一文搞懂數控車床加工刀具補償功能
2018-4-20
作者：前沿數控技術
一（yī）、數控車床用刀具的交換功能
1. 刀具的（de）交換
指（zhǐ）令（lìng）格式一：T0101；
該指令為FANUC係統轉刀指令，前（qián）麵（miàn）的T01表示換1號刀，後麵的01表示使用1號刀具補償。刀具號與（yǔ）刀補號可以相同，也可以不同。
指令格式（shì）二： T04D01；
該指令為（wéi）SIEMENS係統轉刀指令，T04表示換4號刀，D01表示使用4號刀的1號刀沿作為刀具補償存儲器。
2. 換刀點（diǎn）
所謂換刀（dāo）點是指刀架自動轉位時的（de）位置。
大部（bù）分數控車床，其換刀點的位（wèi）置是（shì）任意的，換刀點應選在刀具交換過程中與工件或（huò）夾具不發生幹涉的位置。還有一些（xiē）機床的換刀點位置是一個固定點，通常情況下，這些點選在靠近機床參考點的位置，或者取機床的第二參考點來作為換刀點。
二、刀具補償功能（néng）
1. 刀具（jù）補償功能的定義
在（zài）數控編程過（guò）程中，為（wéi）使編（biān）程工作更加方便，通（tōng）常將數控刀具的（de）刀（dāo）尖假想（xiǎng）成一個點，該（gāi）點稱為刀位點或刀尖點。
數控機床（chuáng）根據刀具（jù）實際尺（chǐ）寸，自動改變機床坐標軸或刀具刀位點位置（zhì），使實際加工輪廓和編程軌跡完全一致（zhì）的功能，稱為刀具補償（係統（tǒng）畫麵上為“刀（dāo）具（jù）補正”）功能。
數控車床的刀具補償分為：
·刀具偏移（也稱為刀具長度（dù）補償）
·刀尖圓弧半徑補（bǔ）償
2. 刀位點的概念
所謂刀位點（diǎn）是指編製程序和加工時，用於表示刀具特征的點，也（yě）是對刀和加工的基準點。 數控車刀的刀位點如圖所示。尖形車刀的刀位點通常（cháng）是指（zhǐ）刀具的刀（dāo）尖；圓弧形車刀的刀位點是指圓弧刃的圓心；成形刀具的刀位點也通常是指刀尖。
三（sān）、刀具偏（piān）移補償
1. 刀具偏移的含義
刀具偏移是（shì）用來補償假定刀具長度與基準刀具長度之長（zhǎng）度差的功能。車床數控係統規定（dìng）X軸與Z軸可同時實現刀具偏移。
刀具幾何偏移：由（yóu）於（yú）刀具的幾何形（xíng）狀不同和（hé）刀具安裝位置不同而產生的刀具偏移。
刀具磨（mó）損偏移（yí）：由刀具刀尖的磨損產生的刀具偏移。
刀具偏移補償功能示（shì）例：
FANUC係統的刀具幾何偏移參數設置如圖所示（shì），如（rú）要進行刀具磨損偏移設置則隻需按下軟鍵[磨耗]即可進入相應的設置畫麵。
圖中的（de）代碼“T”指刀沿類（lèi）型（xíng），不是指刀具號，也不（bú）是指刀補號。
2. 利用刀具幾何偏移進行對刀操作
（1）對（duì）刀操作的定義
調整每把刀的刀位點，使（shǐ）其盡量重合於某一理想（xiǎng）基準點，這一過程稱為對（duì）刀。
（2）對刀操作的過程
1）手動（dòng）操作加工端麵，記錄下刀位點的Z向機械坐標值。
2）手動操作加工外圓（yuán），記（jì）錄下刀位點的X向機械坐標（biāo）值，停機測量（liàng）工件直徑，計算出主（zhǔ）軸中心的機械坐標值。
3）將X、Z值輸（shū）入相應的刀具幾何偏移存儲器中。
（3）利用刀具幾何偏（piān）移進（jìn）行對（duì）刀操作的實質
利用刀（dāo）具幾何偏移進行對刀（dāo）的實質就是利用刀具幾何偏（piān）移使工件坐（zuò）標係原點與機床（chuáng）原點重合。
3. 刀具偏移的應（yīng）用
利用（yòng）刀具偏移功（gōng）能，可以修（xiū）整因對（duì）刀不正（zhèng）確或刀具磨損等原因造成的工件加工誤差。
