论文部分内容阅读
【摘要】为了提高车刀刀尖处的强度，改善刀具耐用度，降低加工零件的表面粗糙度，车刀刀尖处通常刃磨成圆弧过渡刃。数控车削刀具普遍使用的可转位机夹式刀片，刀尖圆弧半径常有R0.2mm、R0.4mm、R0.8mm等。通常数控车削过程中程序的编制是以刀尖为刀位点来编程的，由于圆弧过渡刃的存在，使得实际切削点与编程刀位点发生变化，在实际加工过程中会产生加工误差，即出现欠切、过切现象。那么如何避免刀尖圆弧过渡刃在车削圆弧过程中产生欠切、过切现象，本文以广州数控系统GSK980TA数控车床为例来说明，提出了刀尖圆心编程方式，并通过实例验证，达到了零件加工精度的要求。
【关键词】刀尖圆弧过渡刃;过切;欠切;措施
1.车削圆弧产生过切欠切现象的原因及对策
1.1编程刀位点与实际切削点不同引起过切欠切现象
对于不同的数控系统可能出现过切、欠切现象的原因不同，如华中数控系统HNC-21/22T在车削圆弧过程中，数控系统自身带有刀尖圆弧半径补偿功能，不需要人为改变编程方式，只需要在编程完后，把刀尖圆弧半径输入到机床参数里，很容易避免由刀尖圆弧过渡刃引起的过切、欠切现象。当然，有一些数控系统是没有此功能的，如广州数控系统(GSK980TA)数控车床就没有刀尖圆弧半径补偿功能。
本试验研究是在广州数控系统980TA数控车床进行车削圆弧加工。在数控车床上加工如图1所示的凸圆弧时，会在圆弧的左侧产生过切现象，而右侧却产生欠切现象。在编写加工程序时，为了简化编程，总是设想车刀的刀尖沿着零件的轮廓运动来进行编程，即利用假想刀尖进行编程，对刀时用的也是假想刀尖。但是，不论是尖刀还是其它车刀都不是一个理论上的尖角，即使是所谓的刀尖其实也只是副偏角较大，刀尖角较小的偏刀，它的刀尖处是一个半径较小的圆弧，如图2所示。所以车刀在车削时并不是所谓的刀尖进行车削，而是刀尖圆弧上不同的切点在进行车削，实际轮廓是由车刀上参与车削的各切点的轨迹形成的，从而导致车削点的轨迹与假想的刀尖轨迹不一致，所以出现了过切、欠切现象。
图1加工凸圆弧时的过切、欠切现象局部放大图
图2副偏角较大的尖刀图3加工凹圆弧时的过切、欠切现象
数控车削加工中不仅在凸圆弧加工时会出现过切、欠切现象，在加工凹圆弧(如图3)、圆锥面时也同样会出现过切、欠切现象。在数控车削加工中只要是X、Z轴同时联动，就会有上述现象。
1.2原理分析与解决措施
带刀尖圆弧过渡刃的车刀车削圆弧面时，产生过切、欠切现象如图4、图5，从P1点圆弧插补到P2点时产生的欠切区域，即虚线和实线之间的区域。虚线为零件编程轨迹，实线为实际加工轨迹。
图4为加工凸圆弧面时的状态。图中O1点是以刀尖点为刀位点编程轨迹的圆心，编程轨迹半径为R；O2点为有刀尖圆弧过渡刃的车刀实际加工轨迹的圆心，实际加工轨迹半径为R-re。
加工时要使实际轮廓轨迹与零件编程轨迹一致， 则从P1点圆弧插补到P2点，若把编程轨迹半径改为(R+re)，这时加工轨迹半径就变为(R+re)-re=R，即实际加工轨迹半径变为R。因此編制车削凸圆弧面的程序时预先在程序圆弧半径上加上一个刀尖圆弧半径re，同样也可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差，达到补偿目的。
图5是加工凹圆弧时的状态，图中O1是以刀尖点为刀位点编程轨迹的圆心，编程轨迹半径为R；O2点为有刀尖圆弧过渡刃的车刀实际加工轨迹的圆心，实际加工轨迹半径为R+re。加工时要使实际轮廓轨迹与零件编程轨迹一致，则从P1点圆弧插补到P2点，若把编程轨迹半径改为(R-re)，这时加工轨迹半径就变为(R-re)+re=R，即实际加工轨迹半径变为R。同样原理，编制车削凹圆弧面的程序时，预先在程序圆弧半径上减去一个刀尖圆弧半径re，同样可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差，达到补偿目的。
若车削圆弧面时利用G41或G42刀具半径补偿办法虽然也可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差，但要考虑建立刀补、撤消刀补的坐标位置，相比起来编程较繁琐一些。
图4加工凸圆弧面图 5加工凹圆弧面
图6轴类零件
1.3举例说明
如图6所示，在加工圆弧前已经用偏刀完成!%32外圆的加工，圆弧车刀的圆弧半径为R2.5，仅加工图中R10的圆弧部分，刀尖圆心轨迹圆弧的半径为R7.5， 起点A和终点B的直径均为?覫32，距右端面的距离分别为9.5mm，24.5mm，其加工程序如下：
