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數（shù）控車床（chuáng）刀尖圓弧半徑補償的原理和應用

2020-5-26 來（lái）源：滄州職業技術學（xué）院作者：楊會喜，高秀華

摘要：數控編（biān）程是按照車刀的刀位點編製的，實際加工中（zhōng）車刀刀尖並不是一個“點”，而是（shì）一段小圓弧。本文分（fèn）析了（le）刀尖圓弧（hú）半徑對零件（jiàn）尺寸精度（dù）的影響（xiǎng），介（jiè）紹了刀尖圓弧半 +- 徑補償的原理、補償方法及應用（yòng）中（zhōng）的注意事項。

關鍵詞：數控車床；刀尖圓（yuán）弧半徑補償；原理；注意事項（xiàng）

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（dāo）時，數控編程及對刀操作時以車刀的（de）刀尖為基準，但是為了提（tí）高刀具強度、減緩刀具磨（mó）損和（hé）提高工件精度，實際刀具的刀尖不（bú）是一個點，而是一段小圓弧（hú）。刀尖圓弧半徑指的就是（shì）車刀刀（dāo）尖圓弧所構成的假想圓半徑。由於刀尖圓弧的存在使得在某（mǒu）些（xiē）輪廓加工（gōng）中，刀具（jù）的實際切削（xuē）軌跡與編程軌跡不重合（hé），實際起作用（yòng）的切削刃卻是圓弧各切點，這樣就引起了表麵加工（gōng）誤差。

1.1.1 刀尖圓弧半徑對加工端麵（miàn）和圓柱類零件表（biǎo）麵的影響

由於刀尖圓弧的存在（zài），在對刀（dāo）時，X 軸和 Z 軸兩個（gè）方向的對刀點分別（bié）是刀片圓（yuán）弧的 X 軸和 Z 軸方向上最突（tū）出的（de）點，這時，數控（kòng）係統就會以 X 軸和 Z 軸方向上最突（tū）出的點的對刀結果綜合確認一個點作為對刀點（diǎn），這正是與 X 軸和 Z 軸方向上最（zuì）突出的點相切的兩（liǎng）條直線的交點，稱之為假想刀尖，也就是刀具的刀位點。數控係統正是以這個（gè）假想刀尖作（zuò）為理論切削點進行車削的，而假想刀尖在實際加工中是不存在（zài）的。實際切削點是刀尖圓弧和切削表麵的相切點，隨著切削位置的改變而（ér）改變，不可能通過對刀確定，但是切削點（diǎn）與圓弧圓心的距離始（shǐ）終是刀尖（jiān）圓弧半徑值（zhí）。車端麵時，切削軌跡垂直於機床軸線，實際切削點為（wéi） X 軸方向（xiàng）上最突出的點（diǎn），與假想刀尖點的 Z 坐標值相同（tóng）；車（chē）外（wài）圓麵和內孔時，切削軌跡平行於（yú）機床軸線，實際切削點為（wéi） Z 軸方向上最突（tū）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（hú）半徑大小對端麵（miàn）和（hé）內、外（wài）圓柱麵的（de）直（zhí）徑沒（méi）有（yǒu）影響，但是在台階的過渡處會有欠（qiàn）切現象。

