數(shù)控車床刀尖半徑補償?shù)脑砗蛻?yīng)用介紹

1、數(shù)控車床刀尖半徑補償?shù)脑砗蛻?yīng)用介紹數(shù)控車床刀尖半徑補償?shù)脑砗蛻?yīng)用分析(2011-11-07 19:39:41)標簽： 分類工程技術(shù)雜談?wù)悍治隽藬?shù)控車削中因刀尖圓弧產(chǎn)生誤差的原因，介紹了糾正誤差的思路 及半徑補償?shù)膮[作原理,明確了半徑補償?shù)母拍?。結(jié)合實際，系統(tǒng)介紹了刀具半 徑補償?shù)膽?yīng)用方法，及使用中的注意事項。Abstract: Analyzed the errors reason in numerical control turning because of arc of cutting tool, introduced the correction errors mentality

2、and the radius compensation principle of work, cleared about the radius compensation concept. Union reality, introduced the cutting tool radius compensation application method, and in use matters needing attention.關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；假想刀尖；半徑補償；程序輪廓：原理：應(yīng)用；Key word: CNC lathe； immaginary cutting tool point; radi

3、us compensation; procedure outline; principle; using1、前言在數(shù)控車床的學(xué)習(xí)中，刀尖半徑補償功能，一直是一個難點。一方面，由于 它的理論復(fù)朵，應(yīng)用條件嚴格，讓一些人感覺無從下手；另一方面，山于常用的 臺階軸類的加工，通過兒何補償也能達到精度要求，它的特點不能有效體現(xiàn)，使 一些人對它不夠重視。事實上，在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，刀尖半徑補償，對于提高工 件綜合加工精度具有非常重要的作用，是一個必須熟練掌握的功能。2、刀尖圓弧半徑補償?shù)脑?1) 半徑補償?shù)脑蛟趯W(xué)習(xí)刀尖圓弧的概念前，我們認為刀片是尖銳的，并把刀尖看作一個點, 刀具之所以能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜輪廓的

4、加工，就是因為刀尖能夠嚴格沿著編程的軌跡進 行切削。但實際上，U前廣泛使用的機夾刀片的切削尖，都有一個微小的圓弧， 這樣做，既可以提高刀具的耐用度，也可以提高工件的表面質(zhì)量。而且，不管多 么尖的刀片，經(jīng)過一段時間的使用，刀尖都會磨成一個圓弧，導(dǎo)致在實際加工中， 是一段圓弧刃在切削，這種情況與理想刀尖的切削在效果上完全不同。9/11圖1圖1(a)中，刀片圓弧兩邊延長線的交點(D),我們稱之為理想刀尖，也就 是說，如果刀片沒有磨損，它的刀尖的理想形狀應(yīng)是這樣。如果進行對刀，以確 定刀具的偏置值(也叫兒何補償值)，X軸和Z軸兩個方向的對刀點正好集中于 理想刀尖上。這種情況下，系統(tǒng)會以這個刀尖進行輪廓

5、切削。圖1(b)中，如果刀 尖磨圓了，則對刀時，X軸和Z軸兩個方向的對刀點分別在X軸和Z軸方向上 最突出的A點和B點上，這時，數(shù)控系統(tǒng)就會以A點和B點的對刀結(jié)果綜合確 認一個點作為對刀點，比如，對刀結(jié)果為：A點，X=-130, B點，Z=-400,則 對刀點坐標為(-130, -400),這正是與A點和B點相切的兩條直線的交點(C), 我們稱之為假想刀尖。而系統(tǒng)正是以這個假想刀尖作為理論切削點進行工作的。 也就是說，刀尖磨圓后，只是假想刀尖沿著編程輪廓的軌跡進行運動。但山于假 想刀尖與實際的圓弧切削刃之間有一個距離，導(dǎo)致刀具實際切削效果如圖2所 zFoblogificLCOffLcri/zin

6、chzfi圖2圖2中，在端面車削和外圓車削時，切削效果不受影響。因為在這兩種情 況下，系統(tǒng)執(zhí)行的是單坐標，刀尖最突出的的切削點（A點和B點）是對刀點, 它們分別與對刀的結(jié)果（兒何補償）一致。但對于圖中的錐面部分（CD段）， 是假想刀尖沿著輪廓運動，實際圓弧切削刃與程序輪廓與有一個距離AL,會造 成固定欠切的余量（圖中陰影部分），導(dǎo)致錐面直徑的尺寸偏大。對于圓弧加工, 它形成的結(jié)果更復(fù)雜一些，形成的欠切余量隨著輪廓位置的變化而變化。如圖 3所示。欠切余昴山上可見，刀尖圓弧的存在，對于工件中的錐面和圓弧的尺寸精度是有較 大影響的。而且刀尖圓弧半徑越大，加工誤差越大。而刀尖半徑補償，正是基于 這一現(xiàn)

