试谈数控加工中刀具补偿的应用（.doc

毕业论文题 目：数控加工中刀具补偿的应用系 部：机电工程系专 业：数控技术班 级：08数控（2）班学 生：罗贤强学 号：08313244指导老师：刘晓秋老师 职称：江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区毕 业 设 计（论文）任 务 书机电工程系系部 数控 专业 2008级（2011届）数控（2）班 学生罗贤强题 目：数控加工中刀具补偿的应用专题题目（若无专题则不填）：原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)：工作基础： 在20世纪60年代的数控加工中还没有出现补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，这样不仅很容易产生错误，而且生产效率低下。当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照轮廓尺寸进行程序编制。在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算，自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。因此刀具补偿的应用不仅提高了生产效率，还大大降低了技术人员的劳动强度。研究条件： 利用网络资源，参考相关文献，并在老师的提示和指导下熟悉并掌握刀具补偿的基本应用和相关注意事项。应用环境：刀具补偿广泛用于数控车床、数控铣床、加工中心等淑红设备中。提高了数控加工的精度。工作目的： 深入了解刀具补偿的概念以及分类，着重掌握数控车床车削加工中的刀具半径补偿的问题和车床的对刀问题。并通过本论文提高自己在刀具补偿方面的理论水平。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：研究内容：1数控车床加工的对象： 数控车床是目前使用比较广泛的数控机床，主要用干轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。与常规车床相比， 数控车床还适合加工如下工件。 ( 1 ) 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件， ( 2 ) 精度要求高的零件。 ( 3 ) 特殊的螺旋零件。 ( 4 ) 淬硬工件的加工。2数控车床的对刀问题：（ 1）一般对刀。（ 2）机外对刀仪对刀。（ 3）自动对刀。3 数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题：编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧(一般圆弧半径R是0.4一1.6 之间)，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算分为加工圆锥面的误差析与偏置值计算和加工圆弧面的误差分析与偏置值计算。(一) 刀尖半径补偿编程原则。 1 ) 将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处，偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。 2 ) 为了激活刀尖半径补偿，在一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入G41或G42，至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。 3 ) 进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面。 4 ) 刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用: G32,G34,G71,G72,G73, G74,G75,G76,G92。 5 ) 若在G90,G94固定循环中使用刀尖半径补偿，刀尖半径补偿必须先于G90,G94指令激活。(二) 刀尖回角半径补偿方法。 现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能( 即G41左补偿和G42右补偿功能)，对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输人刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。(三) 数控车床刀尖圆弧半径补偿。 1 ) 格式。 2 ) 偏置功能。应用实例：零件加工的轮廊图如图1所示。在编程过程中，若不加刀具半径补偿，加工中在切削圆锥面和圆弧面时就会出现过切和欠切的现象，如图2所示。这样加工出的零件将超差，不合格。为了加工出合格的零件.就要在编程中加人刀具半径补偿。 