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數控加工中心是怎樣進行刀具補償的
來源: | 作者:佚名 | 發布時間: 2022-08-17 | 61 次瀏覽 | 分享到:

加工中心用來加工形狀復雜、工序多、精度要求較高的零件,因而加工一個零件需用幾把或十幾把刀具甚至更多。由于每把刀具的直徑大小和長度都是不同的,在對被加工零件確定工件坐標系零點后,有必要引入刀具補償功能,以保證在加工過程中各把刀下降到正確的高度和以正確的刀具路徑進行切削加工。

刀具補償可分為刀具長度補償和刀具半徑補償。長度補償是指主軸軸向的補償,也就是銑刀軸向的補償,而對于銑刀徑向的補償,也就是每把銑刀直徑大小不一樣,在直徑方向的補償叫半徑補償。


一、刀具半徑補償 


1. 刀具半徑補償意義


數控加工中心在程序運行時將刀具當做一個點做軌跡運動。比如用刀具R3銑邊長100的正方形凸臺時,程序按邊長100的正方形尺寸輸入,而刀具軸心的軌跡是邊長106的正方形,則工件上銑削的是符合圖紙尺寸的100的正方形。假如不用刀具半徑補償功能,則加工時刀具軸心的軌跡是邊長100的正方形,則工件上銑削出的是邊長為94的正方形凸臺,不符合圖紙尺寸的要求。


2. 指令格式


G17/G18/G19  G00/G01  G41/G42  IP_D_

G41:刀具半徑左補償

G42:刀具半徑右補償


半徑補償僅能在規定的坐標平面內進行,使用平面選擇指令G17、G18或G19可分別選擇XY、ZX或YZ平面為補償平面。半徑補償必須規定補償號,由補償號D存入刀具半徑值,則在執行上述指令時,刀具可自動左偏(G41)或右偏(G42)一個刀具半徑補償值。由于刀補的建立必須在包含運動的程序段中完成,因此以上格式中,也寫入了G00(或G01)。在程序結束前應取消補償。


3. 刀具半徑補償的應用


刀具半徑補償有B功能和C功能兩種補償形式。由于B功能刀具半徑補償只根據本段程序進行刀補計算,不能解決程序段之間的過渡問題,要求將工件輪廓處理成圓角過渡,因此工件尖角處工藝性不好;C功能刀具半徑補償能自動處理兩程序段刀具中心軌跡的轉接,可完全按照工件輪廓來編程,因此現代CNC數控機床幾乎都采用C功能刀具半徑補償。


刀具半徑補償的方向怎么樣判斷呢?判斷的方法:“順著刀具運行的方向”上看去刀具在工件的左面為左補償,刀具在工件的右面為右補償。補償可以為“負”,當刀具半徑補償取負值時,G41和G42的功能互換。


刀具的半徑值預先存入存儲器Dxx中,xx為存儲器號,當一個程序需用到幾把刀時,建議刀具號Txx和存儲器Dxx相對應,即T1號刀具半徑補償值相應地使用D01號存儲器,這樣加工時不容易搞錯。執行刀具半徑補償后,數控系統自動計算,并使刀具按照計算結果自動補償。在加工的過程中,如果零件輪廓尺寸與圖紙尺寸有差別,就可以通過修正存儲器Dxx中的半徑補償值,再重新運行程序以達到要求。取消刀具半徑補償用G40,也可用D00取消刀具半徑補償。 


使用中需注意:建立、取消刀補時,G41、G42、G40指令必須與G00或G01指令共段,即使用G41、G42、G40指令的程序段中必須同時使用G00或G01指令,而不得同時使用G02或G03,并且建立、取消刀補時所運行的直線段的長度要大于所要補償的刀具半徑值,否則補償功能不起作用;而在補償方式中,寫入2個或更多刀具不移動的程序段(輔助功能,暫停等等),刀具將產生過切或欠削。


二、刀具長度補償


1. 刀具長度補償的意義


例如,要鏜一個φ40mm的孔,確定要用到兩把刀,先用鉆頭鉆到φ38,再用鏜刀鏜到φ50mm,此時機床已經設定工件零點,而編程時一般都是讓刀具快速下降到Z3.的高度開始切削,若是以鉆頭對刀確定工件座標系的Z原點,則鉆頭鉆削時不會撞刀。當換上鏜刀時,如果沒有設定刀具長度補償而程序中同樣設定快速下降到Z3.這時當鏜刀比鉆頭短時,就會出現鏜孔鏜不通的現象,而當鏜刀比鉆頭長時就會出現撞刀。


