刀具半径补偿指令

刀具半径补偿指令（精选九篇）

刀具半径补偿指令 篇1

关键词：二维平面,圆弧运动方向,刀具半径补偿,加工程序

0 引言

在数控铣床或立式加工中心手工编制程序中, 初学者首先学习基于XY轴构成的二维加工平面的轮廓程序编制, 并在此基础上掌握程序编制中最常用的刀具半径补偿指令G41、G42与G40的应用与圆弧运动指令G02、G03等加工指令的应用, 正是由于先入为主的原因, 在由XZ轴与YZ轴构成的二维加工平面内实施轮廓程序编制, 由于数控教材等在该方面知识讲解涉及较少, 造成在刀具半径补偿指令以及圆弧运动方向判别等应用方面编程者易出现错误。文章通过分析3个二维平面的定义, 给出在不同平面内中的轮廓程序编制方法, 并结合具体示例, 阐述基于XZ轴构成的二维加工平面内的刀具半径补偿指令等的应用。

1 平面的分析

1.1 数学平面概念

根据建立标准得知, 数学平面由3个轴构成, 名称分别为X、Y和Z轴, 数学平面可由这3根轴的任意2个轴的代号字母组合在一起进行定义。在国际标准条例中, 规定了以相邻的2个字母为一组且分为3组表达, 具体以空格分开构成了XY、ZX、YZ 3个不同的数学平面, 如图1所示。

图1中数学平面以第一个字母表示为水平轴, 第二个字母表示为垂直轴, 例如在YZ平面中, 字母Y为水平轴, 字母Z为垂直轴。

1.2 立式加工中心加工平面概念

在数控加工设备中, 数控加工平面的表达和数学平面一致, 只不过有一个平面的方向不同, 如图2所示。

对照图1和图2, 可以发现数学平面和数控加工平面的主视图方向不同, 图3中描述了立式加工中心的3个加工平面, XZ加工平面就是ZX数学平面, 区别在于数学平面中Z轴的方向是水平的, 这是由于XZ加工平面和ZX数学平面不同的观察方向所确定的。根据FANUC数控系统指令含义, XY加工平面对应G17数控指令, XZ加工平面对应G18数控指令, YZ加工平面对应G19数控指令。以上3个数控指令作用是指定刀具分别在不同加工平面中完成圆弧插补运动、刀具半径补偿、固定循环加工、坐标系旋转等功能, 其中加工平面的指定在圆弧运动中显得尤为重要。

2 各加工面平内的圆弧运动方向及刀具半径补偿应用

2.1 各加工平面的圆弧运动方向规定

分析了数学平面与加工平面的布置, 现讨论不同加工平面上圆弧的运动, 如图4、图5所示。

图4所示为3个标准数学平面中定义了圆弧运动方向, 该运动方向是和平面中定义的观察平面的主轴方向有关, 即图4中3个平面的圆弧运动观察视角都为俯视图状态。通过比较图4与图5, 数学平面中的XY平面和YZ平面内的圆弧运动方向与立式加工中心中的XY平面和YZ平面内的圆弧运动方向相同, 而ZX数学平面与XZ立式加工中心平面内圆弧旋向却不同, 尽管所有的加工平面遵循数学平面原则。这是因为在XZ立式加工中心平面中, 判断平面的原则应是由另一轴的正方向看到负方向。即XZ加工平面的Y轴正向应是由此图的反面看过来所造成, 圆弧的旋向如图6所示。因此我们需注意在主加工平面 (G18) 中圆弧运动的旋向。

2.2 各加工平面内刀具半径补偿分析

根据相关数控编程知识, G41为刀具半径左偏补偿, 沿着刀具运动方向向前看 (假设工件不动) , 刀具位于工件左侧的刀具半径左补偿, 这时相当于顺铣, 如图7 (a) 所示。G42为刀具半径右偏补偿, 沿着刀具运动方向向前看 (假设工件不动) , 刀具位于工件右侧的刀具半径右补偿, 此时为逆铣, 如图7 (b) 所示。G40为刀具半径补偿取消, 使用该指令后, 使G41、G42指令无效。

图8显示的是3个标准数学平面和切削方向在各个加工平面中的刀具半径补偿, 其加工路径包括直线和圆弧运动。图8 (b) 中, 由左至右, 3个平面分别为G17、G18和G19 3个数控加工平面G代码指令。由图8得知, XY与YZ的数学平面与立式加工中心加工平面在执行半径补偿时指令运用相符合, 但在ZX数学平面与XZ的加工平面中效果却不同。

4 典型加工平面内刀具半径补偿指令应用

出于教学目的, 对图9所示曲面编制加工程序, 图9为典型的用G18编程的ZX平面内的二维加工, 刀具的加工方向为由左至右的典型加工路线, 即形成G18与G41、G02的组合进行加工程序编制。编写一个简单的三维零件的加工程序只是一个选取插补平面、刀具半径补偿及圆弧运动的问题, 通常这些程序很大程度上依靠子程序或是宏程序进行编制, 本文采用了通俗易懂的主程序加子程序的方法进行编程。

针对图9所示的一个较为简单的三维零件, 编制了球头铣刀加工程序 (FANUC系统) :

4 结语

在数控铣床或立式加工中心加工中, 更换当前加工平面并不常见, 因为多数加工都不需要此项功能, 当然, 如果真的需要重新选择平面的情况, 那么数控编程人员必须有所准备, 在不同的平面内实施加工操作时对实际的应用有相当的了解。

参考文献

[1]罗瑞琳.数控铣削加工中刀具半径补偿的应用及注意事项[J].装备制造技术, 2006 (4) :134-135.

[2]李粉霞.数控编程时刀具半径补偿指令的几种妙用[J].机械工程与自动化, 2007 (1) :153-154.

[3]赵正文.数控铣床/加工中心加工工艺与编程[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2006.

