一文（wén）搞懂數控車床（chuáng）加工刀具補償功能
2018-4-20
作者（zhě）：前沿數控技術
一、數控車床用刀具的交換功能
1. 刀具的交換
指（zhǐ）令格（gé）式一：T0101；
該指令為FANUC係統轉刀指令，前麵的T01表示換1號刀，後麵的01表示使用1號刀具補償。刀具號與刀補號可（kě）以相同，也可以（yǐ）不同。
指令格式二： T04D01；
該指令為（wéi）SIEMENS係統轉刀指令，T04表示換4號刀，D01表示使用（yòng）4號刀的（de）1號刀沿作為刀具補償存儲器。
2. 換刀點（diǎn）
所謂換刀點是指刀架自動轉位時的位置。
大部分數控車床，其換刀點的位置是任意的，換刀點應選在刀具交換過程中與工件（jiàn）或夾具不發生幹涉的位置。還（hái）有一些機（jī）床的換刀點位置是一個固（gù）定點，通常情況下，這些點（diǎn）選在靠近機床參（cān）考點的位置，或者取機（jī）床（chuáng）的第二參考點來作為換刀點。
二、刀具（jù）補償功能
1. 刀具補償（cháng）功能的定義（yì）
在數控（kòng）編程過程中，為使編程工作更加方便，通常將數控（kòng）刀具的刀尖假想成一個點，該點稱為（wéi）刀位點（diǎn）或刀尖點。
數控（kòng）機床根（gēn）據刀具實際尺寸，自動改變機床坐（zuò）標軸或刀具刀位點位置，使實際加工輪廓和編程軌跡完全一致的（de）功能，稱為刀（dāo）具補償（係統畫麵上為“刀具補正”）功能。
數（shù）控車床的刀具補償分為：
·刀具偏移（也稱為刀具長度補償（cháng））
·刀尖圓弧半徑補償
2. 刀位（wèi）點的概念
所謂刀（dāo）位（wèi）點是指編製程序和（hé）加工（gōng）時，用於表示刀具特征的點，也是對刀和加工（gōng）的基準點。 數控車刀的刀位點如圖所示。尖形車刀的刀位點通常（cháng）是指刀具的刀尖；圓弧形車刀的刀位點是指圓弧刃的圓心；成形刀具的刀位點也通常是指刀尖。
三、刀具偏移補償
1. 刀具偏（piān）移（yí）的（de）含義
刀具偏移是（shì）用來補償假定刀（dāo）具長度與基準刀具長度之長度差的（de）功能。車床數控係統規定X軸與Z軸可（kě）同時實現刀具偏（piān）移。
刀具幾何偏移：由於刀具的幾何形狀不同和刀具安裝位置不同而產生的刀具偏移。
刀具磨損偏移：由刀具刀尖的磨損產（chǎn）生（shēng）的刀具偏移。
刀具（jù）偏移補償功能示例：
FANUC係統的刀具幾何偏移參數設置如圖所示，如要進行刀具磨損偏移（yí）設（shè）置則隻（zhī）需按下軟鍵（jiàn）[磨（mó）耗]即可（kě）進入相應的設置畫麵。
圖中的代碼“T”指刀沿類型（xíng），不（bú）是指刀具號（hào），也不是（shì）指刀補號（hào）。
2. 利（lì）用刀具幾何（hé）偏移進行對刀操作
（1）對刀操作的定義
調整每把刀的刀位點（diǎn），使（shǐ）其盡量（liàng）重合於某一理想基準點，這一過程稱為對刀。
（2）對刀操（cāo）作的過程
1）手動操作加工端麵，記錄下刀位點的Z向（xiàng）機械坐標（biāo）值。
2）手動操作（zuò）加工外圓，記錄下刀位點的X向機（jī）械坐標（biāo）值，停機測量工件（jiàn）直徑，計算出主軸（zhóu）中心的機械坐標值。
3）將X、Z值輸入相應的（de）刀具幾何偏移存儲器中（zhōng）。
（3）利用刀具幾何偏移進行對刀操作的實質
利（lì）用刀具幾何偏移進行對刀的實質就是利用刀具幾何偏移使工件（jiàn）坐標係（xì）原點與機床原點（diǎn）重合。
3. 刀具偏移（yí）的應用
