數(shù)控銑床刀具實(shí)際軌跡的研究

　　數(shù)控銑床刀具實(shí)際軌跡的研究趙艷春，倪洪啟，朱成實(shí)，張金萍，羅鵬(沈陽(yáng)化工學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110142)心的軌跡較為困難。因此現(xiàn)代機(jī)床均具有刀具半徑補(bǔ)償功能。根據(jù)檢索，目前國(guó)內(nèi)各期刊均簡(jiǎn)單地說(shuō)明刀具應(yīng)進(jìn)行偏置，對(duì)于命令的實(shí)際編程沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)實(shí)際操作結(jié)果及查閱的資料，對(duì)具有半徑補(bǔ)償時(shí)的刀具中心實(shí)際運(yùn)行軌跡進(jìn)行歸納，對(duì)于理解數(shù)控程序及在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行工件裝夾具有一定好處。

　　收穡日期：2003―對(duì)工件進(jìn)行外輪廓加工時(shí)，如果按照工件的輪廓來(lái)編程是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)樵趫D紙上已經(jīng)標(biāo)出了工件各外形尺寸。但是很明顯，如果讓刀具中心按工件的輪廓走，加工后工件的各部分尺寸就會(huì)減少一個(gè)銑刀半徑(如中虛線(xiàn)所示)工件已經(jīng)報(bào)廢。如果按加工所要求的實(shí)際刀具中心運(yùn)行軌跡來(lái)編程，雖然可以加工出正確的工件輪廓，但編程計(jì)算非常麻煩，且容易出錯(cuò)。因此，有必要采用刀具半徑尺寸補(bǔ)償功能來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題。

　　1刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑砭哂械毒甙霃窖a(bǔ)償功能的數(shù)控機(jī)床，例如XK0816A數(shù)控銑床，能使刀具中心在加工外輪廓時(shí)向工件外側(cè)偏移一個(gè)刀具半徑值，在加工內(nèi)輪廓時(shí)向工件內(nèi)側(cè)偏移一個(gè)刀具半徑值，即根據(jù)工件輪廓和刀具半徑的數(shù)值自動(dòng)算出刀具中心的軌跡。因此，在XK0816A數(shù)控銑床上編程時(shí)，只需根據(jù)工件的輪廓進(jìn)行編程，銑床即可加工出所需的具體輪廓。

　　根據(jù)檢索，目前國(guó)內(nèi)各期刊均僅僅說(shuō)明刀具應(yīng)進(jìn)行偏置，介紹左右刀補(bǔ)的概念，但具體命令的實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有給出。因此根據(jù)實(shí)際操作的數(shù)據(jù)及所查閱資料，對(duì)刀具半徑補(bǔ)償時(shí)刀具中心的實(shí)際軌跡進(jìn)行歸納，使XK0816A數(shù)控銑床個(gè)別命令的實(shí)際操作具有一定結(jié)果。

　　2刀具半徑補(bǔ)償?shù)膶?shí)際軌跡XK0816A數(shù)控銑床的刀具半徑補(bǔ)償指令有2種，一種是左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償，另外一種是右側(cè)刀具半徑補(bǔ)償。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)毒咧行脑诔绦蜍壽E前進(jìn)方向左邊時(shí)，稱(chēng)為左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償即左刀補(bǔ)(如中左圖所示)當(dāng)?shù)毒咧行脑诔绦蜍壽E前進(jìn)方向右邊時(shí)，稱(chēng)為右側(cè)刀具半徑補(bǔ)償即右刀補(bǔ)(如中右圖所示)。

　　一般刀具半徑補(bǔ)償值是由操作者在CRT/MDT面板上用“MENUOFFSET”功能鍵置入刀具補(bǔ)償寄存器。設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值時(shí)，操作者利用面板上的光標(biāo)鍵(CURSOR)，將光標(biāo)移至所選的編置號(hào)上，鍵入刀具半徑補(bǔ)償值，將其輸入到偏置號(hào)后面的偏移量(OFFSETDATA)位置上即可，刀具半徑補(bǔ)償值必須在程序進(jìn)行前設(shè)置完成。因此在編制命令時(shí)不必再考慮刀具半徑補(bǔ)償值。

　　在XK0816A數(shù)控銑床中左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令為：右側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令為：刀具半徑補(bǔ)償撤銷(xiāo)指令為：由于左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令與右側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令的差別僅僅是刀具相對(duì)于零件的運(yùn)動(dòng)方向不同，即插補(bǔ)的方向不同。因此僅僅對(duì)左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令的實(shí)際操作進(jìn)行說(shuō)明。

