一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能

一、數(shù)控車床用刀具的交換功能

1. 刀具的交換

指令格式一：T0101；
該指令為FANUC系統(tǒng)轉(zhuǎn)刀指令，前面的T01表示換1號(hào)刀，后面的01表示使用1號(hào)刀具補(bǔ)償。刀具號(hào)與刀補(bǔ)號(hào)可以相同，也可以不同。

指令格式二： T04D01；
該指令為SIEMENS系統(tǒng)轉(zhuǎn)刀指令，T04表示換4號(hào)刀，D01表示使用4號(hào)刀的1號(hào)刀沿作為刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)器。



2. 換刀點(diǎn)

所謂換刀點(diǎn)是指刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位時(shí)的位置。

大部分?jǐn)?shù)控車床，其換刀點(diǎn)的位置是任意的，換刀點(diǎn)應(yīng)選在刀具交換過(guò)程中與工件或夾具不發(fā)生干涉的位置。還有一些機(jī)床的換刀點(diǎn)位置是一個(gè)固定點(diǎn)，通常情況下，這些點(diǎn)選在靠近機(jī)床參考點(diǎn)的位置，或者取機(jī)床的第二參考點(diǎn)來(lái)作為換刀點(diǎn)。

二、刀具補(bǔ)償功能

1. 刀具補(bǔ)償功能的定義 

在數(shù)控編程過(guò)程中，為使編程工作更加方便，通常將數(shù)控刀具的刀尖假想成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)稱為刀位點(diǎn)或刀尖點(diǎn)。

數(shù)控機(jī)床根據(jù)刀具實(shí)際尺寸，自動(dòng)改變機(jī)床坐標(biāo)軸或刀具刀位點(diǎn)位置，使實(shí)際加工輪廓和編程軌跡完全一致的功能，稱為刀具補(bǔ)償（系統(tǒng)畫面上為“刀具補(bǔ)正”）功能。

數(shù)控車床的刀具補(bǔ)償分為：

刀具偏移（也稱為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償）
刀尖圓弧半徑補(bǔ)償

2. 刀位點(diǎn)的概念 

所謂刀位點(diǎn)是指編制程序和加工時(shí)，用于表示刀具特征的點(diǎn)，也是對(duì)刀和加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。  數(shù)控車刀的刀位點(diǎn)如圖所示。尖形車刀的刀位點(diǎn)通常是指刀具的刀尖；圓弧形車刀的刀位點(diǎn)是指圓弧刃的圓心；成形刀具的刀位點(diǎn)也通常是指刀尖。



三、刀具偏移補(bǔ)償

1. 刀具偏移的含義

刀具偏移是用來(lái)補(bǔ)償假定刀具長(zhǎng)度與基準(zhǔn)刀具長(zhǎng)度之長(zhǎng)度差的功能。車床數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定X軸與Z軸可同時(shí)實(shí)現(xiàn)刀具偏移。

刀具幾何偏移：由于刀具的幾何形狀不同和刀具安裝位置不同而產(chǎn)生的刀具偏移。
刀具磨損偏移：由刀具刀尖的磨損產(chǎn)生的刀具偏移。

刀具偏移補(bǔ)償功能示例：





FANUC系統(tǒng)的刀具幾何偏移參數(shù)設(shè)置如圖所示，如要進(jìn)行刀具磨損偏移設(shè)置則只需按下軟鍵[磨耗]即可進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置畫面。



圖中的代碼“T”指刀沿類型，不是指刀具號(hào)，也不是指刀補(bǔ)號(hào)。 

2. 利用刀具幾何偏移進(jìn)行對(duì)刀操作

（1）對(duì)刀操作的定義

調(diào)整每把刀的刀位點(diǎn)，使其盡量重合于某一理想基準(zhǔn)點(diǎn)，這一過(guò)程稱為對(duì)刀。

（2）對(duì)刀操作的過(guò)程

1）手動(dòng)操作加工端面，記錄下刀位點(diǎn)的Z向機(jī)械坐標(biāo)值。
2）手動(dòng)操作加工外圓，記錄下刀位點(diǎn)的X向機(jī)械坐標(biāo)值，停機(jī)測(cè)量工件直徑，計(jì)算出主軸中心的機(jī)械坐標(biāo)值。
3）將X、Z值輸入相應(yīng)的刀具幾何偏移存儲(chǔ)器中。



