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數控車床刀尖圓弧半徑補償的原理和應（yīng）用

2020-6-8 來源：-- 作（zuò）者：-

【摘要】：數控編程是按照車刀的刀（dāo）位點編（biān）製（zhì）的，實際加工中車刀刀尖並不（bú）是一個“點”，而是（shì）一段小（xiǎo）圓弧。本文分析了刀尖圓弧（hú）半徑對（duì）零件尺寸精度的影響（xiǎng），介紹了刀尖圓弧半 +- 徑補償（cháng）的（de）原理、補償方法及應（yīng）用中的注意事項。

【關鍵詞（cí）】：數控車床（chuáng）；刀尖（jiān）圓弧半徑（jìng）補償；原理；注意事（shì）項

1 刀尖（jiān）圓弧半徑補償的原理

1.1 刀尖圓弧半（bàn）徑補（bǔ）償的產生原因

使用尖形車刀時，數控編程及對刀操作時以車刀的刀尖為基準，但是為了提高刀具強度、減緩刀具磨損和提高工件精度，實際刀（dāo）具的刀尖不是（shì）一個點，而是一段小圓弧。刀尖圓弧半（bàn）徑指的（de）就（jiù）是車刀刀尖（jiān）圓弧所構成的假想圓半徑。由於刀（dāo）尖圓弧的存在使得在某些輪廓加工中，刀具的（de）實際切削軌跡與編程軌跡不重合，實際起作用的切削刃（rèn）卻是圓弧各切點，這樣就引起了（le）表麵加工誤差。

1.1.1 刀尖圓弧半徑對加工端麵和圓（yuán）柱類零（líng）件表麵的影響

由於刀尖圓弧的存在，在對刀時，X 軸和 Z 軸兩個方向的對刀點分別是刀片圓弧的 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點，這時，數控係統就會以 X 軸和 Z 軸方向（xiàng）上最突出的點的（de）對刀結果綜合確認一個點作為對（duì）刀點，這正是與 X 軸和 Z 軸方向上最突出的點相切的兩條直線的交（jiāo）點，稱（chēng）之為假想刀尖，也就是（shì）刀具的刀位點（diǎn）。數控係統正是以這個（gè）假想刀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（zài）的。實際切削點是刀尖（jiān）圓弧和切削表麵的相切點，隨著切削（xuē）位置的改變而改變（biàn），不可（kě）能通過對刀確定，但是切削（xuē）點與圓弧圓心的距離始終是（shì）刀尖圓弧半徑（jìng）值。車端（duān）麵時，切削軌跡垂直於機（jī）床軸線（xiàn），實際切削點為 X 軸方（fāng）向上最突出的點，與假想（xiǎng）刀尖點的 Z 坐標值相同；車外圓麵和內孔時，切（qiē）削軌跡平行於機床軸（zhóu）線，實際（jì）切削點為 Z 軸方向上最突出（chū）的點，與假想刀（dāo）尖點的 X 坐標（biāo）值相同，如圖 1 所示（shì）。因此，車刀刀尖圓弧半徑大小對端麵和內、外圓柱麵（miàn）的直徑沒有影響（xiǎng），但（dàn）是在台階的（de）過渡處會有（yǒu）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（lèi）零（líng）件表麵的影響

當（dāng）加工錐麵（miàn）和圓弧麵時（shí），切削軌跡與機床軸線既不垂直（zhí）也不平行，實際切（qiē）削點與假想刀尖點（diǎn）的 X、Z 坐標都不同。加工錐麵（miàn）時，假想刀尖沿（yán）著輪廓運動，實際（jì）圓弧切削點與編程軌跡有（yǒu）一個固定的距離，實際圓弧切削點的軌跡與機床主（zhǔ）軸的角度和假想刀尖的軌跡與（yǔ）機（jī）床主軸的角度相同，所以（yǐ）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，導致錐麵直徑（jìng）的尺寸偏大，內圓錐麵會造成固（gù）定數值的過切，導致（zhì）錐麵直（zhí）徑的尺寸偏小。對於圓弧麵加工，如果是（shì）不過象限（xiàn）的圓弧加工會造成欠切或（huò）過切，如果是過象限的圓弧加工欠切和（hé）過切二（èr）者兼有，而（ér）且（qiě）欠切量和過切量隨著輪廓位置的（de）變（biàn）化而變（biàn）化。所（suǒ）以刀尖圓（yuán）弧半徑會（huì）影響圓弧的圓度和圓弧半徑的大小，而且（qiě）刀尖圓（yuán）弧半徑越大，加工誤差（chà）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，不是讓假想刀尖相對程序段輪廓移動（dòng）一個半徑值，而是讓刀尖圓弧的圓心始終與程序段輪廓距離一個半徑值，即刀尖圓弧的圓心應與工（gōng）件輪廓偏移一個（gè）半徑（jìng）值，這種偏（piān）移（yí）稱為刀尖圓（yuán）弧半徑補償。采用刀尖圓弧半徑補償功能後，編程者仍（réng）以假想刀尖位置按工件輪廓（kuò）編程，然後在機床中輸（shū）入刀尖圓弧半（bàn）徑數值，則數控係統自動（dòng）計（jì）算補償值，生成刀（dāo）具路（lù）徑，從而消除了刀尖圓弧半（bàn）徑對徑向尺寸精度（dù）的影響。采（cǎi）用（yòng）刀尖圓弧半徑補償（cháng）功能時，程序不會隨著刀尖圓弧半徑的變化而變化，隻需要修改機床中輸入的半徑值（zhí）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（dāo）尖圓弧半徑左補（bǔ）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

判別刀（dāo）尖圓（yuán）弧半徑補償指令（lìng）時，必須首先自 Y軸的負方向（xiàng）向 Y 軸（zhóu）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左側還是右側，即必須（xū）同時（shí）滿足以上兩個觀察方向（xiàng），當刀具位於加工輪廓左側時為刀尖圓弧半徑左補償（指令為 G41），當刀（dāo）具位於（yú）加工輪廓右側時為刀尖圓弧半（bàn）徑右補（bǔ）償（指（zhǐ）令為 G42）。由此可知無論刀（dāo）架位置是前置還是後置，判別刀尖圓弧半徑補償指（zhǐ）令時一律看軸線上方。

3 刀尖圓弧半徑補償的方法

3.1 刀尖方（fāng）位的判斷

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