数控技术Lecture 10 Ch3刀具半径补偿课件

1、第三章 计算机数控装置(CNC)第五节 刀具半径补偿原理一. 刀具半径补偿的基本概念二、刀具半径补偿的工作原理. 加工工过程中的过切判别原理2022/9/131现代数控技术1. 什么是刀具半径补偿(Tool Radius Compensation offset)在轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径（如铣刀半径或线切割机的钼丝半径），刀具中心的运动轨迹并不等于所要加工零件的实际轮廓。也就是说，数控机床进行轮廓加工时，必须考虑刀具半径。如图3-32所示，在进行外轮廓加工时，刀具中心需要偏移零件的外轮廓面一个半径值。这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。 图3-32 刀具中心的偏移一. 刀具半径补偿的基本

2、概念2022/9/132现代数控技术根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。ABC”CBAG41刀具G42刀具编程轨迹刀具中心轨迹C一. 刀具半径补偿的基本概念 刀具半径的补偿通常不是由程序编制人员来完成的，程序编制人员只是按零件的加工轮廓编制程序，同时用指令G41、G42、G40告诉CNC系统刀具是沿零件内轮廓还是外轮廓运动。实际的刀具半径补偿是在CNC系统内部由计算机自动完成的。 CNC系统根据零件轮廓尺寸（直线或圆弧以及其起点和终点）和刀具运动的方向指令（G41，G42，G40），以及实际加工中所用的刀具半径值自动地完成

3、刀具半径补偿计算。 2022/9/133现代数控技术根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓）前进方向右边时称为右刀具补偿，简称右刀补，用G42表示；反之，则称为左刀补，用G41表示；当不需要进行刀具补偿时用G40表示。 加工中心和数控车床在换刀后还需考虑刀具长度补偿。因此刀具补偿有刀具半径补偿和刀具长度补偿两部分计算。刀具长度的补偿计算较简单，本节着重讨论刀具半径补偿。一. 刀具半径补偿的基本概念2022/9/134现代数控技术. 刀具半径补偿功能的主要用途实现根据编程轨迹对刀具中心轨迹的控制。可避免在加工中由于刀具半径的变化(如由于刀具损坏而换刀等原因)而重新编程的麻烦。刀具半径

4、误差补偿，由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径的变化，也不必重新编程，只须修改相应的偏置参数即可。减少粗、精加工程序编制的工作量。由于轮廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工时，均要为精加工工序预留加工余量。加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，而不必为粗、精加工各编制一个程序。一、 刀具半径补偿的基本概念2022/9/135现代数控技术B刀补实际上，当程序编制人员按零件的轮廓编制程序时，各程序段之间是连续过度的，没有间断点，也没有重合段。但是，当进行了刀具半径补偿（B刀具补偿）后，在两个程序段之间的刀具中心轨迹就可能会出现间断点和交叉点。如图所示，红线为编程轮廓，当加工外轮廓时，会出现间断

5、 ；当加工内轮廓时，会出现交叉点 。 2022/9/137现代数控技术B刀补对于只有B刀具补偿的CNC系统，编程人员必须事先估计出在进行刀具补偿后可能出现的间断点和交叉点的情况，并进行人为的处理。如遇到间断点时，可以在两个间断点之间增加一个半径为刀具半径的过渡圆弧段 。遇到交叉点时，事先在两程序段之间增加一个过渡圆弧段AB，圆弧的半径必须大于所使用的刀具的半径。显然,这种仅有刀具补偿功能的CNC系统对编程人员是很不方便的。 2022/9/138现代数控技术由数控系统根据和实际轮廓完全一样的编程轨迹，直接算出刀具中心轨迹的转接交点C和C，然后再对原来的程序轨迹作伸长或缩短的修正。这就是C机能刀具

