数控加工中刀具半径补偿的应用

2012-12-28尹汝湘

中国新技术新产品 2012年11期

尹汝湘

（哈尔滨第一工具制造有限公司，黑龙江哈尔滨 150020）

1 刀具半径补偿

1.1 半径补偿及长度补偿

因为刀具总是有一定的刀具半径或刀尖的圆弧半径，所以在零件轮廓加工过程中刀位点运动轨迹并不是零件的实际轮廓，它们之间相差一个刀具半径，为了使刀位点的运动轨迹与实际轮廓重合，就必须偏移一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。刀具长度补偿，是为了用于刀具轴向的进给补偿，它可以使刀具在轴向的实际进刀量比程序给定值增加或减少一个补偿值，而不必考虑刀具的实际长度以及各把刀具不同的长度尺寸，使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿，编程人员不必计算刀具的实际中心轨迹，只需根据工件的轮廓计算出图纸上各点的坐标值然后编出程序，再把刀具半径作为补偿量放在半径补偿寄存器里。数控装置能自动计算出刀具中心轨迹，不管刀具半径如何变化，我们只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小，对上述程序基本不用作修改。

1.2 数控加工中半径补偿的作用主要有一下几点:

1.2.1 简化编程。

1.2.2 控制刀具磨损。

1.2.3 同一程序或数模实现粗精加工。

1.2.4 可同一程序或数模实现凸凹模制造。

1.2.5 半径补偿解决主要用于试切对刀形成的虚拟刀位点轨迹和实际圆弧球面切削点不同造成形状误差.解决的办法:即取一和实际切削点距离不变的点 (刀尖圆弧圆心)为编程轨迹.因虚拟刀位点和圆弧中心的距离为一个刀尖半径，所以采用补偿刀尖半径的方法可以解决形状误差问题。

2 刀具半径补偿的过程

2.1 刀补的建立：刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。

2.2 刀补进行：执行有G41、G42 指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量。

2.3 刀补的取消：刀具离开工件，刀具中心轨迹要过渡到与编程重合的过程。

3 刀具半径补偿量的指定

数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程。因此，这种编程方法也称为对零件的编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中。在加工过程中，数控系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值，或者选用存放在另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。

在进行数控加工前，必须预先设置好刀具半径补偿量。刀具半径经补偿量的指定，通常由有关代码指定刀具补偿号，并在代码补偿号中输入刀具半径补偿量，刀具补偿号必须与刀具编号相对应。在加工中，如果没有更换刀具，则该刀具号的补偿量一直有效。

4 使用刀具半径补偿注意事项

4.1 察视角要从补偿平面的法线正向往负向看，假设工件不动，刀具运动，延着刀具运动的方向看过去，如果需要刀具偏向左边就是左补，反之右补。

4.2 具半径补偿的建立与取消，只有在移动指令G00 或G01 下才能生效。

4.3 具半径补偿的建立与取消，应在辅助程序段中进行，不能编程在轮廓加工的程序段上，这是需要特别注意的地方。具体就是进刀线EF和退刀线BA 与加工轮廓EDCB必须是各自独立的五条线，进刀线和退刀线不能是加工轮廓的延伸线，否则产生过切。

4.4 刀线和退刀线的长度必须大于刀具半径，否则也产生过切。

4.5 具半径的补偿值存储在指定的寄存器中，当刀具半径补偿值发生变化时，只需要修改寄存器中的刀具半径值即可，不需要修改程序。因此，利用刀具半径补偿功能编写的轮廓加工程序，与刀具半径无关。

5 刀具半径补偿程序编制中的数学处理

5.1 程序编制中的数学处理

根据被加工零件图样，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算数控系统所需要输入的数据，称为数学处理。数学处理一般包括两个内容：根据零件图样给出的形状，尺寸和公差等直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等），计算出编程时所需要的有关各点的坐标值；当按照零件图样给出的条件不能直接计算出编程所需的坐标，也不能按零件给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义时，就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学处理或改动，才可以进行各点的坐标计算和编程工作。

5.2 选择编程原点

从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。铣削加工的编程原点。编程原点选定后，就应把各点的尺寸换算成以编程原点为基准的坐标值。为了在加工过程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值来计算坐标值。零件图样零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间的连接点称为基点。基点坐标是编程中必需的重要数据。

刀尖半径补偿是在加工平面内，沿进给方向看，根据刀尖位置在编程轨迹左边／右侧判断来区分的。加工平而的判断，与观察方向即第而轴方向有关。数控机床的刀尖半径补偿方向。由于数控程序是针对刀具上的刀位点进行编制的，因此对刀时使该点与程序中的起点重合。在没有刀具圆弧半径补偿功能时，按哪点编程，则该点按编程轨迹运动，产生过切或少切的大小和方向因刀尖圆弧方向及刀尖位置方向而异。当有刀具圆弧半径补偿功能时须定义上述参数，其中刀尖位置方向号从0 至9 有10个方向号。当按假想刀尖A点编程时，刀尖位置方向因安装方向不同、从刀尖圆弧中心到假想刀尖的方向，有8 种刀尖位置方向号可供选择，并依次设为1 一8号：当按刀尖圆弧中心O点编程时，刀尖位置方向则设定为O 或9号。该方向的判断也与第三轴有关，为数控车床的刀尖安装方向。刀尖半径补偿的加入是执行G41 或G42 指令时完成的，当前面没有G41 或G42 指今时，可以不用G40 指令，而且直接写入G41或G42 指令即可；发现前面为G41 或G42 指令时，则先应指定G40 指令取消前面的刀尖半径补偿后，在写入G41 或G42 指令，刀尖半径补偿的取消是在G41 或G42 指令后面，加G41 指令完成。