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數控車（chē）床刀尖圓弧半徑補償的原理和應（yīng）用

2020-6-8 來源：-- 作者：-

【摘要】：數控編程是按照車刀的刀位點編製的，實（shí）際加工中車刀刀尖並不是一個“點”，而是一段小圓弧。本文分析了刀尖圓弧半徑對零件尺寸精度的影響，介紹了刀尖圓弧半 +- 徑（jìng）補償的（de）原理、補償方法及應用中的注意事項。

【關鍵詞】：數控車床；刀尖（jiān）圓弧半徑補償；原理；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（de）產生原因

使用尖形車刀時，數控編（biān）程及對刀操作時以車刀的刀尖為基準，但是為了提高刀具（jù）強度、減緩刀具磨損和提（tí）高工件精（jīng）度，實際刀具的（de）刀尖不是一個點，而是一段小圓弧。刀尖圓弧半徑指的就是車刀刀尖圓弧（hú）所構成（chéng）的（de）假想圓半徑。由於（yú）刀（dāo）尖圓弧的存在（zài）使（shǐ）得（dé）在某些輪廓加工中，刀具的實際切削軌跡（jì）與編程軌跡不重合，實際起作用的切削刃卻是圓弧各切點，這樣就引起（qǐ）了表麵加工誤差（chà）。

1.1.1 刀尖圓弧半徑對加工端麵和圓柱類零件表麵的（de）影響

由於刀尖圓弧的存在（zài），在對刀（dāo）時（shí），X 軸和 Z 軸兩個方向的對刀（dāo）點分別是（shì）刀片圓弧的 X 軸和 Z 軸方向上最突出（chū）的點，這時，數控係統就會以 X 軸和（hé） Z 軸方向上最突出的點的對刀結果綜合確認一個點作為（wéi）對刀點，這（zhè）正是與 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點相切的兩條（tiáo）直（zhí）線的交點，稱之為假想刀尖，也就是刀具的刀位點。數控係統（tǒng）正是以這個假想刀尖作為理論切削點進行車削的（de），而假想刀尖在實際加工中是（shì）不存在的。實際切削點是（shì）刀尖圓弧和切削表麵的相切點，隨著切削位置的改變而改（gǎi）變，不可（kě）能通過對刀確定，但是切削點與圓弧圓心的距離始終是刀尖（jiān）圓弧半徑值。車端麵時，切削軌（guǐ）跡垂直（zhí）於機床軸線，實（shí）際切削點（diǎn）為 X 軸（zhóu）方向上最突出的點，與假想刀尖點的 Z 坐標值相同；車外圓麵和內孔時，切削軌跡平行於機床（chuáng）軸（zhóu）線，實際切削點為 Z 軸（zhóu）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、外圓柱麵的直徑沒（méi）有影響，但是在台階的過渡處會有欠切現象。

圖 1 車刀示意圖

1.1.2 刀尖圓弧半徑對加工錐麵、圓弧麵和曲麵類零件表麵的影響

當加工錐麵（miàn）和圓弧麵時，切削軌（guǐ）跡與機床軸線既（jì）不垂直也不平行，實際切削點與假想刀尖點的 X、Z 坐標都不同。加工錐麵時，假（jiǎ）想刀尖（jiān）沿著輪廓運動，實際圓（yuán）弧切削點與編程軌跡有一個固定的距離，實際圓弧切削點（diǎn）的軌跡與機床主軸的角度和假想刀尖的軌跡（jì）與機床主軸的角度相同，所以刀尖圓（yuán）弧半徑對圓錐的（de）錐度沒有影響，而（ér）外圓錐（zhuī）麵會造成固定數值的欠（qiàn）切，導致錐麵直徑的尺寸偏大，內圓錐麵（miàn）會造成固定數值的過切，導（dǎo）致錐麵直徑的尺寸（cùn）偏小。對（duì）於圓弧麵加工，如果是不過象限（xiàn）的圓弧加工會（huì）造成欠切或（huò）過切（qiē），如果是過象限的圓弧加工欠切和過切二者兼有，而且欠切量和過（guò）切量隨著輪廓位置的變（biàn）化而變化。所以刀（dāo）尖圓弧半徑會影響圓弧的圓（yuán）度（dù）和圓弧半徑（jìng）的大小，而且刀（dāo）尖圓弧半（bàn）徑越（yuè）大，加工誤差越大，如圖 2 所示。

圖 2 切削圓弧（hú）

1.2 刀尖圓弧半徑補償

刀尖圓弧半徑補償，不是讓假想刀尖相對程序段輪廓移動一個半徑值，而是讓刀尖（jiān）圓弧的圓心始終與程序段輪廓距離一個半徑值，即刀尖圓弧的圓（yuán）心（xīn）應與工件輪廓偏移一個半徑值，這（zhè）種偏移稱為刀尖圓弧半徑補償。采用刀尖（jiān）圓（yuán）弧半徑（jìng）補償功能後，編程者仍以假想刀尖位置按工（gōng）件輪廓編程，然後在機床中輸入刀尖圓弧半徑數值，則數（shù）控係統自動計算補償值，生成刀具路徑，從而消除了刀尖圓弧半徑對（duì）徑向尺寸精度的影響。采用刀尖圓弧半徑補（bǔ）償功能時，程序不會隨著刀尖圓弧半徑的變化而（ér）變化，隻需要修改機床中輸入（rù）的（de）半徑值即可。

2 刀尖（jiān）圓弧半徑補（bǔ）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）_（刀尖圓弧半徑（jìng）右（yòu）補償）

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

2.2 判別方法

判（pàn）別刀尖圓（yuán）弧半徑補償指令時，必須首先自 Y軸的負方向向 Y 軸正方向看，然後順（shùn）著刀具（jù）的移動方（fāng）向觀察刀具在工件輪廓的左側還是右（yòu）側，即必須同時（shí）滿足以上（shàng）兩個觀察方向，當刀具位於加工輪廓左側時為刀尖（jiān）圓弧半徑左（zuǒ）補償（指令為 G41），當刀具位於加工輪廓（kuò）右側時為刀尖圓弧半徑右補償（指令為 G42）。由（yóu）此可（kě）知無論刀架（jià）位（wèi）置是前置還是後置，判別刀尖圓弧半徑（jìng）補償（cháng）指令時一律看軸線上方。

3 刀尖圓（yuán）弧半徑（jìng）補償（cháng）的方法

3.1 刀尖方（fāng）位的（de）判斷

為了反映（yìng）切削刀具的方向，對不同偏向的假想刀（dāo）尖都進行了編號。通過假想（xiǎng）刀尖方位號表示刀具的位置，共有 9（T1～T9）種設置（zhì），數字代表 R 角的方向，如圖 3 所（suǒ）示。