机械类刀具补偿毕业论文.doc

目录摘要21、数控铣床坐标系含义分析31.1数控铣床对刀32.坐标系数据分析 42.1刀具半径补偿g41、g42 52.2编程时应注意的事项 62.3加工程序102.4刀具长度补偿g43、g44103综合实例143.1斜坡型特征零件加工143.2圆弧形特征零件加工163.3孔型特征零件加工194.结论225.参考文献23致谢24摘要刀具补偿的应用在数控机床铣削加工中应用广泛，但不易理解数控铣床显示器面板中补偿的数据，针对这问题，用g41为刀具半径左补偿、g42为右补偿，d的两位数字表示刀具半径补偿值所存放的地址，或者刀具补偿值在刀具参数表中的编号；如果用g43刀具长度正补偿、g44为负补偿，就可以将该长度的绝对值或者是相对于某个长度的相对值直接输入到数控铣床显示器面板相应中即可，就建立了刀具补偿计算结果与坐标系的关系。 关键词：刀具补偿 ；相对坐标；绝对坐标1、数控铣床坐标系含义分析刀具补偿在数控铣床加工中的应用非常广泛，其最大的特点是可以简化编 程，刀具补偿主要包括刀具偏置补偿、刀具磨损补偿、刀具半径补偿和刀具长度 补偿等几种形式。其中刀具半径补偿和刀具长度补偿在数控铣床编程与加工应用最多，也是机床操作工和设计人员最需要掌握的，在目前企业中用数控机床铣削加工较多，在此，我主要分析刀具补偿在数控机床铣削加工中的应用。在进行数据分析以前，首先要理解数控铣床显示器面板中显示的4个坐标系的含义，在显示器面板中的综合显示项目中有4个坐标系，分别为相对坐标、绝对坐标、机械坐标和余移动量，如图所示，机械坐标和余移动量是最好理解的，所谓机械坐标就是指当前刀位点在机床坐标系中的位置，余移动量就是指刀位点在当前远动指令中的剩余移动量，在图中显示的机械坐标值就是相对于机床零点的值，比如直接让刀具走到点（100,-200，10）后，显示的机械坐标即为该点相对于机床零点的坐标值，因为到达了指定的该点位置，所以余量动量x,y,z 3个坐标值都为0。 图1.1数控铣床对刀 数控铣床程序一般按工件坐标系编程，对刀的过程就是建立工件坐标系与机床坐标系之间关系的过程。（1）对x、y方向，一般在x，y方向对刀时使用的基准工具包括刚性靠棒(如图)和寻边器两种。对z轴对刀时采用的是实际加工时所要使用的刀具。通常有塞尺检查法和试切法。下面是铣床对刀过程中截的图（图-1至图-3）。它是将工件上表面中心点设为工件坐标系原点。将工件上其它点设为工件坐标系原点的对刀方法类似。 图 图-1刚性靠棒采用检查塞尺松紧的方式对刀，具体过程如下(我们采用将零件放置在基准工具的左侧（正面视图）的方式)图-2 图-3（2）z轴对刀，类似在x，y方向对刀的方法，对刀截图-1，用塞尺检查法对z轴对刀进行检测，得到“塞尺检查：合适”时z的坐标值，记为z1，如图-2所示。 则坐标值为z1减去塞尺厚度后数值为z坐标原点，此时工件坐标系在工件上表面。图-1图-22.坐标系数据分析2.1刀具半径补偿刀具半径补偿指令（g41、g42、g40）编程格式g17（g41、g42）(g00/g01)x- y- z- d-；g40(g00/g01) x- y- z-其中，g41为刀具半径左补偿 ； g42为刀具半径右补偿，见图-1、-2 图-1图-2 d的两位数字表示刀具半径补偿值所存放的地址，或者说是刀具补偿值在刀具参数表中的编号；g40为刀具半径补偿取消，使用该指令后，g41、g42指令无效。g40必须有g41或g42成对使用。刀具半径补偿方向的判断：沿刀具远动方向看，刀具在被切零件轮廓左侧面即为刀具半径左补偿，用g41；否则，便为右补偿，用g42指令。由于数控铣床的默认工作平面多为g17（xoy平面），因此大多数刀具半径补偿发生在该平面内，在工作平面发生改变，如在g18、g19平面内，则指令格式应做相应变化。（1）刀具半径补偿的过程刀补建立，刀具中心从与编程轨迹重合过度到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程，如图-1刀具直径变化加工程序不变。a 刀补进行，执行有g41、g42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量。b 刀补取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹要过度到与编程轨迹重合的过程。如图-2 为刀补的建立于取消过程。如图-1如图-2如图-32.2编程时应注意的事项a 从无刀具半径补偿的刀具补偿状态的过程中，必须使用g00或g01指令，不能使用g02或g03指令；刀具半径补偿撤销时，也要使用g00或g01指令。b 由于半径补偿的建立需要一个过程，所以补偿时补偿开始点的选择非常重要。如图-3所示，如果在加工开始时，半径补偿仍未加上，刀具所运行的轨迹将成为斜线，偏离工件轮廓，造成尺寸偏离，而如果补偿开始点距离工件过远，又会由于刀具行程增大，造成工艺上的问题，实践证明，刀具补偿点距离加工起始点2倍刀具半径的距离，效果较为理想，如果要为了快速的加工，可以选用大的f参数，需要特别注意的是在加工内腔模具时一般都是在外面补偿的。c g41、g42不能重复使用，即在程序中前面有了g41或g42指令之后，不能再直接使用g41或g42指令。