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刀尖圆弧在数控车床加工中的影响


1 引言
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

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。  

3 误差的消除方法

     
  1. 方法1:改变编程尺寸  
    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SR10-0.04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:   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 … 

     
  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。
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