刀具半徑補(bǔ)償課件

第四節(jié)

刀具補(bǔ)償原理

一、為什么要進(jìn)行刀具補(bǔ)償如圖1所示，在銑床上用半徑為r的刀具加工外形輪廓為A的工件時(shí)，刀具中心沿著與輪廓A距離為r的軌跡B移動(dòng)。我們要根據(jù)輪廓A的坐標(biāo)參數(shù)和刀具半徑r值計(jì)算出刀具中心軌跡B的坐標(biāo)參數(shù)，然后再編制程序進(jìn)行加工，因控制系統(tǒng)控制的是刀具中心的運(yùn)動(dòng)。在輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑，如銑刀半徑或線切割機(jī)的鉬絲半徑等。刀具中心（刀位點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于所加工零件的實(shí)際軌跡（直接按零件廓形編程所得軌跡），數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償就是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。1精選課件

r刀具

A

rB

圖1刀具半徑補(bǔ)償

2精選課件當(dāng)實(shí)際刀具長度與編程長度不一致時(shí)，利用刀具長度補(bǔ)償功能可以實(shí)現(xiàn)對刀具長度差額的補(bǔ)償。加工中心：一個(gè)重要組成部分就是自動(dòng)換刀裝置，在一次加工中使用多把長度不同的刀具，需要有刀具長度補(bǔ)償功能。輪廓銑削加工：為刀具中心沿所需軌跡運(yùn)動(dòng)，需要有刀具半徑補(bǔ)償功能。車削加工：可以使用多種刀具，數(shù)控系統(tǒng)具備了刀具長度和刀具半徑補(bǔ)償功能，使數(shù)控程序與刀具形狀和刀具尺寸盡量無關(guān)，可大大簡化編程。具有刀具補(bǔ)償功能，在編制加工程序時(shí)，可以按零件實(shí)際輪廓編程，加工前測量實(shí)際的刀具半徑、長度等，作為刀具補(bǔ)償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，可以加工出合乎尺寸要求的零件輪廓。3精選課件刀具補(bǔ)償功能還可以滿足加工工藝等其他一些要求，可以通過逐次改變刀具半徑補(bǔ)償值大小的辦法，調(diào)整每次進(jìn)給量，以達(dá)到利用同一程序?qū)崿F(xiàn)粗、精加工循環(huán)。另外，因刀具磨損、重磨而使刀具尺寸變化時(shí)，若仍用原程序，勢必造成加工誤差，用刀具長度補(bǔ)償可以解決這個(gè)問題。

二、刀具補(bǔ)償原理刀具補(bǔ)償一般分為刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。銑刀主要是刀具半徑補(bǔ)償；鉆頭只需長度補(bǔ)償；車刀需要兩坐標(biāo)長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。4精選課件1.

刀具長度補(bǔ)償以數(shù)控車床為例進(jìn)行說明，數(shù)控裝置控制的是刀架參考點(diǎn)的位置，實(shí)際切削時(shí)是利用刀尖來完成，刀具長度補(bǔ)償是用來實(shí)現(xiàn)刀尖軌跡與刀架參考點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換。如圖3-35所示，P為刀尖，Q為刀架參考點(diǎn)，假設(shè)刀尖圓弧半徑為零。利用刀具長度測量裝置測出刀尖點(diǎn)相對于刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo)xpq，zpq，存入刀補(bǔ)內(nèi)存表中。零件輪廓軌跡是由刀尖切出的，編程時(shí)以刀尖點(diǎn)P來編程，設(shè)刀尖P點(diǎn)坐標(biāo)為xp，zp，刀架參考點(diǎn)坐標(biāo)Q（xq，zq）可由下式求出：(3-45)這樣，零件輪廓軌跡通過式(3-45)補(bǔ)償后，就能通過控制刀架參考點(diǎn)Q來實(shí)現(xiàn)。5精選課件