不設定刀具長度補償而在程序中通過修改Z地址值來保證加工零點的正確將會很容易出錯,因為程序長了各段地址代碼值不統一是很難檢查出錯誤的,而且在加工的過程中若刀具磨損了需要修改程序,若一個零件加工過程中同一把刀要加工幾個不同的面,那當這把刀磨損之后則要修改所有與這把刀相關的程序。而在編制程序中用上了刀具長度補償指令之后,當刀具磨損后,只需在相應的刀具長度補償號中修改長度補償值就可以了,不需要再修改程序,提高了工作效率,也保證了程序的安全運行。


2. 刀具長度補償G43、G44、G49


系統規定除Z軸之外,其他軸也可以使用刀具長度補償,但同時規定長度補償只能同時加在一個軸上,要對補償軸進行切換,必須先取消對前面軸的補償。


(1)指令格式:

G43α___H___;(α指X、Y、Z任意一軸),刀具長度補償“+”。

G44α___H___;刀具長度補償“-”。

G49或H00:取消刀具長度補償。


指令中用G43、G44指令偏移的方向,用H指令偏置量存儲器的偏置號;G43指令叫正向補償,即當用G43對刀具長度補償值指定一個正值時,刀具按照正向移動。G44指令叫負向補償,即當用G44對刀具長度補償值指定一個正值時,刀具按照負向移動。G43和G44是模態G代碼。它們一直有效,直到指定同組的G代碼為止。執行程序前,需在與地址H所對應的偏置量存儲器中,存入相應的偏置值。以z軸補償為例,若指令 GOO G43 Z100.0  H01;并于H01中存入“-200.0”,則執行該指令時,將用Z坐標值100.與H01中所存“-200.”進行“+”運算,即100.0+(-200.0)=-100,并將所求結果作為Z軸移動值。加工程序每調用不同的刀具的時候,都要先取消掉原先的刀具補償,再把新調用的刀具長度補償進去;而在程序結束前也要記得插入取消指令G49或H0.


3. CNC系統中刀具長度補償功能與其他指令的關系


(1)刀具長度補償與半徑補償功能的關系


如果在零件的數控加工程序中,既有刀具長度補償又有刀具半徑補償(在控制器中補償)指令時,必須把含有長度補償的程序段寫在含有半徑補償的程序段前面,否則半徑補償無效


例如:在下面的程序段中:

N50 GOOG41X20Y20D02

N60 GOOG43Z10


數控系統不執行刀具半徑補償若改為:

N50  GOOG43Z10

N60  GOOG41X20Y20D02

則數控系統既執行刀具半徑系統又執行刀具長度補償指令。


(2)刀具長度補償與其它指令的關系


a.G43,G44指令只能用于直線運動之中,在非直線運動語句中使用時會產生報警;

b.G43,G44為同組模態指令,它們會自動取消上次刀具長度補償而不需要用專門的G49指令,為了安全起見,在一把刀加工結束或程序段結束時,都應取消刀具長度補償;

c.刀具長度補償必須伴隨獨立的插補運動(GOO,GO1,G81,G83等)才能有效。


4. 刀具長度補償值的確定


不同的設備系統,有不同的對刀方式,而不同的對刀方式,刀具長度補償的含意是不一樣的。如某加工中心系統,配上自動測量儀,它的長度補償是補償刀具的真正長度,即主軸錐孔端面中心至刀具刃口最底端的長度;而某系統中機上手動對刀時長度補償是指補償刀具從某一Z軸向基準高度下降到工件座標原點的距離,它補償的不是刀具的真正長度,而是刀具下降的距離。不同的刀具有不同的長度補償值;而機內手動對刀時同一把刀加工不同工件編程原點的零件時也有不同的長度補償值,這些不同的補償值可以分別寄存在不同的長度補償號H里面, 以備機床運行時程序隨時調用。


