在數(shù)控加工時(shí)，時(shí)常會(huì)遇到使用同一把刀具對(duì)同一個(gè)工件進(jìn)行粗精加工的情況，但由于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)廠家的不同，在具體數(shù)控系統(tǒng)上的編程和操作有著很大的不同，其中特別具體數(shù)控系統(tǒng)上刀具補(bǔ)償及其設(shè)定的特定性常造成使用者的困惑，而目前一般的參考資料在此問題上基本沒有進(jìn)行區(qū)分說明。本文就此問題，綜合市場(chǎng)上主流的FAUNC與SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行比較說明，總結(jié)出其共性與個(gè)性，以供參考。

1 使用同一把刀具對(duì)同一工件進(jìn)行粗精加工的理論基礎(chǔ)

　　1.1 產(chǎn)生的原因

　　在數(shù)控銑削加工時(shí)，南于工廠的具體條件限制或者出于減少使用刀具數(shù)量而節(jié)省換刀時(shí)間以提高加工效率的需要，常會(huì)需要使用同一刀具對(duì)同一個(gè)工件進(jìn)行粗精加工的情況，由于使用的是同一把刀具，其切削刃的特征在機(jī)床的位置是固定的，而數(shù)控銑削加工編程時(shí)，又總是按照工件的最終輪廓進(jìn)行編程，這就需要在編程和操作時(shí)在深刻理解刀具補(bǔ)償?shù)脑淼幕A(chǔ)上對(duì)同一把刀具的粗精加工的參數(shù)進(jìn)行區(qū)分。

　　1.2 銑削類刀具補(bǔ)償?shù)幕驹?/span>

　　在數(shù)控銑削類編程中需要進(jìn)行刀具補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱刀補(bǔ)。一般銑刀的刀補(bǔ)可分為刀具半徑補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償?shù)?。由于使用的刀具半徑長度等不同，岡此在不具備刀補(bǔ)自動(dòng)補(bǔ)償功能的數(shù)控系統(tǒng)中，編程極為不便，而目前絕大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)均已具備了刀具補(bǔ)償功能，在這些數(shù)控系統(tǒng)中，可以直接按加工工件的輪廓尺寸編程，系統(tǒng)使用刀補(bǔ)功能進(jìn)行自動(dòng)的計(jì)算處理，從而使編程大大簡(jiǎn)化，但是不同的數(shù)控系統(tǒng)在具體實(shí)現(xiàn)上常有著很大的區(qū)別，這就要求編程人員必須掌握典型數(shù)控系統(tǒng)刀補(bǔ)功能的正確的不同的合理的使用方法。

　　1.3 數(shù)控銑刀的半徑補(bǔ)償

　　數(shù)控銑床是通過程序控制主軸旋轉(zhuǎn)中心即刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡，而安裝在主軸上的銑刀具有一定半徑，所以在銑削時(shí)，刀具中心的軌跡與工件輪廓會(huì)不重合。當(dāng)代主流系統(tǒng)一般均具備刀具半徑補(bǔ)償功能，編程時(shí)只需要按照實(shí)際的工件輪廓線進(jìn)行編程，將補(bǔ)償?shù)毒叩闹睆?或半徑)存儲(chǔ)在相應(yīng)的刀具參數(shù)庫里，數(shù)控系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)計(jì)算刀具中心軌跡坐標(biāo)，使刀具偏離工件輪廓一個(gè)半徑值，進(jìn)而完成不同尺寸要求的工件加工。

　　刀具半徑補(bǔ)償方向的判斷方法一般法則：沿垂直于刀補(bǔ)平面的第三坐標(biāo)正方向的反向觀察，順著刀具前進(jìn)方向看去，刀具位于工件加工輪廓左側(cè)時(shí)為刀具半徑左補(bǔ)償G41，反之刀具位于工件加工輪廓右側(cè)時(shí)為刀具半徑右補(bǔ)償G42。需要特別指出的是孔加工類刀具如鉆頭、鉸刀不需要考慮刀具半徑補(bǔ)償，因?yàn)榭准庸さ牡毒叩陌霃骄褪撬庸た椎某叽纭?/span>

