2.4 刀具补偿指令
2.4.1 刀具补偿概念
刀具偏置指实际刀具和编程中的假想刀具(通常称为基准刀具)的偏差,如图2⁃25所示。编程时用假想刀具的位置编程,加工时通过刀具补偿功能,补偿实际刀具与假想刀具的位置差,确保加工中不出现偏差。
刀具补偿功能分为刀具偏置补偿和刀具半径补偿。刀具偏置补偿是刀具位置的补偿,包括刀具几何补偿和刀具磨损补偿,如图2⁃26所示。刀具偏置补偿由刀具的T代码指定,刀具的半径补偿由G40、G41、G42指定。
图2⁃25 刀具补偿概念
图2⁃26 刀具补偿分类
2.4.2 刀具偏置补偿
(1)刀具偏置补偿概念
刀具偏置补偿等于刀具几何补偿与刀具磨损补偿之和,分述如下。
①刀具几何补偿。数控程序中刀具位置是一个点,刀具上代表刀具位置的点称为刀位点,例如车刀的刀位点是刀尖,钻头的刀位点是顶点等。车床编程轨迹是车刀刀尖(刀位点)的运动轨迹,编程时并不知道刀尖位置,通常以刀架中心点代替刀尖位置编程,显然刀具装夹后刀尖点相对于刀架中心有位置偏移,如图2⁃27所示,由X轴偏移值和Z轴偏移值组成,这一位置偏移称为刀具的几何偏置。刀具几何补偿存储页面如图2⁃28所示,图中“X”对应X轴几何偏移值;“Z”对应Z轴几何偏移值,在该页面上存储刀具几何补偿值。
图2⁃27 刀具几何偏置概念
图2⁃28 刀具几何补偿存储页面
编程时用刀架中心位置代替刀尖编程,不考虑实际刀具的刀尖位置,以简化编程的工作量。加工前在数控系统中设定各刀具偏置值,加工中通过程序指令对刀具偏置进行补偿。
② 刀具磨损补偿。刀具使用中的磨损,也会产生刀尖的位置偏置,如图2⁃29所示。刀尖的位置偏移由X轴磨损偏移值和Z轴磨损偏移值组成。刀具磨损补偿存储页面如图2⁃30所示,图中“X”对应X轴磨损偏移值;“Z”对应Z轴磨损偏移值,在该页面上存储刀具磨损补偿值。
一把刀具的偏置补偿是其几何补偿与磨损补偿之和,即图2⁃28中数据与图2⁃30中数据的和。
图2⁃29 刀具磨损偏移
图2⁃30 刀具磨损补偿存储页面
(2)刀具的偏置补偿指令
FANUC T系统中刀具补偿由T代码指定,程序格式为:“T”加4位数字,数字的前两位是刀具号,后两位是补偿号,即:
刀具号用于指定所用刀具。补偿号是存储刀具补偿值的地址,用于存储刀具的位置补偿值和刀尖半径补偿值。在图2⁃28和图2⁃30所示页面中标注的番号就是补偿号。同一补偿号(番号)的几何补偿与磨损补偿分别存储在图2⁃28和图2⁃30所示页面,一个补偿号的偏置补偿是其几何补偿与磨损补偿之和。
程序中代码“T××”加补偿号表示开始补偿。补偿号“00”表示补偿值为0,即取消补偿功能。补偿号可以和刀具号相同,也可以不同,即一把刀具可以对应多个补偿号(值)。例如下述程序先建立刀具偏置补偿,后取消刀具偏置补偿。
程序如下
T0203; 选02号刀具,开始刀具偏置补偿(调用补偿号03中的偏置值)
G01 X50.0 Z100.0;
Z200.0;
X100.0 Z250.0 T0200; 取消02号刀具偏置补偿(补偿号00为取消补偿)
M30;
图2⁃31 刀具的相对偏置补偿
(3)刀具的偏置补偿应用
对刀时设定某一把刀为标准刀具,并以标准刀具刀尖位置A为依据建立工件坐标系。当其余各非标准刀具转到工作位置时,刀尖位置B相对标准刀刀尖位置A就会出现偏置Δx、Δz,如图2⁃31所示。用偏置值Δx、Δz对刀具进行补偿,使非标准刀具的刀尖位置由B移至位置A,称为刀具偏置补偿。标准刀偏置值为机床回到机床原点时,工件原点相对于工作位上标准刀刀位点的有向距离。建立刀具补偿后要取消刀具补偿,下述程序中采用刀具偏置补偿,程序如下。
O5432;
G54 G90 G00 X_ Z_; 程序中需要设定工件坐标系
T0101; 选01号刀,调用补偿号01中存储的偏置值开始刀具偏置补偿
…
T0100; 取消01号刀的刀具偏置补偿
T0202; 选02号刀,建立刀具偏置补偿
…
T0200; 取消02号刀的刀具偏置补偿
…
设置刀具偏置补偿值操作方法参见本书4.5.3节。
(4)刀具磨损补偿
刀具使用一段时间后磨损,也会使产品尺寸产生误差,因此需要对其进行补偿。磨损补偿值存在同一个补偿号中,如图2⁃30所示。磨损补偿也常用于调整加工余量。
