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數控銑（xǐ）削加工中刀具補償的應（yīng）用研究

2024-7-26 來源（yuán）：南陽技師學院作者：衛黨連

摘要：在數控銑床上進行輪（lún）廓加（jiā）工時，由於刀具總有一定的半徑，刀具中心的運動軌跡並不等於所需加工零件的實際輪（lún）廓，因此（cǐ）在進行內（nèi）輪廓加工時，刀具中心偏移零件的內輪廓表麵一個刀具半徑值。而在進行（háng）外輪廓加工時，刀具中心又偏離（lí）零件的外輪廓表麵一個刀具半徑值，影響到產品的加工質量。針對刀具補償需注意的內容進行整理，以降低數控銑（xǐ）削加工誤差，提高產品的（de）加工質量。

關鍵詞：數控銑削加工（gōng）；刀（dāo）具補償；加工質量

0 引言

從目前的應（yīng）用情況來看，在數（shù）控銑床加工過程（chéng）中，經常使用到的刀具（jù）補償方法有刀具半徑補償與刀具長度補償兩種方法[1]。兩類方法在應用中擁有不同（tóng）的優勢與（yǔ）不足，可結（jié）合具體的加工情況，來選擇恰當的刀具補償方法，以此來提（tí）高數控加工結果的合理性，加工出滿足質量要求的產（chǎn）品。

1、刀具（jù）補償的（de）意義

受（shòu）到各類因素影響，使得數控銑削加工過程中，容易（yì）出現誤差偏大問題（tí），影響到產品加工（gōng）質量的（de）合理性[2]。而有了刀（dāo）具補償功能後，可以按工件實（shí）際輪廓編（biān）程（chéng），而把刀具補償量在“刀具參數設定”界（jiè）麵內輸入（rù）數控係統，寄（jì）存在與刀具編號相（xiàng）對應的存儲器中，這樣在執行程序時，數控（kòng）係統按預先存入的補（bǔ）償量、零件輪（lún）廓尺寸和補償方式（shì）指令（lìng）自動計算出刀具（jù）中心軌跡，而且在磨損（sǔn）或重磨後（hòu），隻需改變補（bǔ）償量，而不必修改已編好的程序。由此可見，刀具補償（cháng）方法在數控（kòng）加（jiā）工技術中有著良好的應用價值。

2、刀具補（bǔ）償分類

2.1 半徑補償

2.1.1 常用方法

在（zài）數控裝置的應用中，如果其不具備半（bàn）徑自動補償功能，在產品加工（gōng）中，如果想要（yào）得到質量合格的零件（jiàn），需要對刀具中（zhōng）心跡來進行合理（lǐ）編程，並且需要將刀具半徑計算到每一（yī）階段的程序當（dāng）中，從而得到準確的數據計算結果[3]。在半徑補償活動中，會依托 ISO 標準中的相關內容（róng），來假設（shè）工件在加工中處於不（bú）動的狀（zhuàng）態，隻有刀具進行運動。順（shùn）延刀具運動方向來看，如果刀具正在切削輪廓左側時，此時刀具則正在進行（háng）半徑左補償。相對應的，如果刀具正處於工件切削輪廓右側位置，則表示刀具正處於半徑右補償。

2.1.2 工作過程

刀具半徑（jìng）補償過程（chéng）可以細分為以下 3 個階段：①建立刀（dāo）具補償環境，其是（shì）指刀具啟動後，開始從起點位置逐漸（jiàn）接近（jìn）工件，此過程中刀具中心會（huì）從和編程軌跡逐漸重合的狀態，逐漸過渡到和編程軌跡（jì）偏離（lí）某個偏置量的過程，刀具半（bàn）徑左補償與刀具（jù）半徑右補償則會在程（chéng）序段中有效[4]；②有序開展刀具補償活動，在完成（chéng）刀具補償環境的建立後，其作用也會得到一直發揮，即刀具中心和編程（chéng）軌跡一直處（chù）於（yú）某（mǒu）個偏置量，一（yī）直到（dào）刀具半徑補償活動結束後再恢複正常，在此情況下，半徑（jìng）補償活動也一（yī）直處於有效的狀態；③刀（dāo）具補償狀態的取消，等（děng）待上述所有補償活動結束後，此時程序則會取消刀具半徑補償，此時刀具半徑左補償與刀具半徑右補償指令都會處於無效的（de）狀態（tài）。

