數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì) 4.2刀具半徑補(bǔ)償 學(xué)習(xí)課件

刀具半徑補(bǔ)償

（一）為什么要進(jìn)行刀具補(bǔ)償

如圖所示，在銑床上用半徑為r的刀具加工外形輪廓為A的工件時(shí)，刀具中心沿著與輪廓A距離為r的軌跡B移動(dòng)。我們要根據(jù)輪廓A的坐標(biāo)參數(shù)和刀具半徑r值計(jì)算出刀具中心軌跡B的坐標(biāo)參數(shù)，然后再編制程序進(jìn)行加工，因控制系統(tǒng)控制的是刀具中心的運(yùn)動(dòng)。在輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑，如銑刀半徑或線切割機(jī)的鉬絲半徑等。刀具中心（刀位點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于所加工零件的實(shí)際軌跡（直接按零件廓形編程所得軌跡），數(shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償就是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。ABr（二）什么是刀具半徑補(bǔ)償按零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù)，數(shù)控裝置能實(shí)時(shí)自動(dòng)生成刀具中心軌跡的功能。實(shí)線為零件輪廓,虛線為刀具中心軌跡。刀具刀具中心軌跡編程軌跡（三）刀具半徑補(bǔ)償功能的主要用途1.由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化，不必重新編程，只須修改相應(yīng)偏置參數(shù)。2.加工余量的預(yù)留可通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個(gè)程序。刀具半徑補(bǔ)償應(yīng)用利用同一個(gè)程序、同一把刀具，通過(guò)設(shè)置不同大小的刀具補(bǔ)償半徑值而逐步減少切削余量的方法來(lái)達(dá)到粗、精加工的目的。

(四)刀具半徑補(bǔ)償?shù)牟襟E建立刀補(bǔ)

1執(zhí)行刀補(bǔ)

2取消刀補(bǔ)

3編程軌跡起始點(diǎn)編程軌跡起始點(diǎn)刀補(bǔ)建立刀具從起刀點(diǎn)接近工件，在原來(lái)的程序軌跡基礎(chǔ)上伸長(zhǎng)或縮短一個(gè)刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過(guò)渡到與編程軌跡距離一個(gè)刀具半徑值。r建立刀補(bǔ)

1編程軌跡刀補(bǔ)建立起始點(diǎn)刀具軌跡中心刀補(bǔ)進(jìn)行刀具補(bǔ)償進(jìn)行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個(gè)刀具半徑的距離。建立刀補(bǔ)

1執(zhí)行刀補(bǔ)

2r編程軌跡刀補(bǔ)建立起始點(diǎn)建立刀補(bǔ)

1執(zhí)行刀補(bǔ)

2刀具軌跡中心刀補(bǔ)進(jìn)行取消刀補(bǔ)

3刀具撤離工件，返回原點(diǎn)。即刀具中心軌跡從與編程軌跡相距一個(gè)刀具半徑值過(guò)渡到與編程軌跡重合。刀補(bǔ)撤銷(xiāo)

（五）

左刀補(bǔ)和右刀補(bǔ)

ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進(jìn)方向的左側(cè)時(shí)，稱(chēng)為左刀補(bǔ)，用G41表示。反之，當(dāng)?shù)毒咛幱谳喞斑M(jìn)方向的右側(cè)時(shí)稱(chēng)為右刀補(bǔ)，用G42表示，如圖所示。G40為取消刀具補(bǔ)償指令。

a)G41左刀補(bǔ)b)G42右刀補(bǔ)ADCBADCB刀具補(bǔ)償方向（六）刀具半徑補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ǜ鶕?jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。采用讀一段、算一段、再走一段的控制方法。B刀補(bǔ)A）B功能刀具半徑補(bǔ)償算法

1.

直線刀具補(bǔ)償計(jì)算

對(duì)直線而言，刀具補(bǔ)償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計(jì)算出刀具中心軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。

被加工直線段的起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)為A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在O′點(diǎn)坐標(biāo)已知。刀具半徑為r，現(xiàn)要計(jì)算刀具右補(bǔ)償后直線段O′A′的終點(diǎn)坐標(biāo)A′。設(shè)刀具補(bǔ)償矢量AA′的投影坐標(biāo)為,則

yΔX

y

α

A′r

α

ΔY

A(X,Y)

x

O′

K

O2.

圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算

對(duì)于圓弧而言，刀具補(bǔ)償后的刀具中心軌跡是一個(gè)與圓弧同心的一段圓弧。只需計(jì)算刀補(bǔ)后圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。如圖所示，被加工圓弧的圓心坐標(biāo)在坐標(biāo)原點(diǎn)O，圓弧半徑為R，圓弧起點(diǎn)A，終點(diǎn)B，刀具半徑為r。假定上一個(gè)程序段加工結(jié)束后刀具中心為A′，其坐標(biāo)已知。那么圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算的目的，就是計(jì)算出刀具中心軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)B′。設(shè)BB′在兩個(gè)坐標(biāo)上的投影為則

x

B′(Xb′,Yb′)

A′(Xa′,Ya′)

ΔX

K

B（Xb,Yb）

ΔY

O

R

β

A(Xa,Ya)

r

x

B′(Xb′,Yb′)

A′(Xa′,Ya′)

ΔX

K

B（Xb,Yb）

ΔY

O

R

β

A(Xa,Ya)

r

B刀補(bǔ)示例

加工如圖外部輪廓零件ABCD時(shí)，由AB直線段開(kāi)始，接著加工直線段BC，根據(jù)給出的兩個(gè)程序段，按B刀補(bǔ)處理后可求出相應(yīng)的刀心軌跡A1B1、B2C1、C2D1及D2A2。

y

D1

A

D2

O

B2

B

C

x

C2

A1

B1

D

C1

A2

事實(shí)上，加工完第一個(gè)程序段，刀具中心落在B1點(diǎn)上，而第二個(gè)程序段的起點(diǎn)為B2，兩個(gè)程序段之間出現(xiàn)了斷點(diǎn)，只有刀具中心走一個(gè)從B1至B2的附加程序，即在兩個(gè)間斷點(diǎn)之間增加一個(gè)半徑為刀具半徑的過(guò)渡圓弧B1B2，才能正確加工出整個(gè)零件輪廓?？梢?jiàn)，B刀補(bǔ)采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這樣，無(wú)法預(yù)計(jì)到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對(duì)本程序段加工軌跡的影響。C刀補(bǔ)

在計(jì)算本程序段軌跡后，提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)它們之間轉(zhuǎn)接的具體情況，再對(duì)本段的軌跡作適當(dāng)修正，得到本段正確加工軌跡。

C功能刀補(bǔ)更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動(dòng)處理兩個(gè)程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)在轉(zhuǎn)接點(diǎn)處插入過(guò)渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點(diǎn)情況。

a)b)

緩沖寄存區(qū)

BS工作寄存區(qū)

AS輸出寄存區(qū)

OS輸出寄存區(qū)

OS工作寄存區(qū)

AS刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS緩沖寄存區(qū)

BS兩種數(shù)控系統(tǒng)的工作流程

C刀補(bǔ)的基本設(shè)計(jì)思想

rrPiPi-1rrPi+1刀具半徑補(bǔ)償是在譯碼之后進(jìn)行，譯碼譯出一段并不立即進(jìn)行刀補(bǔ)，譯出的若是下一段，則對(duì)本段進(jìn)行刀補(bǔ)，而正在插補(bǔ)加工的是上一段。

CNC系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)設(shè)立了刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS.刀補(bǔ)過(guò)程是:Pi-1rBS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PiPi-1Pi-1rrPirrPiPi-1rBS緩沖寄存器PiCS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-1Pi-1BS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器Pi-1Pi-1BS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)AS工作寄存器OS輸出寄存器PirPi+1BS緩沖寄存器CS刀補(bǔ)緩沖區(qū)PiAS工作寄存器OS輸出寄存器rrPiPi-1rPi-1Pi+1Pi+1PiPi-1Pi+1PiPi-1程序間轉(zhuǎn)接

