演示文稿刀具補(bǔ)償及刀具長補(bǔ)償計(jì)算方法

演示文稿刀具補(bǔ)償及刀具長度補(bǔ)償計(jì)算方法當(dāng)前第1頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)（優(yōu)選）刀具補(bǔ)償及刀具長度補(bǔ)償計(jì)算方法當(dāng)前第2頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)①由用戶來完成刀具補(bǔ)償?shù)挠?jì)算工作此時(shí)，數(shù)控加工程序段中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)就是刀具中心或刀架相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)位置。例：假設(shè)刀具半徑為15（165,35）（165,165）（35,165）(35,50)YX（150,50）（150,150）（50,150）（50,50）G0X35Y50G1Y165F100X165Y35X50G0X0Y0（50,35）當(dāng)前第3頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)（150，50）（150，150）（50，150）（50，50）②由數(shù)控系統(tǒng)來自動(dòng)完成刀具補(bǔ)償?shù)挠?jì)算工作。啟用數(shù)控系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償功能后，刀具補(bǔ)償?shù)挠?jì)算工作將由數(shù)控系統(tǒng)來自動(dòng)完成。此時(shí)數(shù)控加工程序段中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用零件輪廓的實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)，既數(shù)控加工時(shí)刀尖或刀刃邊緣的實(shí)際坐標(biāo)位置。G0G41X50Y50G1Y150X150Y50X50G0G40X0Y0當(dāng)前第4頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)R1

（2）刀具補(bǔ)償?shù)淖饔貌捎玫毒哐a(bǔ)償功能，不僅可以大大簡化數(shù)控加工程序的編寫工作，還可以提高數(shù)控加工程序的利用率，主要表現(xiàn)在兩方面。①當(dāng)?shù)毒叱叽绨l(fā)生變化（刀具磨損、刀具更換等）時(shí)，只需修改相應(yīng)的刀具參數(shù)即可。②在同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)同一零件輪廓進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工等多道工序時(shí)，不必編寫三種加工程序，可將各道工序所預(yù)留的加工余量加入刀具參數(shù)即可。R2R3余量2余量3R3=R+余量3R2=R+余量2R1=R+0當(dāng)前第5頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)L1L2FrL1FFYXr

（3）刀具補(bǔ)償類型刀具補(bǔ)償分為刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償兩種類型。對(duì)于不同機(jī)床上所使用的不同類型的刀具，其補(bǔ)償形式也不一樣。①立銑刀：主要是刀具半徑補(bǔ)償，有時(shí)需要刀具長度補(bǔ)償；②鉆頭：主要是刀具長度補(bǔ)償；③外圓車刀：即需要刀具半徑補(bǔ)償，也需要縱橫兩個(gè)坐標(biāo)方向的刀具長度補(bǔ)償。立銑刀ZX鉆頭XZ外圓車刀當(dāng)前第6頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

刀具補(bǔ)償時(shí)所使用的刀具參數(shù)主要有：刀具半徑、刀具長度、刀具中心偏移量等等。這些刀具參數(shù)應(yīng)該在程序運(yùn)行前預(yù)先存入刀具參數(shù)表中。在刀具參數(shù)表中，不同的刀具補(bǔ)償號(hào)（刀沿）對(duì)應(yīng)著不同的一組刀具參數(shù)。在編制數(shù)控加工程序時(shí)，可以通過調(diào)用不同的刀具補(bǔ)償號(hào)來實(shí)現(xiàn)不同的刀具補(bǔ)償計(jì)算。當(dāng)前第7頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)二、刀具長度補(bǔ)償計(jì)算當(dāng)?shù)毒叩拈L度尺寸發(fā)生變化而影響工件輪廓的加工時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)對(duì)這種變化實(shí)施補(bǔ)償，即刀具長度補(bǔ)償。