2.2 長度補償

2.2.1 常用方法

在數控銑床運行中，其使用到的刀具長度（dù）處於不一致的狀態，受到刀具（jù）磨損（sǔn）、其他因素影響，會影響到刀具的實際長度，因此需要使用刀具長度補償（cháng）指令來調整這些因素影（yǐng）響，保證刀具工作狀態的穩定（dìng）性[5]。在整個長度補償過程中，可以使用自動補償的方法進行處理。在具體應用中，會將不同（tóng）長度的刀具，來對刀具的操作過程進行差值獲取，過程中也會使用 MDI 方式來調整刀具（jù）長度參數與輸（shū）入刀具參數，從而影響到（dào）刀具長度的（de）補償指令。總結以往的應用經驗，在（zài）刀具長度補償活動中，其涉及的指令包括刀具長度正向補償、刀具長度負向補償以及（jí）撤（chè）銷（xiāo）刀具（jù）長（zhǎng）度（dù）補償指令。在長度補償活動中，也會將（jiāng）數（shù）字（zì）作為長度（dù）補償值的重要符（fú）號，而且在應用中也（yě）會提前（qián）設置補償量，並將其設置（zhì）在操作麵板當中對應的符號位置。而已經（jīng）擬定好程序的數控裝置（zhì）在（zài）運行到該程序段時，此時則會對刀具長度補償值來進行讀取（qǔ），同時也會使用工具來對刀具軌跡（jì）進行計算（suàn），以保證刀具補償結果的合理性。

2.2.2 工作過程

刀具長度補償過程如下：①在程（chéng）序（xù）執行刀具長度正向補償指令時，此時刀具刀位點會在指令推動下到（dào）達實際的點位置（zhì），而（ér）指令當中的指定點位（wèi）置和長度補償寄存器順利相加在一起後，會將其抬起到某一固定值（zhí），以此來調整刀具長（zhǎng）度；②在程序執行刀具長度負向補償指令時，此時（shí）刀（dāo）具（jù）刀位點也（yě）會在（zài）既有程序推動下（xià）到達實際的點位置（zhì），此時會將指定點位置（zhì）和長度補償寄存器進行相減處理，此過程則類（lèi）似刀具可以直接延長一個長度補（bǔ）償值參數，以此為基礎（chǔ）來對刀具長度進行調整[6]；③在實際應用中，長（zhǎng）度補償值也會將其設（shè）置為負值，此時在刀具長度正向補償時也會（huì）設置為負（fù）值（zhí），此時該（gāi）指令則（zé）和刀具（jù）長度負向補償效（xiào）果相一致，多結合實際情況來（lái）進行選擇，以保證最終（zhōng）的補償效果。

3、數控銑削（xuē）加工中刀（dāo）具補償應用要點

3.1 銑削半徑補（bǔ）償

3.1.1 做好編程工程

在半徑補償（cháng）過程中，首要（yào）任務便是（shì）做好（hǎo）編程工作，這也是後續刀補過程順利進行的基礎條（tiáo）件。在實際應用（yòng）中，為了避免刀具中心（xīn）軌跡出現異常波動，在實際應用中也會使用零件輪廓尺寸編程來參與刀具補償過程。總結以往應用經驗可以（yǐ）得知，在對工件刀具中心軌跡進行計算時，其複雜程（chéng）度相對較（jiào）高，因（yīn）此在實際應用中則（zé）可以直接應用刀具半徑補（bǔ）償，在補償作用下可以借助銑刀自（zì）動化移動（dòng），移動方向為被加工工件（jiàn）輪廓外側，位移距離為一個刀具的移動半徑，隨後（hòu）再根據工具輪廓尺寸來進行編程，以此來作為半徑補償時的重要參（cān）考。並且在此情況下也不需要再對銑刀中心軌跡進行計算，簡化了整個計算過程。

