刀具补偿在数控编程教学中是非常重要的而学生对于刀具补偿的理解往往 ....doc

刀具补偿在数控编程教学中是非常重要的，而学生对于刀具补偿的理解往往停留在表面上，好像知道了，但是在实际应用时就往往出问题。尤其对工件轮廓进行数控铣削加工时，由于存在刀具半径，使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合。如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，但加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈（加工外轮廓时），或大了一圈（加工内轮廓时）。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹，即在编程时给出刀具的中心轨迹，其计算相当复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，并修改程序。这样既复杂繁锁，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控程序只需按工件轮廓编写，加工时数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是所谓的刀具半径补偿指令。刀具半径补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹，这样，就可按零件的轮廓轨迹进行编程从而简化了编程工作。一、刀具半径补偿的形成与还原1、 刀具半径补偿的形成图(一) 建立刀具半径补偿刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点(起刀点位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓切入点较近)以进给速度接近工件时，刀具中心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的过程。刀具半径补偿偏置方向由G41(左补偿)或G42(右补偿)确定，根据规定，沿刀具前进方向，当刀具中心轨迹位于零件轮廓右边时，称为刀具半径右补偿。 如图(一)所示，建立刀具半径左补偿的有关指令如下：N10 G90 G92 X-10. Y-10. Z0；定义程序原点，起刀点坐标为 (-10，-10，0)。N20 S900 M03；启动主轴。N30 G17 G01 G41 X0 Y0 D01；建立刀具半径左补偿，刀具半径偏置寄存号D01。N40 Y50. ；定义首段零件轮廓。其中，D01 为调用D01 号刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径值。建立刀具半径右补偿的有关指令如下：N30 G17 G01 G42 X0 Y0 D01；建立刀具半径右补偿。2、刀具半径补偿的还原与建立刀具半径补偿过程类似，在零件最后一段刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤离工件，回到退刀点，在这个过程中应取消刀具半径补偿，其指令用G40。退刀点也应位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓退出点较近，可以与起刀点相同，也可以不相同。在上图中假如退刀点与起刀点相同的话，其刀具半径补偿取消过程的命令如下：N100 G01 X0 Y0；加工到工件原点。N110 G01 G40 X-10 Y-10；取消刀具半径补偿，退回到退刀点。3、刀具半径补偿形成与还原的注意事项：(1)G41、G42 为模态指令；(2)G41(或G42)必须与G40 成对使用；(3)编入G41(或G42)、G40 程序段，用G01(G40 程序段亦可用G00，但一般用G01)功能及对应坐标参数；(4)G41(或G42)与G40 之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。二、刀具半径补偿的具体运用1、改变刀补值适应刀具的变化应用刀具半径补偿功能时，只需按工件轮廓轨迹进行编程，然后将刀具半径值输入数控系统中，执行程序时，系统会自动计算刀具中心轨迹，然而进行刀具半径补偿，从而加工出符合要求的工件形状，当刀具半径发生变化时也无需更改加工程序，使编程工作大大简化。实践证明，灵活应用刀具半径补偿功能，合理设置刀具半径补偿值，在数控加工中有着重要的意义。 在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换经常发生，应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。在零件加工过程中，刀具由于磨损而使其半径变小，若造成工件误差超出其工件公差，则不能满足加工要求。假设原来设置的刀补值为r1，见图(二)所示，经过一段时间的加工后，刀具半径的变为r2，此时，可仅修改该刀具的刀补值：由原来的r1改为r2，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。同样，当刀具重磨后亦可照此处理。当需要更换刀具时可以用新刀具的半径值作为刀补值代替原来程序中的刀补值进行加工。由此可见，正是由于刀补值的变化适应了刀具的变化，在不改变原有程序的情况下，可满足其加工要求。由此，编程人员还可在未知实际使用刀具尺寸的情况下，先假设一定刀具尺寸来进行编程，实际加工时，对于半径补偿可用实际刀具半径代替假设刀具半径。