图1 零件轮廓圈 图2 过切或欠切现象O0001 程序号N10 G98 进给速递98mm/minN20 T0101 调用T01好玩刀具N30 S1000 M03 主轴转速1000r/minN40 G00 X20 Z5 快速接近工件N50 G42 G01 X20 Z0 F120 建立刀补N60 G01 Z-10 车削圆柱N70 G01 X40 Z-20 车削圆椎N80 G01 X40 Z-30 R2 车内圆角N90 G01 X50 C1 车外圆角N100 G01 Z-37 车削圆柱N110 G01 X48 Z-40 车削圆椎N120 G01 在-43 车削圆柱N130 G40 G01 X55Z-50 取消刀补N140 G00 X100 Z100 会换刀点N150 M05 主轴停止N160 M30 程序结束具体要求：熟悉刀具补偿的概念，能熟练应用刀具的补偿功能，尤其是刀具补偿在数控车床中的应用。日程安排：1：11月25日-12月20日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研；2：12月21日-12月25日，撰写选题报告；3：12月26日-1月15日，撰写开题报告；4：1月1日-3月27日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理并修改毕业设计/毕业论文，准备答辩；5:3月28日-4月4月3日，论文审核；6:4月，准备答辩。主要参考文献和书目：【1】全国数控培训网络天津分中心编.数控编程M机械工业出版社,2001。【2】浙江工业职业技术学院编.数控机床编程与操作M.绍兴:绍兴出版社,2003。【3】武汉华中数控股份有限公司.世纪星车削数控装置操作说明书M。 2003.【4】许兆丰主编.数控车床编程和操作M.北京:中国劳动出版社,1997。【5】周建来. 基于假想刀尖点为刀位点的c刀补技术. 现代制造工程，2001，10。【6】蔡复之. 实用数控加工技术. 兵器工业出版社，1995。【7】李善术- 数控机床及其应用- 北京：机械工业出版社，2000。【8】张建钢数控技术M武汉：华中科技大学出版社2000。【9】顾京数控加工编程及操作M北京：高等教育出版社。2003。【10】张立仁，李瑞斌，周会成刀具半径补偿原理及其在数控编程中的应用口机械管理开发2007(1)：6566。【11】李粉霞数控编程时刀具半径补偿指令的几种妙用J机械工程与自动化，2007(1)：153155。【12】刘雅君数控编程时巧用刀具半径补偿指令J3赤峰学院学报(自然科学版)，2006(4)：4547。【13】张超英，罗学科. 数控加工综合实训【M】 北京：化学工业出版社，2003。【14】王 维，杨金利。数控加工工艺及编程【M】 北京：机械工业出版社，2004。指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区毕业设计（论文）开题报告机电工程系系部 数控专业 08级（2011届）08数控（2）班 学生罗贤强题 目：数控加工中刀具补偿的应用本课题来源及研究现状：课题来源在20世纪60年代的数控加工中还没有出现补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，这样不仅很容易产生错误，而且生产效率低下。当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照轮廓尺寸进行程序编制。在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算，自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。因此刀具补偿的应用不仅提高了生产效率，还大大降低了技术人员的劳动强度。研究现状：【1】王雷通过对数控车床在加工各种形状的零件过程中，由于车刀刀尖圆弧半径影响，产生加工误差进行了深入分析，并对刀具圆弧半径补偿的各种情况进行了分析计算。同时分析了数控车床刀具半径补偿的功能、应用场合及使用方法，从而通过刀具半径补偿功能消除车刀刀尖圆弧对零件加工的影响，保证了被加工零件的几何精度和位置精度精度，尤其是对保证精加工时被加工零件的几何精度和位置精度有着特别的意义。【2】马保振等全面分析了数控车床刀具位置补偿和半径补偿的原因、方法和应用,并对刀具半径补偿使用时如何避免欠切进行了分析.从而保证零件加工时,通过调用刀具补偿值自动进行补偿,提高工件的加工精度。 课题研究目标、内容、方法和手段：研究内容：1数控车床加工的对象： 数控车床是目前使用比较广泛的数控机床，主要用干轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。与常规车床相比， 数控车床还适合加工如下工件。1) 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件，2) 精度要求高的零件。3) 特殊的螺旋零件。4) 淬硬工件的加工。2数控车床的对刀问题：1) 一般对刀。2) 机外对刀仪对刀。3) 自动对刀。3 数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题：编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧( 一般圆弧半径R是0.4一1.6 之间)，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算分为加工圆锥面的误差析与偏置值计算和加工圆弧面的误差分析与偏置值计算。