刀尖圆弧在数控车床加工中的影响

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图1

图2

1 引言

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在数控车床使用过程中，为了降低被加工工件表面的粗糙度，减缓刀具磨损，提高刀具寿命，通常将车刀刀尖刃磨成圆弧形，圆弧半径一般在0.4～1.6mm之间。使用有刀尖半径补偿功能(G41、G42)的数控车床，只要在加工程序中直接按工件尺寸编程，就不会因为刀尖圆弧引起加工误差；而无此功能的数控车床，加工中就会受到刀尖圆弧的影响，严重时，会造成工件超差报废。现就图1所示工件中SR10_-0.04球面的加工来讨论这个问题。

2 加工误差分析

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在经济型数控车床的使用中，我们通常采用试切法对刀，这样，加工程序所描述的刀位点是P 点(图2)，而实际参加切削的是刀尖圆弧(此处刀尖圆弧半径为0.4 mm)而并非P点，因为这个P点实际不存在。所以，加工程序所描述的P 点的轨迹与实际加工轮廓之间存在不同程度的误差。但在车削外圆、内孔及端面时，这个误差为零。而在加工弧面和锥面时，这个误差就很明显。SR10_-0.04球面的加工误差分析见图2。图中，M线为加工程序所描述的P点的轨迹，即工件的理想尺寸，而实际加工后的轮廓是N线，阴影就是少切削的实体部分，即加工误差。我们利用CAXA电子图版中的“ 元素属性查询”功能，查得N线是一段半径为9.6mm的圆弧，最大误差约为0.17mm，如果这个误差在公差范围内，我们可以忽略它，否则我们就要采取措施去消除它。 : Y( P) W0 d; b1 _0 U5 n

3 误差的消除方法

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1. 方法1：改变编程尺寸 0 j' `' N% r- S& x1 ?1 Q
   编程时，调整刀尖的轨迹，使得圆弧形刀尖实际加工轮廓与理想轮廓相符。以SR10<sub>-0.04</sub>球面加工为例，编程时我们只需将精车程序段做如下改动即可： % ?1 G/ |# v' \' i6 B4 T3 _5 ^& \7 w% K* T1 k/ i! `1 `* ` @4 |" J3 Q8 N+ B. D& ?- Y! S9 V6 `3 S: J1 k2 [

   改变前	改变后
   … N100 G00 X0 Z50 N105 G03 X10 Z42 R10 FO.1 …	… N100 G00 X0 Z50 N105 G03 X10 Z42 R10.4 FO.1 …

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2. 方法2：以刀尖圆弧中心为刀位点编程
   步骤如下：绘制工件草图→以刀尖圆弧半径r 和工件尺寸为依据绘制刀尖圆弧运动轨迹→计算圆弧中心轨迹特征点→编程。在这个过程中刀尖圆弧中心轨迹的绘制及其特征点计算略显麻烦，如果使用CAD软件中等距线的绘制功能和点的坐标查询功能来完成此项工作，则显得十分方便。另外，采用这种方法加工时，操作者要注意以下两点：1)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 值相符；2)对刀时，要把r 值考虑进去，即：如果对刀得到的刀补值为x(X轴)和y(Z轴)，则实际应该输入的刀补值为x-2r 和y-r。

4 结语

本文主要是以外缘凸弧的加工为例进行讨论的，其它类型的弧面、锥面也存在类似的问题，本文不再赘述。