利用刀具偏（piān）移功能，可以修整因對刀不正確或刀具磨損等原因造成（chéng）的工件（jiàn）加工誤（wù）差。
例：加工（gōng）外圓表麵時，如果外圓直徑比要求的尺寸大了0.2mm，此時隻需將刀（dāo）具偏移存（cún）儲器中的X值減（jiǎn）小0.2，並用原刀（dāo）具及原程（chéng）序重新加工該零件，即可修整該加工誤差。同樣，如出現Z方向的誤差，則其修整辦法相同。
四（sì）、刀尖圓（yuán）弧半徑補償（G40、G41、G42）
1. 刀尖圓弧半徑補償的定義
在實際（jì）加工中，由於（yú）刀具產生磨損及精加工的需要，常（cháng）將車（chē）刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時的刀位點為刀尖圓弧的（de）圓心。
為確保工件輪廓（kuò）形狀，加工時不允許刀具刀尖圓弧的圓心運動（dòng）軌跡與被加工工件輪廓重合，而應與工件輪廓偏移一個半徑值，這種偏移稱為刀尖圓弧（hú）半徑補償。圓弧形車刀的刀刃半徑偏移也與其相同。
2. 假（jiǎ）想刀尖與刀尖圓弧半徑
在（zài）理想狀態下，我們總是將（jiāng）尖形車刀（dāo）的（de）刀位點假想成一個點（diǎn），該點即為假想刀尖（圖中的A點）。
在對刀時也（yě）是以假想刀尖進行對刀。但實際（jì）加工中的車刀（dāo），由於工藝或其他要（yào）求，刀尖往（wǎng）往不是一個理想的（de）點，而是一段圓弧（如圖中的BC圓（yuán）弧）。
所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖（jiān）圓弧所構成的假想圓半徑（圖中的r）。實踐中，所有車刀均有大小不等或（huò）近似的（de）刀尖圓弧，假想刀尖在實際加工中是不存在的。
3. 未使用刀尖（jiān）圓弧半徑補償時的加工誤差分析
（1）加工（gōng）台階麵或端麵時，對（duì）加工表麵的尺寸和形狀影響不大（dà），但在端麵的中心（xīn）位置和台階的清角位置會產生殘留（liú）誤（wù）差，如圖所示。
（2）加工圓錐麵時，對圓錐的錐度不會產生影響，但對錐麵的大小端尺寸會產生較大（dà）的影響，通常（cháng）情況下，會使外錐麵的尺寸變大，而使內錐麵的尺寸變小，如圖所示。
（3）加工圓弧（hú）時，會對圓弧的圓度和圓弧半徑產生影響。
加工外凸圓弧時，會使（shǐ）加（jiā）工後的圓弧半徑（jìng）變小
其值=理論輪（lún）廓（kuò）半（bàn）徑R–刀尖圓弧（hú）半徑r，如圖（tú）所示。
加（jiā）工內凹圓弧時，會使加工後的圓弧半徑變大
其值=理論輪廓（kuò）半徑R+刀尖圓弧半徑r，如圖所示。
4. 刀尖圓弧半徑補償指（zhǐ）令
1）指令（lìng）格式
G41 G01/G00 X_Y_F_；
刀尖圓弧半徑左補償
G42 G01/G00 X_Y_F_；
刀尖圓弧半（bàn）徑右（yòu）補償
G40 G01/G00 X_Y_；
取消刀尖圓弧半（bàn）徑補償）
2）指令說明
刀尖圓弧半徑補償偏置方向的判別：
a）後置刀架，+Y軸向外
b）前（qián）置刀架，+Y軸向內
5. 圓弧車刀刀沿位置的確定
根據各種刀尖形狀（zhuàng）及刀尖位置的不同，數控車刀的刀沿位置如圖所示，共有9種。
a）後置刀架，+Y軸向外
b）前置刀架，+Y軸向（xiàng）內
c）具體（tǐ）刀具的相應刀沿號
P–假想刀尖點 S–刀沿圓心位置 r–刀尖圓弧半徑
部分典型刀具（jù）的刀沿號
a）後置刀架的刀沿位（wèi）置號
b）前置刀架的刀沿位置號
6. 刀尖（jiān）圓弧半徑補償過程
·刀尖（jiān）圓弧半徑（jìng）補償的過程分為三步：
·刀補的建立
