數(shù)控機床刀具補償功能的應(yīng)用研究

1、數(shù)控機床刀具補償功能的應(yīng)用研究葉海見 王衛(wèi)東浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 浙江 紹興 312000Application Research of Tool Compensation in NC machiningYe Haijian Wang WeidongZhejiang Industry Polytechnic College , Shaoxing312000, China摘要 研究分析數(shù)控機床刀具補償問題，明確了刀具半徑補償方向的判定法則。介紹了半徑補償?shù)木唧w使用方法，明確了位置補償?shù)姆椒?，正確應(yīng)用刀具補償功能將進一步提高零件的加工精度。Abstract Analysis and study t

2、he problem of Tool Compensation in NC machining, clear the regulation of judging the direction for tool radius compensation. Introduce the using method of tool radius compensation, clear the using method of position compensation, correct application of tool compensation can improve parts' machin

3、ing accuracy. 關(guān)鍵詞 位置補償 半徑補償 假想刀尖 長度補償 Keywords position compensation radius compensation the imagined cutter-tip length compensation中圖分類號:TG659刀具補償功能是數(shù)控機床的主要功能之一，它分為兩類：刀具的位置補償和刀尖圓弧半徑補償，具體到機床，數(shù)控車床和數(shù)控銑床（包含數(shù)控加工中心）又有些區(qū)別，在此分別分析研究數(shù)控機床的刀具補償功能。1 數(shù)控車床的刀具補償功能刀具功能指令（T指令）指令數(shù)控系統(tǒng)進行選刀或換刀。用地址T和其后的數(shù)字來指定刀具號和補償號。數(shù)控車床上

4、刀具號和刀具補償號有兩種形式：T1+1或T2+2即：刀具補償號從01（或1）組開始，00（或0）組表示取消刀補。在數(shù)控車床上通常以同一編號指令刀位號和刀具補償號，以減少編程時的錯誤。例如T0101表示采用1號刀具和1號刀補。數(shù)控車床的刀具補償功能包括刀具位置補償和刀尖圓弧半徑補償兩個方面。1.1 刀具位置補償?shù)毒叩奈恢醚a償又稱為刀具偏置補償或刀具偏移補償。在下面三種情況下，均需進行刀具位置的補償。1)在實際加工中，通常是用不同尺寸的若干把刀具加工同一輪廓尺寸的零件，而編程時是以其中一把刀為基準設(shè)定工件坐標系的，因此必須將所有刀具的刀尖都移到此基準點。利用刀具位置補償功能，即可完成。2)對同一把

5、刀來說，當?shù)毒咧啬ズ笤侔阉鼫蚀_地安裝到程序所設(shè)定的位置是非常困難的，總是存在著位置誤差。這種位置誤差在實際加工時便會造成加工誤差。因此在加工以前，必須用刀具位置補償功能來修正安裝位置誤差。3)每把刀具在其加工過程中，都會有不同程度的磨損，而磨損后的刀具的刀尖位置與編程位置存在差值，這勢必造成加工誤差。這一問題也可以用刀具位置補償?shù)姆椒▉斫鉀Q。刀具位置補償通常是用手動對刀和測量工件加工尺寸的方法，測出每把刀具的位置補償量并輸入到相應(yīng)的存儲器中。當程序執(zhí)行了刀具位置補償功能之后，刀尖的實際位置就代替了原來的位置。值得說明的是，刀具位置補償一般是換刀指令后第一個含有移動指令的程序段中進行。該刀加工工

6、序完成之后須取消刀具位置補償，刀具位置補償是在返回換刀點的程序段中執(zhí)行。1.2 刀尖圓弧半徑補償編制數(shù)控車床加工程序時，將車刀刀尖看作一個點。但是為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度值，通常機夾車刀刀尖都有一段不大的圓弧，一般圓弧半徑R在0.4-1.6mm之間。如圖1所示：圖1 1.2.1 刀尖半徑和假想刀尖的概念1）刀尖半徑：即車刀刀尖部分為一圓弧構(gòu)成假想圓的半徑值，一般車刀均有刀尖半徑，用于車外圓或端面時，刀尖圓弧大小并不起作用，但用于車倒角、錐面或圓弧時，則會影響精度，因此在編制數(shù)控車削程序時，必須給予考慮。2）假想刀尖：假想刀尖實際上是一個不存在的點，如圖1所示的A點。之所以提出假想