(一) 刀尖半径补偿编程原则。1 ) 将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处，偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。2 ) 为了激活刀尖半径补偿，在一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入G41或G42，至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。3 ) 进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面。4 ) 刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用: G32,G34,G71,G72,G73, G74,G75,G76,G92。5 ) 若在G90,G94固定循环中使用刀尖半径补偿，刀尖半径补偿必须先于G90,G94指令激活。(二) 刀尖回角半径补偿方法。现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能( 即G41左补偿和G42右补偿功能)，对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输人刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。(三) 数控车床刀尖圆弧半径补偿。 1 ) 格式。 2 ) 偏置功能。应用实例：零件加工的轮廊图如图1所示。在编程过程中，若不加刀具半径补偿，加工中在切削圆锥面和圆弧面时就会出现过切和欠切的现象，如图2所示。这样加工出的零件将超差，不合格。为了加工出合格的零件.就要在编程中加人刀具半径补偿。 图1 零件轮廓圈 图2 过切或欠切现象O0001 程序号N10 G98 进给速递98mm/minN20 T0101 调用T01好玩刀具N30 S1000 M03 主轴转速1000r/minN40 G00 X20 Z5 快速接近工件N50 G42 G01 X20 Z0 F120 建立刀补N60 G01 Z-10 车削圆柱N70 G01 X40 Z-20 车削圆椎N80 G01 X40 Z-30 R2 车内圆角N90 G01 X50 C1 车外圆角N100 G01 Z-37 车削圆柱N110 G01 X48 Z-40 车削圆椎N120 G01 在-43 车削圆柱N130 G40 G01 X55Z-50 取消刀补N140 G00 X100 Z100 会换刀点N150 M05 主轴停止N160 M30 程序结束研究目标：深入了解刀具补偿的概念以及分类，着重掌握数控车床车削加工中的刀具半径补偿的问题和车床的对刀问题。并通过本论文提高自己在刀具补偿方面的理论水平。研究方法：通过网络以及其他手段与方式等 ，调查了解有关现状，对文献涉及的主要原理、技术方法等进行总结、归纳评述，阐明当前有关方面的成果和动态。设计（论文）提纲及进度安排：1：11月25日-12月20日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研；2：12月21日-12月25日，撰写选题报告；3：12月26日-1月15日，撰写开题报告；4：1月1日-3月27日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理并修改毕业设计/毕业论文，准备答辩；5:3月28日-4月4月3日，论文审核；6:4月，准备答辩。主要参考文献和书目：【1】全国数控培训网络天津分中心编.数控编程M机械工业出版社,2001。【2】浙江工业职业技术学院编.数控机床编程与操作M.绍兴:绍兴出版社,2003。【3】武汉华中数控股份有限公司.世纪星车削数控装置操作说明书M。 2003.【4】许兆丰主编.数控车床编程和操作M.北京:中国劳动出版社,1997。【5】周建来. 基于假想刀尖点为刀位点的c刀补技术. 现代制造工程，2001，10。【6】蔡复之. 实用数控加工技术. 兵器工业出版社，1995。【7】李善术- 数控机床及其应用- 北京：机械工业出版社，2000。【8】张建钢数控技术M武汉：华中科技大学出版社2000。【9】顾京数控加工编程及操作M北京：高等教育出版社。2003。【10】张立仁，李瑞斌，周会成刀具半径补偿原理及其在数控编程中的应用口机械管理开发2007(1)：6566。【11】李粉霞数控编程时刀具半径补偿指令的几种妙用J机械工程与自动化，2007(1)：153155。【12】刘雅君数控编程时巧用刀具半径补偿指令J3赤峰学院学报(自然科学版)，2006(4)：4547。【13】张超英，罗学科. 数控加工综合实训【M】 北京：化学工业出版社，2003。【14】王 维，杨金利。数控加工工艺及编程【M】 北京：机械工业出版社，2004。指导教师审核意见：教研室主任签字： 年 月 日摘 要数控车床刀具补偿包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿。文章是以数控车床刀具补偿为研究对象，分析了刀具位置补偿的原理和应用，详细的研究磨损补偿动作和几何形状补偿动作的实施；并且分析了刀尖圆弧在加工中产生误差，从而确定在数控加工中必须进行刀尖圆弧半径补偿。