O0001；
N10 S1 M3；(主轴低速正转)；
N20 T0101；(调用1号圆弧刀)；
N30 G00 X100 Z100；(快速移动到安全换刀点)；
N40 X36 Z-9.5；(快速移动到加工起点)；
N50 G71 U1 R0.5；(粗车圆弧面)；
N60 G71 P70 Q100 U0.5 F0.2；
N70 G0 X35 Z-7.5；
N80 G1 X32 F0.08；
N90 G2 X32 Z-24.5 R7.5；
N100 G1 X35；
N110 G0 X100 Z100；(快速退刀至换刀点)；
N120 M05；(主轴停)；
N130 M0；(程序暂停)；
N140S2 M3；(主轴高速正转)；
N150 G70 P70 Q100；(精车圆弧)；
N160 G0 X100 Z100；
N170 M5；
N180 M30。
经实际生产验证，符合零件加工精度要求。
在使用刀尖圆心编程方式时，应考虑以下几点：(1)对刀时，要把刀尖圆弧半径R值考虑进去(Z向取半径、X向取直径)不能按假想刀尖进行对刀，而应以刀尖圆心进行对刀。例如：上述程序以工件右侧面的中心点作为工件坐标原点，用试车法对刀时，车刀碰工件外圆后，如果对刀处的外圆直径为?覫30mm，不应按原来假想刀尖的（下转第27页）（上接第126页）方法输入X30，而应输入X35，因为刀尖圆心处的直径为?覫30mm，加上两倍的刀尖半径。(2)计算圆心坐标点时，要根据其刀位点在原有的坐标点的方向决定其加或减。(3)检查所使用刀具的刀尖圆弧半径的R值是否与程序中的R值一致。由于程序中刀尖圆心的轨迹是由刀尖圆弧半径计算得来的，不同的半径对应不同的轨迹，所以此方法加工零件时，车刀圆弧半径的测量精度将直接影响到零件的加工精度，车刀的刀尖圆弧半径改变时，程序必须跟着改变，在批量较大的生产中要注意刀具的磨损对加工精度的影响。(4)车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。
2.结论
带刀尖圆弧过渡刃的车刀在车削圆弧面时，编程中预先在程序圆弧半径上加上或减去一个刀尖圆弧半径同样也可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差。在实际生产中，采用以上办法进行加工补偿不仅能达到消除加工误差的目的，而且编程简单方便。■
【参考文献】
［１］王清明，卢泽声，梁迎春.亚微米数控车床误差补偿技术研究[J].中国机械工程，1999，10(10)：1169－1172.
【关键词】刀尖圆弧过渡刃;过切;欠切;措施
1.车削圆弧产生过切欠切现象的原因及对策
1.1编程刀位点与实际切削点不同引起过切欠切现象
对于不同的数控系统可能出现过切、欠切现象的原因不同，如华中数控系统HNC-21/22T在车削圆弧过程中，数控系统自身带有刀尖圆弧半径补偿功能，不需要人为改变编程方式，只需要在编程完后，把刀尖圆弧半径输入到机床参数里，很容易避免由刀尖圆弧过渡刃引起的过切、欠切现象。当然，有一些数控系统是没有此功能的，如广州数控系统(GSK980TA)数控车床就没有刀尖圆弧半径补偿功能。
本试验研究是在广州数控系统980TA数控车床进行车削圆弧加工。在数控车床上加工如图1所示的凸圆弧时，会在圆弧的左侧产生过切现象，而右侧却产生欠切现象。在编写加工程序时，为了简化编程，总是设想车刀的刀尖沿着零件的轮廓运动来进行编程，即利用假想刀尖进行编程，对刀时用的也是假想刀尖。但是，不论是尖刀还是其它车刀都不是一个理论上的尖角，即使是所谓的刀尖其实也只是副偏角较大，刀尖角较小的偏刀，它的刀尖处是一个半径较小的圆弧，如图2所示。所以车刀在车削时并不是所谓的刀尖进行车削，而是刀尖圆弧上不同的切点在进行车削，实际轮廓是由车刀上参与车削的各切点的轨迹形成的，从而导致车削点的轨迹与假想的刀尖轨迹不一致，所以出现了过切、欠切现象。
图1加工凸圆弧时的过切、欠切现象局部放大图
图2副偏角较大的尖刀图3加工凹圆弧时的过切、欠切现象
数控车削加工中不仅在凸圆弧加工时会出现过切、欠切现象，在加工凹圆弧(如图3)、圆锥面时也同样会出现过切、欠切现象。在数控车削加工中只要是X、Z轴同时联动，就会有上述现象。
1.2原理分析与解决措施
带刀尖圆弧过渡刃的车刀车削圆弧面时，产生过切、欠切现象如图4、图5，从P1点圆弧插补到P2点时产生的欠切区域，即虚线和实线之间的区域。虚线为零件编程轨迹，实线为实际加工轨迹。