若想使用，则必须先用g40指令解除原补偿状态后，在使用g41或g42，否则补偿就不正常了。d 从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言，顺铣的效果较好，因而g41使用较多。用实例采用直径为8mm的立铣刀，对如图-4零件进行轮廓加工（z向不进给），利用刀具半径补偿（偏置）指令，进行刀具半径补偿，刀具补偿的地址为d01。 如图-42.3加工程序o002g90g54 x0. y0. z100. m03 s600; g42 g00 x50. y60. z0.d01;g01 x150. y150.;g03 x150. y140. r40. f100;g0 x50. f15;y60.;g40 g00 x0. y0.z100.;m05;m30;2.4刀具长度补偿g43、g44刀具长度补偿指令的格式。编程格式（g43/g44）(g00/g01) z_h_ _; g49(g00/g01); 其中，g43为刀具长度正补偿；g44为刀具长度负补偿；h中的两位数字，表示长度补偿值所存放的地址，或者说时刀具长度补偿值在刀具参数表中的编号；g49为取消刀具长度补偿。另外，在实际使用中，也可不用g49指令取消刀具长度补偿，而调用，h00号刀具补偿，也可收到同样的效果。刀具长度的概念刀具长度是一个很重要的概念。在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件的坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和z坐标有关，它不像x、y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的，无论是绝对坐标还是相对坐标形式编程，在用g43时，用已存放在刀具参数表中的数值与z坐标值相加,用g44时，用已存放在刀具参数表中的数值与z坐标值相减。这样刀具在补偿之后移动到距离工件表面为z的地方，另外一个指令g49取消g43（g44）指令的，其实不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用g43(g44) h_ _指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿。如图-1设置g54工件坐标界面图，如图-2刀具长度补偿界面.实例现在有三把数控铣床加工刀具，其长度为h1=100mm， h2=110mm，h3=120mm，将工件坐标系原点g54设置在工件上表面中心点处，分别用这3把刀具运行下面程序：o0101；g90g54g00x0.y0.z50.;g43g01z0.h01;m30; -1 -2在运行此程序过程中，根据刀具的具体使用情况，将h01修改为h02或h03，如果在刀具补偿栏中输入相对于标准长度110mm的值为110mm，则h01=-10mm, h02=0mm, h03=10mm,运行结果显示为图所示，刀具实际在工件上的位置则如图-4所示。比较图3可以看出：其绝对坐标值3种情况都相同，全部为0，因为在3种情况下运行此程序后，刀为点在程序中相对于g54原点来说为（x0,y0,z0）；而相对坐标值却各不相同，z值分别为-10、0、10mm。因此，计算参与刀具长度补偿后的结果为： 第1把刀：z=0+（-10）= 10mm，因为h01=-10mm； 第2把刀：z=0+（0）= 0mm， 因为h02=0mm； 第3把刀：z=0+（+10）= +10mm， 因为h03=+10mm；所以得出结论：相对坐标值实际上是刀具长度补偿以后的数据，但是却不能简单将其理解为刀位点参与计算刀具长度补偿后的坐标值。因为在这3种情况中，刀位点实际位置是一样的，那么刀位点的坐标值应该一样，而一样就是绝对坐标值，不是相对坐标值了，具体显示的又是哪一点参与计算刀具长度补偿后的坐标呢?再次分析如图-4所示，该图是运行了斯沃数控仿真软件后截取的部分图片。从图中显示的坐标系位置可以得出：坐标系的原点位置在刀柄准度底端中心点上，而该点从数控机床上来分析就是机床主轴端部回转中心点上，所以，尽管工作坐标系原点是工件顶平面中心点上，而对于数控机床来说，实际的位置却是在主轴端面回转中心点的位置，建立了这个控制点与显示点的关系以后，再来理解相对坐标就很简单了。第2种情况如图2所示，刀具长度补偿值为0，最后显示的结果绝对坐标和相对坐标都为0，这是最简单的。以第2种情况为基准，来分析第1种和第3种情况，在第1种情况中，由于刀具短了10mm，但是程序指定刀位点要运行到g54原点，所以铣床主轴端面一定要在第2种情况的基础上再下降10mm，才能达到指定的位置，这样显示z坐标为-10mm。在第3种情况中，由于刀具长了10mm，同样程序指定刀为点要运行到g54原点，所以铣床主轴断面要在第2种情况的基础上提高10mm，才能到达指定的点，这样显示z坐标为10mm。 图1 图2 图3 如图-4 3综合实例3.1斜坡型特征零件加工1、加工工序安排：1） 基面先行。用精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面的精确，装夹误差就越小；2） 先粗后精。表面的加工顺序按照“粗加工、半精加工、精密加工”的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗超度值；3） 先主后次。