数控车削中的刀尖圆弧半径补偿.doc

数控车削中刀尖圆弧半径对加工的影响唐思远 （湖南郴州技术学院 423000）【摘要】系统分析了数控车削加工中刀尖圆弧半径对工件尺寸、形状的影响，并通过举例加以说明，提出相应的解决措施。关键词：数控；刀尖圆弧半径补偿；刀尖方位；存储器一 问题的提出 数控加工中刀具功能又称为T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能指令。数控车床的刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两个方面。对于刀具位置补偿，一般地，操作者都比较重视，在加工前通过建立刀具偏置值来实现。但对于刀尖圆弧半径补偿则比较容易忽视；而在数控仿真操作或实际加工过程中，往往因为这一点造成工件尺寸超差、形状异样，工件报废。二 刀尖圆弧半径补偿的概念（Tool Nose Radius Compensation）编制数控车床加工程序时，总是将刀尖看作一个点，如图（一）所示。但是在实际加工中，这种理想的刀具状态是不存在的，因为无论用哪种材料做刀具，主、副切削刃的交点不可能是一个理想的点，而是存在一个圆弧过渡；另一方面，为了提高刀具刚度、延长使用寿命和降低加工表面粗糙度，通常也要将车刀刀尖刃磨成半径不大的圆弧，一般圆弧半径R在0.41.6mm之间(一般可通过对刀仪测量出来)。如图（二）所示，编制加工程序时总是以理论刀尖P点来编程，数控系统通过准备功能指令来控制P点的运动轨迹；而实际切削时，真正起作用的切削刃是圆弧的各切点，这势必造成切削加工不足（不到位）或切削过量（过切）的现象，从而导致工件表面的形状误差和尺寸误差。刀尖圆弧半径补偿功能就是用来补偿由于刀尖圆弧半径引起的工件误差的。图（一） 车刀的假设刀尖及刀刃圆弧 图（二） 刀尖圆弧半径对加工精度的影响分析图（二）可以发现，在切削圆锥（或圆弧部分）时，如果仍以理论刀尖P点来编程，圆弧刀刃各切点的运动轨迹与工件要求的轨迹之间存在阴影部分的误差，而且刀尖圆弧半径越大，加工误差就越大。因此，对刀尖圆弧半径进行补偿是十分必要的。值得特别提出的是，切削工件端面时，车刀圆弧的切点A与理论刀尖P点的Z坐标值是相同的；切削柱段（外圆）时，车刀圆弧的切点B与理论刀尖P点的X坐标值相同，切削出的工件没有，形状误差和尺寸误差。因此可以不必考虑刀尖半径补偿。如图（三）所示。 图（三） 刀尖圆弧半径对端面、外圆切削无影响三 刀尖圆弧半径补偿的方向（Tool Nose Radius Compensation Direction）与数控铣削加工的刀具半径补偿一样，车削加工也分为左补偿（用G41指令）和右补偿（用G42指令）。在进行刀尖半径补偿时，刀具和工件的相对位置以及刀具的运动方向，决定了补偿的方向。图（四）描述了刀尖半径补偿方向。顺着刀尖运动方向看，刀具处于 工件的左侧，即为刀尖左补偿，用G41 图（四） 刀尖圆弧半径补偿方向的判定指令；刀具处于工件的右侧，即为刀尖右补偿，用G42指令；取消刀尖半径的左补偿或右补偿，用G40指令，此时车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动。四 实现刀尖半径补偿功能的参数设置在加工工件之前，必须将刀尖半径补偿的有关参数输入到数控机床的相应存储器中，以便使数控系统对刀尖的圆弧半径所引起的误差进行自动补偿。现代CNC系统的补偿功能不仅可以自动完成刀具中心轨迹的偏置，而且还能自动完成直线间转接、圆弧间转接和直线与圆弧转接等尖角过渡。其计算方法视系统不同而有所区别，且与数控编程关系不大，基于篇幅所限，在此不赘述。刀尖半径R 工件的形状与刀尖半径的大小有直接关系，必须将刀尖圆弧半径输入到存储器中。如图（五）所示。 a) FANUC0I系统 b) FANUC0系统图（五）刀具参数寄存器界面刀尖方位T 它是描述刀具理论刀尖与刀尖圆弧中心相对位置的一种编号，因此也有“刀具形式编号”之称。刀尖的方位会影响工件实际切削轨迹，所以刀具补偿除了刀尖圆弧半径外还应包括刀具的刀尖方位。不同的刀具结构，其理论刀尖相对刀尖圆弧中心的位置存在以下几种可能：右上（1）、左上（2）、左下（3）、右下（4）、右（5）、 图（六） 刀尖方位的判定上（6）、左（7）、下（8）、中（9/0 即理论刀尖与刀尖圆弧中心重合）。参数的输入 进入刀具参数偏置界面，通过移动光标选择刀号，将刀具位置补偿值（X、Z向）、刀尖圆弧半径R以及刀尖方位T输入到刀具偏置寄存器中，如图（五）所示。若某程序段中编入了补偿指令“N200 G42 G01 X36 Z2 T0101”，则在自动加工过程中，数控系统根据01号刀具补偿栏内的X、Z、R、T的数值，自动修正该号刀具的位置误差和进行刀尖圆弧半径补偿。值得说明的是，采用刀尖半径补偿时，刀具运动轨迹指的不是理论刀尖，而是刀尖上刀刃圆弧的中心位置，这一点在建立工件坐标系时就需要特别注意。五 编程举例工件毛坯锻件80110mm。在切除余量时的粗车循环使用G71功能，刀具：外圆左偏刀T01，刀尖方位3，刀尖圆弧半径R1.2；精车循环使用G70功能，刀具外圆左偏刀T02，刀尖方位3，刀尖圆弧半径R0.6。编程零点选择在工件右端面。程序编制如下。 O0012 N10 G50 X120 Z150 N20 M03 S260 N30 T0101（换01号刀，01号刀补） N40 G41 G00 X82 Z0（建立左径补） N50 G01 X0.5 F0.1（车右端面） N60 G40 G00 X82 Z20（取消径补）6N70 G71 U2 R1 N80 G71 P90 Q180 U0.5 W0.2 F0.2 N90 G42 G00 X46 Z2（建立右径补） N100 Z0N110 X50 W2（倒角245）N120 Z40N130 X64 Z56N140 Z70N150 X70 N160 G03 X76 Z73 R3 N170 G01 Z90 N180 G40 G01 X80 W10（取消径补） N190 G00 X120 Z150N200 T0202（换02号刀，02号刀补）N210 G70 P90 Q180 S460 F0.1N220 G00 X120 Z150N230 M05N240 M02六 结束语用带刀尖圆弧半径的车刀加工工件时，若数控机床不具备刀尖半径补偿功能，也可采用刀尖圆弧中心轨