1、一、刀具半径补偿的基本概念一、刀具半径补偿的基本概念 1.1.为什么是刀具半径补偿？为什么是刀具半径补偿？ 数控机床在轮廓加工过程中，它所控制的是刀具中数控机床在轮廓加工过程中，它所控制的是刀具中心的轨迹，而用户编程时则是按零件轮廓编制的，因而心的轨迹，而用户编程时则是按零件轮廓编制的，因而为了加工所需的零件，在进行轮廓加工时，刀具中心必为了加工所需的零件，在进行轮廓加工时，刀具中心必须偏移一个刀具半径值。须偏移一个刀具半径值。 数控装置根据零件轮廓编制的程序和预先设定的刀数控装置根据零件轮廓编制的程序和预先设定的刀具半径参数，能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为具半径参数，能实时自动生成刀具
2、中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。刀具半径补偿功能。2.2.刀具半径补偿功能的主要用途刀具半径补偿功能的主要用途 实现根据编程轨迹对刀具中心轨迹的控制。实现根据编程轨迹对刀具中心轨迹的控制。 实现实现刀具半径误差补偿。刀具半径误差补偿。 减少粗、精加工程序编制的工作量。减少粗、精加工程序编制的工作量。3.3.刀具半径补偿的常用方法刀具半径补偿的常用方法B B刀补刀补C C刀补刀补相邻两段轮廓的刀具中心相邻两段轮廓的刀具中心轨迹之间用轨迹之间用圆弧圆弧连接连接。相邻两段轮廓的刀具中心相邻两段轮廓的刀具中心轨迹之间用轨迹之间用直线直线连接。连接。 （1 1）B B刀补刀补 优点：优点： 算法简单
3、，容易实现算法简单，容易实现 缺点：缺点：在外轮廓尖角加工时，由于轮廓尖角处，始终处于切削在外轮廓尖角加工时，由于轮廓尖角处，始终处于切削状态，尖角加工的工艺性差。状态，尖角加工的工艺性差。在内轮廓尖角加工时，编程人员必须在零件轮廓中插入在内轮廓尖角加工时，编程人员必须在零件轮廓中插入一个半径大于刀具半径的圆弧，这样才能避免产生过切。一个半径大于刀具半径的圆弧，这样才能避免产生过切。（2 2）C C刀补刀补 由数控系统根据和实际轮廓完全一样的编程轨迹，直由数控系统根据和实际轮廓完全一样的编程轨迹，直接算出相邻刀具中心轨迹的交点，然后再对原来的中心轨接算出相邻刀具中心轨迹的交点，然后再对原来的中
4、心轨迹作伸长或缩短的修正。迹作伸长或缩短的修正。 尖角性好。尖角性好。 内轮廓加工时，以免产生过切。内轮廓加工时，以免产生过切。 （3 3）B B刀补与刀补与C C刀补比较刀补比较 区别：区别：B刀补法在确定刀具中心轨迹时，刀补法在确定刀具中心轨迹时，一次处理一段轨迹一次处理一段轨迹，采用的是读一段，算一段，再走一段的处理方法。这样，采用的是读一段，算一段，再走一段的处理方法。这样，就无法预计到由于刀具半径补偿所造成的下一段加工轨迹就无法预计到由于刀具半径补偿所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。对本段加工轨迹的影响。区别：区别：C刀补采用的方法是刀补采用的方法是一次对两段进行处理一次对
5、两段进行处理，即先预处理，即先预处理本段，然后根据下一段的方向来确定其刀具中心轨迹的段本段，然后根据下一段的方向来确定其刀具中心轨迹的段间过渡状态，从而便完成了本段的刀补运算处理。间过渡状态，从而便完成了本段的刀补运算处理。二、刀具半径补偿的工作原理二、刀具半径补偿的工作原理 1.1.刀具半径补偿的工作过程刀具半径补偿的工作过程 刀具半径补偿执行的过程一般可分为三步：刀具半径补偿执行的过程一般可分为三步：（1 1）刀补建立刀补建立（2 2）刀补进行刀补进行（3 3）刀补撤销刀补撤销使用刀具半径补偿功能注意事项使用刀具半径补偿功能注意事项l 必须在运动中建立和取消刀补，必须在运动中建立和取消刀补
