數控車削刀具及刀具補償參數處理

李紹春,初永玲

（煙臺職業學院，山東 煙臺 264670）

計算機數控（CNC）是集機械、微電子、計算機、自動控制等技術于一體的高科技產物，當今世界各國制造業均采用數控技術以提高制造業能力和制造水平.在數控車削中，由于工件材料、生產批量、加工精度以及機床類型、工藝方案的不同，車刀的種類也異常繁多.數控編程人員在編程過程中應該掌握各種車刀的基本知識，根據零件的加工要求正確選擇車刀并合理使用刀具的半徑補償功能.

1 數控車削刀具類型

數控車床使用的刀具可分為外圓車刀、內孔車刀、螺紋車刀、切槽刀等.根據刀尖形狀分類，數控車刀可分為尖頭車刀、圓頭車刀、成形車刀三類，如圖1所示.

圖1 按刀尖形狀分類的數控車刀

1.1 尖頭車刀

尖頭車刀的切削刃為直線型的，由主切削刃和副車削刃組成.如常用的外圓車刀、端面車刀、車槽刀等都屬于尖頭車刀.這些刀具一般用來加工零件的內外圓面、端面、溝槽等，刀尖一般帶有0.2-1.2mm的圓弧半徑.

1.2 圓頭車刀

圓頭車刀的主切削刃為圓弧形，加工時刀尖位置不固定，可能是圓頭刀刃上的任意一點.圓頭車刀的圓弧半徑與零件的形狀無關，但由于其刀位點在圓心上，加工時需考慮圓弧半徑對加工的影響.圓頭車刀一般用來加工由各種曲線組成的成型面.

1.3 成形刀

成形車刀的切削刃的尺寸和形狀與零件的輪廓一致，其加工具有一定的局限性，除螺紋車刀外，在數控車削中很少用到成形刀.

2 數控車刀補償功能

數控車床刀架上的每一把刀的形狀尺寸都不一樣，安裝位置也存在差異.加工時必須考慮到刀具的安裝、刀尖磨損以及刀尖半徑對加工零件造成的誤差，否則就加工不出圖樣要求的零件形狀.因此必須正確使用刀具補償功能，以提高零件的加工質量.

圖2 刀位偏差和刀具偏置補償

2.1 刀具偏置補償

數控車床加工零件時要用到多把刀，每把刀具的安裝位置和幾何形狀均不相同，刀具伸出刀架的長度也不一致.而在編程時假設每把刀相對于編程原點的位置是相同的，因此需要使用刀具位置補償功能.

圖2a所示作為基準刀的1號刀刀尖點的進給軌跡，刀架上各刀無刀位偏差.圖2b所示其它刀具的刀尖點相對于基準刀刀尖的偏移量，即存在刀位偏差.若使用T0404指令調用4號非基準刀運行與1號刀相同的程序，4號刀刀尖點就會從偏離位置位移到基準刀刀尖點位置即A點，走出與1號刀相同的進給軌跡，如圖2b的實線所示，表明對4號非基準刀成功進行了偏置補償.

2.2 刀尖圓弧半徑補償

數控車床編程和對刀操作時，是以理想尖銳的車刀刀尖點為基準進行的.為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度，實際加工中的車刀刀尖不是理想的尖點，總是有一個半徑不大的圓弧，刀尖的磨損還會改變小圓弧的半徑.刀尖半徑補償的目的就是解決刀尖圓弧可能引起的加工誤差.

數控編程時假設固定的刀尖點沿零件輪廓移動進行車削，而實際上刀尖圓弧上的各個點都有可能是切削點.在加工端面或圓柱面時，切削刃的移動軌跡與零件輪廓重合，不會產生加工誤差.而在加工圓弧面或錐面時，車床的兩個軸聯動，切削刃的移動軌跡與零件輪廓不重合，則會造成欠切削或過切削的現象，如圖3所示.

圖3 不加刀尖圓弧半徑補償的誤差分析

采用刀具半徑補償功能，刀具運動軌跡指的不是刀尖，而是刀尖上刀刃圓弧中心位置的運動軌跡.編程者以假想刀尖按零件實際輪廓編程，數控系統利用刀尖半徑補償功能自動計算出刀尖的實際運動軌跡，使車刀偏離零件輪廓一個刀具半徑值，使刀刃與工件輪廓相切，從而消除了刀尖圓弧半徑對工件形狀的影響，加工出所要求的工件輪廓.

刀尖圓弧半徑補償是通過G41、G42、G40代碼和T代碼指定的刀尖圓弧半徑補償號，加入或取消半徑補償的.如圖4所示：

圖4 刀尖圓弧半徑補償偏置方向的判別

3 刀具補償應用舉例

由于零件主要由三段圓弧組成，加工時為避免干涉選用角度為35o的硬質合金刀片.編程時考慮到刀尖半徑補償G41，加工程序如下：

圖5 加工實例

在加工過程中采用刀尖半徑補償，基本消除了車刀刀尖半徑對零件尺寸的影響，加工效果圖如圖6所示.

圖6 零件加工效果圖

4 結論

隨著數控車床在生產實際中的廣泛應用，在數控程序的編制過程中，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法以及刀具的補償參數的處理.正確合理使用刀具的補償功能，能夠減少加工誤差，保證工件的加工質量，切實提高企業的生產效率.

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