Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,刀具補(bǔ)償原理,一、為什么要進(jìn)行刀具補(bǔ)償,如圖3-34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。,r 刀具,A,r B,圖3-34 刀具半徑補(bǔ)償,當(dāng)實(shí)際刀具長度與編程長度不一致時(shí)，利用刀具長度補(bǔ)償功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具長度差額的補(bǔ)償。,加工中心：一個(gè)重要組成部分就是自動(dòng)換刀裝置，在一次加工中使用多把長度不同的刀具，需要有刀具長度補(bǔ)償功能。,輪廓銑削加工：為刀具中心沿所需軌跡運(yùn)動(dòng)，需要有刀具半徑補(bǔ)償功能。,車削加工：可以使用多種刀具，數(shù)控系統(tǒng)具備了刀具長度和刀具半徑補(bǔ)償功能，使數(shù)控程序與刀具形狀和刀具尺寸盡量無關(guān)，可大大簡化編程。,具有刀具補(bǔ)償功能，在編制加工程序時(shí)，可以按零件實(shí)際輪廓編程，加工前測(cè)量實(shí)際的刀具半徑、長度等，作為刀具補(bǔ)償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，可以加工出合乎尺寸要求的零件輪廓。,刀具補(bǔ)償功能還可以滿足加工工藝等其他一些要求，可以通過逐次改變刀具半徑補(bǔ)償值大小的辦法，調(diào)整每次進(jìn)給量，以達(dá)到利用同一程序?qū)崿F(xiàn)粗、精加工循環(huán)。另外，因刀具磨損、重磨而使刀具尺寸變化時(shí)，若仍用原程序，勢(shì)必造成加工誤差，用刀具長度補(bǔ)償可以解決這個(gè)問題。,二、刀具補(bǔ)償原理,刀具補(bǔ)償一般分為刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。,銑刀主要是刀具半徑補(bǔ)償；,鉆頭只需長度補(bǔ)償；,車刀需要兩坐標(biāo)長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。,1.刀具長度補(bǔ)償,以數(shù)控車床為例進(jìn)行說明，數(shù)控裝置控制的是刀架參考點(diǎn)的位置，實(shí)際切削時(shí)是利用刀尖來完成，刀具長度補(bǔ)償是用來實(shí)現(xiàn)刀尖軌跡與刀架參考點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換。如圖3-35所示，,P,為刀尖，,Q,為刀架參考點(diǎn)，假設(shè)刀尖圓弧半徑為零。利用刀具長度測(cè)量裝置測(cè)出刀尖點(diǎn)相對(duì)于刀架參考點(diǎn)的坐標(biāo),x,pq,，z,pq,，存入刀補(bǔ)內(nèi)存表中。,零件輪廓軌跡是由刀尖切出的，編程時(shí)以刀尖點(diǎn),P,來編程，設(shè)刀尖,P,點(diǎn)坐標(biāo)為,x,p,，z,p,，刀架參考點(diǎn)坐標(biāo),Q,（,x,q,，,z,q,）可由下式求出：,(3-45),這樣，零件輪廓軌跡通過式(3-45)補(bǔ)償后，就能通過控制刀架參考點(diǎn),Q,來實(shí)現(xiàn)。,圖3-35 刀具長度補(bǔ)償,加工中心上常用刀具長度補(bǔ)償，首先將刀具裝入刀柄，再用對(duì)刀儀測(cè)出每個(gè)刀具前端到刀柄基準(zhǔn)面的距離，然后將此值按刀具號(hào)碼輸入到控制裝置的刀補(bǔ)內(nèi)存表中，進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。刀具長度補(bǔ)償是用來實(shí)現(xiàn)刀尖軌跡與刀柄基準(zhǔn)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換。,在數(shù)控立式鏜銑床和數(shù)控鉆床上，因刀具磨損、重磨等而使長度發(fā)生改變時(shí)，不必修改程序中的坐標(biāo)值，可通過刀具長度補(bǔ)償，伸長或縮短一個(gè)偏置量來補(bǔ)償其尺寸的變化，以保證加工精度。,刀具長度補(bǔ)償原理比較簡單，由G43、G44及H（D）代碼指定。,2.,刀具半徑補(bǔ)償,ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡（零件輪廓ABCD）前進(jìn)方向的左側(cè)時(shí)，稱為左刀補(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)稱為右刀補(bǔ)，用G42表示，如圖3-36所示。G40為取消刀具補(bǔ)償指令。,y y,B C D C,刀補(bǔ)進(jìn)行,A D A B 刀補(bǔ),刀補(bǔ)建立 刀補(bǔ)撤銷 進(jìn)行,刀補(bǔ)撤銷 刀補(bǔ)建立,O x O x,a)G41 左刀補(bǔ) b)G42右刀補(bǔ),圖3-36 刀具補(bǔ)償方向,在切削過程中，刀具半徑補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償過程分為三個(gè)步驟：,（1）,刀補(bǔ)建立,刀具從起刀點(diǎn)接近工件，在原來的程序軌跡基礎(chǔ)上伸長或縮短一個(gè)刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡距離一個(gè)刀具半徑值。