(1)機內手動對刀測量方式


讓Z軸回到機床參考點,這時機床座標系中X,Y,Z軸數值都為零,選擇一個工件座標系(G54~G59任選一個都可),這時把Z值輸為零,再把刀具裝入主軸依次確定每把刀具與工件在機床坐標系中的Zo平面相接觸,即利用刀尖(或刀具前端)在Z方向上與工件坐標系原點的距離值作為長度補償值,即主軸下降后此時機床坐標系的Z坐標值直接作為每把刀的刀具長度補償值,注意數值的正負號不能漏。


(2)機外刀具自動預調儀測量方式


是在刀具預調儀上測出的主軸端面至刀尖的距離,輸入CNC的刀具長度偏置寄存器中作為刀長補償值,此時的刀長補償值是刀具的真正長度,是正值。


(3) 自動測長裝置十機內對刀方式


設標準刀具的長度補償值為零,把在刀具預調儀上測出的各刀具長度與標準刀具的長度之差分別作為每把刀的刀具長度補償值.其中,比標準刀具長的記為正值,比標準刀具短的補償值記為負值。


先通過機內對刀法測量出基準刀在返回機床參考點時刀位點在Z軸方向與工件坐標系原點的距離,并輸入工件編程座標系中。


5. 刀具長度補償值測量方式的比較


用機上手動測量方法測量刀具長度補償值麻煩且需要很多占機調試時間,因此效率低,但投資少. 當用同一把刀加工其它的工件時就要重新設置刀具長度補償值。


用機外刀具預調儀或自動測長裝置測量不占用有效機時,把刀具調整工作事先在刀具預調儀上完成,而且機床在加工運行時,還可在對刀儀上測量其它刀具的長度,不必因為在機床上對刀而占用機床運行時間,提高效率,充分發揮加工中心的作用,但是需添置刀具預調儀設備,成本較高。使用刀具長度作為刀長補償,可以同一把刀具加工不同工件而不需修改刀具長度補償值。


三、G10可編程參數輸入指令在刀具補償中的應用


G10允許用戶在程序中設置偏置,用G10代替手工輸入刀具長度偏置、半徑補償、工件坐標系偏置等;G10的功能如下:


1)改變工件坐標系,G10L2P__IP__;

2)刀具壽命管理,G10L3P__;

3)在附加工件坐標系中設置工件零點偏移,G10L20P__IP__;

4)改變刀具補償值,G10L10(11/12/13)P__R__;

5)參數的輸入,G10L50;


(1) P: 選擇的特殊偏置,由于P是跟隨在L后面的選項,在不同的L種類中P的含義不同。


G10L10/L11 P__R__中:P__用來指定刀具長度補償H代碼。如:G10 L10 P1 … P1表示H01


G10L12/L13 P__R__中:P__用來指定刀具半徑補償D代碼。如:G10 L12 P1 … P1表示D01


G10L2 P__IP__中:P0、P1-P6用來表示基本偏置EXT、G54-G59工件坐標系。(P1=G54、P2=G55、P3=G56、P4=G57、P5=G58、P6=G59)


G10 L2 P0 …P0表示EXT基本坐標系。

G10 L2 P1 …P1表示G54工件坐標系。


G10L20 P__IP__中:P__用來表示附加工件坐標系。


(2)R:長度或直徑偏置量的絕對值或相對量。


L10中:R用來表示長度偏置的絕對值。 

G10 L10 P1 R100.3 表示長度H01里面輸入100.3

L11中:R用來表示長度偏置的增量值。

G10 L11 P1 R2.1 表示在原有的長度H01里面增加2.1

L12中:R用來表示半徑偏置的絕對值。


G10 L12 P1 R4.1 表示半徑補償D01里面輸入刀補4.1

L13中:R用來表示半徑偏置的增量值。

G10 L13 P1 R-0.1 表示在原有的半徑D01里面減去0.1


(3)R值可以疊加使用,例如:


G10 L10 P1 R100.3

G10 L11 P1 R2.1

運行該程序段后刀具長度補償偏置里面實際值為102.4


G10 L12 P1 R4.1

G10 L13 P1 R-0.1

運行該程序段后刀具半徑補償偏置里面實際值為4.00


充分理解和掌握刀具補償的含意,熟練運用加工中心刀具各項補償功能,對于在工作中優化程序編制,程序安全運行和提高生產郊率具有重要的意義。



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