3.1.2 粗加工與精加工

完（wán）成上述處理工作（zuò）後，進入到粗加工與精加工環（huán）節，在該加工階段也需注意以下內容：在（zài）數控銑削加工過程中，會使用到同一（yī）個程序來控製整個加（jiā）工過程，同時為了提高加工過程的可靠性，會使用同（tóng）一（yī）把刀具（jù）來參與加工。在整個加工過程中，也會使用（yòng）各種（zhǒng）類型的刀具補償半徑值來滿足不同情況下（xià）的加工要求。並（bìng）且（qiě）在整個處理活動中，會根據實際需求情況來逐步減少相應的切削（xuē）餘（yú）量，以（yǐ）此來達到粗加工與精加工的目的。在（zài）具體應（yīng）用中，也會使（shǐ）用半徑為 R 的刀具來作為主要（yào）生產工具，在進行粗加工時，所設置的刀具半徑值會設置為 R+d，其中 d 表（biǎo）示進行精加工時的具體餘量。進入精加工環節時，也會繼（jì）續使用同一加工程序，從而完成零件的粗加工與精（jīng）加工。

3.1.3 刀補值計算與補（bǔ）償（cháng）

完成上述處理過程後，進入到刀補值計算與補償環節，一般情況下，在（zài）加工過程中，刀具會在磨損、重（chóng）磨、換新刀的情況下，導致加工過程中出現刀具直徑（jìng）發生變化，但是此過程中並不需要重新修改程序（xù），隻需要（yào）對其中的刀具參數進行（háng）調整，便可以滿（mǎn）足相（xiàng）應需求。在具體的生產活動中，如（rú）果出現刀具磨損或者刀具更換情況時，此（cǐ）時刀具的半徑尺寸也會出現變化，此時則需要（yào）對刀具半徑補償值進行計算，並根據得到的計算結果（guǒ）來科學（xué）設置刀具半徑值，從而解決刀具半徑變化問題。並且在調整刀（dāo）具補償值之（zhī）後，也會對（duì）整個（gè）零（líng）件的應用過程進行加工與（yǔ）修正，從而完成半徑補償處理（lǐ），提高產品的生產質量。

3.2 銑削（xuē）長度補償

3.2.1 進行科學編程

長度補償需要基於實際情況來做好相應的編程工作（zuò），這也是（shì）順利進行長度（dù）刀補的重要基礎。在實（shí）際加工活動中，為了避免刀具出現異常（cháng）波動的情況，在具體的工件程序編寫中，需（xū）要基於標準刀具的標準長度，來進行長度編程的科學化設（shè）計。如果實際（jì）刀（dāo）具長度與標準刀具長度出現不一（yī）致問題時，需要基（jī）於長度補償功能來完成（chéng）刀具長度值（zhí）的科學補償，而整個過程也（yě）不需要進行加工程序修改（gǎi），這也為生產加工的順（shùn）利進行提供良好參考。

3.2.2 粗加工與精加工（gōng）

完成上述處理工作後，順利進入到粗加工與精加工階段（duàn），進入到（dào）該階段的處理過程中也需要注意以下（xià）內容：在整個數控銑（xǐ）削加工過程中，一直可以借助同一程序來對整個粗加工和精加工過程進行動態控製（zhì）；而（ér）且為了保證加（jiā）工結（jié）果的合理性，需要對整（zhěng）個（gè）切削深（shēn）度來進行動態控製，整個過程也會需要做好試切加工控製（zhì），以滿足刀具長度補償需（xū）求。在整個加工過程中，會根據刀具的變化情況，在（zài）程序當中對於刀具（jù）的具體參數進行調整，使其能夠滿足切削餘量的逐步減少要求，以滿足粗加工與精（jīng）加工的相關要求（qiú）。

