刀具半径补偿(课件)幻灯片.ppt
第四节第四节 刀具补偿原理刀具补偿原理 一、为什么要进行刀具补偿 如图1所示，在铣床上用半径为r的刀具加工外形轮廓为A的工件时，刀具中心沿着与轮廓A距离为r的轨迹B移动。我们要根据轮廓A的坐标参数和刀具半径r值计算出刀具中心轨迹B的坐标参数，然后再编制程序进行加工，因控制系统控制的是刀具中心的运动。在轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径，如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等。刀具中心（刀位点）的运动轨迹并不等于所加工零件的实际轨迹（直接按零件廓形编程所得轨迹），数控系统的刀具半径补偿就是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。1r刀具ArB图1刀具半径补偿2 当实际刀具长度与编程长度不一致时，利用刀具长度补偿功能可以实现对刀具长度差额的补偿。加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在一次加工中使用多把长度不同的刀具，需要有刀具长度补偿功能。轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半径补偿功能。车削加工：可以使用多种刀具，数控系统具备了刀具长度和刀具半径补偿功能，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，可大大简化编程。具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。3 刀具补偿功能还可以满足加工工艺等其他一些要求，可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整每次进给量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循环。另外，因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时，若仍用原程序，势必造成加工误差，用刀具长度补偿可以解决这个问题。二、二、刀具补偿原理刀具补偿原理 刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。铣刀主要是刀具半径补偿；钻头只需长度补偿；车刀需要两坐标长度补偿和刀具半径补偿。41.刀具长度补偿以数控车床为例进行说明，数控装置控制的是刀架参考点的位置，实际切削时是利用刀尖来完成，刀具长度补偿是用来实现刀尖轨迹与刀架参考点之间的转换。如图3-35所示，P为刀尖，Q为刀架参考点，假设刀尖圆弧半径为零。利用刀具长度测量装置测出刀尖点相对于刀架参考点的坐标xpq，zpq，存入刀补内存表中。零件轮廓轨迹是由刀尖切出的，编程时以刀尖点P来编程，设刀尖P点坐标为xp，zp，刀架参考点坐标Q（xq，zq）可由下式求出：(3-45)这样，零件轮廓轨迹通过式(3-45)补偿后，就能通过控制刀架参考点Q来实现。5图3-35刀具长度补偿6 加工中心上常用刀具长度补偿，首先将刀具装入刀柄，再用对刀仪测出每个刀具前端到刀柄基准面的距离，然后将此值按刀具号码输入到控制装置的刀补内存表中，进行补偿计算。刀具长度补偿是用来实现刀尖轨迹与刀柄基准点之间的转换。在数控立式镗铣床和数控钻床上，因刀具磨损、重磨等而使长度发生改变时，不必修改程序中的坐标值，可通过刀具长度补偿，伸长或缩短一个偏置量来补偿其尺寸的变化，以保证加工精度。刀具长度补偿原理比较简单，由G43、G44及H（D）代码指定。72.刀具半径补偿ISO标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓ABCD）前进方向的左侧时，称为左刀补，用G41表示。反之，当刀具处于轮廓前进方向的右侧时称为右刀补，用G42表示，如图3-36所示。G40为取消刀具补偿指令。yyBCDC刀补进行ADAB刀补刀补建立刀补撤销进行刀补撤销刀补建立OxOxa)G41左刀补b)G42右刀补图3-36刀具补偿方向8 在切削过程中，刀具半径补偿的补偿过程分为三个步骤：（1）刀刀补补建建立立 刀具从起刀点接近工件，在原来的程序轨迹基础上伸长或缩短一个刀具半径值，即刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹距离一个刀具半径值。在该段中，动作指令只能用G00或G01。（2）刀刀具具补补偿偿进进行行 刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径的距离。在此状态下，G00、G01、G02、G03都可使用。（3）刀刀补补撤撤销销 刀具撤离工件，返回原点。即刀具中心轨迹从与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。此时也只能用G00、G01。9 三三 、刀具半径补偿算法、刀具半径补偿算法 刀具半径补偿计算：根据零件尺寸和刀具半径值计算出刀具中心轨迹。对于一般的CNC装置，所能实现的轮廓仅限于直线和圆弧。刀具半径补偿分B功能刀补与C功能刀补，B功能刀补能根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，不能解决程序段之间的过渡问题，编程人员必须先估计刀补后可能出现的间断点和交叉点等情况，进行人为处理。B功能刀补计算如下：1.