刀具半径补偿(G41,G42,G40)使用技巧及注意事项

数控车床通常要连续进行各种切削,而且加工一个零件可能会用到多把刀具。在换刀时,前一把刀具的刀尖位置和新换刀具的刀尖位置会存在差异,而且刀具在切削过程中的磨损和刀尖圆弧半径的存在,都会使得刀具的运动轨迹不等同于工件的轮廓轨迹。因此,为了确保工件轮廓的准确性,同时也为了简化编程,加工过程中应采用刀具补偿功能。所谓刀具补偿功能,就是用来补偿刀具实际安装位置(或实际刀尖圆弧半径)与理论编程位置(或刀尖圆弧半径)之差的一种功能。使用刀具补偿后,若改变刀具,只需要改变刀具位置补偿值,而不必变更零件加工程序,可以大大简化编程,同时也能提高工件的加工精度。刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀具半径补偿。

(1)刀具位置补偿(T代码)

刀具位置补偿包括刀具几何补偿和刀具磨损补偿。

机床的原点和工件的原点是不重合的,也不可能重合。加工前,首先安装刀具,然后回机床参考点,这时车刀的关键点(刀尖或刀尖圆弧中心)处于一个位置,随后将刀具的关键点移动到工件原点上(这个过程称为对刀)。刀具几何补偿就是用来补偿以上两种位置之间的距离差异,如图5.6所示;刀具磨损补偿是用来补偿刀具使用磨损后刀具尺寸与原始尺寸的误差,如图5.7所示。

图5.6　刀具几何补偿图

图5.7　刀具磨损补偿图

刀具位置补偿是由T代码来实现的,T代码后面跟四位数字。前两位表示刀具号,后两位表示刀具补偿号。刀具补偿号实际上就是刀具补偿寄存器的地址号,该寄存器中放有刀具的几何偏置量和磨损量。如T0102表示调用第1号刀,调用第2组刀具磨损和刀具几何偏置。刀具偏移号有两种意义:即用来开始偏移功能,又指定与该号对应的偏移距离。当刀具补偿号位00时,表示不进行刀具补偿或取消刀具补偿。

当刀具磨损后或工件尺寸有误差时,只要修改每把刀具相应寄存器里的数值即可。例如,加工件加工后外圆直径比要求尺寸大了或小了0.02 mm,则可以用U-0.02或U0.02修改相应寄存器中的数值就可以了。当长度方向上出现误差时,修改方法一样。可以看出,刀具偏移可以根据实际需要分别或同时对刀具轴向和径向的偏移量进行修正,简化编程。

(2)刀具圆弧半径补偿(G41,G42,G40)

在车削加工中,为了提高刀具寿命并降低加工表面的表面粗糙度,实际加工中刀具的刀尖处制成圆弧过度刃,且有一定的半径值。但在编程中,一般是按假象刀尖A来进行编程,而在实际车削中真正起作用的切削刃是圆弧与工件轮廓表面的切点,如图5.8所示。

当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时,是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时,由于刀尖圆弧R的存在,实际车出的工件形状就会和零件图样上的尺寸不重合,如图5.9所示。图中的虚线即为实际车出的工件形状,这样就会产生圆锥表面误差。如果工件要求不高,此量可忽略不计,但是如果工件要求很高,就应考虑刀尖圆弧半径对工件表面形状的影响。

图5.8　刀尖圆弧半径图

图5.9　车削锥面时的加工误差图

①刀具补偿指令(G41,G42,G40)

a.功能:G41是刀具半径左补偿指令;G42是刀具半径右补偿指令;G40是为取消刀具半径补偿指令。

b.格式:G40　G01(G00)　X__　Z__;

G41　G01(G00)　X__　Z__　D__;

G42　G01(G00)　X__　Z__　D__;

c.说明:

G40——取消刀具偏置及刀尖圆弧半径补偿。

G41——建立刀具偏置及刀尖圆弧半径左补偿。

G42——建立刀具偏置及刀尖圆弧半径右补偿。

X,Z——建立或取消刀具补偿程序段中,刀具移动的终点坐标。

D——存储刀具补偿值的寄存器号。(www.xing528.com)

②补偿方向的判别:从垂直于加工平面坐标轴的正向朝负向看,沿着刀具运动的方向(假定工件不动)看,刀具位于工件左侧的补偿称为左刀补,用G41指令表示;刀具位于工件右侧的补偿称为右刀补,用G42表示,如图5.10和图5.11所示。

③注意事项:G40/G41/G42指令只能和G00/G01结合使用,不允许同圆弧指令等其他指令结合使用。

图5.10　前置刀架刀尖圆弧半径补偿图

图5.11　后置刀架刀尖圆弧半径补偿图

在编写G40/G41/G42的G00/G01前后两个程序段中,X,Z至少有一个值变化。

在调用新刀具前必须用G40取消补偿,并且在使用G40之前刀具必须离开工件加工表面。

1)刀具半径补偿的执行过程

刀具半径补偿的过程分为3步:刀具半径补偿的建立,即使刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀尖圆弧半径的过程(偏移量必须在一个程序段的执行过程中完成,并且不能省略);刀具半径补偿的执行,即执行有G41或G42的程序段后,刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏移量(G41,G42不能重复使用);刀具半径补偿的取消,即刀具离开工件,刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程,如图5.12和图5.13所示。

图5.12　刀具补偿的建立图

图5.13　刀具补偿的取消图

2)刀尖方位号

如图5.14和图5.15所示,对应每把刀具的补偿包括偏置量X,Z,刀具半径补偿值R和刀尖方位号T。如果刀具的刀尖形状和切削时所处的位置不同,刀具的补偿量和补偿方向也不同,因此,假象刀尖的方位必须同偏置量一起提前设定。刀尖方位号共有9种,分别用0～8表示。当刀位点取刀尖圆弧半径中心时,刀位号取0,也可以说是无半径补偿。

图5.14　前置刀架刀位号图

图5.15　后置刀架刀位号图

例如,用刀尖半径为0.2 mm的车刀精加工如图5.16所示的外径,其编号程序见表5.2。

图5.16　刀具半径补偿示例

表5.2　用G40/G41编写的数控加工程序

续表