在該段中，動(dòng)作指令只能用G00或G01。,（2）,刀具補(bǔ)償進(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。在此狀態(tài)下，G00、G01、G02、G03都可使用。,（3）,刀補(bǔ)撤銷,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)刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。此時(shí)也只能用G00、G01。,三、刀具半徑補(bǔ)償算法,刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算：根據(jù)零件尺寸和刀具半徑值計(jì)算出刀具中心軌跡。對(duì)于一般的CNC裝置，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓僅限于直線和圓弧。刀具半徑補(bǔ)償分B功能刀補(bǔ)與C功能刀補(bǔ)，B功能刀補(bǔ)能根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，不能解決程序段之間的過渡問題，編程人員必須先估計(jì)刀補(bǔ)后可能出現(xiàn)的間斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)等情況，進(jìn)行人為處理。B功能刀補(bǔ)計(jì)算如下：,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。,如圖3-37所示，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，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,(3-46),(3-47),(3-48),(3-48)式為直線刀補(bǔ)計(jì)算公式，是在增量編程下推導(dǎo)出的。對(duì)于絕對(duì)值編程，仍可應(yīng)用此公式計(jì)算，所不同的是應(yīng)是絕對(duì)坐標(biāo)。,圖3-37 直線刀具補(bǔ)償 圖3-38 圓弧刀具半徑補(bǔ)償,2.,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3-38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,(3-49),(3-50),(3-51),圖3-39 B刀補(bǔ)示例,加工如圖3-39外部輪廓零件,ABCD,時(shí)，由,AB,直線段開始，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,A,1,B,1,和,B,2,C,1,。,事實(shí)上，加工完第一個(gè)程序段，刀具中心落在,B,1,點(diǎn)上，而第二個(gè)程序段的起點(diǎn)為,B,2,，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,B,1,至,B,2,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渡圓弧,B,1,B,2,，才能正確加工出整個(gè)零件輪廓。,可見，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。為解決下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響，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，這就是C功能刀具補(bǔ)償。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)處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點(diǎn)情況。,圖3-40a給出了普通數(shù)控系統(tǒng)的工作方法，在系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)BS用以存放下一個(gè)加工程序段的信息，設(shè)置工作寄存區(qū)AS，存放正在加工的程序段的信息，其運(yùn)算結(jié)果送到輸出寄存區(qū)OS，直接作為伺服系統(tǒng)的控制信號(hào)。,圖3-40b為CNC系統(tǒng)中采用C刀補(bǔ)方法的原理框圖，與3-40a不同的是，CNC裝置內(nèi)部又增設(shè)了一個(gè)刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，第一個(gè)程序段先被讀入BS，在BS中算得第一段刀具中心軌跡，被送到CS中暫存后，又將第二個(gè)程序段讀入BS，算出第二個(gè)程序段的刀具中心軌跡。