例：加工外圓表麵時，如果外圓直徑比要求的尺寸大了0.2mm，此時隻需將刀具偏移存儲器中的X值減小0.2，並用（yòng）原刀具及原程序重新加（jiā）工該零件，即可修整該加工（gōng）誤差。同樣，如出（chū）現Z方向的誤差，則其（qí）修整辦法相同。
四、刀尖圓弧半徑補償（G40、G41、G42）
1. 刀尖（jiān）圓弧半徑補償的定義
在實際加工中，由於刀具產生磨損及精（jīng）加工的（de）需要，常將（jiāng）車刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時（shí）的刀（dāo）位點為刀（dāo）尖（jiān）圓弧的圓心。
為確保工件輪廓形狀，加工時不允許刀具刀（dāo）尖圓弧的（de）圓心運動軌跡與被加工工（gōng）件輪廓重合，而應與工件輪廓偏移一個半徑值，這種偏移稱為刀尖圓弧半徑補（bǔ）償（cháng）。圓弧形車刀的刀刃半徑偏移也與其相同。
2. 假想刀尖與刀尖圓弧半徑
在理想狀態下（xià），我們總是將尖形車刀（dāo）的刀位點假想成一個點，該點即為假想刀尖（圖中的（de）A點）。
在對刀時也是以（yǐ）假想刀（dāo）尖進行對刀。但實際加工（gōng）中的車刀，由於工藝或其他要求，刀尖（jiān）往往不是（shì）一個理想的點，而（ér）是一段（duàn）圓弧（如圖中的BC圓弧）。
所謂刀尖圓弧半徑（jìng）是指車刀刀尖圓弧所構成的假想圓（yuán）半徑（圖（tú）中的r）。實踐中，所有車刀（dāo）均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖在實際加工中是不存（cún）在的（de）。
3. 未使用刀尖圓弧半徑補償（cháng）時的加（jiā）工誤（wù）差分析
（1）加工台階麵或端麵時，對加（jiā）工表麵（miàn）的尺寸（cùn）和形狀影響不大，但在端麵（miàn）的中心位置和台階的清角位置會產生殘留誤差，如圖（tú）所示。
（2）加工圓錐麵（miàn）時，對（duì）圓（yuán）錐的錐度（dù）不會產生影響，但對錐麵的大小端尺寸會產生較大的影響，通常情況下，會使外錐麵的尺寸變（biàn）大，而使內錐麵的尺（chǐ）寸變（biàn）小（xiǎo），如（rú）圖所示。
（3）加工圓弧（hú）時，會對圓弧的圓度（dù）和圓弧半徑產生影響（xiǎng）。
加工（gōng）外凸圓弧（hú）時，會使加工後的圓弧半（bàn）徑變小
其（qí）值=理論輪廓半徑R–刀尖圓弧半徑r，如圖所示。
加工內凹圓弧時，會使加工後的圓弧半徑變大
其值=理論輪廓半徑R+刀尖圓弧半徑r，如圖所示。
4. 刀尖圓弧半徑補償指令（lìng）
1）指令格式
G41 G01/G00 X_Y_F_；
刀尖圓弧半徑左補償
G42 G01/G00 X_Y_F_；
刀（dāo）尖圓弧半徑右補償（cháng）
G40 G01/G00 X_Y_；
取消刀尖圓弧半徑（jìng）補償（cháng））
2）指令說明
刀尖圓弧半徑補償偏置方向（xiàng）的判別：
a）後（hòu）置刀架（jià），+Y軸向（xiàng）外
b）前置刀架，+Y軸向內（nèi）
5. 圓弧車刀刀沿位置（zhì）的確定
根據（jù）各種刀（dāo）尖形狀及刀尖位置的不同，數控車刀的刀沿位置如圖所示，共有9種（zhǒng）。
a）後置刀架，+Y軸向外
b）前置刀架，+Y軸向內
c）具體刀具的相應（yīng）刀沿號
P–假想刀尖點 S–刀沿圓心位置 r–刀尖圓弧半徑
部（bù）分典型（xíng）刀具（jù）的（de）刀沿號
a）後置刀架的刀沿位置號
b）前置刀架的刀（dāo）沿（yán）位置號
6. 刀尖圓（yuán）弧半徑（jìng）補償過程
·刀尖圓弧半徑補（bǔ）償的過程分為三步：
