數控加工中車刀刀尖半徑補償中的計算

刀尖半徑補償（cháng）是數控（kòng）車削中常（cháng）見的問（wèn）題（tí）。本文分析了刀尖半徑的影響，並根（gēn）據數控係統的（de）不同功能介紹了刀尖半徑的補償方法。

刀尖半徑補償是數控車削（xuē）中常見的問題。本文（wén）分析了刀尖半徑（jìng）的影響，並根據數控係統的（de）不同功能介紹了刀尖半徑的補（bǔ）償（cháng）方法。

編（biān）製數控車床加工程序時，理論上將車刀刀尖視為一個點，圖1a所示的P點（diǎn）為理論刀尖。但為了延長刀（dāo）具的使用壽命，降低被加工工（gōng）件的表麵粗糙度，通常（cháng）會將刀尖修磨（mó）成小半徑的圓弧(一般圓弧的半徑（jìng）R在0.4-1.6之間（jiān）)。如圖（tú）1b所示，X方向和（hé）Z方向的交點P稱為假想刀尖，是編程時確定加工軌跡（jì）的點，該點的運動軌跡由數（shù）控係統控（kòng）製。但在（zài）實際切削中起作用（yòng）的切削刃是圓弧（hú）的切點（diǎn）A和B，它們是實際（jì）切削時形成工件表麵的點。顯然，假想的刀點P與實際的切削點（diǎn）A、b是不同的，因此，在數控加工或數控（kòng）編程時，如果不進行刀點圓角半徑補償，隻按（àn）照工件輪廓編製的程序進（jìn）行加工，必然會產生加工誤差（chà）。

圖1圓頭刀的假想刀尖

一（yī）、假想刀尖的軌跡（jì）分析和偏置（zhì）計算用圓頭（tóu）車刀車削時，實際切（qiē）削點A和B分別決定X和Z方向的加工尺寸。如圖2所示，車削圓柱麵或端麵時(它們的母（mǔ）線平行於坐標軸Z或X)，P點的軌跡與工件的輪廓線重合（hé）；車削圓錐麵或圓弧麵（miàn）時(它們（men）的母線不（bú）平行於（yú）坐標軸（zhóu）Z或（huò）X)，P點的軌（guǐ）跡與工件的（de）輪廓不重合，下麵就對車削圓錐麵和圓弧麵進行討論:

圖2刀尖（jiān）圓弧半徑的影響

1.加（jiā）工圓錐麵的誤差分析及偏置值計算如圖3a所（suǒ）示，假想刀尖的點p沿工件輪廓CD移動。如果按照輪廓CD編程，使用圓角車刀進行實際切削（xuē），必然會產生（shēng）CDD1C1的殘留誤（wù）差。因此，在實際加工中，圓（yuán）頭車刀的（de）實際切削點（diǎn）應移動到輪廓CD上（shàng），並沿CD移動，如圖3b所示，以消除殘留高度。此時（shí），假想刀尖的軌跡C2D2與輪廓CD在（zài）X方（fāng）向上相差δ x，在Z方向上相差δ z。設刀具半徑為r，可以求出:

圖3用圓頭車刀加工圓錐麵（miàn）

2.加工圓弧麵的誤差分析及偏置量計算。圓頭車刀加工的（de）圓弧麵（miàn）和圓錐麵基本相似（sì）。如圖4，加工1/4凸凹圓弧，CD為工件輪廓線，O點為圓心，半徑為r，刀具的切削點和圓弧輪廓的起點和終點分別為C和D，對應的（de）假想刀尖為（wéi）C1和（hé）D1。對於圖4a所示的凸圓弧的加工，圓弧C1D1為（wéi）假想的刀尖軌跡，點O1為圓心，半徑為(R+R+R)；；對（duì）於圖4b所示的凹圓弧的加工（gōng），圓弧C2D2是假想的刀尖軌（guǐ）跡，其中心為（wéi）O2點，半徑為(R-r)。如果按照假想的刀尖軌跡編程，則需要按照圖中所示圓弧C1D1或C2D2(虛線)的相關參數進行編程。

圖4用圓頭車刀加（jiā）工90°凸凹圓弧

二。刀具圓角半徑補（bǔ）償方法現代數控（kòng）係統一般都有刀具圓角半徑補償器，具有刀具圓角（jiǎo）半徑補償功能（néng）(即G41左補償和G42右補償功能（néng）)。對於這種數控車床，程序員可（kě）以直接根據零（líng）件的輪廓（kuò）形狀進行編程。編程時，可以假設刀具圓（yuán）角半徑為零。在數控加工之前，必須（xū）在數控（kòng）機（jī）床上相應的刀具補償號中輸入刀具圓弧半徑值。在加工過程中，CNC係（xì）統（tǒng）根據加工程序和刀具圓弧（hú）半徑自動（dòng）計算假想的刀（dāo）尖（jiān）軌（guǐ）跡。當刀具半徑（jìng）改變時（shí），不（bú）需要修改加工程序，隻需修改對應刀號補（bǔ）償號的刀具圓弧半徑值即可。需要注（zhù）意的（de）是，在一些具有G41和G42功能的CNC係（xì）統中，除了輸入刀尖的圓角半徑之外，還要輸入假想刀尖相對於圓頭刀具中心的位置。這是因為內外圓車削刀具或左右偏置刀具的刀尖位置不同（tóng）。當數控車床的數控係統有刀具長度補償器時，直接根據零件的輪廓形狀編程。加工前，在機床的刀具長度補償器中（zhōng）輸入δX和δZ的值，加工時調用相應刀具的（de）補償號。

一些（xiē）沒有補償功能的經濟型數控（kòng）車床，可以直接根據假想刀尖的軌跡進行編程，即編程時給定假想刀尖的軌（guǐ）跡，編（biān）程出如圖3b和圖4所示的虛線（xiàn）軌跡。如果手工編程（chéng）計算比較複雜，計算機繪圖軟件(如AutoCAD、CAXA電子海圖等。)通常可以先畫出工件輪（lún）廓，然後根據刀尖圓角半（bàn）徑畫出相應的假想（xiǎng）刀尖軌跡，通過軟（ruǎn）件找出相關點的坐標進行編程；對於複雜的工件，也可以使用計（jì）算機輔助編程(CAM)。比如用CAXA數（shù）控車床軟件編程時，刀尖半徑補償（cháng）有兩種（zhǒng）方式:編程時（shí）考慮半徑補償和機床補償。對於一些不（bú）具備補償功能的數控係統，應在編程時考慮半徑補償。根據給定的刀尖半徑和零件輪廓，自動計算出假想刀尖軌跡，通（tōng）過軟件後置處（chù）理生成假想刀尖軌跡的加工程（chéng）序。對於這種數控係統，當刀（dāo）具磨損、重磨或更換新刀具導（dǎo）致刀尖半徑發生變化時，需要重新計算假想的刀尖軌跡（jì），修改加工程序，既複雜又繁瑣，難以保證加工精度（dù）。通過分析車刀刀尖半徑（jìng）對被加工工（gōng）件的影響，可以看出在數控加（jiā）工中，特別是精加工中，為了保證（zhèng）零件的加工精度（dù），需（xū）要對車刀刀尖半徑進行補償。目前，由於數控係統的功能參差不齊，對於不同類型的數控係統（tǒng），在實際應用中采用不同的方法。其中（zhōng）有些在編程時要考慮半徑補償，有些可以用在機床上。