6、，G41/G42G41/G42没有使刀具运动的没有使刀具运动的功能；功能；l 不能在圆弧程序段上建立和取消刀补；不能在圆弧程序段上建立和取消刀补；l 刀具半径补偿功能只能在轮廓的插补平面内生效，而在除刀具半径补偿功能只能在轮廓的插补平面内生效，而在除插补平面外的其它坐标轴上不起作用；插补平面外的其它坐标轴上不起作用；l 在刀补执行过程中，在刀补执行过程中，不能有连续两段指令不能有连续两段指令为非插补平面运为非插补平面运动的指令，否则产生过切。动的指令，否则产生过切。2.C2.C刀补偿的转接形式和过渡方式刀补偿的转接形式和过渡方式（1）转接形式）转接形式 在一般的在一般的CNCCNC装置中，均有
7、圆弧和直线插补两种功能。由装置中，均有圆弧和直线插补两种功能。由于于C C刀补采用直线过渡，实际加工过程中，随着前后两编程刀补采用直线过渡，实际加工过程中，随着前后两编程轨迹的线型不同，也会产生不同的转接情况：轨迹的线型不同，也会产生不同的转接情况：直线与圆弧直线与圆弧圆弧与圆弧圆弧与圆弧直线与直线直线与直线圆弧与直线圆弧与直线（2）过渡方式）过渡方式 矢量夹角矢量夹角 指两编程轨迹在交点处非加工侧（工件侧）的指两编程轨迹在交点处非加工侧（工件侧）的夹角夹角刀具中心轨迹刀具中心轨迹编程轨迹编程轨迹非加工侧非加工侧加工侧加工侧非加工侧非加工侧编程轨迹编程轨迹刀具中心轨迹刀具中心轨迹加工侧加工侧
8、根据两段程序轨迹的矢量夹角根据两段程序轨迹的矢量夹角和刀补方向的不同，又有和刀补方向的不同，又有以下几种转接过渡方式：以下几种转接过渡方式：缩短型：缩短型：矢量夹角矢量夹角180360 刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式。刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式。伸长型伸长型：矢量夹角矢量夹角90180 刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。插入型：插入型：矢量夹角矢量夹角90 在两段在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式。缩短型：缩短型：矢量夹角矢量夹角180360 刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式。刀具中心轨迹短于编
9、程轨迹的过渡方式。伸长型伸长型：矢量夹角矢量夹角90180 刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式。插入型：插入型：矢量夹角矢量夹角90 在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式方式。缩短型：缩短型：180360伸长型伸长型：90180插入型：插入型：90缩短型：缩短型：180360伸长型伸长型：90180插入型：插入型：90缩短型：缩短型：180360伸长型伸长型：90180插入型：插入型：90刀补建立过渡形式（刀补建立过渡形式（G42）缩短型：缩短型：180360伸长型伸长型：90180插入型：插入型：90刀补取消
10、过渡形式刀补取消过渡形式k4.4.刀具半径补偿的实例刀具半径补偿的实例BcbAOCDEa（1 1）读入）读入OAOA，判断出是刀补建立，判断出是刀补建立，继续读下一段。继续读下一段。（2 2）读入）读入ABAB，因为，因为OABOAB9090o o，且又是右刀补，此时段间转接且又是右刀补，此时段间转接的过渡形式是插入型。则计算的过渡形式是插入型。则计算出出a a、b b、c c的坐标值，并输出直的坐标值，并输出直线段线段oaoa、abab、bcbc，供插补程序，供插补程序运行。运行。mk（3 3）读入）读入BCBC，因为，因为0ABC0ABC9090o o，同理，段间转接的过渡形式同理，段间转