　　1.4 數(shù)控銑刀的長度補(bǔ)償

　　由于在加工時(shí)使用的不同刀具相對(duì)于主軸裝刀基準(zhǔn)面伸出的長度不同，所以數(shù)控系統(tǒng)除具有刀具半徑補(bǔ)償功能外，還需要具有刀具長度補(bǔ)償功能。目前設(shè)置刀具長度補(bǔ)償值的方法主要有機(jī)內(nèi)試切法、機(jī)內(nèi)對(duì)刀法和機(jī)外對(duì)刀法等。較好的方法是采用機(jī)外對(duì)刀法，可以減少占機(jī)時(shí)間。但是所有刀具長度補(bǔ)償值必須在機(jī)床開始加工以前進(jìn)行測(cè)量并輸人到該刀具對(duì)應(yīng)的機(jī)床補(bǔ)償參數(shù)表中，通過程序中的刀具長度補(bǔ)償功能指令的調(diào)用，數(shù)控系統(tǒng)可以根據(jù)輸入補(bǔ)償量來調(diào)整刀具Z軸的實(shí)際運(yùn)行軌跡，從而加工出符合要求的零件。

2 基于不同數(shù)控系統(tǒng)同一把刀具粗精加工償功能實(shí)現(xiàn)

　　2.1 加工圖樣

　　由于復(fù)雜的零件程序長度相應(yīng)較長，為簡(jiǎn)化程序，現(xiàn)以一簡(jiǎn)單工件的加工為例，工件的簡(jiǎn)單并不影響問題的說明。假設(shè)有一毛坯為104×104×13(mm)的矩形鋁件，需要加工成如圖1所示具有100×100×2(mm)凸臺(tái)的工件，要求使用同一把直徑為10 mm的立銑刀刀進(jìn)行粗精加工，精加工余量為0.2 mm，編程中心選擇在工件上表面的幾何中心處。

　　2.2在FANUC 0i數(shù)控銑削系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

　　日本FANUC公司是世界上最大的專業(yè)生產(chǎn)數(shù)控裝置和機(jī)器人、智能化設(shè)備的著名廠商。FANUC數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)人中國市場(chǎng)較早，目前有多種型號(hào)的產(chǎn)品在廣泛使用，其中文譯名一般為發(fā)那科。FANUC數(shù)控系統(tǒng)各型號(hào)間編程與操作界面的同一性較好，目前較為廣泛使用的有FANUC 0i、FANUC 16i、FANUC 18i、FANUC 2Ii等型號(hào)。其中FANUC 0i銑削數(shù)控系統(tǒng)更是我國連續(xù)多年市場(chǎng)占有率最高的數(shù)控系統(tǒng)之一。

　　在加工之前，首先選擇合適的裝夾方式對(duì)毛坯進(jìn)行夾緊定位，對(duì)于此例可采用精密臺(tái)虎鉗進(jìn)行裝夾并使用百分表找正工件，接著安裝刀具并進(jìn)行對(duì)刀操作，通過對(duì)刀的方式找到工件上表面的幾何中心處在機(jī)床中的位置并存人G54工件坐標(biāo)系中，如圖2所示，其中在XY平面的對(duì)刀的方法一般選用偏心式尋邊器或者光電式尋邊器來輔助設(shè)定，z軸的對(duì)刀方法一般采用切削刀具加z軸設(shè)定器的方法進(jìn)行設(shè)定。接著將刀具的半徑和長度補(bǔ)償值輸人到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器在CRT上顯示。本例只用一把直徑為10 mm的立銑刀對(duì)毛坯輪廓進(jìn)行粗精加工，如圖3所示為按下OFFSET SETFlNG后在CRT上顯示設(shè)定后的刀具半徑和長度補(bǔ)償界面。1號(hào)補(bǔ)償器的半徑D為5 mm表示選用半徑為5 mm的刀具進(jìn)行加工，磨耗值D為0.2mm意義為下一步精加工在X、Y方向各預(yù)留0.2 mm加工余量，長度磨耗H值為0．2 mm意義為下一步精加工在z方向預(yù)留0.2mm加工余量。2號(hào)補(bǔ)償器的半徑仍為5 mm表示選用的刀具半徑補(bǔ)償和1號(hào)補(bǔ)償器刀具半徑相同。

　　2.3 在SIEMENS 802S／C數(shù)控銑削系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　西門子集團(tuán)公司旗下的數(shù)控系統(tǒng)主要有SINUMERIK 802S、802C、802D、810D、840D等。其中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 802S和普及型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 802C使用較為廣泛而且有著基本相同的操作界面。

