如何在车削加工中正确应用刀尖半径补偿功能

切削之家 05-23 9923

前言：

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数控机床是按照程序指令来控制刀具运动的。众所周知，我们在编制数控车床加工程序时，都是把车刀的刀尖当成一个点来考虑，即假想刀尖，如图1所示的A点。编程时就以该假想刀尖点A来编程，数控系统控制A点的运动轨迹。但实际车刀尤其是精车刀，在其刀尖部分都存在一个刀尖圆弧，这一圆角一方面可以提高刀尖的强度，另一方面可以改善加工表面的表面粗糙度。由于刀尖圆弧的存在，车削时实际起作用的切削刃是圆弧各切点。而常用的对刀操作是以刀尖圆弧上X、Z方向相应的最突出点为准。如图1所示，这样在X向、Z向对刀所获得的刀尖位置是一个假想刀尖。按假想刀尖编出的程序在车削外圆、内孔等与Z轴平行的表面时，是没有误差的，即刀尖圆弧的大小并不起作用;但当车右端面、锥面及圆弧时，就会造成过切或少切，引起加工表面形状误差，如图2所示为以假想刀尖位置编程时的过切及少切现象。

编程时若以刀尖圆弧中心编程，可避免过切和少切的现象，但计算刀位点比较麻烦，并且如果刀尖圆弧半径值发生变化，还需改动程序。

数控系统的刀具半径补偿功能正是为解决这个问题所设定的。它允许编程者不必考虑具体刀具的刀尖圆弧半径，而以假想刀尖按工件轮廓编程，在加工时将刀具的半径值R存入相应的存储单元，系统会自动读入，与工件轮廓偏移一个半径值，生成刀具路径，即将原来控制假想刀尖的运动转换成控制刀尖圆弧中心的运动轨迹，则可以加工出相对准确的轮廓。这种偏移称为刀尖半径补偿。如图3所示。

一、刀尖半径补偿的方式

现代机床基本都具有刀具补偿功能，为编程提供了方便。

刀尖圆弧半径补偿是通过G41、G42、G40代码及T代码指定的假想刀尖号加入或取消的，如表所示。

应用刀尖半径补偿，必须根据刀架位置、刀尖与工件相对位置来确定补偿方向，具体如图4所示。为快速判断补偿方向，可采用以下简便方法：

从右向左加工，则车外圆表面时，半径补偿指令用G42，镗孔时，用G41;

从左向右加工，则车外圆表面时，半径补偿指令用G41，镗孔时，用G42。

使用刀尖半径补偿指令时应注意下列几点：

(1)刀尖半径补偿只能在G00或G01的运动中建立或取消。即G41、G42和G40指令只能和G00或G01指令一起使用，且当轮廓切削完成后要用指令G40取消补偿。另外，刀具建立与取消轨迹的长度距离还必须大于刀尖半径补偿值，否则，系统会产生刀具补偿无法建立的情况。

(2)工件有锥度或圆弧时，必须在精车锥度或圆弧前一程序段建立半径补偿，一般在切入工件时的程序段建立半径补偿。

(3)当执行G71～G76固定循环指令，在循环过程中，不执行刀尖半径补偿，暂时取消刀尖半径补偿，在后面程序段中的G00、G01、G02、G03和G70指令，CNC会将补偿模式自动恢复。

(4)建立刀尖半径补偿后，在Z轴的移动量必须大于其刀尖半径值;在X轴的移动量必须大于2倍刀尖半径值，这是因为X轴用直径值表示的缘故。

二、刀尖半径补偿量的设定

1.假想刀尖方向

假想刀尖即刀位点是刀具上用于作为编程相对基准的参照点，当执行没有刀补的程序时，假想刀尖正好走在编程轨迹上;而有刀补时，假想刀尖将走在偏离于编程轨迹的位置上。实际加工中，假想刀尖与刀尖圆弧中心有不同的位置关系，因此要正确建立假想刀尖的刀尖方向(即对刀点是刀具的哪个位置)。假想刀尖号就是对不同形式刀具的一种编码。从刀尖中心往假想刀尖的方向看，由切削中刀具的方向确定假想刀尖号。如图5所示，分别用参数0～9(T0～T9)表示，共表达了9个方向的位置关系。图中说明了刀尖与起刀点的关系，箭头终点是假想刀尖，需特别注意，即使是同一刀尖方向号在不同坐标系(后刀座坐标系与前刀座坐标系)表示的刀尖方向也是不一样的。T0与T9是刀尖圆弧中心与假想刀尖点重叠时的情况。此时，机床将以刀尖圆弧中心为刀位点进行计算补偿。

2.补偿参数的设置

刀尖半径补偿量可以通过数控系统的刀具补偿设定画面设定。T指令要与刀具半径补偿号相对应，并且要输入假想刀尖号。以GSK980T系统为例，根据所选的刀具形状及在刀架上的安装刀位，在刀偏设置页面下设置，R为刀尖半径补偿值，T为假想刀尖号。如图6所示。

注意：在进行对刀操作时，当选择了Tn(n =0～9)号假想刀尖时，对刀点一定也要是Tn号假想刀尖点。

三、刀尖半径补偿的实现过程

实现刀尖半径补偿要经过3个步骤：刀补建立、刀补进行和刀补撤销(见图7)。

(1)刀补建立(也称为起刀)。偏置取消方式状态下，刀(具由起刀点开始接近工件，起刀程序段执行刀具半径补偿过渡运动。在起刀段的终点即下一程序段的起点，刀具中心定位于与下一程序段前进方向垂直线上，由刀补方向G41/G42决定刀具中心是往左还是往右偏离编程轨迹一个刀具半径值。注意：起刀程序段不能用于零件加工，动作指令只能用G00或G01。

(2)刀补进行。一旦刀补建立则一直维持，直至G40指令出现。在刀补进行期间，刀尖圆弧中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀尖半径的距离。

(3)刀补取消。即刀具撤离工件，使假想刀尖轨迹的终点与编程轨迹的终点重合。与建立刀补一样，刀具中心轨迹也要比编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离。它是刀补建立的逆过程。需注意：同起刀程序段一样，该程序段也不能进行零件加工，且此时的移动也只能用G00或G01。

四、刀尖半径补偿的应用举例

考虑刀尖圆弧半径补偿，编制图8所示零件的精加工程序。已知用一把90°偏刀，安装在2号位，刀尖圆弧半径0.8mm。

在程序运行之前，要在“刀具偏置”界面中输入刀补号02的R 为0.8，T为3。数控加工程序： O 0001;

G00 X100 Z100; M03 S01; T0202;

G00 X14.4 Z10;

G42 Z2; (建立刀补) G01 X18 Z-10 F60;

G02 X24 Z-20 R15; G01 X30 Z-30;

G03 X38 W-14 R25; G01 Z-55;

X42;

G40 G00 X100 Z100; (取消刀补) T0200;