杂谈

在数控机床上加工直径、深度不同的孔时,一般采用加工中心进行加工。在实际加工过程中,要加工不同直径的孔,需通过换刀指令选择不同的刀具,这就使刀具的长度发生变化,造成了非基准刀的刀位点起始位置和基准刀的刀位点起始位置不重合。在编程过程中,若对刀具长度的变化不作适当处理,就会造成零件报废、甚至撞刀。为此,在数控加工中引入了刀具长度补偿的概念,以提高编程的工作效率。但是,我在教学的过程中发现:学生在学习及应用该指令时,容易产生指令应用混乱的情况,特别是学生无法确定进行长度补偿后刀具刀位点的坐标位置。
针对以上情况,我对长度补偿指令的使用技巧进行了一定的探索,以下是我在教学实践中的一些思考和认识。
一、刀具长度补偿的应用
刀具长度在数控加工中是一个很重要的概念。我们在对一个零件编程的时候,首先要指定零件的编程中心,然后才能建立工件编程坐标系。长度补偿只是和Z坐标有关,它不同于X、Y平面内的编程零点是由主轴锥孔定位而不改变,而对于Z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的,如图1所示我们要加工两个Φ20mm的孔(用1号刀)和一个Φ10mm(用2号刀)的孔,分别用一把长度50mm直径20mm的1号刀(基准刀)和长度100mm直径10mm的2号刀加工。在该工件的加工过程中需要用两把不同的刀具,而此时机床已经设定了工件零点,当换刀加工另一个孔时,如果2号刀也从设定零点开始加工, 2号刀因为比1号刀长,所以会导致刀具和工件相撞。此时如果设定刀具补偿,把1号刀和2号刀的长度进行补偿,此时机床零点设定之后,即使是1号刀和2号刀长度不同,因补偿的存在,在调用2号刀工作时,零点Z坐标已经自动向Z+(或Z-)补偿了2号刀的长度,保证了加工零点的正确。具体的加工程序如下:(以主轴轴端作为起刀点,设置H01= 50mm,H02= 100mm,图2)
N10 G92 X0 Y0 Z0;
N20 G90 G00 X60.0 Y70.0 Z150.0;
N30 T01 M06;
N40 G43 Z-32.0 H01;
N50 G01 Z-53.0 F120;
N60 G04 P2000;
N70 G01 Z-32.0;
N80 X150.0 Y50.0;
N90 G01 Z-55.0 F120;
N100 G04 P2000
N110 G49 G00 Z-32.0;
N120 M00;
N130 G92 X0 Y0 Z0;
N140 G90 G00 X90.0 Y30.0 Z150.0;
N150 T02 M06;
N160 G43 Z-32.0 H02;
N170 G01 Z-70.0 F120;
N180 G04 P2000;
N190 G49 G01 Z-32.0;
N200 G00 X0 Y0 Z0;
N210 M30;
在上述程序中,我们不难发现,在编程中坐标值是完全按工件的轮廓尺寸编写的,而编程的零点并不是刀位点,那么为何在加工过程中没有发生撞刀呢?这是因为我们使用了刀具长度补偿指令G43,执行该指令后会使刀具的位置发生变化,那么我们应该如何使用这个指令呢?
二、刀具长度补偿指令的使用技巧
刀具长度补偿指令主要针对刀具轴向(Z方向)的补偿。它能使刀具在Z方向上的实际偏移量在程序给定值基础上增加或减少一个偏置量,由G43和G44两个指令实现。G43为刀具长度正补偿,G44为刀具长度负补偿。
1、 正负补偿及偏置量的确定
在长度补偿指令中出现了两个指令,那么在编程过程中应该如何使用这两个指令呢?对于正、负补偿指令,主要是根据Z轴的方向确定,如果刀具的刀位点在编程原点Z坐标的负方向上,则使用正补偿指令(G43),反之,则用负补偿指令(G44)。H为补偿功能代号,它后面的两位数字表示的是刀具补偿寄存器的地址字,寄存器中存放刀具长度的补偿值,那么补偿值应如何确定呢?一般有两种情况:一是以主轴轴端中心作为起刀点,则以刀具离轴端伸出的长度作为H中的偏置量;如果以标准刀的刀位点作为起刀点,则是以与标准刀的长度差值作为其偏置量。该值可以为正,也可以为负。如果刀具刀位点朝Z轴正方向运动是靠近编程零点位置,则用G43指令,H××中赋与正值,如果H××中赋与负值,就变成了G43指令的反方向补偿,即相当于指令G44。为了不混淆G43、G44的用法,我们通常都采用G43指令,而通过H××中补偿量的正负设定来达到G44的使用效果。
2、 长度补偿指令中刀具的位置变化
由于刀具的位置直接影响工件的加工,因此刀具的位置的变化就显得至关重要,那么在执行长度补偿指令后刀具的位置究竟会发生怎样的变化呢?在教材的编排中主要是通过公式的坐标值计算来理解刀具位置的变化。这一方法让学生在理解的过程中总是会出现一些偏差,而且用坐标的计算也相对来说比较的繁琐。我在教学过程中将坐标的变化转化为工件坐标系的变化,也就是将工件坐标系和刀具一起沿Z轴方向移动一个刀具长度补偿值。以G43指令为例,H××中的补偿值为正则Z轴正方向移动,反之则负方向移动。我们还是以图1中孔的加工来进行说明。当我们用1号刀加工孔①时,教材中的方法是执行G43后,起刀点
Z实际值=Z指令值+50= - 53+50= - 3mm,可以看到刀具在Z方向的每一个坐标都要计算之后才能知道刀具刀尖点的正确位置。在实际教学中,我将刀具和工件坐标系一起移动刀具的长度补偿值,建立新的坐标系XOZ′(见图3),把加工程序中的Z坐标值放在新的工件坐标系XOZ′上来处理,这样编程的起刀点就变为了1号刀的刀位点,从而,加工出符合要求的零件。综上所述,可以看出:以建立新坐标系的方法来处理刀具长度补偿,可以简化刀具长度补偿中的繁琐计算,学生在学习掌握时也容易理解和掌握。