7、象而提出的解決措施。(2) 半徑補償量與補償方向圖2中，我們發(fā)現(xiàn)刀具切削得到的實際輪廓與程序輪廓有AL的距離，從 理論上講，將切削刃向程序輪廓靠近一個AL的距離，就可以解決欠切現(xiàn)象。但 如果山系統(tǒng)計算實際輪廓與程序輪廓相應(yīng)點之間的距離并實時糾正，對于錐面， 還相對簡單，但對于圓弧來說，就太麻煩了，因此不可行。而且從數(shù)控系統(tǒng)的工 作原理來看，刀架的運動必須依靠地址指令的變化來實現(xiàn)，也就是說，我們必須 要將糾正輪廓誤差的思路變成系統(tǒng)可以實現(xiàn)的動作：即給出新輪廓的起點坐標和 終點坐標，讓系統(tǒng)按照新的輪廓程序進行工作。如圖4如圖4, CD為原始程序輪廓，未補償時，假想刀尖沿著CD運行，結(jié)果形 成了 E

8、F的實際輪廓，造成了欠切?，F(xiàn)在，如果將程序起點從C移至A,終點從 D移至B,這樣，假想刀尖將沿著AB的軌跡運行，而實際切削刃正好與程序輪 廓相切，基本切出了符合程序要求的輪廓來。圖中，AB段是CD程序段向右平 移AZ的距離后得到的，可以求出：AZ = rl-ctg (p/2),其中，卩為錐面的傾斜角，r為刀尖半徑。如果C、D點的坐標分別為(xl, zl)、(x2, z2),則A、B兩點的坐標分別 為：(xL zl-AZ)、(x2, z2-AZ)o這樣刀尖只需按A、B點運動，即可達到錐面欠 切補償?shù)腖1的。X然，在實際中的坐標訃算，還要考慮與之相連的線段與它構(gòu)成 的拐角，及其兼顧兩邊的處理方法。

9、、"|假想刀尖按新的軌跡AB運行時，刀尖圓弧的圓心O正好與程序軌跡保 持一個半徑的距離。所以，所謂刀尖半徑補償，不是說讓刀尖向輪廓方向移動一 個半徑的距離，而是讓刀尖的圓弧中心始終保持在與程序段輪廓一個半徑距離的 位置上。對于工件中圓弧的加工也是依此原理進行的，即按照一個新的圓弧段進行 切削，以確保程序圓弧不欠切或過切，達到精度要求。另外，我們發(fā)現(xiàn)，在計算偏移距離AZ = rl-ctg（p/2）的公式中，是以刀尖 圓弧的半徑r和程序段的傾斜角為依據(jù)的，其中的傾斜角是系統(tǒng)根據(jù)程序段的坐 標計算出來的，而刀尖圓弧半徑則是人匸輸入到參數(shù)表中的，系統(tǒng)并不檢驗這個 半徑的真實性。這樣，我們就可

10、以按需要，靈話確定刀尖半徑的大小，以調(diào)整刀 具與工件輪廓的距離。這一特點可以用在粗、精加工的工序中。比如，某一把刀 的刀尖圓弧實際半徑為0.4mm,我們設(shè)計給精加丄留0.2mm的余量（半徑值）， 在粗加工前，將刀尖半徑值調(diào)整為0.4+0.2 = 0.6mm,則進行粗加工時，刀尖圓 弧中心將距離工件輪廓0.6mm的距離。粗加工完成后，輪廓余量正好為0.2mm（半徑值）。然后，將刀尖半徑改回為0.4mm,重新執(zhí)行程序，進行精加工（可 能需調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速），這時刀尖圓弧中心與匸件輪廓距離0.4mm,與實際半徑值 一樣，可以將精加工的余量一次車削掉。也就是說，我們不必改變程序，只是通 過修改刀尖半徑值，