接著對(duì)第一、第二兩段刀具中心軌跡的連接方式進(jìn)行判別，根據(jù)判別結(jié)果，再對(duì)第一段刀具中心軌跡進(jìn)行修正。,修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段刀具中心軌跡由CS送入AS中，第二段刀具中心軌跡由BS送入CS中。,然后，由CPU將AS中的內(nèi)容送到OS中進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送到伺服系統(tǒng)中予以執(zhí)行。當(dāng)修正了的第一段刀具中心軌跡開始被執(zhí)行后，利用插補(bǔ)間隙，CPU又命令第三段程序讀入BS，隨后，又根據(jù)BS和CS中的第三、第二段軌跡的連接情況，對(duì)CS中的第二程序段的刀具中心軌跡進(jìn)行修正。依此下去，可見在刀補(bǔ)工作狀態(tài)，CNC內(nèi)部總是同時(shí)存在三個(gè)程序段的信息。,a),b),圖3-40 兩種數(shù)控系統(tǒng)的工作流程,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,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，直線與直線相接、直線與圓弧相接、圓弧與直線相接、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)接過渡，以直線與直線轉(zhuǎn)接為例來討論刀補(bǔ)建立、刀補(bǔ)進(jìn)行過程中可能碰到的三種轉(zhuǎn)接形式。刀補(bǔ)撤銷是刀補(bǔ)建立的逆過程，可參照刀補(bǔ)建立。,圖3-41和3-42表示了兩個(gè)相鄰程序段為直線與直線，左刀補(bǔ)G41的情況下，刀具中心軌跡在連接處的過渡形式。圖中,為工件側(cè)轉(zhuǎn)接處兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的夾角，其變化范圍為0,0,360,0,，對(duì)于輪廓段為圓弧時(shí)，只要用其在交點(diǎn)處的切線作為角度定義的對(duì)應(yīng)直線即可。,在圖3-42a中，編程軌跡為,FG,和,GH,，刀具中心軌跡為,AB,和,BC,相對(duì)于編程軌跡縮短一個(gè),BD,與,BE,的長度，這種轉(zhuǎn)接為縮短型。,圖3-42b中，刀具中心軌跡,AB,和,BC,相對(duì)于編程軌跡,FG,和,GH,伸長一個(gè),BD,與,BE,的長度，這種轉(zhuǎn)接為伸長型。圖3-42c中，若采用伸長型，刀心軌跡為,AM,和,MC,，相對(duì)于編程軌跡,FG,和,GH,來說，刀具空行程時(shí)間較長，為減少刀具非切削的空行程時(shí)間，可在中間插入過渡直線,BB,1,并令,BD,等于,B,1,E,且等于刀具半徑,r,，這種轉(zhuǎn)接為插入型。根據(jù)轉(zhuǎn)接角,不同，可以將C刀補(bǔ)的各種轉(zhuǎn)接過渡形式分為三類：,（1）當(dāng)180,0,360,0,時(shí)，屬縮短型，見圖3-41a和3-42a。,（2）當(dāng)90,0,180,0,時(shí)，屬伸長型，見圖3-41b和3-42b。,（3）,當(dāng)0,0,90,0,時(shí)，屬插入型，見圖3-41c和3-42c。,圖3-41 G41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,四、刀具補(bǔ)償?shù)膸追N特殊情況,1.在切削過程中改變刀補(bǔ)方向,如圖3-43所示，切削輪廓,MN,段采用G42刀補(bǔ)，而后加工,PQ,段，改變了刀補(bǔ)方向，應(yīng)采用G41刀補(bǔ)，這時(shí)必須在,P,點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)具有長度為刀具半徑的垂直矢量以獲得一段過渡圓弧,AB,。,A G42,B r,1,r,2,r,2,P G41 N M r,1,Q N11 N12,圖3-43 刀補(bǔ)方向改變的切削實(shí)例,圖3-44 刀補(bǔ)半徑改變的實(shí)例,2.改變刀具半徑值,在零件切削過程中刀具半徑值改變了，則新的補(bǔ)償值在下個(gè)程序段中產(chǎn)生影響。如圖3-44所示，N10段補(bǔ)償用刀具半徑,r,1,，N11段變?yōu)?r,2,后，則開始建立新的刀補(bǔ)，進(jìn)入N12段后即按新刀補(bǔ),r,2,進(jìn)行補(bǔ)償。刀具半徑的改變可通過改變刀具號(hào)或通過操作面板等方法來實(shí)現(xiàn)。,3.過切問題,（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)生過切。如圖3-45所示，設(shè)刀具開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)生過切。,N01 G91 G41 G00 X20.0 Y10.0 H01;,N02 Z-48.0;,N03 G01 Z-10.0 F200;,N04 Y30.0