數(shù)控機(jī)床設(shè)計 4.2刀具半徑補償 學(xué)習(xí)課件

刀具半徑補償

（一）為什么要進(jìn)行刀具補償

如圖所示，在銑床上用半徑為r的刀具加工外形輪廓為A的工件時，刀具中心沿著與輪廓A距離為r的軌跡B移動。我們要根據(jù)輪廓A的坐標(biāo)參數(shù)和刀具半徑r值計算出刀具中心軌跡B的坐標(biāo)參數(shù)，然后再編制程序進(jìn)行加工，因控制系統(tǒng)控制的是刀具中心的運動。在輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑，如銑刀半徑或線切割機(jī)的鉬絲半徑等。刀具中心（刀位點）的運動軌跡并不等于所加工零件的實際軌跡（直接按零件廓形編程所得軌跡），數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償就是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。ABr（二）什么是刀具半徑補償按零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù)，數(shù)控裝置能實時自動生成刀具中心軌跡的功能。實線為零件輪廓,虛線為刀具中心軌跡。刀具刀具中心軌跡編程軌跡（三）刀具半徑補償功能的主要用途1.由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化，不必重新編程，只須修改相應(yīng)偏置參數(shù)。2.加工余量的預(yù)留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個程序。刀具半徑補償應(yīng)用利用同一個程序、同一把刀具，通過設(shè)置不同大小的刀具補償半徑值而逐步減少切削余量的方法來達(dá)到粗、精加工的目的。

(四)刀具半徑補償?shù)牟襟E建立刀補

1執(zhí)行刀補

2取消刀補

3編程軌跡起始點編程軌跡起始點刀補建立刀具從起刀點接近工件，在原來的程序軌跡基礎(chǔ)上伸長或縮短一個刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡距離一個刀具半徑值。r建立刀補

1編程軌跡刀補建立起始點刀具軌跡中心刀補進(jìn)行刀具補償進(jìn)行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個刀具半徑的距離。建立刀補

1執(zhí)行刀補

2r編程軌跡刀補建立起始點建立刀補

1執(zhí)行刀補

2刀具軌跡中心刀補進(jìn)行取消刀補

3刀具撤離工件，返回原點。即刀具中心軌跡從與編程軌跡相距一個刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。刀補撤銷

（五）

左刀補和右刀補

ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進(jìn)方向的左側(cè)時，稱為左刀補，用G41表示。反之，當(dāng)?shù)毒咛幱谳喞斑M(jìn)方向的右側(cè)時稱為右刀補，用G42表示，如圖所示。G40為取消刀具補償指令。

a)G41左刀補b)G42右刀補ADCBADCB刀具補償方向（六）刀具半徑補償?shù)某Ｓ梅椒ǜ鶕?jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補償。采用讀一段、算一段、再走一段的控制方法。B刀補A）B功能刀具半徑補償算法

1.

直線刀具補償計算

對直線而言，刀具補償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標(biāo)值。

被加工直線段的起點在坐標(biāo)原點，終點坐標(biāo)為A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在O′點坐標(biāo)已知。刀具半徑為r，現(xiàn)要計算刀具右補償后直線段O′A′的終點坐標(biāo)A′。設(shè)刀具補償矢量AA′的投影坐標(biāo)為,則

yΔX

y

α

A′r

α

ΔY

A(X,Y)

x

O′

K

O2.

圓弧刀具半徑補償計算

對于圓弧而言，刀具補償后的刀具中心軌跡是一個與圓弧同心的一段圓弧。只需計算刀補后圓弧的起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo)值。如圖所示，被加工圓弧的圓心坐標(biāo)在坐標(biāo)原點O，圓弧半徑為R，圓弧起點A，終點B，刀具半徑為r。假定上一個程序段加工結(jié)束后刀具中心為A′，其坐標(biāo)已知。那么圓弧刀具半徑補償計算的目的，就是計算出刀具中心軌跡的終點坐標(biāo)B′。設(shè)BB′在兩個坐標(biāo)上的投影為則

x

B′(Xb′,Yb′)

A′(Xa′,Ya′)

ΔX

K

B（Xb,Yb）

ΔY

O

R

β

A(Xa,Ya)

r

x

B′(Xb′,Yb′)

A′(Xa′,Ya′)

ΔX

K

B（Xb,Yb）

ΔY

O

R

β

A(Xa,Ya)

r

B刀補示例

加工如圖外部輪廓零件ABCD時，由AB直線段開始，接著加工直線段BC，根據(jù)給出的兩個程序段，按B刀補處理后可求出相應(yīng)的刀心軌跡A1B1、B2C1、C2D1及D2A2。

y

D1

A

D2

O

B2

B

C

x

C2

A1

B1

D

C1

A2

事實上，加工完第一個程序段，刀具中心落在B1點上，而第二個程序段的起點為B2，兩個程序段之間出現(xiàn)了斷點，只有刀具中心走一個從B1至B2的附加程序，即在兩個間斷點之間增加一個半徑為刀具半徑的過渡圓弧B1B2，才能正確加工出整個零件輪廓?？梢?，B刀補采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這樣，無法預(yù)計到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本程序段加工軌跡的影響。C刀補

