車刀刀尖半徑補(bǔ)償是數(shù)控車削加工中的常見問題，本文就刀尖半徑的影響進(jìn)行分析，根據(jù)不同功能的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行刀尖半徑補(bǔ)償方法等進(jìn)行介紹。

編制數(shù)控車床加工程序時(shí)，理論上是將車刀刀尖看成一個(gè)點(diǎn)，如圖1a所示的P點(diǎn)就是理論刀尖。但為了提高刀具的使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度，通常將刀尖磨成半徑不大的圓弧(一般圓弧半徑R是0.4—1.6之間)，如圖1b所示X向和Z向的交點(diǎn)P稱為假想刀尖，該點(diǎn)是編程時(shí)確定加工軌跡的點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)控制該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。然而實(shí)際切削時(shí)起作用的切削刃是圓弧的切點(diǎn)A、B，它們是實(shí)際切削加工時(shí)形成工件表面的點(diǎn)。很顯然假想刀尖點(diǎn)P與實(shí)際切削點(diǎn)A、B是不同點(diǎn)，所以如果在數(shù)控加工或數(shù)控編程時(shí)不對(duì)刀尖圓角半徑進(jìn)行補(bǔ)償，僅按照工件輪廓進(jìn)行編制的程序來加工，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生加工誤差。

圖1 圓頭刀假想刀尖一、假想刀尖的軌跡分析與偏置值計(jì)算

用圓頭車刀進(jìn)行車削加工時(shí)，實(shí)際切削點(diǎn)A和B分別決定了X向和 Z向的加工尺寸。如圖2所示，車削圓柱面或端面(它們的母線與坐標(biāo)軸Z或X平行)時(shí)，P點(diǎn)的軌跡與工件輪廓線重合;車削錐面或圓弧面(它們的母線與坐標(biāo)軸Z或X不平行)時(shí)，P點(diǎn)的軌跡與工件輪廓線不重合，因此下面就車削錐面和圓弧面進(jìn)行討論：

圖2 刀尖圓弧半徑的影響1、加工圓錐面的誤差分析與偏置值計(jì)算

如圖3a所示，假想刀尖P點(diǎn)沿工件輪廓CD移動(dòng)，如果按照輪廓線CD編程，用圓角車刀進(jìn)行實(shí)際切削，必然產(chǎn)生CDD1C1的殘留誤差。因此，實(shí)際加工時(shí)，圓頭車刀的實(shí)際切削點(diǎn)要移至輪廓線CD，沿CD移動(dòng)，如圖3b所示，這樣才能消除殘留高度。這時(shí)假想刀尖的軌跡C2D2與輪廓線CD在X向相差ΔX，Z向相差ΔZ。設(shè)刀具的半徑為r，可以求出：

圖3 圓頭車刀加工圓錐面

2、加工圓弧面的誤差分析與偏置值計(jì)算

圓頭車刀加工圓弧面和加工圓錐面基本相似。如圖4是加工1/4凸凹圓弧，CD為工件輪廓線，O點(diǎn)為圓心，半徑為R，刀具與圓弧輪廓起點(diǎn)、終點(diǎn)的切削點(diǎn)分別為C和D，對(duì)應(yīng)假想刀尖為C1和D1。

對(duì)圖4a所示凸圓弧加工情況，圓弧C1D1為假想刀尖軌跡，O1點(diǎn)為圓心，半徑為(R+r);對(duì)圖4b所示凹圓弧加工情況，圓弧C2D2為假想刀尖軌跡，其圓心是O2點(diǎn)，半徑為(R-r)。如果按假想刀尖軌跡編程，則要以圖中所示的圓弧C1D1或C2D2(虛線)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行程序編制。

圖4 圓頭車刀加工90°凸凹圓弧

二、刀尖圓角半徑補(bǔ)償方法

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都有刀具圓角半徑補(bǔ)償器，具有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能(即G41左補(bǔ)償和G42右補(bǔ)償功能)，對(duì)于這類數(shù)控車床，編程員可直接根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行編程，編程時(shí)可假設(shè)刀具圓角半徑為零，在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機(jī)床上的相應(yīng)刀具補(bǔ)償號(hào)輸入刀具圓弧半徑值，加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序和刀具圓弧半徑自動(dòng)計(jì)算假想刀尖軌跡，進(jìn)行刀具圓角半徑補(bǔ)償，完成零件的加工。刀具半徑變化時(shí)，不需修改加工程序，只需修改相應(yīng)刀號(hào)補(bǔ)償號(hào)刀具圓弧半徑值即可。需要注意的是：有些具有G41、G42功能的數(shù)控系統(tǒng)，除了輸入刀頭圓角半徑外，還應(yīng)輸入假想刀尖相對(duì)于圓頭刀中心的位置，這是由于內(nèi)、外圓車刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。

當(dāng)數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償器時(shí)，直接根據(jù)零件輪廓形狀進(jìn)行編程，加工前在機(jī)床的刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償器輸入上述的ΔX和ΔZ的值，在加工時(shí)調(diào)用相應(yīng)刀具的補(bǔ)償號(hào)即可。

對(duì)于有些不具備補(bǔ)償功能經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的車床可直接按照假想刀尖的軌跡進(jìn)行編程，即在編程時(shí)給出假想刀尖的軌跡，如圖3b和圖4所示的虛線軌跡進(jìn)行編程。如果采用手工編程計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，通常可利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件(如AutoCAD、CAXA電子圖版等)先畫出工件輪廓，再根據(jù)刀尖圓角半徑大小繪制相應(yīng)假想刀尖軌跡，通過軟件查出有關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)來進(jìn)行編程;對(duì)于較復(fù)雜的工件也可以利用計(jì)算機(jī)輔助編程(CAM)，如用CAXA數(shù)控車軟件進(jìn)行編程時(shí)，刀尖半徑補(bǔ)償有兩種方式：編程時(shí)考慮半徑補(bǔ)償和由機(jī)床進(jìn)行半徑補(bǔ)償，對(duì)于有些不具備補(bǔ)償功能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該采用編程時(shí)考慮半徑補(bǔ)償，根據(jù)給出的刀尖半徑和零件輪廓會(huì)自動(dòng)計(jì)算出假想刀尖軌跡，通過軟件后置處理生成假想刀尖軌跡的加工程序。對(duì)于這類數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)?shù)毒吣p、重磨、或更換新刀具而使刀尖半徑變化時(shí)，需要重新計(jì)算假想刀尖軌跡，并修改加工程序，既復(fù)雜煩瑣，又不易保證加工精度。

以上通過車刀刀尖半徑對(duì)加工工件的影響的分析可知，要保證零件加工精度，在數(shù)控加工尤其精加工一定要進(jìn)行車刀刀尖半徑補(bǔ)償。由于目前數(shù)控系統(tǒng)的功能參差不齊，針對(duì)不同類型數(shù)控系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中采取方法也不同，有些在編程時(shí)就要考慮半徑補(bǔ)償，有些可在機(jī)床中進(jìn)行半徑補(bǔ)償。

審核編輯：湯梓紅