數控車床刀尖圓弧半（bàn）徑補償的原（yuán）理（lǐ）和（hé）應用
2020-5-26 來源： 滄州職（zhí）業技術學院（yuàn） 作者：楊會喜，高秀華
摘要：數控編程是按照車刀的刀位點（diǎn）編製的（de），實際加工中車刀刀尖並不是一個“點”，而是一（yī）段小圓弧。本文（wén）分析了刀尖圓弧半徑對零件尺寸（cùn）精度的（de）影響，介紹了刀尖圓弧半 +- 徑補償（cháng）的原理、補償方法及應（yīng）用中（zhōng）的注意事項。
關鍵詞：數控車床；刀（dāo）尖圓弧半徑補（bǔ）償；原理；注意事項
1 、刀尖圓弧（hú）半徑補償的原（yuán）理
1.1 刀尖圓弧半徑（jìng）補償的產生原因（yīn）
使（shǐ）用尖（jiān）形車刀時，數控編程及對刀操作時以車刀的刀尖為基準，但是為了提（tí）高刀具強度、減緩刀具磨損和提（tí）高工件精度，實際刀具的刀（dāo）尖不是一個點，而是（shì）一段小圓（yuán）弧。刀尖圓（yuán）弧（hú）半徑（jìng）指的就是車刀刀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些輪廓加工中（zhōng），刀（dāo）具的實（shí）際切削軌跡與編程軌跡不重合，實際起作用的切削（xuē）刃卻是（shì）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（bàn）徑對加工端麵和圓柱類（lèi）零件（jiàn）表麵的（de）影響
由（yóu）於刀尖圓弧的存在，在對刀時，X 軸和 Z 軸兩（liǎng）個方向的對刀點分別是（shì）刀片圓弧的 X 軸和 Z 軸方（fāng）向上最突（tū）出的點，這時，數控係統就會以 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點的對刀（dāo）結果綜合確認一個（gè）點作為對刀點，這正是與 X 軸和（hé） Z 軸方向上最（zuì）突出的點相切的兩條直線的（de）交點（diǎn），稱之為假想刀尖，也就是（shì）刀具的刀位點。數控係統正是以這個假想刀尖作為理論切削點進行車削的，而（ér）假想刀（dāo）尖在實際加工中是不存在（zài）的。實際切（qiē）削點是（shì）刀（dāo）尖圓弧和切削表麵的相（xiàng）切點，隨著切（qiē）削位置的改變而（ér）改變，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（dāo）尖圓弧半徑值。車端麵時，切削軌跡垂直於機床軸線，實（shí）際切削點為 X 軸方（fāng）向上（shàng）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軸線，實際切削點為 Z 軸方（fāng）向上最突出（chū）的點（diǎn），與（yǔ）假想刀尖點（diǎn）的 X 坐標值相同，如圖 1 所示。因此，車（chē）刀刀尖圓弧半徑（jìng）大小對端（duān）麵和內（nèi）、外（wài）圓柱麵的直徑（jìng）沒有影響（xiǎng），但（dàn）是在台階的過渡（dù）處會有欠切現象。
圖 1 車刀示意圖
1.1.2 刀尖圓弧半徑（jìng）對加工錐麵、圓弧麵和曲（qǔ）麵類（lèi）零件表麵的影響（xiǎng）
當加工錐麵和圓弧麵時，切削軌跡與機床軸（zhóu）線既不垂直也（yě）不平行，實際切削點與假想刀尖點的（de） X、Z 坐標都（dōu）不同。加工錐（zhuī）麵時，假（jiǎ）想刀尖沿（yán）著輪（lún）廓運動，實際圓弧切削點與編程軌跡有一個固定的距離，實際圓弧切削（xuē）點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，所以刀尖圓弧（hú）半徑對圓錐的錐度沒有影響，而外圓錐（zhuī）麵會造成固定數值（zhí）的欠切，導致錐麵直徑的尺寸偏大，內（nèi）圓錐麵會造成固定數值的過切，導致錐麵直徑的尺寸偏小。對於圓弧麵加工，如果是不過象限的圓弧加（jiā）工會造成欠切或過切，如果是過象限（xiàn）的圓弧加工欠切和過切二（èr）者兼有，而且欠切量和過切量隨著輪廓位（wèi）置的變化（huà）而變化。所（suǒ）以（yǐ）刀尖圓弧半徑會影響圓弧的圓度和圓弧半徑的大小，而且（qiě）刀尖圓弧半徑越大，加工誤差越大，如圖（tú） 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（bú）是讓假想（xiǎng）刀尖相對程序段輪廓移動一個半徑（jìng）值，而是讓刀尖圓弧的圓心始終（zhōng）與程（chéng）序段輪廓距離一個半徑值，即刀尖圓弧的圓心應與工（gōng）件輪廓偏（piān）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（gōng）能後，編程者仍以假想刀尖位置按工件輪廓（kuò）編程，然後在機（jī）床中輸入刀尖圓弧（hú）半（bàn）徑數值，則數控係統自動計算補償值，生成刀具（jù）路徑，從而消除了刀尖圓弧（hú）半徑對徑向尺寸精度的影響。采用刀尖（jiān）圓弧半徑補償功能時（shí），程序不會隨著刀尖圓弧半徑的變化（huà）而變化，隻需要修改機床中輸入的（de）半徑值即可。
2、 刀尖圓弧半徑補償指令（lìng）
2.1 指令（lìng）格式
G41G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖（jiān）圓弧半徑左補償）
G42 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓（yuán）弧半徑右補償）
G40 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（取消刀尖圓 弧半徑補償）
2.2 判別方法（fǎ）
判別刀尖圓弧半徑補償指令時，必須首先自 Y軸的負方向向 Y 軸正方向看，然後（hòu）順著刀具的移動方向觀察（chá）刀具在工件輪廓的（de）左側還是右側，即（jí）必須同（tóng）時滿足以上（shàng）兩個觀察方向，當刀具位於加工（gōng）輪廓左側時（shí）為刀（dāo）尖圓弧半徑左補償（指令為 G41），當刀（dāo）具位於加工輪廓右側時為刀尖圓弧半徑右補償 （指令為 G42）。由此可知無（wú）論刀架位置是前置還是後置，判別（bié）刀尖圓弧半徑補償指令時一律看軸線上方。
3 、刀（dāo）尖圓（yuán）弧（hú）半徑補償（cháng）的方法
3.1 刀尖方（fāng）位的判斷
為了反映（yìng）切削刀具的方（fāng）向，對不同偏向的假想刀尖都進行（háng）了編號。通（tōng）過假想刀尖（jiān）方位（wèi）號表示刀具的位置，共有 9（T1～T9）種設置，數（shù）字代表 R 角的方向，如圖（tú） 3 所示。
圖 3 刀位號
3.2 刀尖半徑補償應用實例
如圖 4，機床為前置刀架，使（shǐ）用刀（dāo）具為右偏外圓車刀，刀號及刀具位置偏置號為 T0101，刀尖半徑為0.8 mm，假想刀尖方位號為 3，刀（dāo）具（jù）主偏角 95°，刀尖角度（dù） 35°，編製精加（jiā）工程序，具體如（rú）下。
圖 4 加工零件
4 、結（jié）束語
綜上所述，在數控車削加工中，刀尖圓弧半徑補（bǔ）償功能能有效消除圓弧麵、錐麵、曲麵類零件加工中造成的徑向加工誤差，在高精度的零件加工及使用圓弧車刀車削時，這個功能的應用尤（yóu）為重要。
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