P1粗加工刀心轨迹 P2精加工刀心轨迹 图(二) 图(三)2、改变刀补值实现零件的粗、精加工刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途就是实现零件的粗、精加工。如果人为地使刀具中心与工件轮廓偏置值不是一个刀具半径，而是某一给定值，则可以用来处理粗、精加工问题。在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、精加工采用同一个程序，同一尺寸的刀具，其补偿方法为：设精加工余量为，刀具半径为r，见图(三)所示：首先，人工输入刀具偏置值为(r+)，即可完成粗加工到图示点划线的位置；在精加工时，输入刀具的半径值r，即可完成最终的轮廓精加工(实线轮廓)。3、改变刀补值对零件进行加工修正将刀具半径补偿与子程序结合应用，不但可简化编程，进行粗、精加工，而且可以进行加工的修正，以保证加工品质。下面用一个加工程序进行说明，零件图如图(四)所示。主程序：O0001： 铣削环形槽及中间平台N1 T1；8 平底刀N2 G90 G54 G17 G40 G00 X-11.5 Y-13.5N3 M03 S1000 N4 M08N5 G43 Z50 H02N6 Z10N7 G01 Z-4.5 F50N8 Y13.5N9 X11.5N10 Y-13.5图(四)N11 X-11.5 N12 D02 M98 P1000 D02粗加工刀具补偿R4.2N13 M01 程序暂停，测量工件尺寸便于加工修正N14 D05 M98 P1000 D05精加工刀具补偿R4，实测调整N15 G00 Z100N16 M05N17 M30 子程序O1000N1 G41 G01 Y5.5 N11 G01 Y0N2 G03 X-17 Y0 R5.5 N12 G03 X-6 Y0 I15.5 J0N3 G01 Y-11 N13 G01 Y4N4 G03 X-11 Y-17 R6 N14 G02 X6 Y4 I6 J0N5 G01 X11 N15 G01 Y-4N6 G03 X17 Y-11 R6 N16 G02 X-6 Y-4 I-6 J0N7 G01 Y11 N17 G01 Y0N8 G03 X11 Y17 R6 N18 G03 X-11.5 Y5.5 R5.5N9 G03 X-11 N19 G01 G40 Y0 刀具补偿取消N10 G03 X-17 Y11 R6 N20 M99在主程序中用M01使程序暂停，此时测量工件尺寸，计算出其与零件图尺寸的差值，并将差值补偿输入D05,精加工刀具补偿中，这样加工出的工件可满足实际要求，确保加工品质。三、使用刀具半径补偿注意事项 前面阐述了灵活应用刀具半径补偿功能、合理设置刀具半径补偿值在数控加工中的重要意义，然而在实际使用时必须注意以下几个事项：1、刀具半径补偿的开始与Z 轴的切入操作开始切削加工前，在离开工件的位置预先加上工刀具半径补偿(通常在XOY 平面或与XOY 平面平行的平面上)，之后进行Z 轴方向的切入。为保证程序运行后得到正确的工件轮廓而不产生过切，编程时必须注意加工程序的结构。如图(五)所示，在XOY 平面内(或平行于XOY 平面的平面内)使用刀具半径补偿功能(有Z轴移动)进行轮廓切削，设起点在(0，0，100)处，当刀具半径补偿从起点开始时，由于接近工件及切削工件时要有Z 轴移动，按以下程序加时就会出现过切现象，并且系统不会报警停止。(a)正确补偿轨迹(b)存在过切现象的补偿轨迹图(五) 刀具半径补偿轨迹O 0001 N1 G90 G54 S1000 M03 ； N8 X50 ； N2 G00 Z100 ； N9 Y20 ；N3 X0 Y0 ； N10 X10 ；N4 G01 G41 X20 Y10 D01 F100 ； N11 G00 Z100 ；N5 Z2 ； N12 G40 X0 Y0 ；N6 Z-10 ； N13 M05 ；N7 Y50 ； N14 M30 ；根据刀具半径补偿功能编程规则，在XOY 平面内(或平行于XOY 平面的平面内)建立刀具半径补偿后，不能连续出现两段Z 轴的移动指令，否则会出现补偿位置不正确。当半径补偿从N4 程序段开始建立的时候，数控系统只能预读其后的两个程序段，而N5、N6 两段程序段都是Z 轴移动指令，没有XOY 平面内的坐标移动，系统无法判断下一步补偿的矢量方向，这时系统并不报警，补偿照样进行，但是N4 程序段执行后刀心轨迹目标点发生了变化，不再是图中的P 点，而是上图五（b） 所示的P1 点，这样就产生了过切(图中阴影部分)。为避免这种过切，可以在建立半径补偿之前，选择一个不会发生干涉的安全位置，使Z 轴以快速运动接近工件后，再以进给速度进给到切削深度。将上述程序改为：N1 G90 G54 S1000 M03； N8 X50；N2 G00 Z100； N9 Y20；N3 X0 Y0； N10 X10；N4 Z5； N11 Z100；N5 G01 Z-10 F100； N12 G40 X0 Y0 M05；N6 G41 X20 Y10 D01； N13 M30；N7 Y50； 采用这个程序段进行加工，就可以避免过切的产生。 2、使用刀具半径补偿时应避免过切削现象：使用刀具半径补偿和去除刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，且移动距离应大于刀具半径补偿值。若加工半径小于刀具半径的内圆弧，进行半径补偿将产生过切削，只有过渡圆角R大于或等于刀具半径r + 精加工余量的情况下才能正常切削；若被铣削槽底宽小于刀具直径，此时也将产生过切削。3、G41、G42、G40必须在G00或G01模式下使用。G41、G42不能重复使用，且在使用时不允许有两句连续的非移动指令。4、D00 - D99为刀具补偿号，