同时研究了刀尖方位的确定和刀尖圆弧半径补偿指令的应用。此项研究为现场操作人员和学习数控操作和编程的人员快速处理加工中补偿问题提供了很大的帮助。关键词：数控车床；刀具补偿；刀具位置补偿；刀尖圆弧半径补偿；应用AbstractAbstract：The CNC lathe tool compensation includes tool position compensation and tool radius compensationThis article is based on CNC Lathe Tool Compensation as the research object，it analyzes the principle of compensation for tool position，action steps and applications，and Detailed studys the implementation of wear compensation actions and geometry compensation actions；And it determines to apply tool radius compensation in the programming through an analysisof errors in processingIt studys determining of the tip position and application of the tool radius compensation instructionsThe study provides a great help to quickly deal with the issue of compensation for on-site operators and staff of studying CNC operation and programming processKey words：the CNC lathe；tool compensation；tool position compensation；tool radius compensation；application 前 言在20世纪60年代的数控加工中还没有出现补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，这样不仅很容易产生错误，而且生产效率低下。当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照轮廓尺寸进行程序编制。在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算，自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。因此刀具补偿的应用不仅提高了生产效率，还大大降低了技术人员的劳动强度。数控车床刀具半径补偿是CNC技术的核心，该功能是数控系统根据加工轮廓的加工程序和刀具中心的偏移量，自动计算出刀具中心轨迹。切削加工中。为了提高刀尖强度，降低加工表面粗糙度，通常在刀尖( 假想刀尖) 处制有一回弧过渡刃。采用刀具半径补偿能有效地避免刀具干涉， 改善尖角加工的工艺性， 同时也提高了加工效率。本研究主要针对数控车床刀具补偿技术方面的同题进行深人研究 。目 录第一章 概述1第二章 数控车床的对刀问题32.1刀具补偿功能简介32.2一般对刀32.3 机外对刀仪对刀32.4自动对刀3第三章 数控车削加工中半径补偿有关问题53.1刀具补偿的目的63.2刀具补偿的分类73.3 数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题83.3.1刀尖半径补偿编程原则83.3.2刀尖圆角半径补偿方法83.3.3数控车床刀尖圆弧半径补偿93.4刀具补偿在编程过程中的灵活应用11第四章 刀具半径补偿指令在数控机床上编程中的应用134.1刀具半径补偿概念134.2刀具半径补偿的应用及刀补动作144.3需要注意的问题及应用技巧164.4应用实例20致谢27参考文献28第一章 概述刀具补偿的理论及其实现，目前在各类数控系统中都已经是比较成熟的技术。在使用数控机床加工零件的过程中，刀具的运动轨迹不等同于工件外形轮廓。为了确保工件轮廓形状，加工时数控系统必须根据工件轮廓和刀具的几何形状计算出刀具中心运动轨迹。不同的刀具运动方向刀具中心运动轨迹的计算方法不同。正确使用不同的刀具补偿功能才能加工出合格产品。数控机床一般都具有刀具补偿功能，所以在编程时可以不考虑刀具的实际尺寸f如长度和半径等)，从而简化了编程工作。如果编程采用了刀具补偿，在运行程序之前就必须输入相应的补偿值，这就是说数控机床的刀具补偿功能是依照程序中的补偿指令(G41-G44)和补偿值实现的，对初学者来说，这是个难点。在加工过程中，刀具的磨损、实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致以及更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成误差。为了最大限度的减少因刀具尺寸变化等原因造成的加工误差，数控系统通常都具备有刀具误差补偿功能。