·刀補的進行
·刀補的取消
O0010；
N10 G99 G40 G21；
（程序初始化）
N20 T0101；
（轉（zhuǎn）1號（hào）刀，執行1號刀補）
N30 M03 S1000；
（主軸按1000r/min正轉）
N40 G00 X85.0 Z10.0；
（快速點定位）
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補建立）
N60 Z－18.0；
（刀補進（jìn）行）
N70 X80.0；
（刀補進行）
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀（dāo）補取消）
N90 G28 U0 W0；
（返回參考點）
N100 M30；
（1）刀補的建立（lì）
刀補的建立指刀具從起點接近工件時（shí），車刀圓弧刃的（de）圓心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡（jì）偏離一個偏（piān）置量的過程。該過程的實現必須與G00或G01功能在一起才有效。
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補建立）
FC–刀補建立 CDE–刀補進行 EF–刀補取（qǔ）消
（2）刀補進行
在G41或G42程序段後，程（chéng）序進入補償模式，此時車刀圓弧（hú）刃的圓心與編程軌跡始終相距一個偏置量，直到刀補取消。
N60 Z－18.0；
（刀補進行）
N70 X80.0；
（刀（dāo）補進行）
FC–刀補（bǔ）建立 CDE–刀補進行 EF–刀補取消
（3）刀補取消
刀具離開（kāi）工（gōng）件，車刀圓弧刃（rèn）的圓心軌跡過渡到與編程（chéng）軌跡重合的過程稱為刀（dāo）補取消，如圖中的EF段（即N80程序（xù）段）。刀補的取消用G40來執行，需要（yào）特別注意的（de）是，G40必須與G41或G42成對使用。
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補取消）
FC–刀補建立 CDE–刀補進行 EF–刀補取消
7. 進行刀具半徑（jìng）補償時應注意（yì）的事項
（1）刀具圓弧半徑補償模式的建立與取消程序段隻能在G00或G01移動指令（lìng）模式下才有效。
（2）G41／G42不帶參（cān）數，其補償號(代表所用（yòng）刀具對應的刀尖半徑補償值)由T指令指定。該刀尖圓弧半徑補（bǔ）償號與刀具偏置補償號對應。
（3）采用切線切入（rù）方式或法線切入方式建立或取消刀補。對於不便於沿（yán）工件輪廓線（xiàn）方向（xiàng）切向（xiàng）或法向切（qiē）入（rù）切出時，可根據情況（kuàng）增加一個過渡圓弧的輔助程序段。
（4）為了（le）防止在刀具半（bàn）徑補償（cháng）建立（lì）與取消過程中刀具產生過切現（xiàn）象，在（zài）建立（lì）與取消補（bǔ）償時，程（chéng）序段（duàn）的起始位置與終點位置最好與補償方向在同一（yī）側。
（5）在刀具補償模式下，一般不（bú）允許存在連續兩段以上的補償平麵內非移動指令，否則（zé）刀具也會出現過切等危險動（dòng）作。補（bǔ）償平麵非移動指令通常指僅有G、M、S、F、T指令的程序段（如G90、M05）及程序暫停程（chéng）序段（G04 X10.0）。
（6）在選擇刀尖圓弧偏置方向和刀沿位置時，要特別注意前置刀架和後置刀架的區別。
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