教案-數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理

1、教 案第 9次課章節(jié)、名稱第2章 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）2.5數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理教學(xué)目的和要求本次課主要講授數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理的基本知識。使學(xué)生熟悉刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍罴耙饬x；掌握刀具半徑補(bǔ)償功能的原理和實現(xiàn)方法；掌握直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償?shù)牡膸追N類型和各自的特點。1、 掌握刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍罴昂x2、 掌握直線切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒?、 掌握圓弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒?、 熟悉直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜N類型重點難點重點：刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑砑皩崿F(xiàn)方法難點：直線、圓弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒ń虒W(xué)進(jìn)程（含課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、輔助手段、師生互動、時間分配）教學(xué)內(nèi)容：1

2、、刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍詈鸵饬x。2、刀具半徑補(bǔ)償功能的實現(xiàn) 直線切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠嬎悖粓A弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠嬎?、輪廓過渡時半徑補(bǔ)償?shù)奶幚矸椒?過渡圓弧法；尖角外輪廓過渡；尖角內(nèi)輪廓過渡4、直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償（C刀補(bǔ)）的三種類型及實現(xiàn)方法 伸長型；縮短型；插入型教學(xué)方法：課堂講授、多媒體PPT輔助手段：圖片演示、板書推演師生互動：提問，討論時間分配：總2學(xué)時作業(yè)布置P712-12主要參考資料數(shù)控技術(shù)，曹甜東主編，華中科技大學(xué)出版社，2008數(shù)控車床（華中數(shù)控）考工實訓(xùn)教程，吳明友主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2007課后自我總結(jié)分析刀具半徑補(bǔ)償是數(shù)控加工中的一個非常重要的概念，對于刀具半徑補(bǔ)償功能

3、的實現(xiàn)方法的熟練掌握對學(xué)生了解數(shù)控系統(tǒng)的工作原理及加工方式有著重要的意義，也是掌握數(shù)控機(jī)床編程和零件加工等實踐環(huán)節(jié)的理論基礎(chǔ)。在講授過程中應(yīng)注意收集和使用一些圖像資源，讓學(xué)生能夠直觀的了解刀補(bǔ)的具體內(nèi)容及重要意義，對于具體的實現(xiàn)過程在黑板上進(jìn)行推演以幫助學(xué)生掌握。講 稿第2章 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）2.5數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償原理一、刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍顬榱苏f明數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償，先來看一個銑削加工零件外輪廓的例子。如圖2-37所示。在輪廓加工過程中，由于數(shù)控系統(tǒng)控制的是刀心軌跡，因此編程時要根據(jù)零件輪廓尺寸計算出刀心軌跡。零件輪廓可能需要粗銑、半精銑和精銑三個工步，由于每個工步加工余量不

4、同，因此它們都有相應(yīng)的刀心軌跡。另外刀具磨損后，也需要重新計算刀心軌跡。這樣勢必增加編程的復(fù)雜性。為了解決這個問題，在數(shù)控系統(tǒng)中專門設(shè)計了若干存儲單元，存放各個工步的加工余量、刀具磨損量、刀具半徑值，而刀心軌跡由系統(tǒng)自動進(jìn)行計算，進(jìn)而生成數(shù)控程序。這樣簡化了編程的計算，又增加了程序的可讀性。這種以按照零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置量為依據(jù)，自動生成刀具中心軌跡的功能稱為刀具半徑補(bǔ)償功能。 圖2-37外輪廓銑削二、刀具半徑補(bǔ)償功能的實現(xiàn)YXOA(X,Y)OA(X,Y)XY如上所述，使用數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償功能，能避開數(shù)控編程過程中的煩瑣計算，這些計算量被嵌入到數(shù)控系統(tǒng)中。對于直線加工，刀具