7、刀尖，是因為把實際刀尖的圓弧中心對準加工起點或某個基準位置是很困難的，而用假想刀尖的方法就變得容易了。編程時按假想刀尖軌跡編程，實際存在的刀尖圓弧在切削工件時就會造成如圖2所示的欠切或過切現(xiàn)象。若工件要求不高或留有精加工余量，圖示誤差可以忽略；否則必須考慮刀尖圓弧對工件形狀的影響。采用刀尖圓弧半徑補償功能后，按刀尖圓弧圓心軌跡（即工件輪廓形狀）編程，加工時數(shù)控系統(tǒng)自動偏移一個半徑出來，從而消除了刀尖圓弧對工件形狀的影響。具體方法：還是用假想刀尖對刀，但要向數(shù)控系統(tǒng)告知刀尖方位、圓弧半徑及刀尖圓弧半徑補償方向，系統(tǒng)自動會按數(shù)學方法推算出刀尖圓弧中心軌跡。圖2 1.2.2 刀尖R補償?shù)姆椒?）輸入

8、刀具參數(shù) 刀具參數(shù)包括X軸偏置量、Z軸偏置量、刀尖R、假想刀尖方位T。這些都與工件的形狀有關(guān)，必須用參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。FANUC系統(tǒng)如圖3所示,華中系統(tǒng)如圖4所示，其他系統(tǒng)也類似。圖3 圖4圖5所示為后置刀架假想刀尖方位編號簡圖及詳圖；圖6所示為前置刀架假想刀尖方位編號簡圖及詳圖。圖5圖6圖7所示為前置刀架幾種具體數(shù)控車床刀具的假想刀尖位置及參數(shù)。圖7 刀尖方位編號從0至9有10個方向號。當按假想刀尖A點對刀時，刀尖位置方向因安裝方向不同、從刀尖圓弧中心到假想刀尖的方向，有8種刀尖位置方向號可供選擇，并依次設(shè)為1-8號：當按刀尖圓弧中心點對刀時，刀尖位置方向則設(shè)定為O或9 號。2）刀尖圓

9、弧半徑補償指令（G40 G41 G42）G41刀尖半徑左補償，沿與加工平面相垂直的另一坐標軸，朝著該坐標軸的負方向看去，沿刀具運動方向看（假設(shè)工件不動），刀尖圓弧中心位于工件左側(cè)時的刀具半徑補償。G42刀尖半徑右補償，沿與加工平面相垂直的另一坐標軸，朝著該坐標軸的負方向看去，沿刀具運動方向看（假設(shè)工件不動），刀尖圓弧中心位于工件右側(cè)時的刀具半徑補償。G40取消刀尖半徑補償。示例如圖8所示。圖8說明:方向判定的關(guān)鍵是找到Y(jié)軸，朝著該坐標軸的負方向看去。3）刀尖圓弧半徑補償注意事項： G41、G42、G40指令必須在G00或G01指令程序段中建立或取消，不得在G02或G03圓弧插補指令程序段中建立

10、或取消。 G40必須和G41或G42成對使用。 在使用G41或G42指令模式中，不允許有兩個連續(xù)的非移動指令（如M指令、延時指令等），否則刀具在前面程序段終點的位置停止，且產(chǎn)生過切或欠切現(xiàn)象，如圖9所示。圖9 在補償啟動段或補償狀態(tài)下，不得有指定移動距離為0的G00、G01指令程序段。 數(shù)控車床G41、G42指令不帶參數(shù)，其補償值由刀尖圓弧半徑與刀尖方位確定。 程序結(jié)束時必須取消刀尖圓弧半徑補償。2 數(shù)控銑床（加工中心）的刀具補償功能數(shù)控銑床（加工中心）的刀具功能由地址碼T及后面的數(shù)字組成，數(shù)字代表刀具的編號如T001、T02，這里與數(shù)控車床不一樣，只有刀具號沒有刀補號，加工中心換刀時需用M0

