刀具位置補償和半徑補償

1、數(shù)數(shù) 控控 技技 術(shù)術(shù)第四章第四章 計算機數(shù)控（計算機數(shù)控（CNCCNC）系統(tǒng)）系統(tǒng)一、刀具的位置補償一、刀具的位置補償 當采用不同尺寸的刀具加工同一輪廓尺寸的零件，或同一名義尺寸的刀具因換刀重調(diào)或磨損而引起尺寸變化時，為了編程方便和不改變已制備好的穿孔帶，數(shù)控裝置常備有刀具位置補償機能，將變化的尺寸通過撥碼開關(guān)或鍵盤進行手動輸入，便能自動進行補償。 刀具補償是數(shù)控中的重要組成部分，當采用不同尺寸的刀具加工同一輪廓尺度的零件，或同一名義尺寸的刀具因換刀重調(diào)或磨損而引起尺寸變化時，為了編程方便和不改變已制備好的穿孔帶（或程序），數(shù)控裝置常備有刀具補償機能。1 1、刀具的位置補償計算、刀具的位置補

2、償計算（圖為不同尺寸刀具的四方刀架） 刀架中心位置為各刀具的換刀點，并以1號刀尖B點為所有刀具編程起點。當1號刀從B到A其增量值為： UBA=XA-X1 WBA=ZA-Z1 當換2號時，刀尖處在C點，C點的坐標原點為I、K。當時： ()補 ()補當時： -()+補 -()+補刀具復(fù)位補償一個反量的過程為刀具位置補償撤銷。2 2、刀具位置補償?shù)奶幚矸椒ā⒌毒呶恢醚a償?shù)奶幚矸椒?機器在補償前必須處理前后兩把刀具位置補償?shù)牟顒e。 例如,T1刀具補償量為+0.5mm,T2刀具補償量為+0.35mm,兩者差0.15mm。由于 T2 - T1 = +0.35 - (+0.5）= -0.15 mm規(guī)定：向床

3、頭箱移動為負，稱進刀，遠離為正，稱退刀,也就是說,在T1更換為T2時,要求刀架前進0.15mm。對此，可作如下處理：(1)在更換刀具時，先把原來刀具（T1）補償量撤消（根據(jù)上例，刀架前進0.5mm），然后根據(jù)新刀具（T2）補償量要求退回0.35mm，這樣，實際上刀架前進了差值為0.15mm。此方法刀架要移動兩次。(2)在更換刀具時，立即進行新?lián)Q刀具的補償量和原來刀具補償量（老刀具補償量）的差值運算，并根據(jù)這個差值進行刀具補償。這種方法稱差值補償法差值補償法。實際上是把原刀具補償量的撤消和新刀具補償量的讀入進行復(fù)合。此方法刀架只要移動一次。 以上兩種方法運算結(jié)果相同，但邏輯設(shè)計思路不同，差值補償

4、法不僅編程可簡化，而且減少了刀架的移動次數(shù)。二、刀具的半徑補償二、刀具的半徑補償: :1 1、刀具半徑補償?shù)淖饔?、刀具半徑補償?shù)淖饔?在數(shù)控機床上用圓頭刀和銑刀加工零件時，其加工程序的編制有兩種方法:1）按零件輪廓編程2）按刀具中心的運動軌跡編程 數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償?shù)毒甙霃窖a償功能可以使換刀和刀具磨損時不需要重新制作程序紙帶，數(shù)控系統(tǒng)可以自動進行補償，正確加工零件。2 2、B B刀具半徑的補償方法刀具半徑的補償方法如圖待加工零件，加工路線為：OABCDEFAO O為起刀點，如圖示。 從O點開始刀具半徑矢量r要作長度分別為OO1和O1a的直線插補，得到A點的補償矢量r。 AB段直線插補，得到

5、B點補償矢量r。 BD段作半徑為R+r的圓弧插補，直到半徑矢量r與終點矢量O2D重合。 DE作直線插補，E點轉(zhuǎn)角處，補償矢量r應(yīng)作半徑為r的圓弧插補，使ee1完成補償矢量r與直線EF的法向重合。 EF段作直線插補. 上述對刀具補償矢量的處理，通稱為“刀具偏移計算”。實現(xiàn)的方法有r法、矢量法、比例法等。 這些方法的刀具半徑補償只能計算出直線或圓弧終點的刀具中心坐標值，兩個程序段之間輪廓的轉(zhuǎn)接（又稱拐角或過渡）是以圓弧方式進行的，沒有考慮連接的各種實際情況，故稱其為一般刀具半徑補償，或稱B B機能刀具補償機能刀具補償（簡稱B刀補）。 由前所述，可見要實現(xiàn)刀具半徑補償，數(shù)控系統(tǒng)除了有直線、圓弧插補功

