刀尖圆弧半径补偿的分析与数据设定

在1.6.8节介绍刀尖圆弧半径补偿指令时谈到，由于刀尖圆弧的存在，在加工圆弧和锥面时必然存在加工误差（欠切或过切）。因此，对于圆弧或锥面有精度要求时，必须使用刀尖圆弧半径补偿指令G41/G42和G40。使用刀尖圆弧半径补偿指令时必须知道刀尖圆弧半径值和理论刀尖方向号，并且必须在程序执行之前通过MDI面板输入CNC系统中。

下面通过一个示例进行说明。

例5-4：已知图5-16所示零件，要求编写数控车削加工程序，并重点分析刀尖圆弧半径补偿指令及其设置。

1.加工零件及加工要求

技术要求如图5-16所示，加工要求如下：

图5-16 刀尖圆弧半径补偿加工示例图

1）分析零件结构工艺性，制定加工工艺。

2）要求手工编程，不得采用复合固定循环指令，两个槽采用子程序加工。

2.零件结构及工艺性分析

该零件与图5-11所示零件比较相似，仅中间多了两个V形槽。就零件结构来说，比较适合用数控车削加工。

该零件最大轮廓为ϕ48mm×105mm，考虑到棒料的供应状态及加工余量，选择ϕ52mm的棒料，下料尺寸为ϕ52mm×108mm。

根据该零件的结构特点，拟采用两次装夹完成。第一次加工零件右端的螺纹和中间的两个V形槽，然后掉头加工左端的Sϕ44mm的球头及颈部。注意到球头部分的直径有公差要求，为保证加工精度要求，必须采用刀尖圆弧半径补偿。该零件虽然槽的数量不多，采用子程序调用的程序结构效果不是很明显，但作为一种程序结构，在多槽加工时是值得考虑的。

3.装夹方案

该零件直径不大，毛坯为圆棒料，第一次加工右半部分时采取通用的自定心卡盘装夹，加工螺纹和V形槽。掉头后用铜皮包覆V形槽处的外径ϕ48mm圆柱面，加工球头部分。装夹方案见图5-17和图5-18。

图5-17 右半部分的刀具路径及几何参数

a）刀具路径规划与几何参数 b）刀具路径

图5-18 左半部分的刀具路径及几何参数

a）刀具路径规划与几何参数 b）刀具路径

4.加工刀具的选择

考虑到零件的结构特点及加工要求，选取机夹可转位车刀，粗车与精车分别用刀，具体刀具如下：

外圆粗车刀：T0101，刀尖半径R0.8mm（并用于车端面）。

外圆精车刀：T0202，刀尖半径R0.4mm（还用于球头颈部凹槽的粗加工）。

切槽刀： T0303，刀宽B=3mm。

螺纹车刀： T0404，60°螺纹车刀。

5.切削用量的选择

粗车外圆：a_p=1.5～2mm，f=0.2～0.3mm/r，n=500r/min。

精车外圆：a_p=0.3～0.5mm，f=0.1mm/r，n=800r/min。

切槽： f=0.1mm/r，n=500r/min，刀宽B=3mm。

车螺纹： n=300r/min。

6.螺纹切削参数的确定

查表1-5可知，螺距为1.5mm的螺纹一般车4刀，每次进刀径向尺寸如表5-3所示。切入距离取3mm，为保证18mm的有效螺纹长度，将切螺纹的长度延长2mm，即取螺纹长度为20mm。螺纹大径取ϕ29.9mm。

表5-3 每次进刀径向尺寸 （单位：mm）

7.工件坐标系及相关位置点的选择

零件右半部分的加工采用工件端面中心作为工件坐标系，端面留0.5mm的加工余量，设置一个换刀点A（160，200）。零件左端加工对刀时，必须保证工件坐标系与总长度的关系，同样也设置一个换刀点A（160，200）。(www.xing528.com)

8.加工工艺路线

右端的加工工艺路线为：车端面→粗车圆柱轮廓→精车圆柱轮廓→子程序调用切槽→车螺纹。

掉头手工车端面，保证工件长度，找正装夹，其左端的加工工艺路线为：车端面→粗车球冠部分→粗车球头颈部→精车球头及颈部。

9.走刀路径的确定

右端的加工采用了单一循环指令G90粗车圆柱，基本指令精车，精车时从倒角轮廓延长线上切入。用切槽刀车V形槽，最后车螺纹。其刀具路径及几何参数如图5-17所示。

左端球头及颈部的加工原理与图5-12相似，这里不再赘述。其刀具路径及几何参数如图5-18所示。

10.数值计算

在图5-17和图5-18中，相关节点的坐标均是借助于AutoCAD作图获得，其尺寸值在图中均已标出。

11.参考程序

（1）右半部分（螺纹及V形槽）的参考程序 右半部分加工时，两个槽加工采用了子程序调用的方式编程。

1）主程序如下。

2）子程序如下。

程序说明：

1）程序采用了G54指令建立工件坐标系（根据使用者的需要还可用G54～G59指令中的任意一个）。程序执行之前必须对刀确定基准刀及非基准刀的偏置矢量。

2）零件左端未采用刀尖圆弧半径补偿。

3）程序中使用G90固定循环指令进行粗车，简化了编程。

4）精车外轮廓采用了倒角轮廓线延长处切线切入。

5）该程序的刀具路径可参见图5-17b。

（2）左半部分（球头及颈部）的参考程序。

程序说明：

1）程序采用了G54指令建立工件坐标系，基准刀与非基准刀对刀方法同前面的介绍。

2）注意体会程序中G90指令的应用方法。

3）程序采用了刀尖圆弧半径右补偿，可较好地保证球头部分的加工精度。

4）程序执行之前必须通过MDI面板将T01和T02号刀具的刀尖圆弧半径和理论刀尖方向号输入相应的刀具补偿存储器中。

5）程序中设置了一个换刀点A，其也是程序的起点S和程序的结束点E。

6）精车轮廓的切入采用了圆弧切线切入方式，使切入点尽可能光顺。

7）该程序的刀具路径可参见图5-18b。

8）对刀时注意保证零件长度。

9）球头部分的尺寸主要控制ϕ44mm±0.02mm，具体可通过控制精车刀具T0202的02号补偿存储器中的磨损值进行保证。

12.刀尖圆弧半径补偿的参数及操作分析

刀尖圆弧半径补偿的参数包括刀尖圆弧半径值和理论刀尖方向号，前者在选择刀具的刀片时能够知道，后者可参阅1.6.8节中的内容。补偿参数的输入位置参见图5-15，输入操作方法可参阅3.10.1节中有关画面下部[输入]和[+输入]软键的应用示例。