（1）車床情況數(shù)控車床的刀具結(jié)構(gòu)如右圖所示。

S：刀尖圓弧圓心；

RS：刀尖圓弧半徑；

P（ZP，XP）：理論刀尖點(diǎn)；

F（ZF，XF）：刀架相關(guān)點(diǎn)；（ZPF，XPF）：P點(diǎn)相對(duì)于F點(diǎn)的坐標(biāo)。當(dāng)前第8頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

車刀的刀具長度補(bǔ)償就是實(shí)現(xiàn)刀尖圓弧中心S與刀架相關(guān)點(diǎn)F之間的坐標(biāo)變換。在實(shí)際操作中，刀尖圓弧圓心S點(diǎn)相對(duì)于F點(diǎn)的位置偏移量難以直接測量，而理論刀尖點(diǎn)P相對(duì)于F點(diǎn)的位置偏移量比較容易測量。因此，一般情況下，我們先測量出理論刀尖點(diǎn)P與刀架參考點(diǎn)F之間的位置偏移量，然后根據(jù)情況來考慮是否需要再精確計(jì)算出刀尖圓弧中心S與刀架參考點(diǎn)F之間的位置偏移量。通過測量計(jì)算得出的這個(gè)位置偏移量數(shù)值將被存放在數(shù)控系統(tǒng)的刀具參數(shù)表中。當(dāng)前第9頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

（1）假設(shè)刀尖圓弧半徑RS=0

此時(shí)，P點(diǎn)與S點(diǎn)重合，根據(jù)圖示的幾何關(guān)系可知：已知：代入上式后得刀具長度補(bǔ)償計(jì)算公式為：（2-1）當(dāng)前第10頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)①理論刀尖點(diǎn)P的坐標(biāo)（ZP，XP）就是實(shí)際被加工零件的輪廓軌跡坐標(biāo)，該坐標(biāo)值可以從數(shù)控加工程序中直接獲得；②（ZPF，XPF）為理論刀尖點(diǎn)P相對(duì)于刀架參考點(diǎn)F的坐標(biāo)值。設(shè)（ZFP，XFP）為刀架參考點(diǎn)F相對(duì)于理論刀尖點(diǎn)P的坐標(biāo)值，則有：（2-2）（2-1）當(dāng)前第11頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

理論刀尖點(diǎn)P相對(duì)于刀架參考點(diǎn)F的坐標(biāo)值（ZPF，XPF）、或刀架參考點(diǎn)F相對(duì)于理論刀尖點(diǎn)P的坐標(biāo)值（ZFP，XFP）可以從刀具參數(shù)表中的刀具參數(shù)來獲取。①在有些數(shù)控系統(tǒng)中，刀具參數(shù)表中的刀具長度參數(shù)采用刀架參考點(diǎn)F相對(duì)于刀尖點(diǎn)P的坐標(biāo)值（ZFP，XFP），即此時(shí)刀具長度補(bǔ)償計(jì)算公式可寫成：（2-3）當(dāng)前第12頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)②而在有些數(shù)控系統(tǒng)中，刀具參數(shù)表中的刀具長度參數(shù)采用刀尖點(diǎn)P相對(duì)于刀架參考點(diǎn)F的坐標(biāo)值（ZPF，XPF），即此時(shí)刀具長度補(bǔ)償計(jì)算公式可寫成：（2-4）當(dāng)前第13頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)FB（-70，15）A（0，15）X3520ZG0X0Y15G1X-70A點(diǎn)：B點(diǎn)：當(dāng)前第14頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)lZZFL

討論：

1）利用（2-3）式，我們可以得到測量刀具長度參數(shù)的計(jì)算公式：（2-4）其中：①（ZF，XF）：刀架相關(guān)點(diǎn)F的坐標(biāo)；②（ZP，XP）：新刀具刀尖點(diǎn)坐標(biāo)。FXZ在圖示的情況下：