　　在配備有SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工前的工件裝夾和對(duì)刀工作與配備FANUC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床操作原理和步驟上基本相同，但工作界面和設(shè)定方法有很大區(qū)別，SINUMERIK與FANUC數(shù)控系統(tǒng)雖然都遵循國際規(guī)定的刀補(bǔ)原理，但在刀補(bǔ)的具體實(shí)現(xiàn)上卻有很大不同。主要表現(xiàn)在：一是SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)雖然沒有G43、G44長度補(bǔ)償指令卻同樣可以實(shí)現(xiàn)不同長度刀具的長度補(bǔ)償，二是SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)每一個(gè)刀具可以匹配多個(gè)不同的刀具補(bǔ)償值，一般為9個(gè)，分別用D1、D2、D3等等表示，Do表示取消刀補(bǔ)。刀具一旦被調(diào)用，如果沒有編寫D指令，則D1自動(dòng)生效，刀具長度補(bǔ)償也會(huì)立即生效，但刀具半徑補(bǔ)償必須和G41／G42一起執(zhí)行。　　

1號(hào)刀具的1號(hào)刀補(bǔ)界面，半徑幾何尺寸填人5 mm，磨損值填人0.2 mm意義為精加工在x、Y方向各預(yù)留0．2姍精加工余量，長度1幾何尺寸就對(duì)應(yīng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)刀具的長度補(bǔ)償，如填人正值表示其比基準(zhǔn)的刀具長，則執(zhí)行的z的實(shí)際位移為指令Z位移減去其中數(shù)值，同理如填入負(fù)值表示其比基準(zhǔn)的刀具短．則執(zhí)行的z的實(shí)際位移為指令Z位移加上其中數(shù)值的絕對(duì)值，圖5中1號(hào)刀具長度1磨損值為0.2 mm意義就是為精加工z方向預(yù)留0.2 mm加工余量。圖6為1號(hào)刀具2號(hào)刀補(bǔ)界面，半徑幾何尺寸填入5姍，其余皆為0，供精加工使用。在SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)中每一把刀具都有其專屬多個(gè)的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器并且互相沒有關(guān)系，分別用Dl、D2、D3等表示。所以，若使用同一把刀具做粗精加工，就可以在程序中同時(shí)出現(xiàn)調(diào)用同屬于T1號(hào)刀具的兩個(gè)具有不同數(shù)值的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器D1、D2的情況。

3 結(jié)束語

　　目前國際上一般采用兩種數(shù)控編程標(biāo)準(zhǔn)，ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)及EIA美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。但是該標(biāo)準(zhǔn)制定的時(shí)間較早，其中所規(guī)定的指令已跟不上數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，所以各個(gè)數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠家在基于此標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床上開發(fā)出自己新的指令和設(shè)定方法，因此不同數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼、格式及其含義不完全相同，因此在使用刀具補(bǔ)償時(shí)必須按所用數(shù)控設(shè)備編程手冊(cè)規(guī)定進(jìn)行。

　　由此例可知，SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)中的刀具補(bǔ)償器與FANUC數(shù)控系統(tǒng)中的刀具補(bǔ)償器意義是不同的，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中的DSb償器僅僅指的是刀具半徑和磨損補(bǔ)償值，而且其D和H補(bǔ)償器都是共用的，一般刀具號(hào)碼對(duì)應(yīng)相應(yīng)的補(bǔ)償號(hào)碼，如Tol一般對(duì)應(yīng)的是D01、H01，即Txx一般對(duì)應(yīng)的是Dxx、Hxx。但如果需要FANUC系統(tǒng)使用同一把刀具對(duì)工件進(jìn)行粗精加工則可以使用例子程序中的T01 D01，T01 H01，T01 D02，T01 H02這種情況，但是一般在同一個(gè)程序中不可以出現(xiàn)T01 D01，T01 H01，T02 D01，T02 H01這種情況，這樣T01和T02將共用相同的半徑和長度補(bǔ)償，即要求兩個(gè)刀具在主軸上具有完全相同的長度和半徑特征，事實(shí)上由于數(shù)控銑刀在數(shù)控機(jī)床主軸上的安裝特點(diǎn)一般無法安裝出相對(duì)于主軸具有相同長度特征的刀具。而SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)中的D補(bǔ)償器不僅包含刀具半徑和磨損補(bǔ)償值，還包含刀具長度和磨損補(bǔ)償值，因此在SINUMERIK系統(tǒng)中不需要G43、G44長度補(bǔ)償指令也可以實(shí)現(xiàn)不同長度刀具的長度補(bǔ)償。并且SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)中每一把刀具都有其專屬多個(gè)的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器D1、D2、D3等。所以，在若在SINUMERIK數(shù)控系統(tǒng)需要使用同一把刀具做粗精加工，就可以在程序中同時(shí)調(diào)用屬于該刀具的兩個(gè)具有不同數(shù)值的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器如D1、D2可實(shí)現(xiàn)。