11、接的过渡形式是插入型。则计算出是插入型。则计算出d d、e e点点的坐标值，并输出直线的坐标值，并输出直线cdcd、dede。BfedcbAOCDEan（4 4）读入）读入CDCD，因为，因为0BCD0BCD180180o o，段间转接的过渡形式是缩短型。段间转接的过渡形式是缩短型。则计算出则计算出f f点的坐标值，由于点的坐标值，由于是内侧加工，须进行过切判别是内侧加工，须进行过切判别（后述），若过切则报警，并（后述），若过切则报警，并停止输出，否则输出直线段停止输出，否则输出直线段efef。BfedcbAOCDEabaBfedcAOCDEgh（5 5）读入）读入DEDE（有（有G40G40
12、），因为），因为9090o oCDECDE180180o o，则段间转，则段间转接的过渡形式是伸长型。由接的过渡形式是伸长型。由于是刀补撤消段，则计算出于是刀补撤消段，则计算出g g、h h点的坐标值，然后输出直线点的坐标值，然后输出直线段段fgfg、ghgh、hEhE。 （6 6）刀具半径补偿处理结束。）刀具半径补偿处理结束。三、加工过程中的过切判别三、加工过程中的过切判别ADCBCDBA编程轨迹刀具中心轨迹过切削部分发出报警程序段刀具当被加工的轮廓是直线段时，当被加工的轮廓是直线段时，若刀具半径选用过大，就将产若刀具半径选用过大，就将产生过削现象。生过削现象。 当读入编程轨迹当读入编程轨迹
13、CDCD时，就要对时，就要对上段刀具中心轨迹上段刀具中心轨迹B BC C进行进行修正，确定刀具中心应从修正，确定刀具中心应从BB点移到点移到CC点。显然，这时必点。显然，这时必将产生如图阴影部分所示的过将产生如图阴影部分所示的过切削。切削。 可以通过可以通过编程矢量与其相对应的修正矢量的编程矢量与其相对应的修正矢量的标量积标量积的正负的正负进行判别进行判别。在上图中，。在上图中，BCBC为编程矢量，为编程矢量， 为为BCBC对应的修正对应的修正矢量，矢量，为它们之间的夹角。则：为它们之间的夹角。则： 标量积标量积 显然，当显然，当 （即（即9090o o270270o o）时，刀具）时，刀具就
14、要背向编程轨迹移动，造成过切削。上图中就要背向编程轨迹移动，造成过切削。上图中=180=180o o，所以，所以必定产生过切削。必定产生过切削。cosCBBCCBBC0CBBCCB在内轮廓圆弧加工（圆弧加工在内轮廓圆弧加工（圆弧加工的命令为的命令为 G41G03 G41G03 或或G42G02G42G02）时，）时，若选用的刀具半径若选用的刀具半径r rD D过大，超过过大，超过了所需加工的圆弧半径了所需加工的圆弧半径R R，那么，那么就会产生过切削就会产生过切削。 G42G02 rD R G41G03 rD R刀具中心轨迹编程轨迹R发出报警程序段过切削部分rDa 圆弧加工过切削圆弧加工过切削
15、刀具G41G02=0报报 警警返返 回回否（内侧加工否（内侧加工）是（外侧加工）是（外侧加工）是是否否b 判别流程判别流程?0rRD 过切削现象都发生在过渡形式为过切削现象都发生在过渡形式为缩短型缩短型的情况下，因的情况下，因而可以根据这一原则，来判断发生过切削的条件，并据此而可以根据这一原则，来判断发生过切削的条件，并据此设计过切削判别程序。设计过切削判别程序。 设刀具开始位置距工件表面上方设刀具开始位置距工件表面上方50mm50mm，切削深度为，切削深度为8 8。N01 G91 G41 G00 X20.0 Y10.0N02 Z-48.0 ;N03 G01 Z-10.0 F200 ;N04 Y30.0 ;N05 X30.0 ;N06 Y-20.0 ;N07 X-40.0 ;N08 G00 Z58.0 ;N09 G40 X-10.0 Y-20.0 ;N10 M02 ; N05 G91 X60.0 ; N06 M08 ; N07 M09 ; N08 Y-15.0 ; N09 X40 .0 ; 当当N05程序段加工程序段加工AB轮廓，同时读入轮廓，同时读入N06和和N07两段，两段，因这两段为辅助功能指令，作不出沿因这两段为辅助功能指令，作不出沿BC轮廓垂直矢量，轮廓垂直矢量，而直接到达而直接到达S点，造成过切现象。点，造成过切现象。ABCD rS