刀具半径补偿教案 篇2

数控编程教案

授课老师：罗德华

课题：

刀具半径补偿

一、教学目标：

1、知识目标：半径补偿功能的应用范围；熟练掌握刀具半径补偿功能编程方法；

2、能力目标：能在实际零件的编程加工中，应用刀具半径补偿功能编制程序，保证零件的尺寸精度；能对零件加工质量进行正确分析处理；

3、情感目标：通过“学、导加任务驱动”的分层教学模式来组织教学，让学生在学习的过程中获得探索、创新、协作、交流与成功等情感体验。这个教学目标的设置符合学生的认知规律,(即整体感知——局部思维——迁移拓展)。

二、教学重点：刀具半径补偿的格式和运用中的建立

三、教学难点：刀具半径补偿方向的判定

四、教学方法：任务驱动法

比较教学法

小组研讨法

五、计划课时：2课时

六、教学过程：

（一）新课导入

1．创设问题情境，如何完成下图a所示的矩形的数控加工？

2．分析任务——编程中得到的刀具运动轨迹都是刀具中心的运动轨迹，从而加工出来的实际尺寸将会比图纸尺寸小一个刀具直径如图b，那么我们应该如何解决此问题？

方法一：学生将会提出我们是否能够将图纸尺寸偏置一个刀具半径，然后进行编程。由于先前已经就相关

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数控编程教案

授课老师：罗德华

其中1——2阶段是建立刀具补偿阶段;

2——7五个阶段是维持刀具补偿状态阶段;

7——8阶段是撤消刀具补偿阶段

3、使用刀具半径补偿应注意的事项：

1）机床通电后，为取消半径补偿状态。

2）G41，G42，G40只能与G00或G01一起使用，不能和G02，G03一起使用。

3）在程序中用G42指令建立右刀补，铣削时对于工件将产生逆铣效果，故常用于粗铣；用G41指令建立左刀补，铣削时对于工件将产生顺铣效果，故常用于精铣。

4）一般刀具半径补偿量的符号为正，若取负值时，会引起刀具半径补偿指令G41与G42的相互转化。

4、用半径补偿指令应注意避免加工过程产生

过切现象。通常过切有以下几种情况：

1）直线移动量小于铣刀半径时产生的过切。2）刀具半径大于所加工沟槽宽度时产生的过切。3）刀具半径大于所加工工件内侧圆弧时产生的过切。

4）编制加工程序时，未建立好刀补就开始铣削到零件轮廓，或刀具未完全离开零件轮廓就撤消刀补。5）在补偿状态下，铣刀半径应小于凹圆最小曲率半径，否则补偿向量产生干涉，会有过度切削发生，控制

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〈四〉课后作业

按如图1-4所示走刀路径铣削工件外轮廓，试编制加工程序。已知立铣刀半径为10，半径补偿号为D01,铣削

刀具半径补偿指令 篇3

关键词:刀具半径补偿 刀具补偿指令 加工误差

中图分类号:D99 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0103-01

1 数控铣床刀具补偿原理

刀具半径补偿即根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数,实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。用铣刀铣削工件的轮廓时,刀具中心的运动轨迹并不是加工工件的实际轮廓。加工内轮廓时,刀具中心要向工件的内侧偏移一个距离;而加工外轮廓时,同样刀具中心也要向工件的外侧偏移一个距离。由于数控系统控制的是刀心轨迹,因此编程时要根据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。注意到零件轮廓可能需要粗铣、半精铣和精铣三个工步,由于每个工步加工余量不同,因此它们都有相应的刀心轨迹。另外刀具磨损后,也需要重新计算刀心轨迹,这样势必增加编程的复杂性。为了解决这个问题,数控系统中专门设计了若干存储单元,存放各个工步的加工余量及刀具磨损量。数控编程时,只需依照刀具半径值编写公称刀心轨迹。加工余量和刀具磨损引起的刀心轨迹变化,由系统自动计算,进而生成数控程序。进一步地,如果将刀具半径值也寄存在存储单元中,就可使编程工作简化成只按零件尺寸编程。这样既简化了编程计算,又增加了程序的可读性。 根据ISO标准,沿刀具运动方向看,当刀具中心在工件轮廓右侧时,称为右刀补,用G42表示,反之称为左刀补,用G41表示。

加工中心、数控铣床的数控系统,刀具补偿功能包括刀具半径补偿、长度补偿等刀具补偿功能。

(1)刀具半径补偿(C4l、C42、G40)刀具的半径值预先存人存储器Dxx中,xx为存储器号。执行刀具半径补偿后,数控系统自动计算,并使刀具按照计算结果自动补偿。使用中需注意:建立、取消刀补时,即使用G41、G42、G40指令的程序段必须使用G00或G01指令,不得使用G02或G03,当刀具半径补偿取负值时,C4l和C42的功能互换。

(2)刀具长度补偿(G43、G44、C49)。利用刀具长度补偿(043、G44)指令可以不改变程序而随时补偿刀具长度的变化,补偿量存入由H码指令的存储器中。G43表示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加,G44表示相减,取消刀具长度偏置可用G49指令或H00指令。存储器中补偿量的数值,可用MDI或DPLN先存人存储器,也可用程序段指令G10P05R18,0表示在05号存储器中的补偿量为18ram。

意义:数控铣床中,刀具半径偏置量预先寄存在指定的寄存器中,運用刀具半径补偿指令,通过调整刀具半径补偿值来补偿刀具的磨损量等,以消除由于刀具磨损等引起的加工误差。同时即使更换刀具或进行了刀具重磨。只要加工轮廓不变、加工坐标系不变,就完全可以使用原来的程序。同时作为应用还可以通过调整刀具半径补偿量,来使用同一程序进行同一轮廓同一条件下的粗、精加工。

2 刀具半径补偿的执行过程

2.1 刀补建立

刀具接近工件,根据G41或G42所指定的刀补方向,控制刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径。当N4程序段中写上G41和D01指令后,运算装置立即同时先读入N6、N8两段,在N4段的终点(N6段始点),作出一个矢量,该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向左,大小等于刀补值(即D01的值)。刀具中心在执行这一段(N4段)时,就移向该矢量的终点。在该段中,动作指令只能采用G00或G01,不能用G02或G03。

2.2 刀补执行

控制刀具中心的轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。从N6开始进入刀补状态,在此状态下,G01、G02、G03、G00都可用。

2.3 刀补撤消

在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中,根据刀补取消前G41或G42的情况,刀具中心轨迹与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。当N14程序段中用到G40指令时,则在N12段的终点(N14段的始点),作出一个矢量,它的方向是与N12段前进方向的垂直朝左、大小为刀补值。刀具中心就停止在这矢量的终点,然后从这一位置开始,一边取消刀补一边移向N14段的终点。此时也只能用G01或G00,而不能用G02或G03等。

