刀具补偿功能的综合应用

第三节数控铣削加工平面凸轮零件的典型实例

教学目标

通过本章的深入讲解，使学生加深对数控铣床的了解，并能熟练掌握刀具半径补偿和刀具长度补偿具体应用，和凸轮零件的数控加工工艺运用。同时，对进一步巩固前章所学的编程知识，增强工程实践动手能力，提高综合加工实训能力。

具体要求

1. 了解程序停止（M00）、程序跳段的使用方法。

2. 熟练区分左刀具半径补偿和右刀具半径补偿。

3. 合理使用刀具半径补偿值分配粗、精加工余量。

4. 掌握平面凸轮零件的编程方法。

5. 正确完成调用子程序铣削工件。

实验条件

1．立式数控铣床。

2．零件图，见右图所示。

3．半精加工后的铝板一块（规格：110×80×10）。

4．强力夹头刀柄一套。

5．ф12mm键槽刀。

6．平口钳、垫铁、夹具。

7．游标卡尺。

教学重点、难点

使用刀具半径补偿时，正确选择好起始点、走刀路径，以及改变半径补偿值D完成粗、精加工。

学时安排

理论讲解、示范操作45分钟

教学内容

一、具半径补偿（G41、G42）的与含义

在轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径（如铣刀半径），刀具中心的运动轨迹并不等于所要加工零件的实际轮廓。也就是说，在数控铣床进行轮廓加工时，一般要考虑刀具半径。如下图所示，在外轮廓加工时，刀具中心需要偏移零件的外轮廓面一个半径值。这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。

使用刀具半径补偿功能，系统可以自动计算出偏离一定距离（称偏置）的刀具轨迹。它不但大大简化了编程，而且还可以很容易地调整加工轮廓尺寸。当然，对于特别简单的零件，也可以在加工程序中偏离轮廓一个刀具半径值来编程（不使用刀具半径补偿功能）。

根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓）前进方向左边时，称为左刀具补偿，简称左刀补，用G41表示；反之，则称为右刀补，用G42表示（如下图所示）；当不需要进行刀补时用G40表示。

二、刀具半径补偿的应用特点

1．避免计算刀具中心轨迹，直接用零件轮廓尺寸编程。

2．刀具因磨损、重磨、换新刀而引起的刀具半径改变后，不修改程序。

3．用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具补偿值，可进行粗精加工。

4．利用刀具补偿值，控制工件轮廓尺寸精度。

三、刀具半径补偿的建立和取消

刀补建立时，刀具从起点出发沿直线接近加工零件，根据G41或G42使刀具中心在原来的编程轨迹的基础上伸长或缩短一个刀具半径值。刀补取消时，在最后一段刀补轨迹加工完成后，应走一端直线撤消刀补，撤消刀补时应注意不能碰刀，如下图所示。

四、使用G41、G42和G40的说明

1. 刀具必须有相应的刀补号才能生效。

2. 只有在线性插补（G00，G01）时才可以进行选择或取消G41/G42和G40。

3. 正确选择起始点可以保证刀具运行不发生碰撞。

4. 加工窄槽、小于偏置量等零件时，应预先检查有无干涉现象，即刀具是否过切。

5. 加工小于刀具半径的内角的零件时，会产生过切。

五、内、外轮廓加工的走刀路线

下图为圆弧插补方式铣削外圆时的走刀路线图。当整圆加工完毕时，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多移动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面想碰，造成工件报废。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入、切出的原则，最好安排从圆弧过度到圆弧的加工路线

若刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出时，此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处，如右上图所示。

七、加工实例

如下图所示为平面简单凸轮零件，材料为10mm 厚铝合金板。

铣外圆的切入切出路线 铣内圆的切入切出路线

铣内轮廓的切入切出路

（一）工艺分析：

阅图可知，该零件由AB、BC、AF三圆弧及线段CD、EF构成，可采用ф20孔中心作为定位基准，通过螺栓螺母装夹。为保证加工精度，可使用改变刀具半径补偿值的方法，完成零件的粗、精加工。

为简化编程，可将先将凸轮的加工轮廓程序编出作为子程序，然后再加上左刀补（加工方向顺时针），调用该子程序进行粗加工（刀补值6.2），并通过再次改变刀具半径补偿值完成对该轮廓面的精凸轮轮廓的粗加工（刀具半径补偿值可设为6.2）。加工（刀补值6）。

（二）加工步骤：

1．开机、机床回参考点。

2．先用平口钳装夹夹具，再装夹工件。

3. 选用ф20mm孔做基准并找正。

4．设定零点偏置G54。

5．第一次调用子程序完成凸轮轮廓的粗加工（刀具半径补偿值可设为6.2）。

6．程序暂停（M00），测量尺寸。

7．重新加刀补，调用第二次子程序，完成凸轮的凸轮轮廓的粗加工（刀具半径补偿值可设为6.2）。

8．拆卸工件，修角倒棱，保养机床。

9. 按关机操作步骤正常关机。

（三）编程要点：

1. 预先进行数学处理选取工件坐标系，其原点选择在ф20孔中心线原点处。A、B、C、D、E、F各点的坐标计算如下：

A点：X0，Y50；B点：X0，Y-50；C点：X8.6603，Y-45；D点：X25.9808，Y-15；E点：X25.9808，Y15；F点：X8.6603，Y45。

2. 进刀点及进刀方法设置进刀线长20mm，进刀圆弧R20，退刀线长20mm，下刀点坐标X20、Y-90，左刀偏，深度进刀采用G01指令。

3. 完成一个加工循环后（调用完一次子程序），需提刀取消刀补。再次调用

子程序加工时，应重新加入刀补，以免发生碰刀事故。

4. 若加工中留余量，可将半径补偿值设大，如刀具的标准半径为3mm，当刀具参数设成3.1时，加工余量单边留0.1 mm。

（四）参考程序

主程序：

O9876

N01 G54 G90 G00 S1500 M03 D1 X0 Y0 Z25 ；

N02 G01 F800 X20 Y-90 ；（下刀点）

N03 G01 Z-7 ；（下刀）

N04 G41 F200 Y-70 ；（开始刀具半径补偿，刀补值为6.2）N05 M98 9875 ；（第一次调用子程序，）

N06 G40 G00 Y-90 ；（取消刀具半径补偿）

N07 X20 Y-90 ；（下刀点）

N08 G01 F800 Z-7 ；（下刀）

N09 G41 D2 F200 Y-70 ；（开始刀具半径补偿，调用D2刀补值）N10 M98 9875 ；（第二次调用子程序，）

N11 G40 G00 Y-90 ；（取消刀具半径补偿）

N12 G00 Z100 ；（Z向提刀）

N13 G01 X0 Y0 M05 ；（返回对刀点）

N14 M30 ；（程序结束）

子程序：

O9875

N01 G03 X0 Y-50 R20 ；（切入工件至B点）

N02 G02 X0 Y50 R50；（切削BA弧）

N03 G02 X8.6603 Y45 R10 ；（切削AF弧）

N04 G01 X25.9808 Y15 ；（切削FE直线）

N05 G02 Y-15 R30 ；（切削ED弧）

N06 G01 X8.6603 Y-45 ；（切削DC直线）

N07 G02 X0 Y-50 R10 ；（切削CB弧）

N08 G01 X-20 ；（切线方向切出）

N09 Z2 ；；（退刀）

N10 M99 ；