ZF為系統(tǒng)維護(hù)并顯示的刀架相關(guān)點(diǎn)F的Z坐標(biāo)。新刀具刀尖點(diǎn)的Z坐標(biāo)ZP=L。根據(jù)（2-4），系統(tǒng)可以計(jì)算出新刀具Z方向的刀具參數(shù)為：Lz=ZF-ZP=ZF-L當(dāng)前第15頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)FXPFZPF2）采用相似的分析方法，我們可以得到建立工件坐標(biāo)系的計(jì)算公式FXZMXZW當(dāng)前第16頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

（2）假設(shè)刀尖圓弧半徑RS≠0

此時(shí)，刀具的補(bǔ)償算法比較復(fù)雜，一方面要考慮刀尖圓弧半徑的補(bǔ)償（刀具半徑補(bǔ)償類型），另一方面還要考慮刀具長度補(bǔ)償。但是，一般情況下RS很小，在有些生產(chǎn)場合可以不考慮它對(duì)零件輪廓的影響，另一方面，在對(duì)刀過程中已經(jīng)把RS在平行于坐標(biāo)軸方向所引起的誤差進(jìn)行了補(bǔ)償，因此零件表面上平行于坐標(biāo)軸的輪廓不會(huì)再產(chǎn)生附加誤差（但斜線或圓弧還是會(huì)有誤差），在此暫時(shí)不考慮刀尖圓弧的補(bǔ)償計(jì)算。當(dāng)前第17頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)三、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算（一）刀具半徑補(bǔ)償原理（1）什么是刀具半徑補(bǔ)償在零件輪廓的加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象是加工刀具的中心點(diǎn)。在加工零件輪廓時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)必須使刀具中心在零件輪廓的法矢量方向上偏移一個(gè)刀具半徑值，這種偏移操作就稱為刀具半徑補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償就是根據(jù)零件輪廓計(jì)算出刀具中心軌跡的操作。一般來說，有兩種計(jì)算手段。當(dāng)前第18頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

①人工計(jì)算人工計(jì)算出刀具中心軌跡，然后按計(jì)算結(jié)果編寫數(shù)控加工程序。例：假設(shè)刀具半徑為15（165，35）（165，165）（35，165）（35，50）YX（150，50）（150，150）（50，150）（50，50）G01X35Y50F100Y165X165Y35X50G40X0Y0（50，35）當(dāng)前第19頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)YX（150,50）（150,150）（50,150）（50,50）G01G41X50Y50Y150X150Y50X50G40X0Y0

②數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)用戶啟用數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償功能后，數(shù)控系統(tǒng)將根據(jù)刀具參數(shù)表中的刀具參數(shù)和數(shù)控加工程序中的零件輪廓坐標(biāo)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出刀具中心軌跡，并控制刀具中心依此運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前第20頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

（2）刀具半徑補(bǔ)償方向?qū)τ谕粭l刀具中心軌跡，刀具的運(yùn)動(dòng)方向有兩個(gè)。①沿編程軌跡（零件輪廓）的前進(jìn)方向看去，如果刀具中心軌跡始終在編程軌跡的左邊，則稱為左刀補(bǔ)，用指令G41表示。②沿編程軌跡（零件輪廓）的前進(jìn)方向看去，如果刀具中心軌跡始終在編程軌跡的右邊，則稱為右刀補(bǔ)，用指令G42表示。當(dāng)不需要再進(jìn)行刀具補(bǔ)償時(shí)，用指令G40來撤消由G41或G42所建立的刀具半徑補(bǔ)償。當(dāng)前第21頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

（3）零件輪廓拐角處的過渡處理在兩段零件輪廓的交點(diǎn)處，刀具半徑補(bǔ)償功能必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^渡處理。主要有兩種處理方法：直線過渡和圓弧過渡。

①圓弧過渡圓弧過渡可以使刀具中心軌跡或工件輪廓光滑過渡，但在尖角處的加工誤差可能變大，尖角不尖。

②直線過渡直線過渡在尖角處的加工誤差比較小，并且還可以避免刀具在尖角處出現(xiàn)加工停頓現(xiàn)象或刀具干涉現(xiàn)象，但拐角過渡不如圓弧過渡光滑。本課程重點(diǎn)討論直線過渡的刀具半徑補(bǔ)償算法。當(dāng)前第22頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