圖3-35刀具長度補(bǔ)償6精選課件加工中心上常用刀具長度補(bǔ)償，首先將刀具裝入刀柄，再用對刀儀測出每個(gè)刀具前端到刀柄基準(zhǔn)面的距離，然后將此值按刀具號碼輸入到控制裝置的刀補(bǔ)內(nèi)存表中，進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。刀具長度補(bǔ)償是用來實(shí)現(xiàn)刀尖軌跡與刀柄基準(zhǔn)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換。在數(shù)控立式鏜銑床和數(shù)控鉆床上，因刀具磨損、重磨等而使長度發(fā)生改變時(shí)，不必修改程序中的坐標(biāo)值，可通過刀具長度補(bǔ)償，伸長或縮短一個(gè)偏置量來補(bǔ)償其尺寸的變化，以保證加工精度。刀具長度補(bǔ)償原理比較簡單，由G43、G44及H（D）代碼指定。7精選課件2.

刀具半徑補(bǔ)償ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡（零件輪廓ABCD）前進(jìn)方向的左側(cè)時(shí)，稱為左刀補(bǔ)，用G41表示。反之，當(dāng)?shù)毒咛幱谳喞斑M(jìn)方向的右側(cè)時(shí)稱為右刀補(bǔ)，用G42表示，如圖3-36所示。G40為取消刀具補(bǔ)償指令。

yyBCDC

刀補(bǔ)進(jìn)行ADAB刀補(bǔ)刀補(bǔ)建立刀補(bǔ)撤銷進(jìn)行刀補(bǔ)撤銷刀補(bǔ)建立OxOx

a)G41左刀補(bǔ)b)G42右刀補(bǔ)圖3-36刀具補(bǔ)償方向8精選課件在切削過程中，刀具半徑補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償過程分為三個(gè)步驟：（1）刀補(bǔ)建立刀具從起刀點(diǎn)接近工件，在原來的程序軌跡基礎(chǔ)上伸長或縮短一個(gè)刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡距離一個(gè)刀具半徑值。在該段中，動(dòng)作指令只能用G00或G01。（2）刀具補(bǔ)償進(jìn)行刀具補(bǔ)償進(jìn)行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個(gè)刀具半徑的距離。在此狀態(tài)下，G00、G01、G02、G03都可使用。（3）刀補(bǔ)撤銷刀具撤離工件，返回原點(diǎn)。即刀具中心軌跡從與編程軌跡相距一個(gè)刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。此時(shí)也只能用G00、G01。9精選課件

三、刀具半徑補(bǔ)償算法刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算：根據(jù)零件尺寸和刀具半徑值計(jì)算出刀具中心軌跡。對于一般的CNC裝置，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓僅限于直線和圓弧。刀具半徑補(bǔ)償分B功能刀補(bǔ)與C功能刀補(bǔ)，B功能刀補(bǔ)能根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，不能解決程序段之間的過渡問題，編程人員必須先估計(jì)刀補(bǔ)后可能出現(xiàn)的間斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)等情況，進(jìn)行人為處理。B功能刀補(bǔ)計(jì)算如下：1.

直線刀具補(bǔ)償計(jì)算對直線而言，刀具補(bǔ)償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計(jì)算出刀具中心軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。10精選課件如圖3-37所示，被加工直線段的起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)為A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在O′點(diǎn)坐標(biāo)已知。刀具半徑為，現(xiàn)要計(jì)算刀具右補(bǔ)償后直線段O′A′的終點(diǎn)坐標(biāo)A′。設(shè)刀具補(bǔ)償矢量AA′的投影坐標(biāo)為,則

(3-46)

(3-47)

11精選課件(3-48)

(3-48)式為直線刀補(bǔ)計(jì)算公式，是在增量編程下推導(dǎo)出的。對于絕對值編程，仍可應(yīng)用此公式計(jì)算，所不同的是應(yīng)是絕對坐標(biāo)。12精選課件圖3-37直線刀具補(bǔ)償圖3-38圓弧刀具半徑補(bǔ)償13精選課件2.

圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算對于圓弧而言，刀具補(bǔ)償后的刀具中心軌跡是一個(gè)與圓弧同心的一段圓弧。只需計(jì)算刀補(bǔ)后圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。如圖3-38所示，被加工圓弧的圓心坐標(biāo)在坐標(biāo)原點(diǎn)O，圓弧半徑為R，圓弧起點(diǎn)A，終點(diǎn)B，刀具半徑為r。假定上一個(gè)程序段加工結(jié)束后刀具中心為A′，其坐標(biāo)已知。那么圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算的目的，就是計(jì)算出刀具中心軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)B′。設(shè)BB′在兩個(gè)坐標(biāo)上的投影為則

(3-49)14精選課件(3-50)

(3-51)15精選課件圖3-39B刀補(bǔ)示例加工如圖3-39外部輪廓零件ABCD時(shí)，由AB直線段開始，接著加工直線段BC，根據(jù)給出的兩個(gè)程序段，按B刀補(bǔ)處理后可求出相應(yīng)的刀心軌跡A1B1和B2C1。16精選課件事實(shí)上，加工完第一個(gè)程序段，刀具中心落在B1點(diǎn)上，而第二個(gè)程序段的起點(diǎn)為B2，兩個(gè)程序段之間出現(xiàn)了斷點(diǎn)，只有刀具中心走一個(gè)從B1至B2的附加程序，即在兩個(gè)間斷點(diǎn)之間增加一個(gè)半徑為刀具半徑的過渡圓弧B1B2，才能正確加工出整個(gè)零件輪廓。可見，B刀補(bǔ)采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這樣，無法預(yù)計(jì)到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本程序段加工軌跡的影響。為解決下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，在計(jì)算本程序段軌跡后，提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)接的具體情況，再對本段的軌跡作適當(dāng)修正，得到本段正確加工軌跡，這就是C功能刀具補(bǔ)償。C功能刀補(bǔ)更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動(dòng)處理兩個(gè)程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)在轉(zhuǎn)接點(diǎn)處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點(diǎn)情況。17精選課件圖3-40a給出了普通數(shù)控系統(tǒng)的工作方法，在系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)BS用以存放下一個(gè)加工程序段的信息，設(shè)置工作寄存區(qū)AS，存放正在加工的程序段的信息，其運(yùn)算結(jié)果送到輸出寄存區(qū)OS，直接作為伺服系統(tǒng)的控制信號。圖3-40b為CNC系統(tǒng)中采用C刀補(bǔ)方法的原理框圖，與3-40a不同的是，CNC裝置內(nèi)部又增設(shè)了一個(gè)刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，第一個(gè)程序段先被讀入BS，在BS中算得第一段刀具中心軌跡，被送到CS中暫存后，又將第二個(gè)程序段讀入BS，算出第二個(gè)程序段的刀具中心軌跡。接著對第一、第二兩段刀具中心軌跡的連接方式進(jìn)行判別，根據(jù)判別結(jié)果，再對第一段刀具中心軌跡進(jìn)行修正。18精選課件修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段刀具中心軌跡由CS送入AS中，第二段刀具中心軌跡由BS送入CS中。然后，由CPU將AS中的內(nèi)容送到OS中進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送到伺服系統(tǒng)中予以執(zhí)行。當(dāng)修正了的第一段刀具中心軌跡開始被執(zhí)行后，利用插補(bǔ)間隙，CPU又命令第三段程序讀入BS，隨后，又根據(jù)BS和CS中的第三、第二段軌跡的連接情況，對CS中的第二程序段的刀具中心軌跡進(jìn)行修正。依此下去，可見在刀補(bǔ)工作狀態(tài)，CNC內(nèi)部總是同時(shí)存在三個(gè)程序段的信息。19精選課件

a)b)圖3-40兩種數(shù)控系統(tǒng)的工作流程緩沖寄存區(qū)BS工作寄存區(qū)AS輸出寄存區(qū)OS輸出寄存區(qū)OS工作寄存區(qū)AS刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS緩沖寄存區(qū)BS20精選課件在CNC裝置中，處理的基本廓形是直線和圓弧，它們之間的相