基于刀具半径补偿的让刀量补偿

摘要:给出了一种基于刀具半径补偿的让刀量动态补偿方法,实践证明该方法可有效地提高零件的加工精度,防止废品产生。

在精密数控加工中,当数控插补方法确定后,影响加工精度的主要因素之一就是加工工艺系统的刚度,刚度不足,造成让刀,从而引起加工误差。因此,
数控编程时,不仅要考虑刀具的半径补偿,还应考虑由于刀具受力引起的让刀量补偿。本文给出了一种考虑刀具半径补偿的动态补偿让刀量的方法,并已成功运用于某厂真空泵转子的曲面加工中。

1 刀具的半径补偿

加工工件廓形时,所用的刀具,总有一定的刀尖圆弧半径,这是精密加工中必须考虑的因素,所以刀具圆弧中心的运动轨迹不是工件的真实廓形L
1,而是它的等距线L2。因此就要按照工件廓形的等距线编程(图1)。

图1 刀尖圆弧半径及等距线
图2 等距线

设工件廓形线为l,刀具圆弧半径为r,让l上每一点沿l在这点的法线方向移动一段距离r,得到新的点,这些新点的轨迹l
e称为l的等距线,亦即刀尖圆弧中心的轨迹。如图2所示,l为已知曲线,p是其上任意点,它的单位法线向量为n,法线上取长度等于r的点为pe,当点p沿曲线移动时,法线向量的方向随之变动,每一条法线上的点pe的联线le就是l的等距线。显然,在n的负方向也取一点,则此点形成的曲线也是曲线l 的等距线。le在曲线l的外侧时称为外等距线(加工凸面),le在l的内侧时称为内等距线(加工凹面)。
设曲线l 的方程为
s=[f(t),g(t)],在图示p点的情况下,p点的切线斜率为 tga=dy=dy/dt=g(t)dxdx/dtf(t)(1)
由式(1)得 cosa=1=f(1+tg
2a)½(f2+g2)½sina=tga=g(1+tg2a)½(f2+g2)½(2)
由图2可知,法线单位向量
n的坐标分量为 {n
x=-sinany=cosa(3)
根据等距线的定义,刀尖圆弧中心的轨迹为 {x
e=x+rnxye=y+rny(4)
将式(2)、(3)代入得 x
e=xrg(f2+g2)½ye=y±rf(f2+g2)½(5)
式(5)即为刀具半径补偿公式,加工凸面时,取上面的符号,加工凹面时,取下面的符号。

2 让刀量的补偿

当刀具切削工件时,由于受切削力的作用,实际的加工位置与理论位置存在着一定的差距,这个差距我们称它为让刀量。数控编程时应对让刀量进行补偿,以提高加工精度。
作为特例,我们先分析加工圆弧的情况。如图3所示,大圆表示工件,三个小圆表示刀具的三个不同位置,假定由A向C加工ABC 弧,刀具在各点的受力情况如下 A点{F
x=FB点{Fx=FsinaC点{Fx=0Fy=0Fy=FcosaFy=F
设X
max为X向的最大让刀量,Ymax为Y向的最大让刀量,则A 、B、C 各点的让刀量为 A点{XA=-XmaxYA=0(6)B点{XB=-XmaxsinaYB=Ymaxcosa(7)C点{XC=0YC=Ymax(8)
X
max和Ymax可通过测量特殊点获得(如测量A点和C点的让刀量)。X为正值表示向X轴正向让刀,反之,表示向X轴负向让刀:Y为正值表示向Y轴正向让刀,反之,表示向Y 轴负向让刀(下同)。注意,X、Y的正负还与a有关。由式(2)可知,AC弧任意点的让刀量为 Xi=Xmaxsina=-Xmaxg(f2+g2)½Yi=Xmaxcosa=Ymaxf(f2+g2)½(9)
作为更普遍的例子如图4 所示,P
0点为曲线上便于测量让刀量的一点。一般情况下,总能找到这样的一点。其让刀量满足下列关系 {X0=-Xmaxsina0Y0=Ymaxcosa0(10)
P
e为曲线l上任意点,则在该点的让刀量,满足 {Xe=-XmaxsinaYe=Ymaxcosa(11)
由式(2)、(10)、(11)可得,曲线, 上任意点的让刀量为 X
e=X0g=X0·g·(f02+g02)½sina0(f2+g2)½g0(f2+g2)½Ye=Y0fY0·f·(f02+g02)½cosa0(f2+g2)½f0(f2+g2)½(12)

图3 加工弧ABC时的受力情况
图4 一般曲线的让刀量计算

由式(12)可见,只要知道特定点P
0的坐标值(X0,Y0)及其在该点的让刀量,就可求得任意点的让刀量。X0、Y0、X0、Y0可测量得到,因此Xe、Ye可求。

3 结语

本文所阐述的方法,在让刀量的计算方面具有如下优点:(1)考虑了刀具半径补偿的影响:(2)采用了动态补偿方法:(3)便于理解和计算。但此方法必须测量一特定点的让刀量,且其精度受测量误差的影响。

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