數控車床刀尖圓弧半徑補償的原理和應用

楊會喜，高秀華

（滄州職業技術學院，河北 滄州 061000）

1 刀尖圓弧半徑補償的原理

1.1刀尖圓弧半徑補償的產生原因

使用尖形車刀時，數控編程及對刀操作時以車刀的刀尖為基準，但是為了提高刀具強度、減緩刀具磨損和提高工件精度，實際刀具的刀尖不是一個點，而是一段小圓弧。刀尖圓弧半徑指的就是車刀刀尖圓弧所構成的假想圓半徑。由于刀尖圓弧的存在使得在某些輪廓加工中，刀具的實際切削軌跡與編程軌跡不重合，實際起作用的切削刃卻是圓弧各切點，這樣就引起了表面加工誤差。

1.1.1刀尖圓弧半徑對加工端面和圓柱類零件表面的影響

由于刀尖圓弧的存在，在對刀時，X軸和Z軸兩個方向的對刀點分別是刀片圓弧的X軸和Z軸方向上最突出的點，這時，數控系統就會以X軸和Z軸方向上最突出的點的對刀結果綜合確認一個點作為對刀點，這正是與X軸和Z軸方向上最突出的點相切的兩條直線的交點，稱之為假想刀尖，也就是刀具的刀位點。數控系統正是以這個假想刀尖作為理論切削點進行車削的，而假想刀尖在實際加工中是不存在的。實際切削點是刀尖圓弧和切削表面的相切點，隨著切削位置的改變而改變，不可能通過對刀確定，但是切削點與圓弧圓心的距離始終是刀尖圓弧半徑值。車端面時，切削軌跡垂直于機床軸線，實際切削點為X軸方向上最突出的點，與假想刀尖點的Z坐標值相同；車外圓面和內孔時，切削軌跡平行于機床軸線，實際切削點為Z軸方向上最突出的點，與假想刀尖點的X坐標值相同，如圖1所示。因此，車刀刀尖圓弧半徑大小對端面和內、外圓柱面的直徑沒有影響，但是在臺階的過渡處會有欠切現象。

圖1 車刀示意圖

1.1.2刀尖圓弧半徑對加工錐面、圓弧面和曲面類零件表面的影響

當加工錐面和圓弧面時，切削軌跡與機床軸線既不垂直也不平行，實際切削點與假想刀尖點的X、Z坐標都不同。加工錐面時，假想刀尖沿著輪廓運動，實際圓弧切削點與編程軌跡有一個固定的距離，實際圓弧切削點的軌跡與機床主軸的角度和假想刀尖的軌跡與機床主軸的角度相同，所以刀尖圓弧半徑對圓錐的錐度沒有影響，而外圓錐面會造成固定數值的欠切，導致錐面直徑的尺寸偏大，內圓錐面會造成固定數值的過切，導致錐面直徑的尺寸偏小。對于圓弧面加工，如果是不過象限的圓弧加工會造成欠切或過切，如果是過象限的圓弧加工欠切和過切二者兼有，而且欠切量和過切量隨著輪廓位置的變化而變化。所以刀尖圓弧半徑會影響圓弧的圓度和圓弧半徑的大小，而且刀尖圓弧半徑越大，加工誤差越大，如圖2所示。

圖2 切削圓弧

1.2刀尖圓弧半徑補償

刀尖圓弧半徑補償，不是讓假想刀尖相對程序段輪廓移動一個半徑值，而是讓刀尖圓弧的圓心始終與程序段輪廓距離一個半徑值，即刀尖圓弧的圓心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。采用刀尖圓弧半徑補償功能后，編程者仍以假想刀尖位置按工件輪廓編程，然后在機床中輸入刀尖圓弧半徑數值，則數控系統自動計算補償值，生成刀具路徑，從而消除了刀尖圓弧半徑對徑向尺寸精度的影響。采用刀尖圓弧半徑補償功能時，程序不會隨著刀尖圓弧半徑的變化而變化，只需要修改機床中輸入的半徑值即可。

2 刀尖圓弧半徑補償指令

2.1指令格式

G41G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧半徑左補償）

G42 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（刀尖圓弧半徑右補償）

G40 G00（G01）X（U）_Z（W）_（F）_（取消刀尖圓弧半徑補償）

2.2判別方法

判別刀尖圓弧半徑補償指令時，必須首先自Y軸的負方向向Y軸正方向看，然后順著刀具的移動方向觀察刀具在工件輪廓的左側還是右側，即必須同時滿足以上兩個觀察方向，當刀具位于加工輪廓左側時為刀尖圓弧半徑左補償（指令為G41），當刀具位于加工輪廓右側時為刀尖圓弧半徑右補償（指令為G42）。由此可知無論刀架位置是前置還是后置，判別刀尖圓弧半徑補償指令時一律看軸線上方。

3 刀尖圓弧半徑補償的方法

3.1刀尖方位的判斷

為了反映切削刀具的方向，對不同偏向的假想刀尖都進行了編號。通過假想刀尖方位號表示刀具的位置，共有9（T1～T9）種設置，數字代表R角的方向，如圖3所示。

圖3 刀位號

3.2刀尖半徑補償應用實例

如圖4，機床為前置刀架，使用刀具為右偏外圓車刀，刀號及刀具位置偏置號為T0101，刀尖半徑為0.8 mm，假想刀尖方位號為3，刀具主偏角95°，刀尖角度35°，編制精加工程序，具體如下。

圖4 加工零件

O1236；

N10 S1000 M03；

N20 T0101；

N30 G00 X26 Z5；

N40 G01 G42 Z0 F0.1；沿Z軸直線插補進刀至倒角起點，并建立刀尖圓弧半徑右補償

N50 X30 Z-2；

N60 Z-25；

N70 X37.2；

N80 G03 X52.88 W-6.41 R8；

N90 G01 X58 Z-44；

N100 G02 X58 W-21 R27；

N110 G01 X49.12 Z-85；

N120 G00 G40 X80；沿X軸正向快速退刀，并取消刀尖圓弧半徑右補償

N130 Z100 M05；

N140 M30；

4 結束語

綜上所述，在數控車削加工中，刀尖圓弧半徑補償功能能有效消除圓弧面、錐面、曲面類零件加工中造成的徑向加工誤差，在高精度的零件加工及使用圓弧車刀車削時，這個功能的應用尤為重要。

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