6、能外，還須具有處理刀具半徑矢量的能力，這種處理能力表現(xiàn)在補償矢量偏移的計算和補償矢量的旋轉(zhuǎn)兩個方面。3 3、C C型機能刀具半徑補償方法型機能刀具半徑補償方法 實現(xiàn)B刀補的常用方法有一個共同特點，就是對加工輪廓的轉(zhuǎn)接是以圓弧方式進行的，存在問題：1）在外輪廓尖加工時，由于輪廓尖角處始終處于切削狀態(tài)，尖角加工的工藝性就比較差，這在磨削加工中尤其突出，所加工的尖角往往會變成小圓角。2）在內(nèi)輪廓尖加工時，由于刀具中心軌跡交點不易求得，因此不得不由程編員人為地插入一個輔助加工的圓弧軌跡，并且這個輔助圓弧的半徑必須大于刀具半徑值。（1）C機能刀補的設(shè)計思想 常用的刀具半徑補償方法產(chǎn)生編程限制的主要原因在

7、于，這些方法在確定刀具中心軌跡時，都采用了讀一段、算一段、再走一段的方法。 它們都不能預(yù)計到下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，從而需要由程編員幫助判別。 一旦遇到這種情況，就必須人為地插入一個過渡圓弧，否則會產(chǎn)生過切削的現(xiàn)象。 為了解決下段加工軌跡對本段加工軌跡的影響問題，系統(tǒng)的輸入裝置線路中可增設(shè)刀具補償緩沖器。 如圖，工作寄存器ASAS存放正在加工的程序段信息。刀補緩沖器CSCS存放的是下一段要加工程序段信息。 而緩沖寄存器BSBS存放的是再下一段所要加工的程序段信息。因此，在有C機能刀具半徑補償?shù)臄?shù)控系統(tǒng)工作時，總是同時存有三段程序信息。第一段程序第二段程序第三段程序BSCSASOS伺

8、服執(zhí)行機構(gòu)修正后BS對第一、二程序段的轉(zhuǎn)接形式進行判斷，并對CS中第一段程序的加工軌跡進行修正簡單運算運算結(jié)果運算器運算作為伺服系統(tǒng)的控制信號對第二段程序進行簡單運算CSAS運算器運算OS伺服執(zhí)行機構(gòu)運算結(jié)果作為伺服系統(tǒng)的控制信號修正后BS對第二、三程序段的轉(zhuǎn)接形式進行判斷，并對CS中第一段程序的加工軌跡進行修正對第三段程序進行簡單運算CSAS運算器運算OS伺服執(zhí)行機構(gòu)運算結(jié)果作為伺服系統(tǒng)的控制信號修正后時間t1時間t2時間t3時間t4C刀刀補補控控制制過過程程（2）自動過渡的轉(zhuǎn)接方式 C機能刀具半徑補償方法的主要特點是采用直直線過渡線過渡。 由于采用直線過渡，因此在實際加工過程中，隨著前后兩

9、段程編軌跡的連接方式不同，相應(yīng)的刀具中心的加工軌跡也會產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)接方式。 從編程軌跡交點指向刀具中心軌跡交點的矢量稱為轉(zhuǎn)接矢量轉(zhuǎn)接矢量。 根據(jù)刀具中心軌跡形狀，可以劃分出三種轉(zhuǎn)接型式：縮短型轉(zhuǎn)接、伸長型轉(zhuǎn)接和插入型轉(zhuǎn)接。縮短型轉(zhuǎn)接縮短型轉(zhuǎn)接，是指刀具在零件內(nèi)側(cè)運動，這時刀具中心軌跡比程編軌跡為短；伸長型轉(zhuǎn)接伸長型轉(zhuǎn)接則相反，刀具處在零件外側(cè)運動，因此刀具中心軌跡變長；插入型轉(zhuǎn)接插入型轉(zhuǎn)接，刀具中心除了沿原來的程編軌跡伸長移動一個刀具半徑r長度后，還必須增加一個直線移動。相對于原來的程序段而言，等于中間再插入了一個程序段。如圖所示，為直線過渡的轉(zhuǎn)接情況。（3）C機能刀補的過切削判別 在以往常用

