论数控铣削加工中刀具半径补偿的应用技巧

1 数控铣削加工中刀具半径补偿的应用技巧数控铣削加工中刀具半径补偿的应用技巧 摘 摘 要 要 在数控铣削加工与编程中 刀具半径补偿以及新工 艺思路的巧妙应用往往可以简化很多典型问题 甚至可以解决 很多工程实例中的难题 职业技术学校数控专业的首要任务是 培养素质高 能力强的应用型数控技能人才 本文结合近几年 来数控技能竞赛的出题特点和数控铣削编程与加工的典型课题 分析 做了一些加工观念的论述 关键词 关键词 数控铣削加工 刀具半径补偿 应用 分析 随着现代数控加工技术的飞跃发展 引领了各行各业不断 的提高 推动着社会物质文明和精神文明不断的进步 现代数 控加工技术将机械制造技术 微电子技术和计算机技术等有机 地结合在一起 使传统的机械制造方法和生产方式发生了深刻 的 革命性的变化 数控机床在机械制造业中已经得到了日益 广泛的应用 因为它有效地解决了复杂 精密 小批多变的零 件加工问题 能满足社会生产中对机械产品的结构 性能 精 度 效率等提出的较高要求 因此 作为年轻一代学习数控技 术的我们 要掌握这门技术 灵活应用这门技术 让它更好的 2 服务于社会 服务于人类 笔者从事数控加工技术的学习与实践已有四个年头 总结 了一些数控铣削加工编程中刀具半径补偿及新工艺的应用技巧 在此以实例分析解说的方式与大家分享 一 圆孔的加工 一 圆孔的加工 如图 1 下页 所示 对于此类的圆孔 孔径尺寸不大不 小 一般指 20 40 孔深不是太深 一般不超过 20mm 精度要求也不是太高 一般指 IT7 级 在数控铣床上可直接用 一把立铣刀完成 工艺及编程分析 1 刀具的选择 对于此类的圆孔 工件材料若为 45 钢调 质处理 可选一把硬质合金立铣刀 刀具的直径要根据孔的直 径来确定 刀具直径太小 那么刀具走一整圆下来可能中间还 有一定的残料铣不到 刀具直径太大 可能刀具在这 个小范围内连刀补都建不起来 假定孔径为 D 刀具直径为 3 d 它们之间的关系应是 D 3 d D 2 分析计算后发现可以在 12 和 14 中选一种 刀具直径 越大 铣削效率当然就越高 所以最终确定选 14 的三刃立铣 刀 2 由于数控铣床良好的机械性能 特别是滚珠丝杆采用双 螺母调隙 不存在反向窜刀的现象 从提高刀具耐用度和降低 加工表面粗糙度的角度考虑 一般优先采用顺铣 按传统的铣 削工艺 加工内腔需先钻一个工艺孔 再扩孔 那么 钻孔 换刀 建坐标系 主要是 Z 轴长度设定 编程等会浪费一定的 时间 我们可以以 少吃走快 的方法 即每次慢下刀 0 5mm 左右 主轴转速尽量高 走刀速度尽量快 此时的切削要素主 要由刀具性能决定 这样以来刀具主要是受高转速下的离心力 切削力的影响已经不大 而且加工的铁屑均为颗粒状 加上冷 却液的冲刷可以带走大量的切削热 降低切削温度 该方法下 切削加工的时间并没有增加 反而省去了大部分的辅助工作时 间 3 编程路径的确定 如图 2 所示 4 如图 2 a 所示刀具编程路径图 注意一定要采用圆弧过 度的切向切入和切出法 过度圆弧的半径 r 必须大于刀具的半 径 且小于圆孔的半径 否则刀具路径就不是我们想要的那样 选择 r 8mm 刀具实际的中心轨迹就如图 2 b 所示 4 粗精加工的安排和程序处理 把图 2 a 所示的刀具 路径编在一个子程序里 每次慢下刀 0 5mm 子程序连续调用 24 次 刀补值设定为 7 2 即可完成粗加工 精加工只需调用 一次子程序 一次下刀到孔底 走刀量减小 5 倍 刀补值设定 为理论值 其它不变 即可完成精加工 5 参考加工程序 注 按华中世纪星系统编程 切削参数仅供参考 粗加工程序 0001程序名 N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐标系 程序初始化 N2M03 S2500主轴正转 转速 2500r min N3G00 X0 Y0 Z10 M07快速定位 打开切削液 N4G01 Z0 F300定位到切削起点 N5M98 P1000 L24调用 24 次子程序 N6G01 Z10 F300加工完成抬刀 N7G00 Z100 M09抬刀至安全位置 关闭切削液 N8M30主程序完并复位 N9 1000子程序名 