前面阐述了灵活应用刀具半径补偿功能、合理设置刀具半径补偿值在数控加工中的重要意义,然而在实际使用时必须注意以下几个事项。

(1)C41、C42、G40必须在G00或G01模式下使用。(2)为保证工件、刀具安全,建立和取消刀补宜采用C01方式,若用G00,则应先建刀补再下刀,先抬刀再取消刀补。并且补偿方向与进、退刀位置在同一侧。(3)C41、C42不能重复使用,并且在使用时不允许有两句连续的非移动指令。(4)使用G41、G42时应避免过切削现象(5)应用G41、G42时应指定G17、G18、G19平面,尤其是XZ平面和YZ平面,必须指定G18、G19,但XY平面G17可以省略,因为它是系统缺省的平面。(6)补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行,否则会出现补偿错误。

3 结语

因为刀具半径补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令,所以在编程中很多编程者不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它,使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。总之,刀补在数控加工中有着相当重要的作用,应充分理解掌握刀补原理,并加以正确运用,熟记这些注意事项,在编制程序中可以大大简化编程工作,使数控加工程序简捷易懂、准确有效。

参考文献

[1]李锋,白一凡.数控铣削变量编程实例教程[M].化学工业出版社.

[2]吴祥.数控技术[M].机械工业出版社,2003．

[3]陈海舟.数控铣削加工宏程序[M].北京:机械工业出版社,2006.

刀具半径补偿功能教学探讨 篇4

数控铣削编程时我们遵循的一个基本原则是“刀具相对与工件运动”, 即编程时把工件看作是静止的, 刀具看作是运动的, 同时又把刀看成是没有大小的, 因此轮廓的轨迹就是刀具相对工件的运动轨迹了, 也就是编程的轨迹了, 但实际上刀具是有大小的, 按轮廓编程会引起工件多切 (一个半径值) , 为了解决上述问题, 数控系统引入了刀具半径补偿功能, 通过使用此功能, 使刀具自动偏离轮廓一个刀具半径, 从而避免了多切, 加工出符合图样要求的工件。如用ϕ16立铣刀加工一个ϕ100凸台, 按轮廓编程时可编为G2 I50 F100, 如没使用刀补功能, 加工出来的凸台直径为ϕ84, 有了刀补功能, 就可以加工出ϕ100了。

2刀具半径补偿的实质与分类

刀具半径补偿实质是根据编程轨迹及刀具半径 (广义为刀补值) , 数控系统自动计算出偏离编程轨迹一个刀具半径 (广义为刀补值) 的刀具运动轨迹, 从而刚好加工出符合要求的轮廓;而刀具的偏移是有方向的, 以轮廓为基准, 可以往左偏, 也可以往右偏, 即刀具可以在轮廓左侧, 也可以在轮廓右侧, 因此刀具半径补偿也分为左补偿和右补偿。如上例加工ϕ100mm凸台, 当顺时针走刀, 此时为左补偿, 当逆时针走刀, 即为右补偿, 那么怎样来判定补偿类别呢?应抓住三点:首先, 判定基准是轮廓, 而不是工件, 且是相应刀位的点轮廓, 其次, 人的站位——人站在哪里判定, 遵循视线的方向和在加工该点轮廓时刀具的运动方向一致的原则, 最后, 加工该点轮廓的刀位——刀在什么位置, 这样就可判定了。如上例加工凸台, 当顺时针走刀时, 为左刀补;如逆时针走刀, 为右刀补。同样可以判定, 如加工的是内孔, 顺时针走刀时, 为右刀补, 逆时针走刀时为左刀补。值得注意的是, 补偿类别不仅和走刀方向有关, 也和轮廓类别有关;同一轮廓不管取轮廓上哪一点判定, 结果是一致的;同一轮廓可以左刀补编程, 也可以右刀补编程, 通常推荐左刀补编程。

3刀具半径补偿的过程与指令格式

刀具补偿功能是系统所有的, 要使用此功能需编程, 包括:刀补建立, 使用和取消, 因此一个完整的程序应包含以上三个方面。

建立和取消刀补有固定格式, 在XY平面建立刀补指令格式为:G17 G01/G00 G41/G42 D_X_Y_F_, 取消刀补指令格式为:G01/G00 G40 X_Y_F_, 其中G17确定补偿平面XY, 一般数控系统补偿功能只限于平面, 如在XZ、YZ平面补偿, 即需用G18、G19指令, G00/G01刀具移动指令, 均为直线式, G01移动速度由F确定, G00的速度是由数控系统参数设置好的, 不需要编程人员确定, 所以指令是不带F的, 需注意的是大部分系统不能在刀具走圆弧时建刀补, 即建刀补不能在G02/G03程序段;G41/G42为补偿类型, 左补偿为G41, 右补偿为G42, G40为取消刀具半径补偿。D_为刀补储存器号码, 简称刀补号, 地址D后带1-3位数, D代码内存刀具偏置量——刀具补偿值, 一般通过CRT面板手动输入, 也可通过程序指令输入。X_Y_为该程序段刀具运动的终点位置, 需强调的是该点非刀位点坐标, 而是轮廓上点的坐标。

4使用刀补功能的要点与注意问题

4.1建立取消刀补, 刀具必须在刀补平面内运动

建刀补的过程, 实际上是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, 是刀具发生偏离的过程, 要实现偏离, 刀具必须运动。如在XY平面建刀补, 刀具必须在XY平面运动, 才能实现XY平面偏离, 要注意的是, Z向运动是没有用的。如下建刀补程序是失效的:

O123 (失效的建刀补程序)

N10 G54 G40 G0 Z100 ( 16键槽铣刀)

N20 X-60 Y-60 M03 S1000

N30 Z2

N40 G01 Z-2 F50

N50 G41 D1 Y-60 F120

……

从N20至N50, 刀具在Z向有运动, 但在XY平面没有运动, 因此, 在N50程序段刀补没有建立起来;如把N40程序段改为G01 G41 D01 Z-2 F50, 同样也难以建立刀补, 因为Z向运动对建XY平面刀补是不起作用的。