11、直接執(zhí)行原來的程序，就可以達到粗、精加工的LI的。這是 一種非常靈活的應(yīng)用方法。（3）對刀的方向與假想刀尖號圖4中，為了補償錐面欠切的余量，系統(tǒng)會讓刀尖向兩個坐標軸的負方向 移動，這是山刀尖的切削方向與圓弧中心的位置關(guān)系決定的。雖然說采用半徑補 償，可以加工出準確的軌跡形狀，但若刀具選用不正確，如左偏刀換成右偏刀， 那么采用同樣的刀補算法就不能保證加工的準確性。這就引出了刀尖方向的概 念。車刀刀尖的方向是從刀尖圓弧中心O看假想刀尖的方向，具體的選用山刀 具切削時的方向決定。在西門子802D系統(tǒng)中，為了反映了切削刀具的方向，對不同偏向的假想刀 尖都進行了編號，共有9 （T1T9）種設(shè)置，表達了

12、9個方向的位置關(guān)系，其中, T9是刀尖圓弧中心與假想刀尖點重疊時的悄況，此時，機床將以刀尖圓弧中心 為刀位點進行計算補償。在半徑補償時，需要在刀具參數(shù)中輸入刀尖編號，以使 系統(tǒng)能夠根據(jù)刀尖半徑的矢量計算，判定刀具偏移的方向，否則，可能會出現(xiàn)不 合要求的過切和欠切現(xiàn)象。在不同坐標系（前置刀架與后置刀架）中，同一刀尖 號表示的刀尖方向不一定相同。圖5所示為前置刀架的刀尖號設(shè)置與相應(yīng)的刀具 類型。blogineL.cofrLQfi/zinchzh圖53、半徑補償?shù)姆椒?1)補償參數(shù)的設(shè)置圖6為西門子802 D的刀補界面，各個參數(shù)根據(jù)刀具的形狀和安裝位置設(shè) 定。對于新安裝的機夾刀片，半徑可以查閱刀片的

13、相關(guān)參數(shù)，直接輸入。如果無 據(jù)可查，最好手丄佔算一下，但開始半徑不要定的太小，如果設(shè)定值小于實際值, 可能會造成最后車出的實際尺寸小于輪廓要求。對于錐面或圓弧加工過程中出現(xiàn) 的偏差，可以通過車削后，測量工件實際尺寸，輸入半徑磨耗或修改半徑值，以 進行補償調(diào)整。刀具補償數(shù)據(jù)1 切削沿有效刀具號1T DZ幾何思損阿畏度1底度2 半徑底度1長度2 半徑勺 1 92 13 1-130.0140喚0.0000-0000叔3I10.0000.0000.0000.0000.0000.0000-0000.0000.0000.0000.0000000刀具號Z軸長度補償X長度磨耗半徑磨耗X軸長度補信刀尖圓弧半徑Z

14、長度磨耗刀尖號圖6(2)刀補的加入和刀具的兒何補償不一樣，在刀具參數(shù)中，即便刀尖半徑已經(jīng)賦值，但系 統(tǒng)在調(diào)用刀具補償號時，不會自動執(zhí)行半徑補償，必須有相應(yīng)的指令才能執(zhí)行。 一般是在補償前的程序段中，加入G41或G42指令。需要注意的是，應(yīng)用刀補 指令，必須根據(jù)刀架位置、刀尖與丄件相對位置來確定補償方向，這和圓弧插補 指令G02、G03 -樣，也是依據(jù)第三坐標軸的方向判定的。如圖7。G41：面對Y軸負方向指向的平面，沿刀具運動方向看，刀具位于工件左 側(cè)時，稱為刀具半徑左補償。G42：面對Y軸負方向指向的平面，沿刀具運動方向看，刀具位于工件右 側(cè)時，稱為刀具半徑右補償。后置刀架而胃丿J架blogi

15、nELorfLcn/zinchzh圖7在使用第三軸判斷刀補方向是一件困難的事，為了方便，我們可以這樣記 憶：后置刀架，所見即所得（看到的是左補償，用G41,看到的是右補償，用G42）：前置刀架，所見非所得（看到的是左補償，用G42看到的是右補償，用G41）（3）補償?shù)姆绞胶吐窂浆F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行的是C型補償方式。當?shù)毒邎?zhí)行半徑補償時，系統(tǒng)會一 次預(yù)讀兩個程序段，根據(jù)兩個程序段交點連接的情況訃算出相應(yīng)的運動軌跡后， 再依次執(zhí)行各個程序段。如果是單段運行，會按預(yù)讀計算的軌跡在第一個程序段 的終點處暫停。如果是連續(xù)運行，先按預(yù)讀的兩個程序段的訃算結(jié)果，執(zhí)行第一 個程序段，同時再預(yù)讀第三個程序段，然后按