N10G91 G01 Z 0 5 F50增量慢下刀 0 5mm 5 N11G90 G01 G41 X8 Y 8 D01 F1000 绝对编程 建立左刀补 刀补 值 7 2mm N12G03 X16 Y0 R8圆弧过度切向切入 N13I 16 J0铣削整圆 N14X8 Y8 R8圆弧过度切向切出 N15G01 G40 X0 Y0取消刀补 回到下刀起点 N16M99子程序完 精加工时只需将 N5 中 L24 删掉 N10 中改为 Z 12 刀补值改成理论值即可 由此例可见 通过巧妙应用刀具半径补偿 选择合理的刀 具 制定最优化的刀具路径和新工艺 少吃走快 的大胆应用 就能快速 高效 准确地加工出类似的孔类零件 二 内外壁的加工二 内外壁的加工 如图 3 所示 要在一个平面上铣出一条封闭的沟槽 槽宽 6 有精度要求 在数控铣床上也可用一把立铣刀完成 通过图形和工艺分析应选一把 12 硬质合金三刃立铣刀 加工思路也应该是 少吃走快 现在关键的问题是图素较复杂 各节点计算难度大 按常规的编程思路就要把内外壁轮廓上各 点坐标先计算出来 再把加工内壁编写一个程序 加工外壁编 写一个程序 然后分别加工 显而易见 在竞赛类的场合或急 需时这种方法非常浪费时间 能不能通过巧妙地应用刀具半径补偿 使工作量大减 节 约时间 又能合理地加工出类似的合格工件呢 我们只需按尺 寸标注计算出图 4 中所示内壁上 A B C D E F G H 各点 坐标值 其实只有 B C F G 四点中任意一点需计算 确定 下刀点为 O 点 按图 4 所示轨迹建立刀补编写一个程序即可 7 当加工内壁时 把刀补值设为刀具的实际半径 此时走出的 轮廓就如图 5 a 所示 加工外壁时 刀补值设为 槽宽 刀 具半径 此时走出的轮廓就如图 5 b 所示 采用此方法加工内外壁的特点就是只需编写一个程序 通过 不断修改刀补值来完成内外壁的粗精加工 需要注意的是精加 工内壁时采用的是顺铣 精加工外壁时采用的是逆铣 所以加 工过程中还需要合理调整切削加工参数 以获得最好的加工效 果 参考加工程序 注 按华中世纪星系统编程 切削参数仅供参考 粗加工程序 0001程序名 N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐标系 程序初始 化 N2M03 S3000主轴正转 转速 3000r min N3G00 X 47 5 Y0 Z10 M07快速定位 打开切削液 N4G01 Z0 F300定位到切削起点 8 N5M98 P1000 L10调用 10 次子程序 N6G01 Z10 F300加工完成抬刀 N7G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至安全位置 关闭切削 液 N8M30主程序完并复位 N9 1000子程序名 N10G91 G01 Z 0 5 F50增量慢下刀 0 5mm N11G90 G01 G41 X 40 Y10 D01 F1000 绝对编程 建立左刀补 N12G02 X 24 Y18 R10A B 圆弧进给 N13G03 X24 R40B C 圆弧进给 N14G02 X40 Y10 R10C D 圆弧进给 N15G01 Y 10D E 直线进给 N16G02 X24 Y 18 R10E F 圆弧进给 N17G03 X 24 R40F G 圆弧进给 N18G02 X 40 Y 10 R10G H 圆弧进给 N19G01 Y10H A 直线进给 N20G01 G40 X 47 5 Y0取消刀补 回到下刀起点 N21M99子程序完 需要注意的是粗加工内外壁设置刀补值要把精加工余量 考虑进去 而且内壁是在刀补值上加上余量 外壁是在刀补值 上减去余量 想想为什么 类似这种内外壁加工 薄壁加工 阴阳模加工等 都是根据 图纸尺寸标注只计算一条轮廓上的节点 巧妙设置下刀起点 正确加入刀补指令 合理设置刀补值及切削参数来完成工件的 加工 三 轮廓周边倒圆角的加工三 轮廓周边倒圆角的加工 提起轮廓周边倒圆角的加工大家可能感到疑惑 这跟刀具半 9 径补偿的应用有关系吗 轮廓周边倒圆角那属于曲面加工 应 该用 CAM 软件自动生成加工程序 这样既方便又准确 当然笔 者不否认 