在CNC裝置中，處理的基本廓形是直線和圓弧，它們之間的相互連接方式有，

1.直線與直線相接;2.直線與圓弧相接;3.圓弧與直線相接;4.圓弧與圓弧相接。在刀具補(bǔ)償執(zhí)行的三個(gè)步驟中，都會(huì)有轉(zhuǎn)接過(guò)渡，以直線與直線轉(zhuǎn)接為例來(lái)討論刀補(bǔ)建立、刀補(bǔ)進(jìn)行過(guò)程中可能碰到的三種轉(zhuǎn)接形式。圖3-41G41刀補(bǔ)建立示意圖圖3-42刀補(bǔ)進(jìn)行直線與直線轉(zhuǎn)接情況過(guò)切問(wèn)題（1）刀具半徑補(bǔ)償可使刀具中心軌跡在走刀平面（如xy面）內(nèi)偏移零件輪廓一個(gè)刀具半徑值。在刀補(bǔ)建立后的刀補(bǔ)進(jìn)行中，如果存在有二段以上沒(méi)有移動(dòng)指令或存在非指定平面軸的移動(dòng)指令段，則可能產(chǎn)生過(guò)切。如圖所示，設(shè)刀具開(kāi)始位置距工件表面上方50mm，切削深度為8mm。z軸垂直于走刀平面（xy面），則按下述方法編程，會(huì)產(chǎn)生過(guò)切。N01G91G41G00X20.0Y10.0H01;N02Z-48.0;N03G01Z-10.0F200;N04Y30.0;N05X30.0;N06Y-20.0;N07X-40.0;N08G00Z58.0;N09G40X-10.0Y-20.0;N10M02;

過(guò)切現(xiàn)象

當(dāng)N01段進(jìn)入刀補(bǔ)建立階段后，讀入N02和N03兩個(gè)程序段，這兩個(gè)程序段是Z軸進(jìn)給指令，不是刀補(bǔ)平面軸的移動(dòng)指令，作不出矢量，確定不了前進(jìn)方向。盡管用G41進(jìn)入到了刀補(bǔ)狀態(tài)，但刀具中心卻未加上刀補(bǔ)，而直接移動(dòng)到了程序給定點(diǎn)A，當(dāng)在A點(diǎn)執(zhí)行完二、三程序段后，再執(zhí)行N04段，刀具中心由A點(diǎn)移動(dòng)到B，產(chǎn)生了過(guò)切。（2）在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)指令之間有一個(gè)位移為零的運(yùn)動(dòng)指令時(shí)。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)為零的程序段沒(méi)有零件輪廓信息，所以刀補(bǔ)時(shí)可能產(chǎn)生過(guò)切。（3）在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)指令之間有兩個(gè)輔助功能程序段，也可能造成過(guò)切，假設(shè)有如下加工程序：（四）刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)根據(jù)程序段的起點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)以及r在起點(diǎn)、終點(diǎn)處的坐標(biāo)分量rx、ry，求出刀具中心的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，核心是求r的分量。如圖B′點(diǎn) XB′=XB+rx

YB′=YB+ry計(jì)算rx，ry

RRyRxxyRAA′B′BRryrxxyAA′B′B※圓弧過(guò)渡型刀補(bǔ):在硬件NC中，采用圓弧過(guò)渡型刀補(bǔ)，故要增加一段圓弧。

非圓滑過(guò)渡處附加程序段※直線過(guò)渡型刀補(bǔ):求出刀具中心軌跡交點(diǎn)，再對(duì)原來(lái)的編程軌跡作伸長(zhǎng)或縮短的修正。刀具半徑補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)接形式伸長(zhǎng)型C點(diǎn)處于JB與DK的延長(zhǎng)線上XYYX0JBCDC′B′AEα縮短型編程軌跡OA、AF，刀具中心軌跡JB與DK將在C點(diǎn)相交。這樣，相對(duì)于OA和AF而言，縮短一個(gè)CB與CD的長(zhǎng)度。KFJDXYOBCAXYαX