10、的刀具半徑補償方法中，由于對加工零件的輪廓的轉(zhuǎn)接是要靠程編員來幫助數(shù)控系統(tǒng)進行判別的，尤其是碰到縮短型轉(zhuǎn)接，易造成過切削現(xiàn)象。如圖所示。 C機能刀補可以從根本上解決這種因轉(zhuǎn)接而引起的過切削現(xiàn)象。（4）C機能刀補的執(zhí)行過程分為三個步驟：第一步第一步刀補建立，刀具接近工件；第二步第二步刀補進行；第三步第三步刀補撤消，刀具撤離工件。rSrSrrSSSrrSSSrrSSSSrrSSSSa）縮短型直線直線b）縮短型直線圓弧c）伸長型直線直線e）插入型直線直線d）伸長型直線圓弧f）插入型直線圓弧1）刀補建立，刀具接近工件 一旦輸入到緩沖寄存器BS的程序段包含有G41/G42命令時，系統(tǒng)即認為應(yīng)當進入刀補建

11、立狀態(tài)。2）刀補進行 在刀補進行中，刀具中心始終偏離程編軌跡一個刀具半徑的距離。3）刀補撤消，刀具撤離工件 刀補撤消是刀補建立的一個逆過程。 如果本段與上段的程編軌跡是屬于縮短型轉(zhuǎn)接，那么就不必作轉(zhuǎn)接矢量計算，刀具中心將一直走到上段程編軌跡終點的半徑矢量頂點，然后再走到本撤消段程編軌跡的終點。 如果本段與上段的程編軌跡是屬于非縮短型轉(zhuǎn)接，刀具中心最后必須從撤消段的起點刀具半徑矢量的頂點走向程編軌跡的終點。rSrSa）縮短型直線直線b）縮短型直線圓弧rrSSSrrSSSrrSSSrrSSSSc）伸長型直線直線e）插入型直線直線d）伸長型直線圓弧f）插入型直線圓弧下面以一個實例來說明刀具半徑補償?shù)?/p>

12、工作過程，數(shù)控系統(tǒng)完成從O點到E點的編程軌跡的加工步驟如下：讀入OA，判斷出是刀補建立，繼續(xù)讀下一段。讀入AB，因為OAB90，且又是右刀補（G42），此時段間轉(zhuǎn)接的過渡形式是插入型。則計算出a、b、c的坐標值，并輸出直線段oa、ab、bc，供插補程序運行。l讀入BC，因為ABC90，該段間轉(zhuǎn)接的過渡形式也是插入型。則計算出d、e點的坐標值，并輸出直線段cd、de。l讀入CD，因為BCD180，由表2可知，該段間轉(zhuǎn)接的過渡形式也是縮短型。則計算出f點的坐標值，由于是內(nèi)側(cè)加工，須進行過切判別,若過切則報警，并停止輸出，否則輸出直線段ef。l讀入DE（假定有撤消刀補的G40命令），因為90ABC1

13、80，由于是刀補撤消段，由表2可知，該段間轉(zhuǎn)接的過渡形式是伸長型。則計算出g、h點的坐標值，然后輸出直線段fg、gh、hE。l刀具半徑補償處理結(jié)束。 數(shù)控系統(tǒng)中所采用的C機能刀具半徑補償方法，最突出的優(yōu)點是編程極其簡單。 對于平面圖形的加工，它可以徹底消除輔助軌跡的編制，因而消除了常用的刀補方法易于在程序段轉(zhuǎn)接處產(chǎn)生過切削的缺點。 由于C機能刀具半徑補償采用直線轉(zhuǎn)接(過渡)方式，所有在尖角加工時有好的工藝性。 采用C機能刀補方法，計算比較復(fù)雜，另外由于要同時讀入兩段程序作修正計算，因而對數(shù)控系統(tǒng)的計算速度和存儲器容量要有一定要求。 三、刀具的長度補償三、刀具的長度補償 刀具的長度補償指令一般用于刀具軸向(Z方向)的補償。 它可使刀具在Z方向上的實際位移大于或小于程給定值。即:實際位移量程序給定值補償值上式中: 兩代數(shù)值 相加(“”)稱正偏置,用G43指令表示 相減(“”)稱負偏置,用G44指令表示 給定的程序值與輸入的補償值都可負(+Z向為正,-Z向為負),根據(jù)需要選取。 如圖為鉆頭快速接近工件時的長度補償例子。 設(shè)A1為程序值且為-Z方向(-A)，D為補償值且為-Z方向(-D)，A2為實際位移值。圖a：-A2=-A1+(-D1)=-(A1+D1)G00 G91 G43 Z(-A1) D01(