工出合格的零件。

1 理论对刀点对切削加工精度的影响

对于数控车削加工,刀具是按预先编制的程序在设置好的工件坐标系内进行切削加工。而工件坐标系的设置必须通过对刀的方式来实现,刀具的对刀方法往往采用试切法来确定。试切法对刀通过利用刀尖在X、Z轴方向进行试切,确定工件零点的位置并存储到机床的偏置寄存器(POS)中,这样对出来的刀尖必定为理论的尖点,该点是编程时确定加工轨迹的点,数控系统控制该点的运动轨迹。如图1所示,先手动操作刀具,分别在X、Z坐标轴方向切削工件,记录坐标值并设置为工件零点。从图中可以看到,因刀尖圆弧的存在,存储在POS中的工件零点坐标值为理论刀尖A的坐标值,而在切削时起实际作用的是圆弧R上的各切点。这样的切削状态,在切削圆柱面和端面时,实际切削点和理论对刀点重合,此时,刀尖圆弧半径对加工精度没有影响,如图2所示。但在加工锥面和圆弧面时,会产生过切或欠切的现象,如图3中的阴影部分。故在编程中应考虑刀尖圆弧半径对加工精度的影响。

2 刀尖圆弧半径切削误差的补偿方法

2.1 编程时对欠切区域的处理方法

如图3,因刀尖半径的影响,在加工中如果按照零件理论轮廓来进行编程,会产生欠切区域。因此,必须按照刀尖圆弧半径大小及被切削部分形状进行误差分析和偏置值计算,按实际切削轮廓进行编程,这样才能消除刀尖半径带来的误差值。现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器,具有刀尖圆弧半径补偿功能,对于这类数控车床,编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程,编程时可假设刀具圆角半径为零,在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输入刀具圆弧半径值,加工过程中,数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹,进行刀具圆角半径补偿,完成零件的加工。该补偿过程分为刀补建立、刀补进行和刀补撤销三步。

2.2 刀尖半径补偿指令(G41、G42、G40)

G41为刀尖半径左补偿,即顺着刀具运动方向看,刀具在工件左侧移动时使用此指令;G42为刀尖半径右补偿,即顺着刀具运动方向看,刀具在工件右侧切削时使用此指令;G40为刀尖半径补偿取消。编程时,还需考虑车刀形状和位置。根据刀具在切削时的具置选择假想刀尖的方位,一共有8种,如按刀尖圆弧中心编程,则选用0或9(见图4),再以此确定补偿量,最后将补偿量与相应的刀具补偿号一起通过机床面板输入到数控系统中（见表1)。

3 刀尖半径编程举例

3.1 柱锥面结合零件

如图5所示柱锥面结合零件。在编程中使用G41刀尖半径补偿指令,数控系统会自动计算刀尖偏移量,使刀具运动轨迹一直保持为刀尖圆弧与零件轮廓相切的状态进行切削(见图5)。其编程方法如下:

N0030 G40 G00 X25.0 Z5.0(快速定位到进刀点P0)

N0040G41 G00 X20.0 Z0.0(在P0-P1段调用G41,刀具移动到P1点时,已经移动了一个刀尖半径)

N0050 Z-25.0(切削到P2点,系统自动计算刀尖和轮廓的相切位置,自动确定偏移量)

N0060 X30.0 Z-35.0(在P3点,依然保持刀尖圆弧和轮廓相切的关系)

N0070 Z-50.0(刀尖在P3点先X正向移动,然后进行Z相切削)

N0080 G00 X50.0 Z50.0 G40(退刀,取消刀补)

3.2 编程规则

(1)G40、G41、G42只能与G00、G01结合编程。不允许与G02、G03等其它指令结合编程,否则报警。

(2)在编入G40、G41、G42的G00与G01前后的两个程序段中,X、Z值至少有一个值变化,否则报警。

(3)必须要在刀具切削前调用G41、G42指令,否则出现运行轨迹错误。

(4)必须要在切削完成后的退刀指令行中调用G40,否则有些零件结构会出现残余面积。

4 结束语

车刀圆弧半径对数控车削精加工精度影响较大,在使用数控车床精加工零件时,一定要根据实际情况按刀尖圆弧半径补偿的方法进行编程和加工。

参考文献:

[1]数控机床加工程序的编制.

[2]李军.刀尖圆弧半径对编制数控车床加工程序的影响.

[3]数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题,中国机床商务网,2008.

蚪?刘蜀,(1981—)男,本科,宜宾职业技术学院电气专业教师,主要从事机电一体化、数控加工方向研究。

刘丽芝(1981—),女,本科,宜宾职业技术学院机电专业教师,主要从事机电、液压系统方向研究。

温锴,(1984—)男,本科,宜宾职业技术学院电气专业教师,主要从事机电、电力系统自动控制方向研究。