通过刀具褂偿功能指令，CNC系统可以根据输补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床能够自动地加工出符合程序要求的零件。刀具补偿功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化(如刀具更换、刀具磨损)时，可对刀具半径或长度作相应的补偿，而不需要修改程序。编程指令有：G40：取消刀具半径补偿，沿程序路径进给；G41：左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给；G42：右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给；G43：刀具长度正补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相加，按其结果进行Z轴运动；G44：刀具长度负补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相减，按其结果进行Z轴运动；G49：取消刀具长度补偿，沿程序指定的Z坐标进行z轴运动。在实际数控加工中正确应用刀具补偿是提高加工质量的关键，下面对刀具补偿功能在各种数控加工中的应用进行分析。在数控机床的加工过程中，可以清楚看出刀具（或电极丝、激光等，以下统称为刀具）中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合，这是因为工件轮廓是刀具以运动包络的方式形成的。刀具的中心（底端面与轴线相交点）称为刀具的刀位点，刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。在20世纪6070年代的数控加工中还没有刀具补偿（简称刀补）的概念，编程人员不得不根据刀具的理论路线和实际路线的相对关系进行编程，既容易产生错误，又使得编程效率很低。当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照工件的轮廓尺寸进行程序编制。在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只需要更改程序中刀具补偿的数值。刀具补偿使用简单、方便，能极大提高编程的工作效率。第二章 数控车床的对刀问题2.1刀具补偿功能简介数控机床在切削过程中不可避免地存在刀具磨损问题，譬如钻头长度变短，铣刀半径变小等，这时加工出的工件也随之变化。如果系统中有刀具尺寸补偿功能，可在操作面板上输入相应的修正值，是加工出的工件尺寸仍然符合图样要求。有了刀具尺寸补偿功能后，是数控编程大为简便，在编程时可以完全不考虑刀具中心轨迹计算，直接按零件轮廓编程。启动机床加工前，只需输入使用刀具的参数，数控系统会自动计算出刀具中心的运动轨迹坐标。另外，试切和加工中工件尺寸与图样要求不符时，可利用相应的补偿加工出合格的零件。经济型数控机床在和学校中流行广泛，其具有性能简化、结构简单、价格低廉等特点。在经济型数控机床系统中，如果没有刀具补偿功能，只能按刀位点的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要求先根据工件轮廓尺寸和刀具几何尺寸计算出刀位点的运动轨迹。因此计算量大、过程复杂，且刀具磨损时，需重新计算刀位点的轨迹尺寸，修改或重新编制加工程序，费时费力费钱。2.2一般对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。刀具安装后,先移动刀具手动切削工件右端面,再沿X 向退刀,将右端面与工原点距离N 输入数控系统,即完成这把刀具Z 向对刀过程。手动对刀是基本对刀方法,但它还是没跳出传统车床的“试切 测量 调整”的对刀模式,占用较多的在机床上时间。此方法较为落后。2.3机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好,以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。2.4自动对刀自动对刀是通过刀尖检测系统实现的,刀尖以设定的速度向接触式传感器接近,当刀尖与传感器接触并发出信号,数控系统立即记下该瞬间的坐标值,并自动修正刀具补偿值。在数控加工中,工件坐标系确定后,还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置,即常说的对刀问题 在数控车床之前,常用的对刀方法为试切对刀 下面以FANUC6T 系统为例,介绍试切对刀的方法。将工件安装好之后,先用MDI方式操纵机床,用已选好的刀具将工件端面车一刀,然后保持刀具在纵向(Z 向)尺寸不变,沿横向(X向)退刀 当取工件右端面0为工件原点时,对刀输入为ZO；当取工件左端面O,为工件原点时,需要测量从内端面到加工面的长度尺寸J,此时对刀输入为Z值 ,用同样的方法,再将工件外圆表面车一刀,然后保持刀具在横向上的尺寸不变,从纵向退刀,停止主轴转动,再量出工件车削后的直径值 v,根据车削前的直径值 和 v 值即可确定刀具在工件坐标系中的位置。其它各刀都需要进行以上操作,从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。