取消刀补是程序有刀补的状态回归到没有刀补的状态, 是建立刀补的逆过程, 刀具中心从与编程轨迹偏离一个偏置量回归到与编程轨迹重合, 实质上也是个刀具偏移的过程, 故刀具必须在刀补平面运动, 因此G40后须有补偿平面坐标指令, 仅仅有G40的程序段或G0 G40 Z100等程序段取消刀补是不合理的, 也容易产生过切等问题。

要注意的是, 刀具运动指令有直线式的, 如G00, G01;也有曲线式的, 如G02, G03, 建立和取消刀补的程序段, 所有数控系统都支持直线式运动指令, 但大部分系统不支持曲线式指令, 因此不宜编写G41 D1 G02 X_Y_F_之类程序段来建刀补, G40 G02X_Y_F_之类程序段来取消刀补。

4.2启用刀补, 必须指明刀具运动方向

在XOY平面建立刀具半径补偿指令格式为:GO1/G00 G41/G42 D_X_Y_F_, 其实本程序段不包含启用刀补所需的足够数据, 请看下面例子:

O123 (铣床加工、错误的启用刀补程序)

N10 G54 G40 G0 Z100 ( 16键槽铣刀)

N20 X-60 Y-60 M03 S1000

N30 G41 D1 X-40 F120

N40 Z2

N50 G01 Z-2 F50

……

上述程序中, 从N20～N30可知, 建刀补时, 刀具已经运动, 但N40、N50没有指明刀具在刀补平面运动方向, 就存在可能在轮廓左侧或右侧运动两种可能性, 因此刀补启用是失败的。

事实上, 现在数控系统大多数采用具有预览功能的C类刀具补偿, 在建立或执行刀具补偿功能时, 运用了多段程序段预读功能, 即在程序执行时, 数控系统内部同时储存了三个程序段的信息, 如果补偿平面存在连续两段没有有效移动指令或非补偿平面内轴运动指令程序段, 数控系统就没有足够的刀补信息, 无法正确计算、修正刀具运动轨迹, 并可能产生过切现象, 因此编使用刀补程序时, 在补偿平面内不应出现连续两段没有移动指令的程序段或非补偿平面内轴移动的程序段, 如G04 X2, G0 Z2 G01 Z-2 F30, M3 S800 M08, 在XY平面均属于没有运动或无效运动程序段, 使用刀补时不应连续出现。

4.3采用下刀后建刀补, 抬刀后取消刀补程序

从工艺安全考虑, 下刀一般分快进和工进两补, 且在刀具切入工件前, 往往有一些机床辅助性动作, 如启动主轴, 打开冷却液等, 这些都不在刀具补偿平面产生有效轴运动, 所以下刀前建刀补, 容易产生4.2所述使用刀补问题;另一方面取消刀补过程实质上也是个刀具偏移的过程, 这过程产生了不规则的刀具运动, 故抬刀前取消刀补, 容易产生多切问题, 抬刀后取消刀补, 刀具已远离工件, 则避免了多切的现象。

4.4采用与轮廓相切方向进出刀工艺

数控铣床铣削轮廓时, 沿轮廓切向进出刀不仅保证了工件表面质量, 也避免使用刀补时产生问题, 因此原则上, 在条件许可的情况下, 尽量采用切向切入和切出工件轮廓表面, 下面非切向进退刀易产生问题:如图1, 加工一个内方孔, 如能合理进刀, 只会在四个角出现少切现象, 但沿OA进刀切入, 则会产生过切现象。 O123

N10 G54 G40 G0 Z100 ( 16键槽铣刀)

N20 X0 Y0 M03 S1000

N30 Z2

N40 G01 Z-2 F50

N50 G41 D1 X40 Y-40 F120

N60 Y40

N70 X-40

……

上例中, 从刀补角度分析, 法向切入也是可以的, 沿OA处法向进刀, 不会产生过且, 但是法向切出会产生少切现象:

O123

N10 G54 G40 G0 Z100 ( 16键槽铣刀)

N20 X0 Y0 M03 S1000

N30 Z2

N40 G01 Z-2 F50

N50 G41 D1 Y-40 F120

N55 X40

N60 Y40

N70 X-40

N80 Y-40

N90 X0

N100 Y0

N110 G0 Z100

N120 G40 Y200

N130 M30

上例中, 非切向任何方向出刀, 都会引起少切现象, 如采用切向圆弧切入、切出则不会产生过切、少切等问题。

5结语

刀具半径补偿是数控系统中一个很重要的功能, 本文讲述了刀具半径补偿一些基本理论与问题, 对从事数控教学与数控相关工作者会有一定指导意义, 请注意的是本文主要以华中世纪星数控系统为依据来探讨, 仅供参考。

摘要：结合数控教学系统阐述了刀具半径补偿基本理论:刀具半径补偿概念引入、刀补类别、补偿过程和指令格式等, 分析阐述了刀补功能应用要点和注意问题, 对教学有一定指导意义。

关键词：刀补,数控,过切,偏置,程序

参考文献

[1]罗学科, 刘瑛, 黄根隆.数控编程手册[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[2]王荣兴.加工中心培训教程[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[3]HNC-21M/22M世纪星铣削数控装置编程说明书[M].武汉:华中数控股份有限公司, 2004.

[4]编委会.数控加工技师手册[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[5]杨伟群.数控工艺培训教程[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[6]顾京.数控机床加工程序编制[M].北京:机械工业出版社, 2006.

数控加工刀具半径补偿原理研究 篇5

1 刀具半径补偿原理

1.1 刀具半径补偿的概念

按照零件轮廓编制的程序及预先设定的参数设置, 实现刀具中心自动补偿半径的功能即为刀具半径补偿功能。

1.2刀具半径补偿采用的方法

采用的方法主要有2种。

(1) B刀具补偿。指的是刀具中心轨迹的段之间的连接依靠圆弧连接过渡实现。

该种刀补方法算法操作简单, 而且较容易实现。但是, 也有其弊端, 当加工外轮廓尖角时, 由于设置程序时轨迹是通过圆弧连接的, 加工时刀具始终在一点处进行切削, 外轮廓尖角被加工成小圆角现状, 这样加工出的零件尖角的工艺较差。而当加工内轮廓尖角时, 编程人员必须做一项辅助性的工作, 即增加一个辅助的过渡圆弧, 而且还要求刀具半径必须小于过渡圆弧的半径。人为增加过渡圆弧将加大编程难度;而当刀具半径大于过渡圆弧半径时, 将会因刀具干涉而产生过切形象, 最终造成加工零件不达标。