（5）刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程分為四個(gè)工作階段，如下圖所示。WYX刀具半徑補(bǔ)償撤消非半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償終點(diǎn)刀具半徑補(bǔ)償起始點(diǎn)切入點(diǎn)（切出點(diǎn)）(50,50)刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償建立G42G0X30Y20G1G42X50Y50X120Y80G3X90Y110I-30J0G1X50Y50G1G40X30Y20G0X0Y0(30,20)(120,50)(120,80)(90,110)(50,110)非半徑補(bǔ)償當(dāng)前第23頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

針對(duì)刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行過程中的四個(gè)工作階段，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具有四種刀具半徑補(bǔ)償工作狀態(tài)，這四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示。下一個(gè)程序段不包含G40功能字當(dāng)前程序段不包含G41或G42功能字非半徑補(bǔ)償狀態(tài)刀具半徑補(bǔ)償建立狀態(tài)刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)刀具半徑補(bǔ)償撤消狀態(tài)當(dāng)前程序段包含G41或G42功能字當(dāng)前程序段不包含G40功能字且下一個(gè)程序段也不包含G40功能字下一個(gè)程序段包含G40功能字當(dāng)前程序段包含G40功能字當(dāng)前程序段不包含G40功能字但下一個(gè)程序段包含G40功能字當(dāng)前第24頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

非半徑補(bǔ)償狀態(tài)假設(shè)數(shù)控系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)為非半徑補(bǔ)償狀態(tài)。①如果當(dāng)前程序段不包含G41或G42功能字，則數(shù)控系統(tǒng)保持非半徑補(bǔ)償狀態(tài)。②如果當(dāng)前程序段包含G41或G42功能字，則數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入刀具半徑補(bǔ)償建立狀態(tài)。在非半徑補(bǔ)償狀態(tài)下，當(dāng)前編程輪廓的終點(diǎn)就是當(dāng)前編程輪廓的轉(zhuǎn)接點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)控制刀具中心直接運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)位置。當(dāng)前第25頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

刀具半徑補(bǔ)償建立狀態(tài)假設(shè)數(shù)控系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)為刀具半徑補(bǔ)償建立狀態(tài)。①如果當(dāng)前程序段包含G40功能字，則數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入非半徑補(bǔ)償狀態(tài)。②如果當(dāng)前程序段不包含G40功能字，且下一個(gè)程序段也不包含G40功能字，則數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)。③如果當(dāng)前程序段不包含G40功能字，但下一個(gè)程序段包含G40功能字，則數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入刀具半徑補(bǔ)償撤消狀態(tài)。在刀具半徑補(bǔ)償建立狀態(tài)下，系統(tǒng)將根據(jù)刀具半徑補(bǔ)償建立階段的轉(zhuǎn)接點(diǎn)計(jì)算方法，計(jì)算出當(dāng)前編程輪廓的轉(zhuǎn)接點(diǎn)坐標(biāo)，并控制刀具中心運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)位置（切入點(diǎn)，刀具半徑補(bǔ)償起始點(diǎn)）。當(dāng)前第26頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)假設(shè)數(shù)控系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)為刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)。①如果下一個(gè)程序段不包含G40功能字，則數(shù)控系統(tǒng)保持刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)。②如果下一個(gè)程序段包含G40功能字，則數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入刀具半徑補(bǔ)償撤消狀態(tài)。在刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)將根據(jù)刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行階段的轉(zhuǎn)接點(diǎn)計(jì)算方法，計(jì)算出當(dāng)前編程輪廓的轉(zhuǎn)接點(diǎn)坐標(biāo)，并控制刀具中心運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)位置。在運(yùn)動(dòng)過程中，刀具中心在工件輪廓的法矢量方向上始終偏移一個(gè)刀具半徑值。當(dāng)前第27頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