由于这种调整方法简单、可靠,所以得到了广泛的应用。第三章 数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题 刀具半径补偿正像使用了刀具长度补偿在编程时基本上不用考虑刀具的长度一样，因为有了刀具半径补偿，我们在编程时可以不要太多考虑刀具的直径大小了。刀具长度补偿对所有的刀具都适用，而刀具半径补偿则一般只用于铣刀类刀具。当铣刀加工工件的内外轮廓时，就用得上刀具半径补偿。因为刀具半径补偿是一个难以理解和使用的一个指令，所以在编程中很多人不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它，将对我们的编程和加工带来很大的方便。当编程者准备编一个用铣刀加工一个工件的外形的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径进行细致的计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。一个工件的外形加工分粗加工和精加工，粗加工程序编好后只完成粗加工，由于经过粗加工，工件形尺寸发生了变化。此时，如果用刀具半径补偿，些麻烦都迎刃而解了。我们可以忽略刀具半径，而据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里。临时更换铣刀也好、进行粗精加工也好，我们只需更改刀具半径补偿值，就以控制工件外形尺寸的大小，不需要修改程序。在编制工件粗、精加工程序的过程中，合理运用刀具半径补偿功能，可以极大减少计算工作量，提高加工效率。如一个工件的外形加工分为粗加工和精加工， 当编制完粗加工程序，制定精加工程序时，因粗加工后工件外形尺寸发生了变化， 又要重新计算精加工的刀具中心坐标值，计算工作量较大。此时如果使用刀具半径补偿功能，可以忽略刀具半径，而只根据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿值放在半径补偿寄存器里。不管是临时更换铣刀或进行粗精加工， 仅需要更改刀具半径的补偿值就可以控制工件的外形尺寸，而加工程序则基本上不用改动。编制数控车床加工程序时,理论上是将刀刀尖看成一个点,但为了提高刀具的使用命和降低加工工件的表面粗糙度,通常将刀磨成半径不大的圆弧(一般圆弧半径R 是0.41.6之间),所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿,仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工,势必会产生加工误差。假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算分为加工圆锥面的误差分析与偏置值计算和加工圆弧面的误差分析与偏置值计算。3.1刀具补偿的目的作为数控车床的车刀在进行加工时都以刀尖为基准进行对刀，进行切削加工。为了提高刀具寿命，降低加工表面的粗糙度，实际加工中的车刀不是理想的尖锐的一个点，而是一个半径不大的圆弧。由于切削点沿着圆弧不断在变化，加工会产生尺寸误差。作为尺寸精度要求高的产品，这种误差是不允许的，必须对因车刀刀尖圆弧引起的误差进行补偿，才能加工出高精度的零件。(1)车刀刀尖圆弧引起加工误差的原因如图1所示为一个刀尖的放大图形。在数控编程中，我们常常把刀尖C看作一个尖点，工件轮廓上每个点都被看作刀尖到达的位置。在实际对刀时，我们把刀具的A点作为端面切削点，B点作为外径切削点。在切削加工中，切削斜面或圆弧时，切削点是在AB之间变化的，而不是那个刀尖的假想点。由于实际运动轨迹和假想刀尖运动轨迹不一致，就造成了加工时可能出现的误差，如图2所示。图1 刀尖放大图图2 车刀车尖圆弧引起的误差从图2可见，用带有刀尖圆弧的车刀在车削端面和外径、内径与轴线平行的表面时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧的切削时则会产生误差。图中A2一A3、A4一A5发生少切现象，而在A6_A7出现过切现象。3.2刀具补偿的分类刀具补偿主要分为半径补偿和长度补偿两种。半径补偿又可分为左刀补G41(在刀具前进方向左侧补偿)和右刀补G42(在刀具前进方向右侧补偿)。本文主要介绍数控车削加工中常见的刀尖圆弧半径半径补偿的有关问题。图3 刀具半径补偿 3.3 数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题3.3.1刀尖半径补偿编程原则(1) 将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处,偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。(2) 为了激活刀尖半径补偿,在一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入G41或G42,至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。(3) 进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面。