(2) C刀具补偿。指的是刀具中心轨迹段间的连接采用直线连接过渡。直接实时自动计算刀具中心轨迹的转接交点。这种刀补方式尖角工艺性好, 在加工内轮廓时, 可实现过切自动预告。

在处理方法上, 2种刀补的区别体现在:

B刀具补偿采用的处理方法为:读一段, 算一段, 走一段。该方法无法预计刀具半径造成的下一段轨迹对本段轨迹的影响。

C刀具补偿采用的方法是一次性完成对2段的处理。即先处理本段, 再依据下一段来确定刀具中心轨迹的段间过渡状态, 进而完成本段刀补运算处理。

1.3 过渡方式

转接角α, 如图1所示, 代表2段编程轨迹在交点处非加工侧的夹角。

依据转接角及刀补方向, 可将从一编程段到另一编程段的过渡方式分为3种, 即:

缩短型:α≥1800

伸长型:900≤α<1800

插入型:00≤α≤900

转接过渡的原则是, 必须保证零件轮廓接近编程轮廓, 确保转接处的工艺性, 刀具贴近工件轮廓。

1.4 刀具半径补偿的过程

由于理论的加工轨迹和实际加工轨迹不重合, 在加工过程中, 需要将这个相差的半径值消除掉。如果不考虑刀具半径补偿, 那么在加工时直接按照工件轮廓编程, 则加工出来的工件的尺寸必然不符合零件图的要求, 如果是外轮廓加工则实际加工出来的尺寸一定比原尺寸小, 相反, 如果是内轮廓加工则实际加工的尺寸比要求尺寸大, 所以必须偏移一个刀具的半径值。如图2所示, 刀具偏移的量R与刀具半径的值r是相等的, 在数控加工时, 计算机数控系统依据零件程序及刀具偏量设置单元中的刀具直径值, 可对刀具中心轨迹自动进行计算, 以完成零件的加工。而当刀具半径值发生改变时, 不必更改零件程序, 只需改变存放在刀具半径设置寄存器中的刀具直径值, 数控系统就可用同样的程序完成不同刀具的加工。

2 刀具半径补偿的转接过渡过程

数控机床加工的轨迹只有直线及圆弧2种, 因此, 其转接形式也就有4种, 分别为:直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线、圆弧接圆弧。

刀具半径补偿的过程包括3个步骤:刀具半径补偿的建立、刀具半径补偿的进行、刀具半径补偿的撤销。具体如图3所示。

2.1 刀具半径补偿的建立

刀补的建立过程必须在工件加工之前, 即从起刀点到零件加工的切削起始点之间建立刀补, 在编写程序的过程中体现为引入了G41或G42指令。

2.2 刀具半径补偿的执行

一旦在程序中引入刀具半径补偿指令, 则数控系统就会对刀补指令进行调用, 并结合所设置的刀具直径值执行刀补, 一直到刀具半径补偿结束, 出现G40指令。在执行刀补的过程中, 刀具中心轨迹的偏离值用D01来定义。

2.3 刀具半径补偿的撤销

当工件所需要加工的部位加工完成之后, 应该取消刀补, 这个过程, 一般在返回零点过程中。在程序执行过程中, 利用G40指令来指定。

3 结语

刀具半径补偿指令作为数控系统的核心技术之一, 在数控加工中意义重大。在零件加工过程中, 若采用刀具半径补偿, 编程人员只需要对零件被加工轮廓编程即可。现场操作人员也只需要通过控制面包修改下刀补地址的数值即可。这样可以大大减少了编写程序的工作量, 提高程序的利用率和加工效率。

摘要：刀具半径补偿作为数控加工工艺中的一种特殊技术, 在实际生产应用中具有重要的意义。在数控加工过程中, 根据工件轮廓轨迹以及刀具的半径值能够合理地计算出刀具的运动轨迹路线, 大大简便了数控程序的编写。文章介绍了刀具半径补偿的概念、方法和过程等内容。引入刀具半径补偿后, 就可以忽略掉不同刀具加工的实际半径差异, 用相同的程序加工工件, 既简化了程序, 又节省了生产时间, 提高了加工效率。

关键词：数控加工,刀具半径补偿,方法,过程

参考文献

[1]封华美.刀具半径补偿原理的应用与教学初探[J].当代教育实践与教学研究, 2015 (12) :167.

[2]游银涛, 陈永明, 刘康.五轴石材切板机床刀具补偿算法的研究[J].机电工程, 2016 (1) :63-67.

[3]汪晓菲, 于小莎.数控铣削加工中刀具半径补偿的应用技巧[J].技术与市场, 2016 (2) :83.

[4]唐清春, 刘谦, 马仲亮, 等.五轴加工中空间刀具半径补偿及后置处理的研究[J].制造业自动化, 2014 (5) :24-26.

[5]徐汝锋, 陈志同.基于后置处理五轴刀具半径补偿方法[J].机械工程学报, 2014 (13) :157-164.

[6]许爱芬, 谢霞, 刘宁.基于方向矢量的三维刀具半径补偿技术研究[J].机床与液压, 2011 (3) :33-37.

[7]吴专保.空间刀具半径补偿原理和公式[J].长春工程学院学报:自然科学版, 2011 (2) :31-32.

[8]胡自化, 张平, 杨冬香, 等.三轴数控侧铣空间刀具半径补偿算法[J].机械工程学报, 2007 (5) :138-144.

[9]张立仁, 李瑞斌, 周会成.刀具半径补偿原理及其在数控编程中的应用[J].机械管理开发, 2007 (S1) :126-127.