　　在左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令中G41表明進(jìn)行的刀具插補(bǔ)功能為左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償，XY表示加工過(guò)程中需要刀具開(kāi)始具有半徑補(bǔ)償功能時(shí)輪廓曲線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)值，G01表明從無(wú)半徑補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)到所希望的半徑補(bǔ)償始點(diǎn)這一路徑，刀具進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。在其他機(jī)床上有用G02代替G01，則表示從無(wú)半徑補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)到所希望的半徑補(bǔ)償始點(diǎn)這一路徑，刀具進(jìn)行圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

　　當(dāng)機(jī)床運(yùn)行完此段程序段后，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡終點(diǎn)不是XY后面所根坐標(biāo)，而是偏置一個(gè)偏移矢量，其大小為刀具半徑，方向?yàn)榱慵喞€(xiàn)(編程軌跡)上在該點(diǎn)的法向方向，并指向刀具中心。在以后的編程中由于刀具半徑補(bǔ)償功能已經(jīng)啟動(dòng)，則盡管在以后的程序段中所表示的坐標(biāo)均為輪廓曲線(xiàn)上基點(diǎn)(或節(jié)點(diǎn))坐標(biāo)，但是刀具9!直偏置辦個(gè)偏遵矢量直到刀具半徑補(bǔ)償功能取消命令出現(xiàn)。

　　當(dāng)最后一段具有刀具半徑補(bǔ)償功能的輪廓曲線(xiàn)加工完以后，與建立刀具半徑補(bǔ)償功能類(lèi)似，應(yīng)有一個(gè)過(guò)渡段。在這過(guò)渡段中，用G01表明從有半徑補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)到無(wú)半徑補(bǔ)償這一路徑，刀具進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。在刀具半徑補(bǔ)償撤銷(xiāo)指令G40G01XY卩中Y后面跟的坐標(biāo)值表示編程軌跡上取消刀具半徑補(bǔ)償點(diǎn)的坐標(biāo)值，也是此程序段執(zhí)行后刀具中心位置點(diǎn)。

　　用左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償指令G41進(jìn)行編程：N00G90 //用絕對(duì)值方式編程// //刀具中心快速定位到M(― 10，0)點(diǎn)，這時(shí)主軸的轉(zhuǎn)速為1000m/s刀架上用于加工的刀具//建立左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償功能，刀具中心位于點(diǎn)M'/補(bǔ)到A點(diǎn)，刀具中心的位置位于A'點(diǎn)/ N04X30 //直線(xiàn)插補(bǔ)到B點(diǎn)，刀具中心的位置位于B'點(diǎn)//刀具中心的位置位于C'點(diǎn)// N06X-70 //直線(xiàn)插補(bǔ)到O點(diǎn)，刀具中心的位置位于M"點(diǎn)//現(xiàn)在舉一個(gè)例子，加工所示的工件。已知工件材料為Q195，選用05mm的銑刀，刀號(hào)為T(mén)01，在XK0816數(shù)控銑床上加工前已經(jīng)粗加工，每邊留有2mm的加工余量。需要精加工成//撤銷(xiāo)左側(cè)刀具半徑補(bǔ)償功能，刀具中心位于點(diǎn)圓心在M'的圓與斜線(xiàn)OA相切于點(diǎn)O圓心在M"的圓與斜線(xiàn)OA相切于點(diǎn)O.中實(shí)線(xiàn)表示加工后的輪廓曲線(xiàn)，中虛線(xiàn)表示加工時(shí)刀具所運(yùn)行的曲線(xiàn)。

　　加工過(guò)程中刀具在加工段曲線(xiàn)之間進(jìn)行過(guò)渡時(shí)，刀具中心位于A'點(diǎn)是因?yàn)橄到y(tǒng)在運(yùn)行N03程序段時(shí)，同時(shí)讀取了N04程序段，因此知道加工OA曲線(xiàn)后加工AB段曲線(xiàn)，圓心定在兩段曲線(xiàn)的交匯處。

　　3結(jié)論從上述的分析中可以得到在XK0816A數(shù)控銑床的加工過(guò)程中具有刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)刀具運(yùn)行的實(shí)際軌跡，刀具中心偏置輪廓曲線(xiàn)一個(gè)偏移矢量，其大小為刀具半徑，方向?yàn)榱慵喞€(xiàn)(編程軌跡)上在該點(diǎn)的法向方向，并指向刀具中心，直到刀具半徑補(bǔ)償功能取消命令出現(xiàn)。刀具在無(wú)半徑補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)到所希望的半徑補(bǔ)償始點(diǎn)這一路經(jīng)，進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。上述結(jié)論對(duì)于數(shù)控編程及零件的裝夾有一定的實(shí)際意義。