周 蘭

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，湖北武漢430050)

1 數(shù)控銑削加工刀具長度補(bǔ)償意義

精度要求高、形狀復(fù)雜的箱體類、盤類零件特別適合在數(shù)控銑床和加工中心上加工。這類工件從加工結(jié)構(gòu)要素來看包括平面加工、內(nèi)外輪廓加工、溝槽加工和孔系加工等;從加工階段來看分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工。工件不同結(jié)構(gòu)要素加工往往采用不同刀具;同一個(gè)加工表面在不同加工階段所使用刀具也不相同，分別要滿足粗加工和精加工要求。因此箱體和盤類工件加工通常用到多把刀具。

編制銑削類工件加工程序時(shí)，不考慮不同刀具結(jié)構(gòu)尺寸差異對程序結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)值的影響，而是根據(jù)零件輪廓尺寸進(jìn)行編程，不同刀具長度尺寸的差異通過補(bǔ)償方式進(jìn)行修正。因此應(yīng)用刀具長度補(bǔ)償能夠簡化加工程序，提高程序?qū)Σ煌毒叩倪m應(yīng)性。

2 數(shù)控銑削加工對刀及刀具長度補(bǔ)償建立

2.1 標(biāo)準(zhǔn)刀具對刀

實(shí)際生產(chǎn)中數(shù)控銑削加工通過對刀方式建立工件坐標(biāo)系。XY方向通常采用標(biāo)準(zhǔn)棒或?qū)み吰鲗Φ叮琙方向往往采用加工過程中使用的第一把刀具作為標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行對刀。將對刀后的坐標(biāo)值換算到工件坐標(biāo)系位置后輸入到G54～G59任何一個(gè)坐標(biāo)系中，在加工程序中調(diào)用該坐標(biāo)系即可，如圖1所示。

2.2 非標(biāo)準(zhǔn)刀具長度補(bǔ)償

當(dāng)以標(biāo)準(zhǔn)刀具對刀建立工件坐標(biāo)系后，其他刀具相對于標(biāo)準(zhǔn)刀具在長度方向尺寸差異通過長度補(bǔ)償方式才能夠保證Z方向的正確加工尺寸，否則會(huì)造成空切、少切或過切。對于FANUC數(shù)控系統(tǒng)，長度補(bǔ)償要從補(bǔ)償調(diào)用和補(bǔ)償值設(shè)定2個(gè)方面進(jìn)行:

(1)長度補(bǔ)償調(diào)用 采用G43指令建立并調(diào)用刀具長度補(bǔ)償，指令格式是:G43 G00/G01 Z H××。

長度補(bǔ)償必須在Z方向通過直線移動(dòng)方式建立，H××為長度補(bǔ)償寄存器號，存放非標(biāo)準(zhǔn)刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具長度差值。當(dāng)非標(biāo)準(zhǔn)刀具長度大于標(biāo)準(zhǔn)刀具長度時(shí)，差值為正;當(dāng)非標(biāo)準(zhǔn)刀具長度小于標(biāo)準(zhǔn)刀具長度時(shí)，差值為負(fù)。

(2)長度補(bǔ)償值設(shè)定 通過按下 MDI鍵盤上［OFFSET SETTING］按鍵以及［補(bǔ)正］軟鍵，進(jìn)入刀具補(bǔ)正設(shè)定畫面，第一把刀具T01為基準(zhǔn)刀具，長度補(bǔ)償值為0，后續(xù)使用刀具按照使用順序刀具號分別為T02、T03……則長度補(bǔ)償寄存器號依次對應(yīng)為H02、H03……長度補(bǔ)償寄存器中存放刀具長度補(bǔ)償差值，如圖2所示。

只有以上2個(gè)方面結(jié)合起來，才能真正建立刀具長度補(bǔ)償，缺一不可。

3 合理把握刀具長度補(bǔ)償時(shí)機(jī)

生產(chǎn)中使用配置FANUC數(shù)控系統(tǒng)的XD40數(shù)控銑床加工工件，正確設(shè)置并調(diào)用了刀具長度補(bǔ)償相關(guān)參數(shù)，但在應(yīng)用刀具長度補(bǔ)償加工工件型腔時(shí)出現(xiàn)了過切現(xiàn)象。檢查程序結(jié)構(gòu)，符合語法要求，坐標(biāo)尺寸計(jì)算正確。仔細(xì)分析程序、觀察刀具走刀路線和試加工，發(fā)現(xiàn)與刀具長度補(bǔ)償建立時(shí)機(jī)有關(guān)。生產(chǎn)案例分析如下:

3.1 進(jìn)刀過切及其解決方案

(1)問題陳述 加工如圖3所示工件，用平面銑刀(T01)銑削工件上平面，用φ10 mm鍵槽銑刀(T02)預(yù)加工10 mm深三角形狀型腔。用T01對刀以工件上表面中心作為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，T01刀具加工完畢。換成T02刀具從Z方向接近工件(進(jìn)刀)時(shí)，先往Z軸負(fù)方向“過沖”一段距離，然后才回升到程序指定Z坐標(biāo)位置，造成工件進(jìn)刀過切而報(bào)廢。針對這臺機(jī)床經(jīng)過試驗(yàn)和觀察發(fā)現(xiàn)，這種情形往往發(fā)生在后續(xù)使用刀具長度(非標(biāo)準(zhǔn)刀具T02、T03等)大于第一把刀具(標(biāo)準(zhǔn)刀具T01)長度情形。

T02加工三角型腔進(jìn)刀部分加工程序如下:

(2)進(jìn)刀過切原因分析 工件加工時(shí)所使用刀具參數(shù)如表1所示。

表1 加工使用刀具規(guī)格與參數(shù)

按照上面 O0001程序進(jìn)刀，程序運(yùn)行到“G43 Z5.0 H02;”語句時(shí)，觀察刀具運(yùn)行狀況發(fā)現(xiàn)刀具刀位點(diǎn)先運(yùn)行到Z5.0坐標(biāo)值下方并已經(jīng)進(jìn)入工件內(nèi)部然后再回升至Z5.0坐標(biāo)處。分析原因，執(zhí)行刀具長度補(bǔ)償語句時(shí)，有一個(gè)“建立補(bǔ)償”過程。系統(tǒng)先按照未建立長度補(bǔ)償運(yùn)行，即按照第一把刀具長度到達(dá)Z5.0指定位置(起始加工平面R)，但實(shí)際使用的是T02，且T02比T01長出20 mm，第二把刀具刀位點(diǎn)在建立長度補(bǔ)償前先處于在R平面下方20 mm位置，而型腔深度為10 mm，雖然刀具按照長度補(bǔ)償方式馬上往上回退了，但是已經(jīng)造成了過切，所觀察到的進(jìn)刀過切過程如圖4所示。

(3)解決方案 避免進(jìn)刀過切的方法是正確把握刀具長度補(bǔ)償建立時(shí)機(jī)。具體做法是:①在工件輪廓外建立刀具長度補(bǔ)償;②建立刀具長度補(bǔ)償語句中Z坐標(biāo)值應(yīng)大于T02與T01長度差值。

將上面語句“G43 Z5.0 H02;”改為“G43 Z25.0 H02;”，實(shí)際運(yùn)行時(shí)就避免了進(jìn)刀過切并保證了加工安全。

3.2 退刀過切及其解決方案

(1)問題陳述 用圓柱銑刀T02加工三角形型腔完畢退刀時(shí)，采用程序O0001退刀加工程序時(shí)，刀具同樣先是往Z軸負(fù)方向移動(dòng)一段距離然后才提升，造成工件退刀時(shí)過切。T02加工三角型腔退刀部分加工程序如下:

(2)退刀過切原因分析 分析工件過切的原因，刀具還沒有離開工件輪廓便取消了長度補(bǔ)償，即刀具在Z方向離開工件同時(shí)取消了長度補(bǔ)償;執(zhí)行G49語句后，系統(tǒng)先按照T01長度位于Z-10.0處，但是實(shí)際使用刀具是T02，比標(biāo)準(zhǔn)刀具長，刀具在此基礎(chǔ)上往Z軸負(fù)方向延伸了20 mm，雖然馬上往Z軸正方向提升了一段距離，但是已經(jīng)造成退刀過切，所觀察到的退刀過切過程如圖5所示。

(3)解決方案 避免退刀過切的方法仍然是正確把握刀具長度補(bǔ)償取消時(shí)機(jī)。具體做法是:①在工件輪廓外取消刀具長度補(bǔ)償;②結(jié)束加工退刀時(shí)刀具先上升至安全高度，保證T02離開了型腔底部，然后取消長度補(bǔ)償。

合理加工程序是:

4 結(jié)語

在XD40數(shù)控銑床上出現(xiàn)的進(jìn)刀過切和退刀過切現(xiàn)象不常見，但問題出現(xiàn)后，在無法從數(shù)控系統(tǒng)上找出解決方法的前提下，從程序結(jié)構(gòu)上入手，通過合理把握刀具長度補(bǔ)償建立和取消時(shí)機(jī)，以及合理確定補(bǔ)償位置，確保加工安全和產(chǎn)品質(zhì)量。這種補(bǔ)償方式對于任何配置FANUC系統(tǒng)的銑床都適用和更安全，提供了一種解決問題的思路。

［1］吳新佳.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京:人民郵電出版社，2009.

［2］FANUC 0i Mate-MC編程說明書［Z］.