浅析数控车削中刀具半径补偿的应用 篇6

1 刀具半径补偿的引入

数控车床总是按照“假想刀尖”P点来进行对刀的, 编程时也是按照假想刀尖来编程的, 从而使刀尖位置与程序中的切削起点、零件轮廓各基点坐标以及换刀点重合, 但是车刀在车削时, 实际切削点是过渡刃圆弧与零件轮廓表面的切点。

在车削圆柱面时, 假想刀尖P点的X坐标值与A点的X坐标值是相同的, 因此, 对于圆柱的径向尺寸在加工时究竟是P点还是A点参与切削不存在差别;同样, 假想刀尖P点的Z坐标值与A点的Z坐标值是相同的。因此, 对于圆柱的轴向尺寸或零件端面在加工时究竟是P点还是B点参与切削也不存在差别。

在车削锥面或圆弧时, 如果按假想刀尖编程加工, 会造成过切或欠切现象。

图2为按假想刀尖编程加工锥面时产生的欠切现象。在程序编写时, 是按照假想刀尖来对轮廓进行编写的, 从上图中可以看出来, 要加工轮廓应该是P1P2直线段, 而当刀尖从P1运动到P2时, 刀具实际切削的路径是P1P2下方的直线段, 造成锥面加工的欠切。

图3为按假想刀尖编程加工凸圆弧面时产生的欠切现象, 从图中可以看出, 要加工轮廓应该是P1P2之间虚线部分圆弧线段, 而当刀尖从P1运动到P2时, 刀具实际切削的路径是P1P2圆弧下方与刀尖圆弧相切的实线圆弧线段, 造成凸圆弧面加工的欠切。图4为按假想刀尖编程加工凹圆弧面时产生的欠切现象, 同样从图中可以看出, 要加工轮廓应该是P1P2之间虚线部分圆弧线段, 而当刀尖从P1运动到P2时, 刀具实际切削的路径是P1P2圆弧下方与刀尖圆弧相切的实线圆弧线段, 造成凹圆弧面加工的欠切。

用假想刀尖编程加工锥面或圆弧面时, 为保证零件尺寸及形状, 需要计算刀具刀尖圆弧圆心等编程参数, 尤其是当刀具磨损或重磨后, 编程参数需要重新计算, 否则会产生加工误差。为解决这一难题, 我们引入刀具半径补偿的概念。

一般数控装置都有刀具半径补偿功能, 在实际加工中, 可以对刀尖圆弧半径引起的误差进行补偿, 称为刀具半径补偿。

2 刀具半径补偿的方法

刀具半径补偿的引入为编写程序提供了方便, 编程时不需要计算刀尖圆弧中心的运动轨迹, 只要按照零件轮廓编程, 并在程序中采用刀具半径补偿指令, 并通过数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀具半径补偿的相关参数:刀尖圆弧半径R和刀尖方位T。当机床系统执行程序时, 数控装置读取存储器中相应刀具号的半径补偿参数, 同时自动计算刀尖圆弧中心轨迹, 刀具按照计算出的数值自动沿刀尖方位T方向偏离零件轮廓一个刀尖圆弧半径值R (参见图5) , 并按刀尖圆弧中心轨迹运动, 从而加工出所要求的工件轮廓。

从图5b中可以看出, 加工过象限圆弧时, 刀具的选择很重要, 否则会造成车刀副切削刃与工件的干涉。

3 刀具半径补偿的指令

程序中采用的刀具半径补偿指令有:G41、G42、G40。

其中:G41为刀具半径左补偿, 即顺着刀具运动方向看, 零件在刀具的左边;G42为刀具半径右补偿, 即顺着刀具运动方向看, 零件在G刀4具2的G右0边0;上述判断为刀架在操作者内侧时情况, 若刀架在操作者外G侧0则1刚好相反。G40为刀具半径补偿取消, 使用该指令后, G41、G42指令无效。刀具半径补偿指令格式为:0041GG40G

4 刀具半径补偿的建立与取消

刀具半径补偿的建立与取消都必须通过刀具直线运动来实现, 参见图7。

刀具半径补偿的过程分为3步:[4]

1) 刀具半径补偿的建立:即刀尖圆弧中心从编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置值 (刀尖圆弧半径值R[) 5]的过程;

2) 刀具半径补偿的进行:执行有G41、G42指令的程序段后, 刀尖圆弧中心始终与编程轨迹相距一个偏置值;[6].

3) 刀具半径补偿的取消:刀具离开工件, 刀尖圆弧中心过渡到与编程轨迹重合的过程。

图7中实线A—K为编程轨迹, 虚线为刀具移动轨迹。引入刀尖半径补偿时, 刀尖圆弧中心最终移动到下一个程序段起点的垂线上且距离为r的地方 (r为刀尖半径) , 在此后的补偿执行阶段, 刀尖圆弧中心一直保持这个偏移量。开始取消补偿时, 刀尖圆弧中心停在前一个程序段终点的垂线上, 自这一点开始, 进行取消补偿。实际应用时, 应在刀具未切削工件时进行引入补偿和取消补偿, 最好将引入补偿的终点和取消补偿的起点选在工件轮廓的延长线上, 以保证工件轮廓光滑, 无毛刺。

编程时, G41、G42不能同时使用, 即在程序中, 前面有了G41或G42指令之后, 就不能再直接使用G41或G42指令。若想使用, 必须先用G40指令解除原补偿状态后, 才可以再使用G41或G42指令, 否则补偿就不正常了。

5 刀具半径补偿参数及设置

在数控车削过程中, 未进行刀尖圆弧半径补偿时, 是控制假想刀尖运动轨迹的;当有刀尖圆弧半径补偿时, 是控制刀尖圆弧中心运动轨迹的。因此, 必须要找到刀尖圆弧中心相对于假想刀尖的位置, 这个位置是由刀尖圆弧半径R和刀尖方位T共同表达的, 通过数控系统的操作面板向系统存储器中输入, 参见图8。

一般刀尖圆弧半径R取值为:粗加工不需补偿, 半精加工取0.4mm, 精加工取0.2mm。

刀尖的方位有9种, 如图9所示。常用的刀尖方位有:外圆右偏刀T=3, 镗孔右偏刀T=2。

6 结论

半径补偿功能是数控车削中很重要的功能, 它可以减少数控编程中的繁琐计算简化编程, 最重要的是它可以通过修改刀具中半径补偿参数就可以控制轮廓尺寸, 从而使刀具磨损后程序仍不要修改, 在宏程序加工中半径补偿功能作用更明显, 半径补偿参数可以内部传递, 参数可以从小到大变化。

参考文献

[1]陈天祥.数控加工技术及编程实训[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]袁峰.全国数控大赛试题精选[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[3]宋小春, 等.数控车床编程与操作[M].广州:广东经济出版社出版, 2003.