在計算本程序段軌跡后，提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)接的具體情況，再對本段的軌跡作適當(dāng)修正，得到本段正確加工軌跡。

C功能刀補更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動處理兩個程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動在轉(zhuǎn)接點處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點情況。

a)b)

緩沖寄存區(qū)

BS工作寄存區(qū)

AS輸出寄存區(qū)

OS輸出寄存區(qū)

OS工作寄存區(qū)

AS刀補緩沖區(qū)CS緩沖寄存區(qū)

BS兩種數(shù)控系統(tǒng)的工作流程

C刀補的基本設(shè)計思想

rrPiPi-1rrPi+1刀具半徑補償是在譯碼之后進(jìn)行，譯碼譯出一段并不立即進(jìn)行刀補，譯出的若是下一段，則對本段進(jìn)行刀補，而正在插補加工的是上一段。

CNC系統(tǒng)專門設(shè)立了刀補緩沖區(qū)CS.刀補過程是:Pi-1rBS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PiPi-1Pi-1rrPirrPiPi-1rBS緩沖寄存器PiCS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-1Pi-1BS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-1BS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PirPi+1BS緩沖寄存器CS刀補緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器rrPiPi-1rPi-1Pi+1Pi+1PiPi-1Pi+1PiPi-1程序間轉(zhuǎn)接

在CNC裝置中，處理的基本廓形是直線和圓弧，它們之間的相互連接方式有，

1.直線與直線相接;2.直線與圓弧相接;3.圓弧與直線相接;4.圓弧與圓弧相接。在刀具補償執(zhí)行的三個步驟中，都會有轉(zhuǎn)接過渡，以直線與直線轉(zhuǎn)接為例來討論刀補建立、刀補進(jìn)行過程中可能碰到的三種轉(zhuǎn)接形式。圖3-41G41刀補建立示意圖圖3-42刀補進(jìn)行直線與直線轉(zhuǎn)接情況過切問題（1）刀具半徑補償可使刀具中心軌跡在走刀平面（如xy面）內(nèi)偏移零件輪廓一個刀具半徑值。在刀補建立后的刀補進(jìn)行中，如果存在有二段以上沒有移動指令或存在非指定平面軸的移動指令段，則可能產(chǎn)生過切。如圖所示，設(shè)刀具開始位置距工件表面上方50mm，切削深度為8mm。z軸垂直于走刀平面（xy面），則按下述方法編程，會產(chǎn)生過切。N01G91G41G00X20.0Y10.0H01;N02Z-48.0;N03G01Z-10.0F200;N04Y30.0;N05X30.0;N06Y-20.0;N07X-40.0;N08G00Z58.0;N09G40X-10.0Y-20.0;N10M02;

過切現(xiàn)象

當(dāng)N01段進(jìn)入刀補建立階段后，讀入N02和N03兩個程序段，這兩個程序段是Z軸進(jìn)給指令，不是刀補平面軸的移動指令，作不出矢量，確定不了前進(jìn)方向。盡管用G41進(jìn)入到了刀補狀態(tài)，但刀具中心卻未加上刀補，而直接移動到了程序給定點A，當(dāng)在A點執(zhí)行完二、三程序段后，再執(zhí)行N04段，刀具中心由A點移動到B，產(chǎn)生了過切。（2）在兩個運動指令之間有一個位移為零的運動指令時。因為運動為零的程序段沒有零件輪廓信息，所以刀補時可能產(chǎn)生過切。（3）在兩個運動指令之間有兩個輔助功能程序段，也可能造成過切，假設(shè)有如下加工程序：（四）刀具半徑補償?shù)娜蝿?wù)根據(jù)程序段的起點，終點坐標(biāo)以及r在起點、終點處的坐標(biāo)分量rx、ry，求出刀具中心的起點、終點坐標(biāo)，核心是求r的分量。如圖B′點 XB′=XB+rx

YB′=YB+ry計算rx，ry

RRyRxxyRAA′B′BRryrxxyAA′B′B※圓弧過渡型刀補:在硬件NC中，采用圓弧過渡型刀補，故要增加一段圓弧。

非圓滑過渡處附加程序段※直線過渡型刀補:求出刀具中心軌跡交點，再對原來的編程軌跡作伸長或縮短的修正。刀具半徑補償?shù)霓D(zhuǎn)接形式伸長型C點處于JB與DK的延長線上XYYX0JBCDC′B′AEα縮短型編程軌跡OA、AF，刀具中心軌跡JB與DK將在C點相交。這樣，相對于OA和AF而言，縮短一個CB與CD的長度。KFJDXYOBCAXYαX