3.2.3 刀補值計算與補償（cháng）

完成（chéng）上述處理工作（zuò）後，開始（shǐ）對（duì）刀具（jù）長度補償值進行計算。在整個加工過程中，刀具（jù）會在磨損、重磨、換新刀的情況下，出現刀具長度縮減的問題。而整個（gè）補償過程也會依托零件實（shí）際輪廓編程來對相關參數（shù）進行調整，整個過程也不需要調整程（chéng）序內容，在加工活動開始前基於加工深度要（yào）求，分層設置刀具長度補償數值，並且在加工過程中（zhōng），需要對刀具長度（dù）補償值進行計（jì）算，並根據得到的計算結果來動態調（diào）整刀具長（zhǎng）度（dù）值，減（jiǎn）少刀具值變（biàn）動帶來的影（yǐng）響（xiǎng）。另外（wài），在整個處理活動中，基於具體需求來分層銑（xǐ）削，直到獲取到所需要的加工零件（jiàn）。

4、數控銑削加（jiā）工中刀具補償應用時的注意（yì）事項

4.1 半徑補償（cháng）注意事項

使用刀具半徑補償時需要注（zhù）意以（yǐ）下內容：①借助刀具半徑補償來對刀具加工過（guò）程進行調整時，需要保證刀具一直處於補償平麵內來進行移動，而且刀具的移動距離也需要超過刀具的具體補償值，以得到（dào）良好的刀具半徑補償效果；②零件加工過程中，如果其（qí）半徑不超過刀具內（nèi）圓弧（hú）半（bàn）徑，在刀具補償過程（chéng）中也會（huì）帶來過切削問題，影響到零（líng）件加（jiā）工結（jié）果的合理（lǐ）性。一般情況下，在刀具半徑（jìng）值的選擇中，需要（yào）將其控製在過渡圓角半徑的 80%~90%，以此來保證整個切削過程（chéng）的穩（wěn）定性；③被銑削槽底（dǐ）寬需要做好科學化控製，在整個控製活動中，如果被銑削槽底寬（kuān）度值小於刀具直徑，此時（shí）也會帶來過切削問（wèn）題，這也是補償時需重點關注的內容；④在刀具（jù）補償環境完成建立後，此時如果出現了不於兩段的移動指令，在整個補償活動中也（yě）將帶來過切問題，這也需做好參數控（kòng）製工作，以提升刀具半徑補償效果；⑤刀具補償環境（jìng）完成建立後，如果在加工過程中出現軌跡夾角（jiǎo）偏移的問題，也會帶來過切問題（tí），影響到產品加工質（zhì）量，這也（yě）是開展活（huó）動中需（xū）重（chóng）點關注的內容。

4.2 長度（dù）補償注意事項

長度補償需要注意以下內容（róng）：①在零件（jiàn）加工活動中，每（měi）進行一次換刀（dāo）處理，都（dōu）需要進行一次長補償，而且此項工作在編程活動（dòng）中不能忽略，以保證零件加工結果的可靠性；②在長度補償時，刀具長度正向補償、刀具長度負向補償指令後不會再有長度補償號，這也需要采（cǎi）取其他措施來進行長度（dù）補償，以（yǐ）提高長度補償結（jié）果（guǒ）的合（hé）理性；③在長（zhǎng）度補償中會使用到許多長度補償號與刀（dāo）具，需要（yào）保證刀具號與長度補償號（hào）的一（yī）致性，防止兩者不（bú）匹配情況（kuàng）的出現，影響（xiǎng）到最終的補償效果；④在前期參數設計中，需要做好工（gōng）件坐標係的科學應用，各（gè）項參數都需（xū）要做好科（kē）學設（shè）定，保證相對位置布設結果的合理性；⑤在程序結（jié）束或者換刀前必須取消刀具長度補償。由於長度正補償使刀具抬高了一把刀具的長度，取消時導（dǎo）致刀具下行碰撞到（dào）工件或者夾具。

5、結束語

在數控機床銑削過程中，由於刀具在長期磨損後出現半（bàn）徑變小、長度縮減等情（qíng）況，而且在機（jī）床銑削中也會更換多種刀具，為保證機床銑削結果的可靠性（xìng），需要基於（yú）現場的實際（jì）情況來進行刀（dāo）具補償。在具體的補償中，可以在加工環節來更換刀具半徑、長度補償值，以此來對加工工件外形尺（chǐ）寸、加工精度進行科學（xué）控製，保證工件加工質量（liàng）。

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