5、補(bǔ)償后的刀具中心軌跡是與原直線平行的直線，因此只要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標(biāo)值即可；對于圓弧加工，刀具補(bǔ)償后的刀具中心軌跡是一個與原圓弧同心的一段圓弧，因此需要計算出刀具補(bǔ)償后圓弧的起點、終點坐標(biāo)值。1. 直線切削刀具半徑補(bǔ)償計算如圖2-38所示，加工的直線終點坐標(biāo)為A（X，Y）。假定程序加工完成后，刀具中心經(jīng)刀具半徑（R）補(bǔ)償后到達(dá)直線OA的終點（X,Y）。設(shè)終點刀具半徑偏置矢量AA的坐標(biāo)投影為（X, Y）,則有 圖2-38直線切削刀具半徑補(bǔ)償 X=X+XY=Y+Y因為XRsin=Y=-Rcos=-故A點的坐標(biāo)值為 XX+YY-第二、三、四象限的刀徑補(bǔ)償計算可以類似推導(dǎo)，所差僅為X與

6、Y的符號。2、圓弧切削刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠嬎闳鐖D2-39所示，r為所加工圓弧的半徑，圓弧起點A（X0,Y0），終點B（Xe,Ye）。假定上段程序加工完成后刀具中心點為A(X0,Y0),那么BB和AA的長度為刀具的半徑R。設(shè)BB在坐標(biāo)軸上的投影為（X, Y），則YXOB(Xe,Ye)A(X0,Y0)XYRB (Xe,Ye)A (X0,Y0)rXe=Xe+XYe=Ye+Y從而得到XRcos=Y=Rsin=故B點的坐標(biāo)為XeXe+YeYe-同樣容易得到A點的坐標(biāo)，即X0X0+Y0Y0-通過上述公式已經(jīng)能計算出直線和圓弧輪廓經(jīng)過刀具半徑補(bǔ)償后的起點與終點坐標(biāo)。但在兩段輪廓交接處如何過渡就有問題了，除非兩段

7、輪廓交接處正好光滑過渡，即前一程序段終點的刀偏矢量與下一程序段起點的刀偏矢量完成重合，否則必然在交接處出現(xiàn)間斷點或交叉點。一種簡單的處理是在尖角過渡處使刀具中心軌跡以小于180o的圓弧由上段終點運動至下段始點。該過渡圓弧是由數(shù)控系統(tǒng)自動加入的，過渡圓弧的半徑就是刀具半徑R，如圖2-37所示。由圖可見，當(dāng)尖角過渡為外輪廓過渡或光滑過渡時，這種方法是沒有問題的。但當(dāng)尖角輪廓為內(nèi)輪廓時，很明顯會出現(xiàn)工件的過切現(xiàn)象，這是不允許的。3、直線過渡型刀具半徑補(bǔ)償（C刀補(bǔ)）C刀補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)為解決上述尖角過渡問題而設(shè)計的，它專門處理兩個程序段間轉(zhuǎn)角的各種情況。它由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)與實際輪廓完全一樣的編程軌跡，直接算

8、出刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點，然后再對原來的程序軌跡（刀具中心）軌跡作伸長或縮短的修正。C刀補(bǔ)中，為了避免下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，在計算本段的刀具中心軌跡時，提前將下一段程序讀入。根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)換的具體情況，做出適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｔ贑NC系統(tǒng)中，C刀補(bǔ)根據(jù)相鄰兩段程序段所走的線型不一樣以及兩個程序段軌跡的矢量夾角和刀具補(bǔ)償方向的不同，將轉(zhuǎn)接過渡方式分為三種類型：伸長型、縮短型、和插入型。對于直線與直線的轉(zhuǎn)接，系統(tǒng)采用了以下算法。圖2-42所示為直線至直線各種轉(zhuǎn)接的情況，編程軌跡為OA-AF。 圖2-42 直線至直線左刀補(bǔ)情況在圖2-42（a）和(b)中，AB、AD為刀具半徑值，刀具中心軌跡與DK的交點為C，由數(shù)控系統(tǒng)求出交點C的坐標(biāo)值，實際刀具中心軌跡為IC-CK。采取求交點的方法，從根本上解決了肉輪廓加工的過切現(xiàn)象。由于IC-CK相對于OA-AF縮短了CB與DC的長度,因此,這種求交點的內(nèi)輪廓過渡稱為縮短型轉(zhuǎn)換.在圖2-42(c)中,C點為IB和DK延長線的交點,由數(shù)控系統(tǒng)求出交點C的坐標(biāo),實際刀具中心運動軌跡為IC-CK。同上道理，這種外輪廓過渡稱為延長型轉(zhuǎn)換。在圖2-4