6、半径补偿，即C刀补。它的主要特点是采用直线作为轮廓之间的过渡，因此，它的尖角性好，并且它可自动预报(在内轮廓加工时) 过切，以避免产生过切。一、 刀具半径补偿的基本概念C 机能刀具半径补偿-C刀补2022/9/1310现代数控技术 B刀具补偿对编程限制的主要原因是在确定刀具中心轨迹时，都采用了读一段，算一段，再走一段的控制方法。这样，就无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。对于给定的加工轮廓轨迹来说，当加工内轮廓时，为了避免刀具干涉，合理地选择刀具的半径以及在相邻加工轨迹转接处选用恰当的过渡圆弧等问题，就不得不靠程序员自己来处理。为了解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹

7、的影响，C刀补采用在计算完本段轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情况，再对本段的轨迹作适当的修正，得到正确的本段加工轨迹。B刀补与C刀补的区别2022/9/1311现代数控技术第五节 刀具半径补偿原理一. 刀具半径补偿的基本概念二、刀具半径补偿的工作原理. 加工工过程中的过切判别原理2022/9/1312现代数控技术. 刀具半径补偿的工作原理（1）刀补建立刀补进行：刀补指令是模态指令，一旦刀补建立后一直有效，直至刀补取消。在刀补进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。在轨迹转接处，采用圆弧过渡或直线过渡。 (3) 刀补撤销。起刀点刀补建立刀补进行刀补撤

8、销编程轨迹刀具中心轨迹1.在零件轮廓加工过程中，刀具半径补偿的执行过程分为三步:2022/9/1314现代数控技术. 刀具半径补偿的工作原理（1）刀补建立 刀补进行(3) 刀补撤销：刀具撤离工件，回到起刀点。与刀补建立时相似，刀具中心轨迹从与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。刀补撤消用G40指令。 。起刀点刀补建立刀补进行刀补撤销编程轨迹刀具中心轨迹1.在零件轮廓加工过程中，刀具半径补偿的执行过程分为三步:2022/9/1315现代数控技术刀具中心轨迹编程轨迹非加工侧加工侧非加工侧编程轨迹刀具中心轨迹加工侧 过渡方式轨迹过渡时，矢量夹角的定义： 指两编程轨迹在交点处非加工侧的夹角

9、 . 刀具半径补偿的工作原理2022/9/1317现代数控技术 根据两个程序段轨迹矢量的夹角（锐角和钝角）和刀具补偿方向的不同，又有以下过渡类型：伸长型、缩短型和插入型。（1） 直线与直线转接 直线转接直线时，根据编程指令中的刀补方向G41G42和过程类型有8种情况。下图是直线与直线相交进行左刀补的情况。 2022/9/1318现代数控技术在图中，AB、AD为刀具半径。对应于编程轨迹 和 ，刀具中心轨迹 和 将在C点相交。这样，相对于 和 来说，缩短了BC和DC的长度。 a）、b）缩短型转接：矢量夹角180G41直线与直线转接情况2022/9/1319现代数控技术 伸长型转接： 在图d中，C点

10、处于 和 的延长线上。矢量夹角90180c)G41直线与直线转接情况2022/9/1320现代数控技术插入型转接 在图c中仍需外角过渡，若仍采用伸长型转接，则将增加刀具的非切削空行程时间，甚至行程超过工作台加工范围。为此，可以在 和 之间增加一段过渡圆弧，且计算简单，但会使刀具在转角处停顿，零件加工工艺性差。较好的作法是，插入直线，即C功能刀补。令BC等于DC且等于刀具半径长度AB和AD，同时，在中间插入过渡直线CC。也就是说，刀具中心除了沿原来的编程轨迹伸长移动一个刀具半径长度外，还必须增加一个沿直线CC的移动，等于在原来的程序段中间插入了一个程序段。矢量夹角 902022/9/1321现代

11、数控技术同理，直线接直线右刀补的情况示于图3-40中 图3-40 G42直线与直线转接情况a）伸长型转接 b）插入型转接矢量夹角90180矢量夹角 902022/9/1322现代数控技术根据两段程序轨迹的矢量夹角 和刀补方向的不同，又有以下几种转接过度方式（对于G42）：缩短型：矢量夹角180 刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式。伸长型：矢量夹角90180 刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。插入型：矢量夹角90 在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式。. 刀具半径补偿的工作原理2022/9/1324现代数控技术. 刀具中心轨迹的转接形式和过渡方式列表 刀具半径补偿功能在实施过程中，各种

