刀尖圓弧補償在數控加工中的應用

王海港，沈祥紅

（商丘職業(yè)技術學院，河南 商丘 476000）

現(xiàn)代數控系統(tǒng)中，基本上通過刀具圓角半徑補償器來實現(xiàn)刀尖圓弧半徑補償的效果。對于此類的數控機床，編程人員可以具體根據零件輪廓形狀進行變成。已達到在加工過程中，數控系統(tǒng)根據加工程序和刀具圓弧半徑自動運算出的軌跡，進行刀具圓弧半徑補償。

1 運用刀尖圓弧補償的原因

圖1 刀具加工線路圖

（1）對刀具進行產生誤差的分析。如上圖，編程數控機床在加工程序實行中，我們可以將車刀刀尖看成一個點。就像圖1 a所表示的p點，p點是理論上的刀尖。但是我們在加工過程中，運用的車刀通常都是圓弧狀的，像上圖中的b，其主要是為了提高刀具使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度，在實際應用中，刀尖磨成半徑不大的圓?。ㄒ话銏A弧半徑是在0.4-06），就像上圖b中，X向與Z向的交點p稱為理論刀尖（也名假想刀尖），這個點在編程的時候，是確定加工軌跡的點，是數控系統(tǒng)控制點的運行軌跡。但是在我們實際操作過程中，用于切削的點是A與B，很明顯，假想的刀尖P點跟實際切削點A,B是不同的三個點。所以我們在機械數控加工過程中，必須對刀尖半徑進行補償，如果我們只是按照理論點進行加工編程，一定會造成加工誤差。

（2）在加工過程中，刀尖圓弧半徑對加工零件的影響。如上面所分析的，我們在理論上將刀尖看成一個點，但是車刀是有一點的弧度，現(xiàn)在我們在以一個連貫運行的圖像進行分析車刀運行軌跡如上圖。我們理論上把車刀當成一個點進行編程，然而在車削過程中，實際起到車削作用的是A與B點。因此在我們車削倒角，圓弧以及錐面時，會造成切削加工不到位的現(xiàn)象。

2 對于偏執(zhí)刀具偏執(zhí)值的計算

如圖3 a所示，假想刀尖P點沿工件輪廓CD移動，如果按照輪廓線CD編程，用圓角車刀進行實際切削，必然產生CDD1 C1的殘留誤差。因此，實際加工時，圓頭車刀的實際切削點要移至輪廓線CD，沿CD移動，如圖3 b所示，這樣才能消除殘留高度。這時假想刀尖的軌跡C2 D2與輪廓線CD在X向相差ΔX，Z向相差ΔZ。設刀具的半徑為r，可以求出：刀尖為C1和D1。對圖4 a所示凸圓弧加工情況，圓弧C1D1為假想刀尖軌跡，O1點為圓心，半徑為（R+r）；對圖4 b所示凹圓弧加工情況，圓弧C2D2為假想刀尖軌跡，其圓心是O2點，半徑為（R-r）。如果按假想刀尖軌跡編程，則要以圖中所示的圓弧C1D1或C2D（2虛線）有關參數進行程序編制。

圖2 刀尖欠切或過切過程

圖3 車刀形狀與位置示意圖

圖4

圖5

3 刀尖圓弧半徑補償的方法

（1）在了解刀尖圓弧半徑補償的方法前，先要對補償方法進行判定。在應用中，我們通常采用的是右手笛卡爾直角坐標系判斷出第三根軸的正方向。沿著刀具的移動的方向看，刀具在工作輪廓左側，是左補償。反之，就是右補償。但是也有刀具半徑補償去取消的，即使用此指令后，其他指令無效，并且值得注意的是，數控車床存在前置刀架以及后置刀架兩種情況。但是刀具半徑的補償是一個樣子的。

（2）刀具圓弧半徑補償的編程規(guī)則。在經用數控機床加工零部件時，為了保證生產質量與精度，編程中使用刀尖圓弧半徑補償方法下面是我們經常用到的一些規(guī)則①G40，G41，G42只能與G00以及G11結合進行編程，不能與G02G 03等其他指令結合編程。②在先編入程序G40，G41，G42與G00程序以及程序 G40，G41，G42以及程序G 01相結合的編程中，X，Z值至少得有一個值是變化的。③在進行刀具補償的時候，要按照零部件的實際輪廓編寫精加工軌跡。

4 刀具圓弧半徑補償在加工中的巧妙應用

在程序的設計中，要注意到刀尖圓弧半徑補償，在實際中，也要注意把刀尖半徑以及刀尖的相應方位號輸入到刀補之中，這個樣子，工件加工時才不會出現(xiàn)明顯誤差。對于不具備補償功能經濟型數控系統(tǒng)的車床可直接按照假想刀尖的軌跡進行編程，即在編程時給出假想刀尖的軌跡，如圖3 b和圖4所示的虛線軌跡進行編程。如果采用手工編程計算相當復雜，通?？衫糜嬎銠C繪圖軟件（如Auto CAD、CAXA電子圖版等）先畫出工件輪廓，再根據刀尖圓角半徑大小繪制相應假想刀尖軌跡，通過軟件查出有關點的坐標來進行編程；對于較復雜的工件也可以利用計算機輔助編程（CAM），編程時考慮半徑補償和由機床進行半徑補償，對于有些不具備補償功能數控系統(tǒng)應該采用編程時考慮半徑補償，根據給出的刀尖半徑和零件輪廓會自動計算出假想刀尖軌跡，通過軟件后置處理生成假想刀尖軌跡的加工程序。

5 結語

通過上面的圖片以及里子的介紹，我們了解了刀尖圓弧半徑補償對于工件加工的重要意義，提高零部件加工的精確度，提高生產效益及速度。但是我們在用刀具補償功能時，一定要掌握正確的辦法，要使刀具偏置補償與刀尖圓弧補償號對應起來，這樣才不會出現(xiàn)計算誤差。

[1]呂玉萍.刀尖圓弧半徑補償在數控加工中的應用[J].實踐與探索，2011，(1):69-70.

[2]郭秀華.刀尖圓弧半徑補償在數控車中的運用[J].機械與電子，2011，(23):546-548.