零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷，次要表面可以穿插进行，放在主要加工后，精加工之前；4） 先面后孔。箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，在加工孔和其他尺寸，这一安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面早加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度。2、加工程序o0001n10g90g54g00z80.000n12s3000m03n14x-125.000y-132.500z80.000n16g41g01z75.000f100d01n18y-125.000f800n20y125.000f1000n22x125.000n24y-125.000n26x-125.000n28x-124.808y-124.808f800n30g02x-125.000y-124.616i49.346j49.346f1000.n3364g02x-93.058y97.508i4.965j0.006n3366g01x92.563n3368g02x97.508y93.058i0.020j-4.949n3378g40g01z30.000f100n3380g00z80.000n3382m05n3384m303、刀具参数4、加工轨迹5、最终加工的零件图3.2圆弧形特征零件加工1、加工工序安排5） 基面先行。用精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面的精确，装夹误差就越小；6） 先粗后精。表面的加工顺序按照“粗加工、半精加工、精密加工”的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗超度值；7） 先主后次。零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷，次要表面可以穿插进行，放在主要加工后，精加工之前；8） 先面后孔。箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，在加工孔和其他尺寸，这一安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面早加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度。2、加工程序o0011;g28x0.y0.z50.;t02m06m03s3000;g90g43g41g00x16.y0.z50.h02d02;g01z-10.f100;g03i-16.j0.;g01z50.;g80m05; g49g28x0.y0.z50.;t01m06;m03s3000;g90g54g00x37.y0.;g43g01z-10.f100h01;y37.;x-37.;y-37.;x37.;y0.z100.;z-20.;y37.;x-37.;y-37.;x37.;g90g43g42g00x23.y23.h04d04;g01z-4.f100;g03x-23.y-23.r29.;g00z50.;g49g28x0.y0.z100.;m05;m033、刀具参数4、加工过程效果图5、最终加工的零件3.3孔型特征零件加工1、加工图纸2、刀具参数3、加工的零件在企业中，为了减少占机调试的时间，多数时候是先将刀具安装在刀柄后，再用对刀仪来比较安装在刀柄上的刀具长度，然后将该长度值用一个小牌挂在这把刀的刀柄上。在实际运用时，如果用g43刀具长度正补偿指令，就可以将该长度的绝对值或者是相对于某个长度的相对值直接输入到数控铣床即可；如果用g44刀具长度负补偿指令，就反过来输入相对值，即长的刀具就认为短了，输入负值，而短的刀具就认为长了，输入正值。4.结论因为刀具补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令,所以在编程中很多编程者不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它,使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。但刀补在数控加工中有着相当重要的作用,应充分理解掌握刀补原理,并加以正确运用,熟记这些注意事项,在编制程序中可以大大简化编程工作,使数控加工程序简捷易懂、准确有效。刀具长度补偿采用g43/g44指令，则在数控系统的长度补偿一栏只要输入事先测量好的刀具安装在刀柄后的实际值就可以，刀具半径补偿采用g41/g 42指令，刀具半径补偿方向的判断：沿刀具远动方向看，刀具在被切零件轮廓左侧面即为刀具半径左补偿，用g41；否则，便为右补偿，用g42指令。5.参考文献：【1】 fanuc 0系列操作编程说明书。【2】 斯沃数控仿真软件。【3】 邓和平 数控机床编程于操作 重庆大学出版社。致谢本课题在选题及进行过程中得到邓和平老师和张彩芳老师的悉心指导。论文行文过