12、转接形式和过渡方式的情况，如下面两表所示。 表中实线表示编程轨迹；虚线表示刀具中心轨迹； 为矢量夹角；r为刀具半径；箭头为走刀方向。 表中是以右刀补（G42）为例进行说明的，左刀补（G41）的情况于右刀补相似，就不再重复。 . 刀具半径补偿的工作原理2022/9/1325现代数控技术刀具半径补偿的进行过程. 刀具半径补偿的工作原理2022/9/1327现代数控技术. 刀具半径补偿的实例读入OA，判断出是刀补建立，继续读下一段。读入AB，因为OAB90o，且又是右刀补（G42），由表可知，此时段间转接的过渡形式是插入型。则计算出a、b、c的坐标值，并输出直线段oa、ab、bc，供插补程序运行。B

13、cbAOCDEa. 刀具半径补偿的工作原理2022/9/1328现代数控技术读入BC，因为ABC90o，同理，由表可知，段间转接的过渡形式是插入型。则计算出d、e点的坐标值，并输出直线cd、de。读入CD，因为BCD180o，由表可知，段间转接的过渡形式是缩短型。则计算出f点的坐标值，由于是内侧加工，须进行过切判别（过切判别的原理和方法见后述），若过切则报警，并停止输出，否则输出直线段ef。BfedcbAOCDEa. 刀具半径补偿的工作原理. 刀具半径补偿的实例2022/9/1329现代数控技术读入DE（假定由撤消刀补的G40命令），因为90oABC180o，由于是刀补撤消段，由表可知，段间转

14、接的过渡形式是伸长型。则计算出g、h点的坐标值，然后输出直线段fg、gh、hE。刀具半径补偿处理结束。BfedcbAOCDEagh. 刀具半径补偿的工作原理. 刀具半径补偿的实例2022/9/1330现代数控技术第五节 刀具半径补偿原理一. 刀具半径补偿的基本概念二、刀具半径补偿的工作原理. 加工工过程中的过切判别原理2022/9/1331现代数控技术. 加工工过程中的过切判别原理 前面我们说过C刀补能避免过切现象，是指若编程人员因某种原因编制出了肯定要产生过切的加工程序时，系统在运行过程中能提前发出报警信号，避免过切事故的发生。 下面将就过切判别原理进行讨论。2022/9/1332现代数控技

15、术. 直线加工时的过切判别1）如右图所示，当被加工的轮廓是直线段时，若刀具半径选用过大，就将产生过切削现象。图中，编程轨迹为 ABCD，B为对应于AB、BC的刀具中心轨迹的交点。2）当读入编程轨迹CD时，就要对上段刀具中心轨迹BC进行修正，确定刀具中心应从B点移到C点。显然，这时必将产生如图阴影部分所示的过切削。ADCBCDBA编程轨迹刀具中心轨迹过切削部分发出报警程序段刀具. 加工工过程中的过切判别原理2022/9/1333现代数控技术直线过切的判别方法 在直线加工时，可以通过编程矢量与其相对应的修正矢量的标量积的正负进行判别。在上图中，BC为编程矢量， 为BC对应的修正矢量，为它们之间的夹角。则： 标量积 显然，当 （即90o270o）时，刀具就要背向编程轨迹移动，造成过切削。上图中=180o，所以必定产生过切削。. 加工工过程中的过切判别原理2022/9/1334现代数控技术圆弧加工时的过切削判别 在内轮廓圆弧加工（当圆弧加工的命令为 G41G03 或G42G02）时，若选用的刀具半径rD过大，超过了所需加工的圆弧半径R，那么就会产生过切削。G41G03G42G02rDrDRR. 加工工过程中的过切判别原理2022/9/1335现代数控技术圆弧