（3）利用刀具幾何偏移進(jìn)行對(duì)刀操作的實(shí)質(zhì)

利用刀具幾何偏移進(jìn)行對(duì)刀的實(shí)質(zhì)就是利用刀具幾何偏移使工件坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)重合。

3. 刀具偏移的應(yīng)用

利用刀具偏移功能，可以修整因?qū)Φ恫徽_或刀具磨損等原因造成的工件加工誤差。

例：加工外圓表面時(shí)，如果外圓直徑比要求的尺寸大了0.2mm，此時(shí)只需將刀具偏移存儲(chǔ)器中的X值減小0.2，并用原刀具及原程序重新加工該零件，即可修整該加工誤差。同樣，如出現(xiàn)Z方向的誤差，則其修整辦法相同。 

四、刀尖圓弧半徑補(bǔ)償（G40、G41、G42）

1. 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)亩x

在實(shí)際加工中，由于刀具產(chǎn)生磨損及精加工的需要，常將車刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時(shí)的刀位點(diǎn)為刀尖圓弧的圓心。

為確保工件輪廓形狀，加工時(shí)不允許刀具刀尖圓弧的圓心運(yùn)動(dòng)軌跡與被加工工件輪廓重合，而應(yīng)與工件輪廓偏移一個(gè)半徑值，這種偏移稱為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。圓弧形車刀的刀刃半徑偏移也與其相同。

2. 假想刀尖與刀尖圓弧半徑

在理想狀態(tài)下，我們總是將尖形車刀的刀位點(diǎn)假想成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)即為假想刀尖（圖中的A點(diǎn)）。



在對(duì)刀時(shí)也是以假想刀尖進(jìn)行對(duì)刀。但實(shí)際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一個(gè)理想的點(diǎn)，而是一段圓弧（如圖中的BC圓?。?。

所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖圓弧所構(gòu)成的假想圓半徑（圖中的r）。實(shí)踐中，所有車刀均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖在實(shí)際加工中是不存在的。



3. 未使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償時(shí)的加工誤差分析

（1）加工臺(tái)階面或端面時(shí)，對(duì)加工表面的尺寸和形狀影響不大，但在端面的中心位置和臺(tái)階的清角位置會(huì)產(chǎn)生殘留誤差，如圖所示。



（2）加工圓錐面時(shí)，對(duì)圓錐的錐度不會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)錐面的大小端尺寸會(huì)產(chǎn)生較大的影響，通常情況下，會(huì)使外錐面的尺寸變大，而使內(nèi)錐面的尺寸變小，如圖所示。



（3）加工圓弧時(shí)，會(huì)對(duì)圓弧的圓度和圓弧半徑產(chǎn)生影響。

加工外凸圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變小

其值=理論輪廓半徑R–刀尖圓弧半徑r，如圖所示。



加工內(nèi)凹圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變大

其值=理論輪廓半徑R+刀尖圓弧半徑r，如圖所示。



4. 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令

1）指令格式

G41 G01/G00  X_Y_F_；
刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償
G42 G01/G00  X_Y_F_；
刀尖圓弧半徑右補(bǔ)償
G40 G01/G00  X_Y_；
取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償）

2）指令說(shuō)明

刀尖圓弧半徑補(bǔ)償偏置方向的判別：


a）后置刀架，+Y軸向外
b）前置刀架，+Y軸向內(nèi)

5. 圓弧車刀刀沿位置的確定

根據(jù)各種刀尖形狀及刀尖位置的不同，數(shù)控車刀的刀沿位置如圖所示，共有9種。


a）后置刀架，+Y軸向外
b）前置刀架，+Y軸向內(nèi)
c）具體刀具的相應(yīng)刀沿號(hào)
P–假想刀尖點(diǎn)  S–刀沿圓心位置  r–刀尖圓弧半徑