·刀補的建立
·刀補的進行
·刀補的取消
O0010；
N10 G99 G40 G21；
（程序初始化）
N20 T0101；
（轉1號刀，執行1號刀補）
N30 M03 S1000；
（主（zhǔ）軸按1000r/min正轉）
N40 G00 X85.0 Z10.0；
（快速（sù）點（diǎn）定位）
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補建立）
N60 Z－18.0；
（刀補進行）
N70 X80.0；
（刀（dāo）補進行）
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補（bǔ）取消）
N90 G28 U0 W0；
（返回參考點）
N100 M30；
（1）刀補的建（jiàn）立
刀補的建立指（zhǐ）刀具從起點接近工件時，車刀圓弧刃的圓心（xīn）從與編程軌跡（jì）重合過渡到與編程軌（guǐ）跡偏離一個偏置量（liàng）的過程（chéng）。該過程的實現必須與G00或G01功能在一起才有（yǒu）效。
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補建立）
FC–刀補建立 CDE–刀（dāo）補進行 EF–刀補取消
（2）刀補（bǔ）進行
在G41或G42程序段（duàn）後，程序進（jìn）入補償模式，此時（shí）車刀圓弧刃的圓心與編程軌跡始終相距一個偏置量，直到刀（dāo）補取消。
N60 Z－18.0；
（刀補進行）
N70 X80.0；
（刀補（bǔ）進行）
FC–刀補建立 CDE–刀補進（jìn）行 EF–刀補取消
（3）刀補取消
刀（dāo）具離開工件，車刀圓弧刃的圓心軌跡（jì）過渡到與編程軌跡重合的過程稱為刀補取消，如圖中的EF段（即N80程序段）。刀補的取消用G40來執行（háng），需（xū）要（yào）特別注意的是，G40必須與G41或G42成（chéng）對使（shǐ）用（yòng）。
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補取消）
FC–刀補建立（lì） CDE–刀補（bǔ）進行（háng） EF–刀補取消
7. 進行刀具半徑補（bǔ）償時應注意（yì）的事項
（1）刀具圓弧半徑補償模（mó）式的建立與（yǔ）取消程序段隻能在G00或G01移動指令模式下才有效。
（2）G41／G42不帶參數，其補償號(代表所用刀具對應的刀尖（jiān）半徑補（bǔ）償值)由T指令指定。該刀尖圓弧半徑補（bǔ）償號與刀（dāo）具偏置補（bǔ）償號對（duì）應。
（3）采（cǎi）用切線切入方式（shì）或（huò）法（fǎ）線切入方式（shì）建立或取消刀補。對於不便於沿工件輪廓線方向切向或法向切入切出時，可根據情況增加一個過渡圓（yuán）弧的輔助程（chéng）序段。
（4）為（wéi）了防止在刀具（jù）半徑補償建立與取消過程中刀具產生過切現象，在建立與取（qǔ）消補（bǔ）償時，程序段的（de）起始位置與（yǔ）終點位置最好與補償方向（xiàng）在同一側。
（5）在（zài）刀具補償模式下，一般不允許存在連續兩段以上的補償平麵內非移（yí）動指令，否則刀具也會出（chū）現過切等危險動作。補償平（píng）麵（miàn）非移動（dòng）指令通常指（zhǐ）僅有G、M、S、F、T指令的程序段（如G90、M05）及程序暫停程序段（G04 X10.0）。
（6）在選擇刀尖圓弧（hú）偏置方向和刀沿位置時，要（yào）特別注意前置刀架和後置刀架的區別（bié）。
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