圖（tú） 1 車刀示意圖

1.1.2 刀尖圓弧半徑對加工錐麵、圓弧麵和曲（qǔ）麵（miàn）類零件表麵的影響

當加工錐麵和圓弧麵時（shí），切削軌跡與（yǔ）機床（chuáng）軸線（xiàn）既不垂直也不平行，實際切削點（diǎn）與假想刀尖點的 X、Z 坐標都不（bú）同。加工錐麵時，假想刀尖（jiān）沿著輪廓運動，實際圓弧切削點與編程軌跡有一個（gè）固定（dìng）的距離（lí），實際圓弧切削點的軌跡與機床主軸（zhóu）的角度和假想刀尖的軌跡與機床主軸的角度相同，所以刀尖圓（yuán）弧半徑對圓錐的錐度沒（méi）有影（yǐng）響，而外圓錐麵會造成（chéng）固定數值的（de）欠切，導致錐麵直徑的尺寸偏大，內圓錐麵會造成固（gù）定數值的過切，導致錐麵直徑的尺寸偏小。對於圓弧麵（miàn）加工，如果是不過象（xiàng）限的圓弧加工會造成欠切或過切，如果是（shì）過（guò）象限的圓弧加工欠切（qiē）和過切二者兼（jiān）有，而且欠切量和過切量隨著輪廓位（wèi）置的（de）變化（huà）而（ér）變（biàn）化（huà）。所以刀（dāo）尖圓弧半徑會影響（xiǎng）圓弧的圓度和圓弧半徑的大小，而且刀尖圓弧半徑越大，加工誤（wù）差越大，如圖 2 所示。

圖 2 切削圓弧

1.2 刀尖圓弧半徑補償

刀尖圓弧半徑補償，不是（shì）讓假想刀尖相對程序段輪（lún）廓（kuò）移動一個半徑值，而是（shì）讓刀尖圓弧（hú）的圓心始終與程序段輪廓距離一個半徑值，即刀（dāo）尖圓弧的圓心應與工件輪廓偏移一個半徑（jìng）值，這種偏移（yí）稱為刀尖圓弧半（bàn）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輪廓編程，然後在機床中輸入刀尖圓弧半徑數值，則數控係統自動計算補償值，生成（chéng）刀具路徑，從而消除了刀尖圓弧半徑對徑向（xiàng）尺（chǐ）寸精度的影響。采用刀尖（jiān）圓弧半（bàn）徑補償功能時，程序不會（huì）隨（suí）著刀尖圓弧半（bàn）徑的變化而變化，隻需要修改機床中輸入的半徑（jìng）值即（jí）可。

2、刀尖圓弧半（bàn）徑（jìng）補償指令

2.1 指令格式

G41G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧（hú）半徑左補償）

G42 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧半徑右補償）

G40 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（取消刀尖圓弧（hú）半徑補償）

2.2 判別方法

判別刀尖圓弧半徑補償指令（lìng）時，必（bì）須首先（xiān）自 Y軸的負方向向 Y 軸正（zhèng）方向看，然後（hòu）順著刀具的移動方向觀察刀具在工件輪廓（kuò）的左側還是右側，即必須同時滿足以上兩個觀察方（fāng）向，當刀具位於加工輪廓左側時為刀尖圓弧半徑（jìng）左補償（指令為 G41），當刀具位於加（jiā）工輪廓右側時為刀尖圓弧半（bàn）徑右補償（指令（lìng）為 G42）。由此可知無論刀架位置是前置還是（shì）後置，判（pàn）別刀尖圓弧半徑補償指令時一律看軸線上方。

3 、刀尖圓弧半徑補償的方（fāng）法（fǎ）

3.1 刀尖（jiān）方位的（de）判斷（duàn）

為了反映切削刀具的方向，對不（bú）同偏向的假想刀尖都進行了編號（hào）。通過假想刀尖（jiān）方位（wèi）號表示刀具的位置，共（gòng）有 9（T1～T9）種（zhǒng）設置，數（shù）字代表 R 角的方向，如圖 3 所示。

圖 3 刀位號

3.2 刀（dāo）尖半徑補償應用（yòng）實例

如圖 4，機床為前置刀架，使用刀具為右偏外圓車刀（dāo），刀號及刀具位置偏置號為 T0101，刀尖半（bàn）徑為0.8 mm，假想刀尖方位號為 3，刀（dāo）具主偏角 95°，刀尖（jiān）角度 35°，編製精加工程序，具體如下。

圖 4 加工零件（jiàn）

4 、結束語（yǔ）

綜上所述（shù），在數控車削加工中，刀尖圓弧半徑補償功能能有效消除圓弧麵、錐麵、曲（qǔ）麵類零件加工中造成的徑向加工誤差，在（zài）高精（jīng）度的零件加工（gōng）及使用圓弧車刀車削時，這個功能的應用尤為重要。

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