部分典型刀具的刀沿號(hào)


a）后置刀架的刀沿位置號(hào)
b）前置刀架的刀沿位置號(hào)

6. 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償過(guò)程

刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程分為三步：
刀補(bǔ)的建立
刀補(bǔ)的進(jìn)行
刀補(bǔ)的取消

O0010；
N10 G99 G40 G21；
（程序初始化）
N20 T0101；
（轉(zhuǎn)1號(hào)刀，執(zhí)行1號(hào)刀補(bǔ)）
N30 M03 S1000；
（主軸按1000r/min正轉(zhuǎn)）
N40 G00 X85.0 Z10.0；
（快速點(diǎn)定位）
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補(bǔ)建立）
N60     Z－18.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
N70     X80.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補(bǔ)取消）
N90 G28 U0 W0；
（返回參考點(diǎn)）
N100 M30；

（1）刀補(bǔ)的建立

刀補(bǔ)的建立指刀具從起點(diǎn)接近工件時(shí)，車刀圓弧刃的圓心從與編程軌跡重合過(guò)渡到與編程軌跡偏離一個(gè)偏置量的過(guò)程。該過(guò)程的實(shí)現(xiàn)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(bǔ)建立）

FC–刀補(bǔ)建立  CDE–刀補(bǔ)進(jìn)行  EF–刀補(bǔ)取消

（2）刀補(bǔ)進(jìn)行

在G41或G42程序段后，程序進(jìn)入補(bǔ)償模式，此時(shí)車刀圓弧刃的圓心與編程軌跡始終相距一個(gè)偏置量，直到刀補(bǔ)取消。

N60     Z－18.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
N70     X80.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）

FC–刀補(bǔ)建立  CDE–刀補(bǔ)進(jìn)行  EF–刀補(bǔ)取消

（3）刀補(bǔ)取消

刀具離開工件，車刀圓弧刃的圓心軌跡過(guò)渡到與編程軌跡重合的過(guò)程稱為刀補(bǔ)取消，如圖中的EF段（即N80程序段）。刀補(bǔ)的取消用G40來(lái)執(zhí)行，需要特別注意的是，G40必須與G41或G42成對(duì)使用。

N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補(bǔ)取消）

FC–刀補(bǔ)建立  CDE–刀補(bǔ)進(jìn)行  EF–刀補(bǔ)取消

7. 進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）刀具圓弧半徑補(bǔ)償模式的建立與取消程序段只能在G00或G01移動(dòng)指令模式下才有效。

（2）G41／G42不帶參數(shù)，其補(bǔ)償號(hào)(代表所用刀具對(duì)應(yīng)的刀尖半徑補(bǔ)償值)由T指令指定。該刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號(hào)與刀具偏置補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)。

（3）采用切線切入方式或法線切入方式建立或取消刀補(bǔ)。對(duì)于不便于沿工件輪廓線方向切向或法向切入切出時(shí)，可根據(jù)情況增加一個(gè)過(guò)渡圓弧的輔助程序段。

（4）為了防止在刀具半徑補(bǔ)償建立與取消過(guò)程中刀具產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象，在建立與取消補(bǔ)償時(shí)，程序段的起始位置與終點(diǎn)位置最好與補(bǔ)償方向在同一側(cè)。

（5）在刀具補(bǔ)償模式下，一般不允許存在連續(xù)兩段以上的補(bǔ)償平面內(nèi)非移動(dòng)指令，否則刀具也會(huì)出現(xiàn)過(guò)切等危險(xiǎn)動(dòng)作。補(bǔ)償平面非移動(dòng)指令通常指僅有G、M、S、F、T指令的程序段（如G90、M05）及程序暫停程序段（G04 X10.0）。

（6）在選擇刀尖圓弧偏置方向和刀沿位置時(shí)，要特別注意前置刀架和后置刀架的區(qū)別。