[4]罗良玲, 刘旭波.数控技术及应用[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[5]宋放之, 等.数控工艺培训教程 (数控车部分) [M].北京:清华大学出版社, 2002.

数控加工中刀具半径补偿的应用 篇7

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。

总结

刀具半径刀具补偿在数控加工中有着非常重要的作用, 灵活、合理地运用刀补值并结合刀补原理正确编制程序是保证数控加工有效性、准确性的重要因素。生产实践表明灵活应用刀具半径补偿功能, 合理设置刀具半径补偿值, 在数控加工中有着重要的意义。它给我们的编程和加工带来很大的方便, 能大大地提高工作效率。

参考文献

[1]方沂等.数控机床的编程与操作[M].国防工业出版社, 1999.

[2]李家杰等.数控机床编程与操作实用教程[M].东南大学出版社, 2005.

[3]罗学科等.数控加工机床[M].化学工业出版社, 2003.

数控铣床刀具半径补偿的分析与应用 篇8

关键词：数控铣床,刀具半径补偿,刀具偏移,应用

在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时, 由于刀具半径的存在, 刀具中心轨迹与工件轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能, 则只能按刀心轨迹进行编程, 如图1所示的虚线轨迹, 其计算相当复杂。尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具半径变化时, 必须重新计算刀心轨迹, 修改程序, 这样既繁琐, 又不易保证加工精度。

当数控系统具备刀具半径补偿功能时, 数控编程只需按工件轮廓编程即可, 如图1中的实线轨迹。此时, 数控系统会自动计算刀心轨迹, 使刀具偏离工件轮廓一个半径值R (补偿量) , 即进行刀具半径补偿。

1刀具半径补偿的用法和应注意的问题

1.1编程格式

铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿 (用G4l定义) 和刀具半径右补偿 (用G42义) , 使用非零的H (D) 代码选择正确的刀具半径偏置寄存器号。根据ISO标准, 当刀具中心轨迹沿前进方向位于零件轮廓右边时称为刀具半径右补偿;反之称为刀具半径左补偿。当不需要进行刀具半径补偿时则用G40取消刀具半径补偿。以FANUC系统为例来说明数控铣床刀具半径的编程格式如下。

1.2注意事项

(1) 刀具半径补偿应在规定的平面内进行, 此平面称为补偿平面。在程序中使用G17指令表示选择XY补偿平面, 使用G18指令表示选择XZ补偿平面, 使用G19指令表示选择YZ补偿平面。系统默认是G17状态。可以省略不写。

(2) 刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行;

(3) 刀具半径补偿的建立与取消只能用G00 或G01 指令, 不得用G02 或G03指令。

(4) H (D) 是存放刀具补偿值的存储器地址, 为H (D) 01～H (D) 99。刀具补偿值由操作者在操作面板上输入到H (D) 指定的存储器中。H (D) 00表示补偿值为0, 因此, 刀具补偿值应设在H (D) 01开始的存储器中。刀具补偿值通常取刀具半径值。

(5) F是指用G01指令时的刀具进给速度。

(6) G4l或G42指令至G40指令的程序段之间, 不能有任何一个刀具不移动的程序段出现。在XY平面中执行刀具半径补偿时, 也不能出现连续两个Z轴移动的指令, 否则G41或G42指令无效。

下面以一个实例来说明刀具半径补偿的用法, 如图2所示。

加工程序为:

2刀具偏移状态的转换

2.1G4l/G42的转换

刀具偏移状态从G41转换到G42, 或者从G42转换到G41, 通常都需要经过偏移取消状态, 即G40程序段。但在点定位G00或直线插补G01状态时, 可以直接转换。此时, 刀具中心轨迹如图3所示。

2.2刀具偏移值的改变

刀具偏移值的改变通常在补偿取消状态下进行。但在点定位G00或直线插补G01状态下也可以直接进行, 如图4所示。

2.3偏移值的正负

刀具中心轨迹与G4l/G42的关系, 是补偿值为正值的情况。当补偿值为负值时, 则相当于把G41与G42互换。

如图5所示, 当补偿值为正值时, 刀具中心沿工件外侧切削, 如图5 (a) ;当补偿值为负值时, 则刀具中心变为在工件的内侧切削, 见图5 (b) 。反之, 当图 (b) 中偏移值为正值时, 则图 (a) 中刀具的偏移值为负值。

3拐角圆孤插补

在有刀具半径补偿时, 若编程轨迹的相邻两直线 (或圆弧) 不相切, 则必须进行拐角圆弧插补, 即要在拐角处产生一个以偏移量为半径的附加圆弧, 此圆弧与刀具中心运动轨迹的相邻直线 (或圆弧) 相切, 如图6所示。

对于刀具半径补偿C功能, CNC系统可以自动实现零件轮廓的各种拐角组合形式的尖角过渡。而对于刀具半径补偿B功能, 则必须用G39指令在零件的拐角处编制附加圆弧插补程序段, 才能实现尖角过渡。

指令格式:G39 X Y

G39指令中的X、Y为与新矢量垂直的直线上的任一点的坐标值。G39指令只有在G41或G42被指令后才有效。G39属非模态指令, 仅在它所指令的程序中起作用

以一个实例 (如图7所示) 来说明B功能刀具半径补偿尖角问题的处理。

…

G90 G00G4l X100Y50 H01

G01X200Y100 F150

G39X300 Y50

G01X300Y50

…

4刀具半径补偿的应用

刀具半径补偿功能的主要应用场合如下。

(1) 刀具因磨损、重磨、换新刀而引起刀具直径改变后, 不必修改程序, 只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具直径。如图8所示, 1为未磨损刀具, 2为磨损后刀具, 两者直径不同.只需将刀具参数表中的刀具半径r1改为r2, 即可适用同一程序。

(2) 通过有意识地改变刀具半径补偿量, 便可用同一刀具、同一程序和不同的切削余量完成双、半精、精加工, 如图9所示。从图中可以看出, 当设定补偿量为ac时, 刀具中心按cc′运动, 当设定补偿量为ab时, 刀具中心按bb′运动完成切削。

(3) 另外, 还可以用同一程序加工出同一公称尺寸的内、外两种型面。如图10所示, 可以利用G42指令得到A轨迹, 又用G4l指令得到B轨迹, 也就是说按A轨迹加工凸模, 按B轨迹加工凹模。