(4) 刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用：G32 、G34 、G71、 G72、 G73、 G74、G75、 G76 、G92。(5) 若在G90 、G94固定循环中使用刀尖半径补偿,刀尖半径补偿必须先于G90、 G94 指令激活。(6) 若在G70 精加工循环中使用刀尖半径补偿、刀尖半径补偿必须先于G70 指令的执行、再定位到起始点处先激活。(7) 在刀具坐标轴运动离开工件时,刀尖参考点离开工件至少三倍于刀尖圆角直径值。3.3.2刀尖圆角半径补偿方法现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器,具有刀尖圆弧半径补偿功能(即G41 左补偿和G42右补偿功能),对于这类数控车床,编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程,编程时可假设刀具圆角半径为零,在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输入刀具圆弧半径值,加工过程中,数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹,进行刀具圆角半径补偿,完成零件的加工刀具半径变化时,不需修改加工程序,只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。需要注意的是：有些具有G41 G42功能的数控系统,除了输入刀头圆角半径外,还应输入假想刀尖相对于圆头刀中心的位置,这是由于内、外圆车刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。当数控车床的数控系统具有刀具长度补偿器时,直接根据零件轮廓形状进行编程,加工前在机床的刀具长度补偿器输入上述的X和Z的值,在加工时调用相应刀具的补偿号即可。3.3.3数控车床刀尖圆弧半径补偿(1）刀尖圆弧半径补偿原理车刀在进行连续轮廓加工过程中，由于刀尖圆弧半径而造成的过切或欠切问题，可通过数控装置自动补偿功能来解决。图4 过切或欠切现象由于CNC系统对刀具半径补偿是采用交角转接或直接转接的方法，CNC自动计算出本程序段与下一程序段刀具中心轨迹的交点坐标。前后两程序段轮廓轨迹转接情况有4种:直线与直线转接、直线与圆弧转接、圆弧与直线转接、圆弧与圆弧转接。根据相邻两程序段轮廓轨迹的转接情况，可导出计算刀具中心轨迹的交点坐标的公式。为了便于刀具中心轨迹的交点坐标的计算及对各种编程情况进行分析，将程序段的轮廓轨迹、刀具半径都当作矢量。直线段矢量方向从起点指向终点，而圆弧起点及终点的半径为矢量，方向由圆心指向起点或终点，刀具半径的矢量方向由零件加工程序段轮廓指向刀具圆心，其大小等于刀具半径，在加工过程中始终垂直于轮廓轨迹。图5 刀具补偿建立示意图(2）刀尖圆弧半径补偿技术 通过以上分析得知，CNC系统在编程时不必计算刀具圆弧中心的运动轨迹， 而只需要直接按零件轮廓编程，并在加工前输人刀具半径数据和假想刀尖位置通过在程序中使用刀具半径补偿指令，刀具中心将自动在偏离零件轮廓一个半径的轨迹上运动，从而加工出合格的零件。刀具半径补偿过程分以下3步进行:( 1 ) 刀具半径补偿建立。在轮廓加工切入工件时执行以G41或G42功能，从假想刀尖与编程轨迹重合过渡到刀具中心与编程轨迹偏离一个刀尖圆弧半径。( 2 )刀具半径补偿进行。执行有G41、G42指令程序段后的程序段，刀具中心始终与编程轨迹偏离一个刀尖圆弧半径。（3 )刀具半径补偿取消。刀具半径补偿取消是在轮廓加工结束切出工件时执行G40功能。刀具离开工件，从刀具中心与编程轨迹偏离一个刀尖圆弧半径过渡到假想刀尖与编程轨迹重合。 在运用刀具半径补偿时，还需要根据切削时刀具所处的位置，选择假想刀尖方位，从而使系统能根据假想刀尖方位确定计算补偿量。(3）刀具圆弧补偿半径措施只有在线性插补( GO0 、G0l时才可以进行 G41、G42和 G4O的运用。刀具半径补偿建立和取消程序段必须在补偿平面内编程坐标运行。可以编程两个坐标轴，如果只给出一个坐标轴的数据，则第2个坐标轴自动地以最后编程的尺寸赋值。 通过理论研究和实践证明， 提出下述刀具半径补偿的具体措施， 以确保加工出高质量的零件:1 ) 由于刀具在起刀程序段中，进行偏置过渡运动，因此该段程序不要切人工件轮廓，以免对工件产生误切。2 )刀补指令 G41、 G42或 G40必须跟在直线段上，否则会出现语法错误。3 )必须在刀具补偿页内( 刀具偏置所在内存区) 的刀尖半径处填入该把刀具的刀尖圆弧半径值，系统会自动计算应该移动的补偿量，作为刀尖圆弧半径补偿之依据。4 )必须在刀具补偿页内的假想刀尖位置处填入该把刀具的假想刀尖位置号码， 以作为刀尖圆弧半径补偿之依据。5 )指令刀尖半径补偿G41或G42的过渡直线段长度必须大于刀尖圆弧半径；在 x轴的切削移动量必须大2倍刀尖半径值。6 )在某个刀补有效的程序段之后，若有两个以上不运动的程序段时，刀具可能会对工件下一个轮廓产生过切。7 )当用假想刀尖圆弧中心编程时，假想刀尖号设为0或9 。编程时要用刀具半径补偿，对刀时要考虑刀尖圆弧半径。3.4.刀具补偿在编程过程中的灵活应用手工编制数控铣床加工程序时,可以预先在刀具表中设置虚拟的刀具长度和半径补偿量。设置依据是余量(根据刀具及工件的材料的性质、 尺寸、 结构、 工艺系统刚度等因素综合确定)。