图4为加工凸圆弧面时的状态。图中O1点是以刀尖点为刀位点编程轨迹的圆心，编程轨迹半径为R；O2点为有刀尖圆弧过渡刃的车刀实际加工轨迹的圆心，实际加工轨迹半径为R-re。
加工时要使实际轮廓轨迹与零件编程轨迹一致， 则从P1点圆弧插补到P2点，若把编程轨迹半径改为(R+re)，这时加工轨迹半径就变为(R+re)-re=R，即实际加工轨迹半径变为R。因此編制车削凸圆弧面的程序时预先在程序圆弧半径上加上一个刀尖圆弧半径re，同样也可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差，达到补偿目的。
图5是加工凹圆弧时的状态，图中O1是以刀尖点为刀位点编程轨迹的圆心，编程轨迹半径为R；O2点为有刀尖圆弧过渡刃的车刀实际加工轨迹的圆心，实际加工轨迹半径为R+re。加工时要使实际轮廓轨迹与零件编程轨迹一致，则从P1点圆弧插补到P2点，若把编程轨迹半径改为(R-re)，这时加工轨迹半径就变为(R-re)+re=R，即实际加工轨迹半径变为R。同样原理，编制车削凹圆弧面的程序时，预先在程序圆弧半径上减去一个刀尖圆弧半径re，同样可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差，达到补偿目的。
若车削圆弧面时利用G41或G42刀具半径补偿办法虽然也可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差，但要考虑建立刀补、撤消刀补的坐标位置，相比起来编程较繁琐一些。
图4加工凸圆弧面图 5加工凹圆弧面
图6轴类零件
1.3举例说明
如图6所示，在加工圆弧前已经用偏刀完成!%32外圆的加工，圆弧车刀的圆弧半径为R2.5，仅加工图中R10的圆弧部分，刀尖圆心轨迹圆弧的半径为R7.5， 起点A和终点B的直径均为?覫32，距右端面的距离分别为9.5mm，24.5mm，其加工程序如下：
O0001；
N10 S1 M3；(主轴低速正转)；
N20 T0101；(调用1号圆弧刀)；
N30 G00 X100 Z100；(快速移动到安全换刀点)；
N40 X36 Z-9.5；(快速移动到加工起点)；
N50 G71 U1 R0.5；(粗车圆弧面)；
N60 G71 P70 Q100 U0.5 F0.2；
N70 G0 X35 Z-7.5；
N80 G1 X32 F0.08；
N90 G2 X32 Z-24.5 R7.5；
N100 G1 X35；
N110 G0 X100 Z100；(快速退刀至换刀点)；
N120 M05；(主轴停)；
N130 M0；(程序暂停)；
N140S2 M3；(主轴高速正转)；
N150 G70 P70 Q100；(精车圆弧)；
N160 G0 X100 Z100；
N170 M5；
N180 M30。
经实际生产验证，符合零件加工精度要求。
在使用刀尖圆心编程方式时，应考虑以下几点：(1)对刀时，要把刀尖圆弧半径R值考虑进去(Z向取半径、X向取直径)不能按假想刀尖进行对刀，而应以刀尖圆心进行对刀。例如：上述程序以工件右侧面的中心点作为工件坐标原点，用试车法对刀时，车刀碰工件外圆后，如果对刀处的外圆直径为?覫30mm，不应按原来假想刀尖的（下转第27页）（上接第126页）方法输入X30，而应输入X35，因为刀尖圆心处的直径为?覫30mm，加上两倍的刀尖半径。(2)计算圆心坐标点时，要根据其刀位点在原有的坐标点的方向决定其加或减。(3)检查所使用刀具的刀尖圆弧半径的R值是否与程序中的R值一致。由于程序中刀尖圆心的轨迹是由刀尖圆弧半径计算得来的，不同的半径对应不同的轨迹，所以此方法加工零件时，车刀圆弧半径的测量精度将直接影响到零件的加工精度，车刀的刀尖圆弧半径改变时，程序必须跟着改变，在批量较大的生产中要注意刀具的磨损对加工精度的影响。(4)车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。
2.结论
带刀尖圆弧过渡刃的车刀在车削圆弧面时，编程中预先在程序圆弧半径上加上或减去一个刀尖圆弧半径同样也可以消除刀尖圆弧过渡刃引起的加工误差。在实际生产中，采用以上办法进行加工补偿不仅能达到消除加工误差的目的，而且编程简单方便。■
【参考文献】
［１］王清明，卢泽声，梁迎春.亚微米数控车床误差补偿技术研究[J].中国机械工程，1999，10(10)：1169－1172.