参考文献

[1]杨钢, 简小川, 李渝昆, 等.数控铣及加工中心编程.重庆:重庆大学出版社, 2007

[2]魏杰.数控机床编程加工技术.成都:电子科技大学出版社, 2007

[3]罗学科, 张超英.数控机床编程与操作实训.北京:化学工业大学出版社, 2004

[4]罗友兰.刀具半径补偿在粗、精铣削加工中的应用.机械制造与研究, 2006;35 (2) :68—69

[5]滕汶.数控铣床刀具半径补偿功能特征及分析应用.煤矿机械, 2004;37 (9) :85—87

刀具半径补偿指令 篇9

关键词：刀具半径补偿,矢量,数控车削

1刀具半径补偿的矢量

刀具半径补偿计算的主要工作是根据刀具的方向矢量和半径矢量计算各种转接类型转接点的坐标值, 即根据相邻编程轮廓段的起止点坐标值判断转接类型, 调用相应的计算程序计算出转接点坐标值。了解计算机软件关于刀具补偿转接点的坐标值计算, 对生产实践具有指导作用。

为了正确地理解数控车削刀具半径补偿的过程, 下面引入矢量的概念 (数控车床的编程为G18平面, 以上手刀为例) 。

(1) 直线方向矢量:

指与运动方向一致的单位矢量, 用Ld表示。

(2) 圆弧方向矢量:

是指圆弧上某一动点的切线方向上的单位矢量, 用Ld表示。

(3) 刀尖圆弧半径矢量:

是指垂直于编程轨迹且大小等于刀尖圆弧半径、方向指向刀尖圆弧中心的矢量, 用rd表示。

根据以上的矢量描述, 数控系统能够正确判断各种转接类型并计算各转接点的坐标值。

2刀具半径补偿过程

刀具半径补偿是数控车床的重要功能之一。通常采用的对刀方法都是将刀尖作为刀位点, 然而在实际应用中, 为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度, 一般将车刀刀尖磨成半径0.2～2的圆弧, 这样按零件轮廓编程运行后, 实际起切削作用的是圆弧的各切削点, 这样势必会造成加工误差。消除由刀尖圆弧引起的加工误差必须进行刀尖圆弧半径自动补偿, 补偿参数包括刀尖半径R值和刀尖方位T值。

将刀补参数输入数控系统之后, 刀具半径补偿的方向要在执行G41 (或G42) 之后方可生效。刀具半径补偿的执行过程分为以下3个步骤:

(1) 起动偏置:从取消偏置方式变为偏置方式的程序段称为起动偏置程序段。在起动偏置的程序段进行刀具偏置的过渡运动, 在起动程序段的终点, 刀尖R中心位于下个程序段起点, 并在与下个程序段垂直的位置上, 同时满足刀具方向矢量和半径矢量的条件。起动偏置的程序段必须是G00或G01, 如图1所示。

(2) 执行偏置:在执行了G41 (或G42) 的程序段中, 刀位点发生了变化, 由理论刀尖偏移至刀尖R中心, 而刀尖R中心轨迹始终垂直于方向矢量且偏离编程轨迹一个刀尖圆弧半径矢量, 依靠刀尖圆弧外缘来加工零件轮廓。

(3) 取消偏置:在执行偏置的方式中如果指令了G40, 则这个程序段被称为取消偏置程序段。取消偏置如图2所示, 从图2中可以看出, 在取消偏置程序段的前一个程序段, 刀尖不在该程序段的终点, 这个变化是由刀位点造成的, 生产实践中应特别注意, 取消偏置的程序段必须是G00或G01。

3刀具半径补偿的应用

在数控车削加工中, 如果被加工零件的轮廓是由正交面 (柱面和端面) 组成的, 则建立刀具半径补偿与否, 所加工的零件轮廓都是完全一致的, 这样很容易造成部分操作人员忽视了刀具半径补偿的应用。但在加工非正交面 (弧面和锥面) 轮廓时, 不进行刀具半径补偿就会发生过切和余切现象, 这样势必造成零件的不合格或报废。在实际应用中要注意以下几个方面的问题:

(1) 加工小于刀尖半径的内圆弧时, 由于偏置的刀尖圆弧中心找不到正确的圆心轨迹将导致过切, 如图3所示。

(2) 加工小于刀尖半径的台阶时, 由于台阶小于刀具半径, 因此在新旧矢量交替时, 偏置的刀尖圆弧中心将向编程的反方向移动, 产生过切, 如图4所示。

(3) 在执行刀补的程序段中, 如果有加工端面的轨迹时应特别注意, 因为有刀尖方位号, 要特别小心切削方向, 右刀补时, 只能允许偏刀从旋转中心往外切削, 否则会多切掉一个刀尖圆弧直径的量, 如图5所示。

(4) 同样在执行刀补的程序段中, 由于刀位号已经确定, 所以用正偏刀加工倒锥的轮廓时, 系统会产生过切报警。

(5) 在取消偏置的程序段 (G40) 中, 刀具刀尖圆弧中心位于前一个程序段终点垂直的位置上, 可能将造成过切, 此时应指令I、K, 即:G40X (U) _Z (W) _I_K_。其中, I、K为增量值, 且I为半径值。这样指定以后, 刀尖圆弧中心就会从I、K方向线与前一个程序段轮廓线的角平分线位置运动至终点。

(6) 在执行偏置的程序段中, 通过调整刀尖圆弧半径的大小来控制加工余量和加工精度要优于磨耗中的调整, 特别是在非正交平面的余量控制和调整中, 因为在磨耗中X轴和Z轴是分别控制的, 而改变刀尖圆弧半径的大小则可以同时控制两个轴的余量, 如图6所示。

4结束语

实际生产中, 数控车削刀具半径补偿功能基本上应用在非柱面的精加工程序段。在起动偏置和取消偏置的程序段中, 同时要伴有刀具移动的指令, 否则程序轨迹可能会发生变化, 从而造成零件报废。同理, 在起动偏置和取消偏置的程序段中, 也应尽量避免切削工件。一个零件的加工程序不是唯一的, 但是, 正确使用刀具半径补偿是每一个编程员必备的基础知识。

参考文献

[1]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]陈富安.数控机床原理与编程[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.