CAM 软件的强大功能 当你看了下面这个用设置刀具 半径补偿手工编写宏程序在轮廓周边倒圆角的例子之后 一定 颇有感慨 如图 6 所示 两圆 两边用直线相切连接形 成一个封闭轮廓 要在 此轮廓周边倒半径为 6mm 的圆角 这种轮廓若用 CAM 软件自动生成加工程序 需要把三维图形画出来 按照曲面加工的思路来 进行 用过 CAM 软件的人就应该知道 如果真的是非常复杂的 曲面用手工编程无法完成的情况下 那当然没有选择 CAM 软 件生成的曲面加工程序往往要走上好几个小时 甚至数十个小 时 所以像图 6 这样的例子我们就千万不要选择 CAM 软件加工 手工编程 建立刀补 编 写宏程 序 是 10 最佳思 路 我 们只需 要计算 出图 7 所示 A B C D E 几个 节点坐 标 分两步 走 第一步 选择一把稍大一点的硬质合金三刃立铣刀 按 图 7 所示 选择一个 下刀点 建立刀补 编写轮廓 二维加工 程序 注 意粗精加 11 工的切削 参数选用 和刀补值 的设置 以最快最 准的速度 加 工出 二维轮廓 可见只要刀具性能好 此道工序用不了多长时间 第二步 加工周边圆角 曲面加工 选择球头铣刀要比平 底立铣刀好的多 编辑宏程序的思路是先选择一个合适的剖切 平面 在平面上做数学模型分析 推导出相关参数的计算程式 再结合空间几何概念 建立循环语句 通过该例分析 我们还 是按轮廓建立刀补编程 根据每一层面上刀补的偏置值不同 循序渐进 一层一层把圆角铣出来 如图 8 分析所示 我们选 择 8 硬质合金球头铣刀 当 然不一定要选 8 根据实际情 况选择 不同规格刀具导致某 些参数不同 很明显 在铣削 的第一层上 刀位点在工件坐 12 标系下的 Z 轴高度是 6 按照图形轮廓 此时的刀补值为 4 即刀具半径值 在铣削的最后一层上 刀位点在工件坐标 系下的 Z 轴高度是 4 按照图形轮廓 此时的刀位点向轮廓里 面偏置了一个圆角半径量 即刀补值为 6 我们把第一层到 最后一层看成一个从 0 到 90 的圆弧 刀位点在任意一点上 对应的角度为 1 那么 对应的 1 角度下的当前 Z 轴高度 4 和当前刀补值 101 就可以通过函数关系式表达出来 祥见参考加工程序 注 按华中世纪星系统编程 切削参数仅供参考 加工程序 0001程序名 N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐标系 程序初始 化 N2M03 S3000主轴正转 转速 3000r min N3G00 X 35 Y 20 Z10 M07快速定位 打开切削液 N4G01 Z 6 F300定位到切削起点 N5 1 0设置初始角度 N6 2 90 PI 180设置终止角度 N7 3 2 PI 180设置每层步距角度 N8WHILE 1 LE 2循环判别 N9 4 10 SIN 1 6计算 Z 轴当前高度 N10 101 10 COS 1 6计算当前刀具半径补偿值 N11G01 Z 4 F300Z 轴抬刀 N12G01 G41 X 30 Y0 D 101 F1500 加入刀补 O A 直线进给 N13G02 X6 Y29 4 R30A B 圆弧进给 N14G01 X54 Y9 6 B C 直线进给 N15G02 Y 9 6 R20C D 圆弧进给 N16G01 X6 Y 29 4D E 直线进给 N17G02 X 30 Y0 R30E A 圆弧进给 N18G01 G40 X 35 Y 20A O 返回起点并取消刀补 13 N19 1 1 3当前角度位置增量步进 N20ENDW返回循环 继续判别 N21G01 Z10 F300循环完毕 Z 轴抬刀 N22G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至安全位置 关闭切削 液 N23M30程序完并复位 宏程序的应用其实就是数学知识的应用 大家能分析各 种图形的数学模型就能毫不费力地编写出宏程序 我们通常理解的刀具半径补偿是在数控系统的刀具参数寄 存器中设置一个常量 此例就打破了传统的思维 原来刀补也 可以设置成变量 用来加工一些典型曲面 就此例而言 用该 程序加工周边圆角只需十多分钟 已通过实验证明 而且程序 相当简洁 跟 CAM 软