直线刀具补偿计算 对直线而言，刀具补偿后的轨迹是与原直线平行的直线，只需要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值。10如图3-37所示，被加工直线段的起点在坐标原点，终点坐标为A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在O点坐标已知。刀具半径为，现要计算刀具右补偿后直线段OA的终点坐标A。设刀具补偿矢量AA的投影坐标为,则(3-46)(3-47)11(3-48)(3-48)式为直线刀补计算公式，是在增量编程下推导出的。对于绝对值编程，仍可应用此公式计算，所不同的是应是绝对坐标。12图3-37直线刀具补偿图3-38圆弧刀具半径补偿132.圆弧刀具半径补偿计算对于圆弧而言，刀具补偿后的刀具中心轨迹是一个与圆弧同心的一段圆弧。只需计算刀补后圆弧的起点坐标和终点坐标值。如图3-38所示，被加工圆弧的圆心坐标在坐标原点O，圆弧半径为R，圆弧起点A，终点B，刀具半径为r。假定上一个程序段加工结束后刀具中心为A，其坐标已知。那么圆弧刀具半径补偿计算的目的，就是计算出刀具中心轨迹的终点坐标B。设BB在两个坐标上的投影为则(3-49)14(3-50)(3-51)15图3-39B刀补示例加工如图3-39外部轮廓零件ABCD时，由AB直线段开始，接着加工直线段BC，根据给出的两个程序段，按B刀补处理后可求出相应的刀心轨迹A1B1和B2C1。16事实上，加工完第一个程序段，刀具中心落在B1点上，而第二个程序段的起点为B2，两个程序段之间出现了断点，只有刀具中心走一个从B1至B2的附加程序，即在两个间断点之间增加一个半径为刀具半径的过渡圆弧B1B2，才能正确加工出整个零件轮廓。可见，B刀补采用了读一段，算一段，再走一段的控制方法，这样，无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本程序段加工轨迹的影响。为解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算本程序段轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情况，再对本段的轨迹作适当修正，得到本段正确加工轨迹，这就是C功能刀具补偿。C功能刀补更为完善，这种方法能根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转换，并自动在转接点处插入过渡圆弧或直线从而避免刀具干涉和断点情况。17图3-40a给出了普通数控系统的工作方法，在系统内，数据缓冲寄存区BS用以存放下一个加工程序段的信息，设置工作寄存区AS，存放正在加工的程序段的信息，其运算结果送到输出寄存区OS，直接作为伺服系统的控制信号。图3-40b为CNC系统中采用C刀补方法的原理框图，与3-40a不同的是，CNC装置内部又增设了一个刀补缓冲区CS。当系统启动后，第一个程序段先被读入BS，在BS中算得第一段刀具中心轨迹，被送到CS中暂存后，又将第二个程序段读入BS，算出第二个程序段的刀具中心轨迹。接着对第一、第二两段刀具中心轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对第一段刀具中心轨迹进行修正。18修正结束后，顺序地将修正后的第一段刀具中心轨迹由CS送入AS中，第二段刀具中心轨迹由BS送入CS中。然后，由CPU将AS中的内容送到OS中进行插补运算，运算结果送到伺服系统中予以执行。当修正了的第一段刀具中心轨迹开始被执行后，利用插补间隙，CPU又命令第三段程序读入BS，随后，又根据BS和CS中的第三、第二段轨迹的连接情况，对CS中的第二程序段的刀具中心轨迹进行修正。依此下去，可见在刀补工作状态，CNC内部总是同时存在三个程序段的信息。19a)b)图3-40两种数控系统的工作流程缓冲寄存区BS工作寄存区AS输出寄存区OS输出寄存区OS工作寄存区AS刀补缓冲区CS缓冲寄存区BS20在CNC装置中，处理的基本廓形是直线和圆弧，它们之间的相互连接方式有，直线与直线相接、直线与圆弧相接、圆弧与直线相接、圆弧与圆弧相接。在刀具补偿执行的三个步骤中，都会有转接过渡，以直线与直线转接为例来讨论刀补建立、刀补进行过程中可能碰到的三种转接形式。刀补撤销是刀补建立的逆过程，可参照刀补建立。图3-41和3-42表示了两个相邻程序段为直线与直线，左刀补G41的情况下，刀具中心轨迹在连接处的过渡形式。图中为工件侧转接处两个运动方向的夹角，其变化范围为003600，对于轮廓段为圆弧时，只要用其在交点处的切线作为角度定义的对应直线即可。21在图3-42a中，编程轨迹为FG和GH，刀具中心轨迹为AB和BC,相对于编程轨迹缩短一个BD与BE的长度，这种转接为缩短型。图3-42b中，刀具中心轨迹AB和BC相对于编程轨迹FG和GH伸长一个BD与BE的长度，这种转接为伸长型。图3-42c中，若采用伸长型，刀心轨迹为AM和MC，相对于编程轨迹FG和GH来说，刀具空行程时间较长，为减少刀具非切削的空行程时间，可在中间插入过渡直线BB1,并令BD等于B1E且等于刀具半径r，这种转接为插入型。根据转接角不同，可以将C刀补的各种转接过渡形式分为三类：（1）当18003600时，属缩短型，见图3-41a和3-42a。（2）当9001800时，属伸长型，见图3-41b和3-42b。（3）当00900时，属插入型，见图3-41c和3-42c。22图3-41G41刀补建立示意图23图3-42刀补进行直线与直线转接情况24
