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1、数控车床刀尖圆弧半径加工带圆弧锥轴类零件典型案例钟祥市职高高级中学曾辉概要： 在数控加工中，为了提高刀尖的强度，降低表面粗糙度，刀尖处通常刃磨成圆弧过渡刃。这样，刀具加工时，就不会影响零件的尺寸、形状。通过本案例的学习，可以改善机械加工的精度，减少企业生产的废品率，提高生产的效益。一、实施背景刀尖圆弧半径是影响零件的加工精度因素之一，本案例通过带圆锥轴类零件的加工，让学生掌握刀具刀尖圆弧半径补偿的基本原理及基本操作，以保证加工零件的加工精度。二、主要目标 通过本案例的学习，掌握刀尖圆弧半径的补偿原理和方法，及补偿参数的设置，提高零件的加工精度。三、工作过程请看下图,a图是理论刀尖，b图是实际刀
2、尖。这就是我们要研究的刀尖圆弧半径补偿。 (a) (b)图1 圆头刀假想刀尖下图是用一假设带了刀尖的圆头刀在数控车床上加工的路径，两种刀具切削会带来什么影响？刀尖圆弧半径对加工零件的精度有影响吗？下图讨论的刀尖圆弧半径在数控加工中的影响。因为编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，如图1a所示的P点就是理论刀尖。但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径R是0.41.6之间），如图1b所示X向和Z向的交点P称为假想刀尖，该点是编程时确定加工轨迹的点，数控系统控制该点的运动轨迹。然而实际切削时起作用的切削刃是圆弧的切点A、B，它们
3、是实际切削加工时形成工件表面的点。很显然假想刀尖点P与实际切削点A、B是不同点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。如果不进行刀尖圆弧半径补偿，左边产生的过切。（请看下图）这就是在数控加工中产生的过切和少切现象。在编程过程中如何实现刀具圆弧半径补偿，这是我们研究的重点内容。刀具圆弧半径补偿的编程指令及编程格式G41/G42 G00 /G01 X_ Z_; .G40 G00/G01 X_ Z_；其中G41、G42为刀具半径左右补偿；G40为取消刀具半径补偿；X、Z为建立/取消刀具半径补偿直线段的终点坐标。刀具半径补偿的过
4、程分为三步（如图）所示，刀补的建立，实现刀补和取消刀补。注意事项（1）G41刀具左补偿，即沿刀具运动方向看刀具在工件的左侧；同理，G42刀具右补偿；G40取消补偿。G41/G42不能连续使用，要想变换必须先用G40取消，再更换。（2）G41/G42指令建立或取消必须在含有G00/G01指令的程序段中才有效。（3）因为刀具偏置需要一定的时间，所以刀尖圆弧半径补偿必须在加工指令前建立，加工完成后取消。以防因为调用刀补不当引起零件加工误差。（4）不要与TXXXX混淆，TXXXX后两位是通过对刀建立的刀尖位轩补偿，要想正确使用刀尖圆弧半径补偿还必须在R对应位置输入刀尖圆弧半径值；（5）还应输入假想刀尖
5、相对于圆头刀中心的位置，如图所示。学生编程O2222;G54G90G40;M03S800;G00X20Z2;G42G01X20Z0F0.5;Z-20;X40Z-40;G40G01X80Z-40;G00X100Z100;M05;M02;刀尖圆弧半径补偿在复合循环指令中的应用在实际加工中，数控车床工件的毛坯常用棒料或铸、锻件，加工余量较大，需要多次切削，GSK980TD系统提供了不同形式的固定循环功能，例如粗车循环指令G71、仿形粗车循环指令G73、精加工指令G70等，大大简化了程序，减少所占内存。下面将结合刀尖圆弧半径补偿功能，利用G71、G70指令进行实例加工。零件如图所示。程序：O1111；
6、G54G90G40；G00X22Z2；G71U2R1；G71P10Q20U0.4W0F0.3;N10G42G00X0F0.1;G03X8W-4R4;G01Z-8;X11;X15Z-14;Z-17;G02X15W-14R14;G01W-3;X18;N20Z-38;G70P10Q20G40G00X100Z100;M05;M30;注意事项：刀尖半径补偿功能只在精加工过程中产生作用。若将刀尖圆弧半径补偿指令放在粗车循环指令之前，例如：“G42G00X22Z2;G71U2R1;”则会出现#34报警。四、条件保障时间资源：课前，课后和课内的设计和安排材料资源：45#材料信息资源：网络技术，多媒体技术，工具
7、书，手册人员资源：双师型工作团队。1位专业教师2位培训师。学生小组和组长。设备资源：GSK980TD系统数控车床23人，台；外圆粗、精车刀、螺纹车刀、切槽刀每台机床各1把；刀架扳手、卡盘扳手、划线盘、角度样板每台机床1付，垫铁若干；游标卡尺、千分尺、螺纹环规、粗糙度样板每台机床各1把。环境资源：数控实训车间、数控仿真机房五、实际成果现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输入刀具圆弧半径值，加工过程中，数
8、控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。需要注意的是：有些具有G41、G42功能的数控系统，除了输入刀头圆角半径外，还应输入假想刀尖相对于圆头刀中心的位置，这是由于内、外圆车刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。 当数控车床的数控系统具有刀具长度补偿器时，直接根据零件轮廓形状进行编程，加工前在机床的刀具长度补偿器输入上述的X和Z的值，在加工时调用相应刀具的补偿号即可。 六、体会与思考1、在刀具刃是尖利时，切削进程按照程序指定的形状执行不会发生问题。不过，真实的刀具刃是由圆弧构
9、成的 (刀尖半径) 就像右图所示，在圆弧插补和攻螺纹的情况下刀尖半径会带来误差。 2. 偏置功能 补偿的原则取决于刀尖圆弧中心的动向，它总是与切削表面法向里的半径矢量不重合。因此，补偿的基准点是刀尖中心。通常，刀具长度和刀尖半径的补偿是按一个假想的刀刃为基准，因此为测量带来一些困难。 把这个原则用于刀具补偿，应当分别以 X 和 Z 的基准点来测量刀具长度刀尖半径 R，以及用于假想刀尖半径补偿所需的刀尖形式数 (0-9)。 这些内容应当事前输入刀具偏置文件。 “刀尖半径偏置” 应当用 G00 或者 G01功能来下达命令或取消。不论这个命令是不是带圆弧插补， 刀不会正确移动，导致它逐渐偏离所执行的路径。因此，刀尖半径偏置的命令应当在切削进程启动之前完成； 并且能够防止从工件外部起刀带来的过切现象。反之，要在切削进程之后用移动命令来执行偏置的取消过。 命令 切削位置 刀具路径G40 取消 刀具按程序路径的移动 G41 右侧 刀具从程序路径左侧移动G42 左侧 刀具从程序路径右侧移动