16、照第二、第三程序段的計算結(jié)果， 執(zhí)行第二程序段，同時，再預(yù)讀第四程序段，依此順序完成所有程序段的執(zhí)行工 作。由于采用了提前預(yù)讀模式，因此，在輪廓控制上很精確。刀尖半徑補償分為三個步驟：刀補建立、刀補進行、刀補取消。從無補償 方式到建立G41或G42指令，稱為刀補建立。刀補進行是刀具按照半徑補償?shù)?設(shè)定方式執(zhí)行工件加工的過程。當設(shè)定的補償工作完成后，用G40指令退出補 償為刀補取消。圖8為刀補連續(xù)工作的一個例子。圖8從圖8可以看出，在不同程序段的連接處，系統(tǒng)對刀具中心的軌跡采取了不同的 處理方式，以確保連接處的補償方式科學(xué)合理。實際上，針對刀具半徑補償，現(xiàn) 代數(shù)控系統(tǒng)考慮了多種連接方式，有直線-

17、直線，直線-圓弧，圓弧-直線，圓弧 -圓弧等，并根據(jù)連接角度的不同，設(shè)訃了不同的補償算法。這些工作對于充分 發(fā)揮半徑補償?shù)墓δ?，更精確地控制程序輪廓的加工，提供了充分的技術(shù)保證。盡管現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)已具備了強大的處理運算能力，但在半徑補償方面，我 們?nèi)孕枰⒁庖恍﹩栴}，并嚴格按照規(guī)定執(zhí)行。1、半徑補償只能在G00或G01的運動（非切削段）中建立或取消，即G41、 G42只能和G00或G01 一起使用，不能是圓弧指令G02或G03。補償應(yīng)加在切 入工件的前一程序段中。在補償建立和補償運行過程中，應(yīng)避免出現(xiàn)非移動指令（如輔助指令）的程序段，因為在處理兩個及以上此類的程序段時，刀尖中心會 移到前一程序段

18、終點并垂直于該程序段路徑的位置。這樣會破壞對連續(xù)程序段拐 角的處理模式。2、G41和G42是模態(tài)指令，在刀補執(zhí)行完成后,應(yīng)肖用G40指令取消補償, 否則，再次調(diào)用刀具時，刀具軌跡會偏離一個刀尖半徑值，會引起后續(xù)刀補的訃 算錯誤。在半徑補償?shù)某废麜r，也應(yīng)安排在刀具切出工件后。、"I程序執(zhí)行M30 指令時，刀補取消。3、進行半徑補償后，刀具路徑應(yīng)肖是單方向遞增或遞減，比如，用G42指 令后，刀具是向Z軸負方向連續(xù)切削，這期間就不能向Z軸正方向移動。如必 須向正方向移動，需要取消半徑補償，進行換刀或重新設(shè)置補償方式。4、刀尖半徑R值不能輸入負值，否則運行軌跡會出錯。5、在使用半徑補償精加工

19、時，應(yīng)注意，當?shù)毒甙霃酱笥谒庸さ?1件內(nèi)輪 廓拐角，刀尖直徑大于所加匸的溝槽，刀具半徑大于所加工的臺階時，會產(chǎn)生過 切現(xiàn)象，因此在加工前應(yīng)核對刀補參數(shù)與匸件特殊環(huán)節(jié)的匹配。6、在MDA方式下不能執(zhí)行刀補建立，也不能執(zhí)行刀補撤消。7、執(zhí)行CYCLE95毛坯切削等固定循環(huán)指令時，暫時撤消刀尖半徑補償功能。 子程序中也不能有半徑補償指令。要執(zhí)行半徑補償進行精加工，必須在后面程序 段中以GOO、G01、G02、G03的模式進行恢復(fù)。(4) 刀尖圓弧半徑磨損后的處理和刀具兒何磨損后需要設(shè)定刀具的磨耗補償值一樣，當?shù)都忾L時間使用 后，刀尖圓弧半徑也會發(fā)生變化，如圖9所示。刀具的兒何磨耗，也會引起半徑 磨耗，因此，調(diào)整了兒何磨耗補償，