11、6指令。舉例：T12 M06說明：T指令的范圍在1-999之間。2.1 刀具長度補償?shù)毒唛L度補償指令一般用于刀具軸向（Z方向）的補償，它使刀具在Z方向上的實際位移量比程序給定值增加或減少一個偏置量，這樣當?shù)毒咴陂L度方向的尺寸發(fā)生變化時，可以在不改變程序的情況下，通過改變偏置量，加工出所要求的零件尺寸。G43、G44、G49刀具長度補償指令1)G43（刀具長度補償+）功能：使刀具向Z軸+方向偏置。 格式：G43 Z_H_2)G44（刀具長度補償-）功能：使刀具向Z軸-方向偏置。 格式：G44 Z_H_3)G49（刀具長度補償取消） 功能：取消刀具長度補償格式：G49其中，Z_為目標點坐標；H_為

12、刀具長度補償值的存儲地址。補償量存入由H代碼指令的存儲器中。使用G43、G44時，不管用絕對尺寸還是用增量尺寸指令編程，程序中指定的Z軸移動指令的終點坐標值，都要與H代碼指令的存儲器中的偏移量進行運算。G43時相加，G44相減。然后把運算結(jié)果作為終點坐標值進行加工。G43、G44均為模態(tài)代碼。G49為取消刀具長度補償指令，指令刀具只運行到編程終點坐標。2.2 刀具半徑補償指令（G40、G41、G42）2.2.1 刀具半徑補償?shù)哪康脑跀?shù)控銑床（加工中心）上進行輪廓加工時，因為銑刀具有一定的半徑，所以刀具中心（刀心）軌跡和工件輪廓不重合。若數(shù)控裝置不具備刀具半徑自動補償功能，則只能按刀心軌跡進行編

13、程（圖10中點劃線），其數(shù)值計算有時相當復(fù)雜，尤其當?shù)毒吣p、重磨、換新刀等導(dǎo)致刀具直徑變化時，必須重新計算刀心軌跡，修改程序，這樣既繁瑣，又不易保證加工精度。當數(shù)控系統(tǒng)具備刀具半徑補償功能時，編程只需按工件輪廓線進行（圖10中粗實線），數(shù)控系統(tǒng)會自動計算刀心軌跡坐標，使刀具偏離工件輪廓一個半徑值，即進行半徑補償。 圖10 2.2.2 刀具半徑補償?shù)姆椒?數(shù)控刀具半徑補償就是將刀具中心軌跡過程交由數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行，編程時假設(shè)刀具的半徑為零，直接根據(jù)零件的輪廓形狀進行編程，而實際的刀具半徑則存放在一個可編程刀具半徑偏置寄存器中，在加工工程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)零件程序和刀具半徑自動計算出刀具中心軌跡，完成

14、對零件的加工。當?shù)毒甙霃桨l(fā)生變化時，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半徑偏置寄存器中的半徑值或選用另一個刀具半徑偏置寄存器中的刀具半徑所對應(yīng)的刀具即可。G41指令為刀具半徑左補償（左刀補），G42指令為刀具半徑右補償（右刀補），G40指令為取消刀具半徑補償。這是一組模態(tài)指令，缺省為G40。使用格式： D說明：1）刀具半徑補償G41、G42判別方法，參照數(shù)控車床的方向判定。如圖11所示，沿與加工平面相垂直的另一坐標軸，朝著該坐標軸的負方向看去，規(guī)定沿著刀具運動方向看，刀具位于工件輪廓（編程軌跡）左邊，則為左刀補（G41），反之，為刀具的右刀補（G42）。 圖112）使用刀具半徑補償時必須選

