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數控車床刀尖圓弧半（bàn）徑補償的原理和應用

2020-6-8 來（lái）源：-- 作者：-

【摘要】：數控編（biān）程是按照車刀的刀位點編（biān）製的，實際（jì）加工中車刀刀尖並不是一個“點”，而是一（yī）段小圓弧。本文分析了刀尖圓弧（hú）半徑對零（líng）件尺寸精（jīng）度的影響（xiǎng），介紹（shào）了刀尖圓弧半 +- 徑補償的原理、補償方法（fǎ）及應用（yòng）中的注意（yì）事項。

【關鍵詞】：數控車床；刀尖圓弧半（bàn）徑補償；原（yuán）理；注意事項

1 刀尖圓弧半徑補償的原理

1.1 刀尖圓弧半徑補償的產生原因

使用尖形車刀時，數控編程及對刀操作時以（yǐ）車刀的（de）刀（dāo）尖為基準，但是為了提高刀具強度、減（jiǎn）緩刀具磨損和提高工件精度，實際刀具的刀尖（jiān）不是一個點，而是一段（duàn）小圓弧。刀尖圓弧半徑指的就是車刀刀（dāo）尖圓（yuán）弧（hú）所構成的假想圓（yuán）半徑。由於刀尖圓弧的存（cún）在使得（dé）在某些輪（lún）廓加工中，刀（dāo）具的實際切削軌跡與（yǔ）編程軌跡不重合，實際起作用（yòng）的切削刃（rèn）卻是圓（yuán）弧各切點，這樣就引起了表（biǎo）麵加工誤差。

1.1.1 刀尖圓弧半徑對加工端麵和圓柱類零件表麵的影響

由於刀尖圓弧（hú）的存在，在（zài）對刀時，X 軸和 Z 軸兩個（gè）方向的對（duì）刀點分別是刀片圓弧（hú）的 X 軸和 Z 軸方（fāng）向上最突出的點，這時，數控係統就會以（yǐ） X 軸和（hé） Z 軸方向（xiàng）上最突出的點的（de）對刀結果綜（zōng）合確認（rèn）一個點作為對刀點，這（zhè）正（zhèng）是與 X 軸和 Z 軸方向（xiàng）上（shàng）最（zuì）突出的點（diǎn）相切的兩條直線的交點，稱之為假想（xiǎng）刀尖，也就是刀具的刀位點。數控係統正是以這個假想刀（dāo）尖作為理論切削點進行車削的，而假想（xiǎng）刀尖在實際加工中是不存在的。實際切削點（diǎn）是刀尖（jiān）圓弧（hú）和切削表麵的相切點，隨著切削位置（zhì）的改變而改變（biàn），不可能通過對刀確定，但是切削點（diǎn）與圓弧圓心的距離始終（zhōng）是刀尖圓弧半徑值。車端麵時，切削軌跡垂直於機床軸線，實際切削（xuē）點為 X 軸方向上最突出的點，與假想刀尖（jiān）點的 Z 坐標值相同；車外圓（yuán）麵和內孔時，切削軌跡平（píng）行於機床軸線（xiàn），實際切削點為 Z 軸方向上最突出的點，與假想刀尖點的 X 坐標值相同，如圖 1 所示。因此，車刀刀尖圓弧半徑大小（xiǎo）對端麵和內、外圓柱麵的直（zhí）徑沒有（yǒu）影（yǐng）響，但是在台階的過渡處（chù）會（huì）有欠切現象。

圖 1 車刀示（shì）意圖（tú）

1.1.2 刀尖（jiān）圓弧半徑對加工（gōng）錐麵、圓弧麵和曲麵類零（líng）件表麵的（de）影響（xiǎng）

當加工（gōng）錐麵和圓（yuán）弧麵時，切削軌跡（jì）與（yǔ）機床軸（zhóu）線既不垂直也不（bú）平行（háng），實際（jì）切削（xuē）點與假想（xiǎng）刀尖點的 X、Z 坐標都（dōu）不同。加工錐（zhuī）麵時，假（jiǎ）想刀尖沿著輪廓運（yùn）動，實（shí）際圓弧切削點與編程軌跡（jì）有一個固定的距離，實際圓弧切削點的軌跡與（yǔ）機床主軸（zhóu）的角度和（hé）假想刀尖的軌跡與機床主軸的角度相同，所以刀尖圓弧半徑對圓錐的錐度沒有影響，而外圓錐麵會造（zào）成固定數值的欠切，導致錐（zhuī）麵直徑（jìng）的尺寸偏（piān）大，內圓錐麵（miàn）會造成（chéng）固定數值的過（guò）切，導致錐麵（miàn）直徑的尺寸偏小。對於圓弧麵加工（gōng），如果是不過象限的圓弧加工會造成欠切或過（guò）切，如果是過象限的（de）圓弧加工欠（qiàn）切和過切二者兼有，而且欠切量和過切量隨著輪廓位置的變化而變化。所以刀（dāo）尖圓弧半徑會影響圓弧的圓度和圓弧半徑的大小，而且刀尖圓弧半（bàn）徑越（yuè）大，加工誤差越大，如圖 2 所示。

圖 2 切（qiē）削圓弧

1.2 刀尖圓弧半徑補償

刀尖圓弧半徑補償，不（bú）是（shì）讓假想刀尖相對程序段輪廓移動（dòng）一個半徑值，而是讓刀（dāo）尖圓（yuán）弧的（de）圓心始終與程序段輪廓距離一個（gè）半徑值，即刀尖圓弧（hú）的（de）圓心應與工件（jiàn）輪廓偏移一個半徑值，這種偏移稱為刀尖圓弧半徑補償。采用刀尖圓弧半徑補償功能後，編程者仍以假想刀尖位置按工件（jiàn）輪（lún）廓（kuò）編程，然後在（zài）機床中輸入刀（dāo）尖圓弧半徑數值，則數控係統自動計算補償（cháng）值，生成刀（dāo）具路徑，從而消除了刀尖圓（yuán）弧半徑對徑向尺寸精度的影響。采用刀尖圓弧半徑補償功能時，程序不（bú）會隨著刀尖圓弧半徑的變化而變化，隻需要（yào）修改機床中輸入的半徑值即可。

2 刀尖圓弧半徑補償指令

2.1 指令格式

G41G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧半徑左補償）

G42 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖（jiān）圓弧半徑右補償）

G40 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（取消刀（dāo）尖圓弧半徑補償（cháng））

2.2 判別方法

判別刀（dāo）尖圓弧半徑補（bǔ）償指令時，必須首先自 Y軸的負方向向 Y 軸正方向看，然後順著刀具的移動方向觀察刀具在工件輪廓的（de）左側還是右側，即必須同時滿足以上兩個觀察方向，當刀具位（wèi）於加工輪廓左側時為刀尖圓弧（hú）半徑左補償（指令為 G41），當刀具位於加工輪廓（kuò）右側時（shí）為（wéi）刀尖圓弧半徑右補償（指令為 G42）。由此可知無論刀架位置是（shì）前置還是後置，判別刀尖（jiān）圓弧半徑補償指令時一律看軸線上方。

3 刀尖圓弧半徑補償（cháng）的方法

3.1 刀尖方位的判斷

為了反映（yìng）切（qiē）削刀具的方向（xiàng），對不（bú）同偏向的假想刀尖都進行了編號。通過假（jiǎ）想刀尖方位號表示刀具的位置，共有 9（T1～T9）種設置，數字（zì）代表 R 角的方向，如圖 3 所示。