刀具半徑補(bǔ)償撤消狀態(tài)

假設(shè)數(shù)控系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)為刀具半徑補(bǔ)償撤消狀態(tài)，則數(shù)控系統(tǒng)無條件轉(zhuǎn)入非半徑補(bǔ)償狀態(tài)。在刀具半徑補(bǔ)償撤消狀態(tài)下，系統(tǒng)將根據(jù)刀具半徑補(bǔ)償撤消階段的轉(zhuǎn)接點(diǎn)計(jì)算方法，計(jì)算出當(dāng)前編程輪廓的轉(zhuǎn)接點(diǎn)坐標(biāo)，并控制刀具中心運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)位置（切出點(diǎn)，刀具半徑補(bǔ)償終點(diǎn)）。綜上所述，在CNC系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償處理過程中，至少需要當(dāng)前程序段和下一個(gè)程序段兩個(gè)程序段的零件輪廓信息。在對(duì)本程序段進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算時(shí)，必須綜合下一個(gè)程序段的輪廓信息，這樣才能對(duì)本程序段的刀具中心軌跡作出及時(shí)正確的修正，避免刀具干涉現(xiàn)象的發(fā)生。早期硬件數(shù)控系統(tǒng)沒有刀具半徑補(bǔ)償功能，其處理刀具中心軌跡的方式比較簡單，只需要當(dāng)前程序段的零件輪廓信息，采用讀一段、算一段、再走一段的控制方式。當(dāng)前第28頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)（二）刀具半徑補(bǔ)償類型（1）編程輪廓的線型在刀具半徑補(bǔ)償?shù)奶幚磉^程中，當(dāng)前編程輪廓的線型和下一段編程輪廓的線型都會(huì)影響到當(dāng)前編程輪廓的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接點(diǎn)計(jì)算方法。大多數(shù)CNC系統(tǒng)所處理的基本輪廓線型為直線和圓弧，因此當(dāng)前編程輪廓和下一段編程輪廓的線型組合方式有如下四種：直線接直線、直線接圓弧、圓弧接直線和圓弧接圓弧。當(dāng)前第29頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

（2）轉(zhuǎn)接方式

①拐角α

相鄰兩輪廓于交點(diǎn)處的切線在工件實(shí)體一側(cè)的夾角稱為拐角。拐角的數(shù)值范圍為：0≦α<360°

當(dāng)0°≦α<180°時(shí)，稱為外拐角；當(dāng)180°<α<360°時(shí)，稱為內(nèi)拐角；內(nèi)拐角外拐角αα當(dāng)前第30頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)②轉(zhuǎn)接方式相鄰兩編程輪廓的拐角數(shù)值范圍不同，刀具半徑補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)接過渡方式也有所不同，一般分為三種類型：當(dāng)0°<α<90°時(shí)，轉(zhuǎn)接方式為插入型；當(dāng)90°≦α<180°時(shí)，轉(zhuǎn)接方式為伸長型；當(dāng)180°<α<360°時(shí)，轉(zhuǎn)接方式為縮短型。當(dāng)前第31頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

在刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行過程的建立、進(jìn)行和撤消三個(gè)階段中，均有轉(zhuǎn)接過渡問題，下面以直線接直線為例進(jìn)行簡單介紹。

建立階段的轉(zhuǎn)接方式當(dāng)前第32頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

進(jìn)行階段的轉(zhuǎn)接方式

在刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行階段，刀具中心軌跡是距離零件輪廓一個(gè)刀具半徑的等距線，而在零件輪廓的拐角處，刀具中心軌跡采用伸長型、縮短型或插入型轉(zhuǎn)接過渡方式。當(dāng)前第33頁\共有40頁\編于星期五\4點(diǎn)

所謂縮短型，是指將零件輪廓的等距線縮短來進(jìn)行刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接；所謂伸長型，是