15、擇工作平面（G17、G18、G19），如選用工作平面G17指令，當執(zhí)行G17指令后，刀具半徑補償僅影響X、Y軸移動，而對Z軸沒有作用。3）當主軸順時針旋轉(zhuǎn)時，使用G41指令銑削方式為順銑，反之，使用G42指令銑削方式為逆銑。而在數(shù)控機床為了提高加工表面質(zhì)量，經(jīng)常采用順銑。4）建立和取消刀補時，必須與G01或G00指令組合完成（此處可參照數(shù)控車床建立和取消刀補），建立和取消刀補過程如圖12所示，使刀具從無刀具半徑補償狀態(tài)起刀點，配合G01或G00指令運動到補償開始切入點，刀具半徑補償建立。工件輪廓加工完成后，還要取消刀補的過程，即從刀補結(jié)束切出點，配合G01或G00指令運動到無刀補狀態(tài)的起刀點。

16、 圖12 5）D代碼必須配合G41或G42指令使用，D代碼應(yīng)與G41或G42指令在同一程序段給出，或者可以在G41或G42指令之前給出，但不得在G41或G42指令之后的程序段給出；D代碼是刀具半徑補償號，其具體數(shù)值在加工或試運行之前設(shè)定在刀具半徑補償存儲器中；D代碼是模態(tài)代碼，具有繼承性。2.2.3 刀具半徑補償功能的應(yīng)用 1）直接按零件輪廓尺寸進行編程，避免計算刀心軌跡坐標，簡化數(shù)控程序的編制。2）刀具因磨損、重磨、換新刀而引直徑變化后，不必修改程序，只需在刀具半徑補償參數(shù)設(shè)置中輸入變化后的刀具半徑。3）改變刀具半徑補償值可實現(xiàn)零件的粗、精加工。如果人為地使刀具中心與工件輪廓偏置值不是一個刀

17、具半徑，而是某一給定值，則可以用來處理粗、精加工問題。在粗加工時，可將刀具實際半徑再加上精加工余量作為刀具半徑補償值輸入，而在精加工時只輸入刀具實際半徑值，這樣可使粗、精加工采用同一個程序，其補償方法為：設(shè)精加工余量為D，刀具半徑為r，如圖13所示：首先，人工輸入刀具偏置值為rD，即可完成粗加工到圖示的位置；在精加工時，輸入刀具的半徑值r，即可完成最終的輪廓精加工。圖13 4）利用刀具半徑補償可實現(xiàn)陰陽模具加工，在加工同一公稱尺寸的內(nèi)、外兩種型面時，可利用同一程序把G41、G42指令互換，即可完成內(nèi)、外兩種型面的加工（另外一種方法把刀具半徑補償值改成負值），這樣加工出的工件可滿足實際要求，確保

18、加工質(zhì)量。3 總結(jié)本文比較全面地分析研究數(shù)控機床的刀具補償功能，解決了為什么要進行刀具補償及如何正確應(yīng)用刀具補償功能的問題。正確應(yīng)用刀具補償功能將進一步提高零件的加工精度。限于作者水平，文中肯定有不足之處，望大家批評指正。參考文獻 1 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心編.數(shù)控編程M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.2 全國數(shù)控培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)天津分中心編.數(shù)控機床M.北京:機械工業(yè)出版社,2001.3 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院編.數(shù)控機床編程與操作M.紹興:紹興出版社,2003.4 武漢華中數(shù)控股份有限公司.世紀星車削數(shù)控裝置操作說明書M. 2003.5 武漢華中數(shù)控股份有限公司. 世紀星車削數(shù)控裝置編程說明書M. 2003. 6 許兆豐主編.數(shù)控車床編程和操作M.北京:中國勞動出版社,1997.作者簡介：姓名 葉海見、性別男、出生年月1973年7月、籍貫浙江臨海、現(xiàn)工作單位浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院、職稱講師和數(shù)控技師、主要研究方向和成果 數(shù)控加