比如占用H50H55,D50D55刀具号码,在加工之前以MDI方式手动输入完成把复杂的加工任务编制成子程序,执行时,可以调用不同的刀具号码进行补偿,多次循环子程序。 这样,在没有更换刀具的情况下,会产生不同的让刀量进行切削加工,相当于对工件实施粗加工、半精加工和精加工。 这种加工方式非常适合没有刀库的数控铣床。 笔者称这种编程技巧为“虚拟刀具补偿”。 虚拟半径刀具补偿通常使用的场合是：内，外平面轮廓加工及平面区域加工、 虚拟半径数值(以MDI方式输入的刀具半径)等于刀具实际半径加上本次加工预留余量。虚拟刀具长度补偿通常应用于规则曲面区域加工和参数线加工等 。第四章 刀具半径补偿指令在数控机床上编程中的应用4.1刀具半径补偿概念1.概念1）刀位晟在数控铣床或加工中心上铣削零件时，刀具与工件之间为面接触，而数控编程是以坐标点来编制程序的，那么就存在刀位点的问题。编程时用来计算刀具位置的基准点，即是刀具的刀位点。程序所表达的刀具轨迹实际上指的是刀位点的轨迹。刀位点一般是指刀具的回转中心点，图l是常用刀具的刀位点示意图。图l轮廓加工常用刀具的刀位点 图2刀具半径补偿示意圈2)刀具半径补偿功能因为刀位点的原因，当用半径为R的刀具加工工件编程时，刀具中心的轨迹是与编程轨迹A偏移R距离的B线。刀具中心的偏移量叫做补偿量，也称为偏置量。刀具半径补偿的任务就是作出加上补偿量以后的刀具轨迹。如图2所示。ISO标准G代码用G40 G41 G42来实现刀具半径补偿功能。2. 刀具半径补偿指令的作用一般在铣削加工中，为了达到被加工零件所要求的尺寸，必须计算和确定考虑了刀具半径后的轨迹。若不采用刀具半径补偿功能，则要人工计算出刀具偏移一个刀位点的位置坐标，加工后工件的轮廓线才会符合图纸要求。这样，对一些轮廓复杂的零件，计算起来相当麻烦，工作量相当大。而刀具半径补偿使零件轮廓能被直接用来编程，而不考虑刀具的尺寸，cNc能根据零件轮廓和存放在刀具表中的尺寸自动地计算刀具的轨迹。因此，刀具半径补偿功能使编程简化。3.刀具半径补偿示意图刀具半径补偿分为半径左补偿和半径右补偿及取消刀补，根据编程的具体情况而定。图1中所示的G41是相对于刀具前进方向左侧进行补偿，也称左刀补”J，G42是相对于刀具前进方向的右侧进行补偿，也称右刀补，G40取消刀补。F进给方向；G4l刀具在零件左边；G42刀具在零件的右边图1刀具半径补偿方向4.2 刀具半径补偿的应用及刀补动作1.刀具半径补偿的应用加工如图2所示零件的外轮廓，设所使用的刀具是直径为20毫米的立式端面铣刀，工件上表面为z轴坐标原点，铣削深度为10毫米，编程如下：O0001Nl0 G54G90 G94G17G00 XOYO Z100TOl S250M03N20 G4l X20 Y10 D01N30 G01 Y50 F100N40 X50N50 Y20N60 X10N70 G00 G40 X0 YO M05N80 M30图2 零件图及对应的加工轨迹路线2.刀补动作1)启动阶段当N2程序段中写上G41和D0l指令后运算装置立即同时先读人N3、N4两段，在N2段的终点(N3段始点)，作出一个矢量，该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向左，大小等于刀补值(即D叭的值)。刀具中心在执行这一段(N2段)时，就移向该矢量的终点。在该段中，动作指令只能采用G00或G01，不能用G02或G03。2)刀补状态从N3开始进入刀朴状态，在此状态下，G01 G02 G03 G00都可用，也是每段都先行读入两段，自动按照启动阶段的矢量作法，作出每个沿前进方向左侧加上刀补的矢量路径。象这种在每段开始都先行读入两段、计算出其交点，使刀具中心移向交点的方式称之为交点运算方式。3)取消刀补当N7程序段中用到G40指令时，则在N6段的终点(N7段的始点)。作出一个矢量。它的方向是与N6段前进方向的垂直朝左、大小为刀补值。刀具中心就停止在这矢量的终点，然后从这一位置开始，一边取消刀补一边移向N7段的终点。此时也只能用G01或G00，而不能用G02或G03等。4.3需要注意的问题及应用技巧1.注意的问题1)注意明确刀补的方向若在刀补启动开始后的刀补状态中，如果存在两段以上没有移动指令或存在非指定平面的移动指令段(即刀补方向不明确时)，则有可能产生进刀不足或进刀超差现象。下面举例说明，若以上程序改为如下编制则会出现如图5所示的进刀超差现象：00002 N10 G54 G90 G17 G00 X0 Y0 Z100 S300 T0l M03N20 G41 X20 Y10 D01N40 Z2N50 G0l Z一10 F100 N60 Y50N70 X50N80 Y20N90 XlON100 G00 Z100 M05Nll0 G40 XO Y0N120 M30原因是当从N2段进入刀补启动阶段后，只能读人N4、N5两段，但由于z轴是非刀补平面而且读不到N6以后的段，也就作不出矢量，确定不了进刀的方向。此时尽管用G41进入了刀补状态，但刀具中心却并未加上刀补，而直接移动到了P1点，当P1执行完N4、N5段后，再执行N6段，刀具中心从P1移动到交点A，此时就产生了图3所示的进刀超程(过切)。2)起点的距离与刀具半径之间的关系 从刀具起点到刀补状态的起点如图5所示。O一P1，需要一个。过程来完成，即刀位点移动一个刀具半径的过程，要有足够的距离过渡，而