數控車床刀尖半徑補償的應用分析

楊美娟

【摘 要】分析了數控車削中因刀尖圓弧產生誤差的原因，介紹了糾正誤差的思路及半徑補償的工作原理，明確了半徑補償的概念。結合實際，系統介紹了刀具半徑補償的應用方法，及使用中的注意事項。在實際工作中，應該有目的的應用和掌握它，不應局限于工件基本尺寸的要求，要從加工中反映的提高分析能力，真正提高數控車床的操作水平。

【關鍵詞】數控車床 假想刀尖 半徑補償 程序輪廓 應用

在學習數控車床的過程中，一直有一個難點——刀尖半徑補償。一方面，因為它的理論知識性復雜，應用條件的嚴格性，使一些學生感覺無從下手；另一方面，在臺階軸類的加工過程中，通過幾何補償也能達到精度要求，刀尖半徑補償的特點就不能有效體現，從而使得一些學生對它不夠重視。事實上，在現代數控加工系統中，刀尖半徑補償，對于提高工件綜合加工精度具有非常重要的作用，是一個必須熟練掌握的功能。下面從以下幾方面進行分析：

1 刀尖圓弧半徑補償的定義

在加工過程中，由于刀具產生磨損及精加工的需要，常將車刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時的刀位點為刀尖圓弧的圓心。為確保工件輪廓形狀，加工時不允許刀具刀尖圓弧的圓心運動軌跡與被加工工件輪廓重合，而應與工件輪廓偏移一個半徑值，這種偏移稱為刀尖圓弧半徑補償。

2 假想刀尖與刀尖圓弧半徑

在理想狀態下，我們總是將車刀的刀位點假想成一個點，該點即為假想刀尖。

在對刀情況下，也是以假想刀尖進行對刀。但實際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一個理想的點，而是一段圓弧（如圖中的BC圓弧）。所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖圓弧所構成的假想圓半徑。實踐中，所有車刀均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖在實際加工中是不存在的。

3 未使用刀尖圓弧半徑補償時的加工誤差分析

（1）加工臺階面或端面時，對加工表面的尺寸和形狀影響不大，但在端面的中心位置和臺階的清角位置會產生殘留誤差，如圖1所示。

（2）加工圓錐面時，對圓錐的錐度不會產生影響，但對錐面的大小端尺寸會產生較大的影響，通常情況下，會使外錐面的尺寸變大，而使內錐面的尺寸變小，如圖2所示。

（3）加工圓弧時，會對圓弧的圓度和圓弧半徑產生影響。加工外凸圓弧時，會使加工后的圓弧半徑變小，其值=理論輪廓半徑R-刀尖圓弧半徑r，如圖3所示。加工內凹圓弧時，則相反。

4 刀補的加入

在系統的刀具參數中，即使已經賦值刀尖半徑，但是在執行刀具補償號調用時，系統沒有半徑補償的同步性，而是必須借助相應的指令才能同步執行，刀具補償指令-G41、G42。必須注意的是，應用刀具補償指令時，必須根據刀架位置、刀尖與工件相對位置來確定補償方向，是依據第三坐標軸的方向判定的。（圖4）

G41：沿著刀具運動方向看，刀具位于工件左側時，稱為刀具半徑左補償，使用G41指令（后置刀架）。

G42：沿著刀具運動方向看，刀具位于工件右側時，稱為刀具半徑右補償，使用G42指令（后置刀架）。

在使用第三軸判斷刀補方向是一件困難的事，為了方便，我們可以這樣記憶：

后置刀架，所見即所得（看到的是左補償，用G41，看到的是右補償，用G42）；

前置刀架，所見非所得（看到的是左補償，用G42，看到的是右補償，用G41）。

5 刀具進行半徑補償時應注意的事項

（1）刀具圓弧半徑補償模式的建立與取消不能與圓弧切削指令G02或G03寫在一個程序段中，只能用G00或G01移動指令，即它是通過直線運動來建立或取消刀具半徑補償的。

（2）在使用G41/G42之后的程序段，不能出現連續兩個不移動的指令，否則G41/G42會失效，會產生過切或少切。

（3）在調用新刀具或更換刀具補償方向時，中間必須取消刀具補償，目的是為了避免產生加工誤差。

（4）如果在補償模式中，改變補償量，只有在換刀后新的補償量才有效。

（5）在錄入（MDI）方式下，不能執行刀具半徑補償。

（6）在調用子程序前（即執行M98前），系統必須在補償取消模式，進入子程序后，可以啟動補償，但在返回主程序前（即執行M99前），必須為補償取消模式，否則報警。

6 結語

刀尖圓弧半徑補償是一個獨特的概念，是一個非常實用的功能。它能有效解決圓弧面和錐面加工中由于刀尖圓弧引起的加工誤差。在實際工作中，我們應該有目的的應用和掌握它， 真正提高數控車床的操作水平。

參考文獻：

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