例如,在粗加工时,将“X”输入“0.4” (0.4mm作为精加工的余量,注意“X”正值是刀尖离开工件方向),工件粗加工后,实测工件值大于图样尺寸0.38mm,则相应刀具磨损量为:0.40-0.38=0.02,在图2⁃30中的“X”下输入“0.02”,自动加工后即可保证工件尺寸。长度出现偏差也可以用刀具磨损量补偿,修改图2⁃30中的“Z”值即可。
2.4.3 刀具半径补偿
(1)刀具半径补偿用途
编程时常用车刀的刀尖代表刀具的位置,数控车床总是按刀尖对刀,称刀尖为刀位点。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在0.2~1.6mm之间,球头车刀可达4mm),这样实际上刀尖不是一个点,而是一段圆弧,如图2⁃32中的刀尖圆弧半径为r。由于车刀的刀尖点并不存在,所以称为假想刀尖。为方便操作采用假想刀尖对刀,用假想刀尖为刀位点确定刀具位置,程序中的刀具轨迹就是假想刀尖的轨迹。在加工圆锥面和圆弧面时由于刀尖圆弧的影响,会产生了过切或少切误差,如图2⁃32中画斜线部分,造成实际的刀具轨迹偏离编程轨迹,进而影响到零件的加工精度。采用刀具半径补偿可以改变刀尖圆弧中心的轨迹,如图2⁃32中虚线所示部分,实现相应误差的补偿。
图2⁃32 刀尖半径补偿的刀具轨迹
刀具半径补偿程序段格式:
(2)刀具半径补偿指令
X_ Z_ ;
程序段中:G41为左补偿,在刀具前进方向左侧补偿,如图2⁃33所示;G42为右补偿,在刀具前进方向右侧补偿,如图2⁃33所示;G40为取消刀具半径补偿;Z、X为 G00/G01的参数,建立刀补或取消刀补程序段轨迹的终点。
G40、G41、G42都是模态代码,可相互注销。
图2⁃33 车刀刀尖圆弧半径补偿指令G41、G42
(3)刀具半径补偿的半径值
G41、G42程序段中没有半径参数,补偿的半径值存储在刀补号中(T代码的后两位数),在车床刀具补偿设定的界面中(图2⁃28),参数R下存储的是半径补偿值。
在该界面上输入刀补数据的操作步骤如下。
a.光标键移动蓝色亮条到要编辑的选项。
b.按“Enter”键,蓝色亮条所指刀具数据的颜色和背景都发生变化,同时有一光标在闪烁。
c.编辑、修改数据。
d.修改完毕,按“Enter”键确认。
e.若输入正确,显示界面相应位置将显示修改过的值,否则原值不变。
(4)刀具半径补偿的刀尖方位号
在车床刀具补偿设定的屏面中(图2⁃28),每个刀补号包括刀具位置补偿(X、Z)、刀尖半径补偿(R)、假想刀尖方位序号(T),即除了
图2⁃34 车刀刀尖方位定义
输入刀具位置、刀头圆角半径外,还应输入假想刀尖相对于刀尖圆弧中心的位置。这是因为内、外圆车刀或左、右偏刀的刀尖位置不同,刀具半径补偿需要给定车刀的刀尖方位,用刀尖方位号定义刀具起始位置与工件间的位置关系,同时定义刀具上刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系。车刀刀尖方位用0~9共十个数字表示,如图2⁃34所示,其中1~8表示在XZ面上车刀刀尖的位置;0、9表示在XY面上车刀刀尖的位置。G41、G42程序段中不出现刀尖方位号,刀尖方位号存储在刀补号中,即图2⁃28页面中的参数“T”中。
(5)建立刀具半径补偿程序段要求
建立刀具半径补偿程序段必须是直线运动段,即G41、G42指令必须与G00或G01直线运动指令组合,不允许在圆弧轨迹的程序段中建立半径补偿。
在程序中应用了G41、G42指令后,必须用G40取消补偿,以免重复进行半径补偿产生错误,因此,程序中G41(或G42)应与G40成对出现。
例2⁃10:图2⁃35所示轴件,已经粗车外圆完毕,要求使用刀具补偿编写精车外圆程序。
图2⁃35 精车外圆零件图
解:使用刀具补偿,精车外圆程序。
程序如下。
G54 X100.0 Z80.0; 设定工件原点在右端面,定位到程序始点
T0102 S500 M03; 换刀,建立刀具偏置补偿(刀补号02)
G00 X100.0 Z80.0; 定位到程序始点
G00 G42 X30.0 Z5.0; 建立刀具半径右补偿(R、T存在刀补号02中)
G01 Z⁃30.0 F0.15; 车“ϕ20”外圆
G02 X40.0 Z⁃35.0 R5.0; 车“R5”圆弧面
G01 Z⁃55.0; 车“ϕ40”外圆
X45.0; 退刀
G00 G40 X100.0 Z80.0; 取消刀尖半径补偿,回到程序始点
M30; 程序结束