数控车床刀具补偿的判断

摘要：车刀有刀尖，但是有多尖呢，是不是小到一个点呢？就算是一个点，这个点多大呢？实际情况下，刀尖再小也是有大小的，我们一般用刀尖半径来表达，所以刀尖半径补偿是数控车削加工中的重要问题。不同的数控车床有不同的刀架，不同的刀架有不同的补偿 ,坐标轴和坐标平面的不同,刀尖半径补偿判断方法就有区别,判断方向性就是一个大问题。本文就车刀刀尖半径补偿方向的判断问题进行一些自己的分析。

关键词：刀具 刀补 判断  方向性

一、刀具补偿的概念

刀具补偿的概念我们在加工中是不能回避的概念，例如，一块总长100CM的钢棒分成10CM的一小段，能分几段，如果用数学，我们能轻易得出100除以10，正好等于10。在数学中这是正确的，但在实际中，我们认为是不可能的，为什么？因为不管你用锯加工，还是切断刀，它们都是有宽度的，所以应该加上在加工中变成铁屑的部分，我们不可能得到10段。在二十世纪60-70年代的数控加工中没有补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系进行编程，容易产生错误，补偿的概念出现以后很大的提高了编程的工作效率。

编程的时候，是看成一个点的运动来编运动轨迹的，而实际上刀具总有一定的刀具半径或刀尖的圆弧半径，所以在零件轮廓加工过程中刀位点运动轨迹并不是零件的实际轮廓，它们之间相差一个刀具半径，为了使刀位点的运动轨迹与实际轮廓重合，就必须偏移一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。

如下图所示

二、刀尖半径补偿原理

在数控铣床上进行轮廓加工时，因为铣刀有一定的半径，所以刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合，如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，而加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈（加工外轮廓时），或大了一圈（加工内轮廓时），为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是所谓的刀具半径补偿指令。应用刀具半径补偿功能时，只需按工件轮廓轨迹进行编程，然后将刀具半径值输入数控系统中，执行程序时，系统会自动计算刀具中心轨迹，进行刀具半径补偿，从而加工出符合要求的工件形状，当刀具半径发生变化时也无需更改加工程序，使编程工作大大简化。实践证明，灵活应用刀具半径补偿功能，合理设置刀具半径补偿值，在数控加工中有着重要的意义。  

三、刀尖半径补偿方向的判断

在车床加工中，刀具补偿是解决编程的工作效率和加工的工作效率，在教学中学生对刀补的指令G40、G41、G42的格式背的滚瓜烂熟，但是在加工过程中还是总出现使用有误的问题，主要是方向判断有误。下面对刀补在车床的左右刀补的判断谈一下个人看法。

在判断左右刀补的过程中，大家一直都依照左右手定则，给出如下定义。

沿第三轴的反方向看去，再沿着刀具的前进方向看去被切削工件在刀具的左侧，刀具左补偿（G41）。再沿第三轴反方向看，沿着刀具的前进方向看去被切削工件在刀具的右侧，刀具右补偿（G42）。

 

X

X

Y

O

O

Y

图2

 我们先来看图，图上给的刀具运动方向和刀补方向在实践中是完全正确的。加工出来的工作是合格的。那我们用左右手定则来判断一下，为什么是相反的呢？再看图2

 

图中给出的两个面XOY面和YOX面，学生可能都认为是同一个面，其实是两个面，如果是一张纸面的话，是不是应该是个正反面呢，在XOY面判断Z的正方向时，我们在使用右手定则的时候，四指的方向是X的正方向，逆方向旋转90度的正方向，大拇指是Z的正方向时，我们在使用左手定则的时候四指的方向是Y的正方向，逆时针旋转`90度为X的正方向，大拇指是Z的正方向。如图3：

 

X

Y

O

Y

X

Z

Z

图3

 

 

这样的话，Z的正方向如图看出来是一个方向，但我们判断Z的方向时眼睛所看到的是纸的反正面，这样就不难看出面XOY和面YOX是两个面。

那么,上面的定义就只能适合铣床，因为铣床工作台是固定的，铣床的坐标轴也是固定不动的，我们在判断刀补方向的时候都是沿着Z轴反方向看去的。而车床指向刀架的为X轴的正方向，指向尾座为Z的正方向，那么前后刀架的X方向是相反的，就导致Y轴的方向是相反的，这样我们往往不考虑沿第三轴的反方向看去，导致对刀补的判断产生误差。

我们把坐标画上，如图4：

 

 

 

 

 

 

 

X

Y

Z

X

Y

Z

Z

X

Y

Z

X

Y

图4

 

 

四、刀尖半径补偿注意事项

在使用刀补时我们还应注意以下几点：

1.       G41/G42不带参数，其补偿号（代表所用刀具对应的刀尖半径补偿值）由T代码指定，其刀尖圆弧补偿号与刀具偏置补偿号对应。

2.       刀尖半径补偿的建立与取消只能用G00或G01指令，不能是G02或G03。

3.       在调用新刀具前或更改刀具补偿方向时，中间必须取消刀具补偿。目的是避免产生加工误差。

4.       刀尖半径补偿取消在G41或G42程序段后面，加G40程序段。

5.       在G71~G73指令中，P点和Q点之间不应包括刀尖补偿，而应在循环前编写刀尖半径补偿，通常在趋近起点的运动中。

五、举例说明刀尖半径补偿的应用

如图5，编制精加工程序：

工艺分析：

加工使用的机床刀架为前置刀架，根据前面所说的判断方法，本例所用刀补应选择右刀补G42，计算出圆弧R15与R5的节点坐标为（24，24），其余各点坐标如图所示。为了在加工过程中刀具与工件不发生干涉，所选刀具刀尖角为35度。编写精加工程序如下：

 

O0001

N1 T0101                换一刀号，确定坐标系

N2 M03 S1200            主轴以1200r/min正转

N3 G00 X40 Z2            到程序的起点位置

N4 G00 X0               刀具移到工件中心

N5 G01 G42 Z0 F60        加入刀尖圆弧半径补偿，工进

N6 G03 U24 W-24 R15      加工R15圆弧段

N7 G02 X26 Z-31 R5       加工R5的圆弧段

N8 G01 Z-40              加工φ26外圆

N9 G00 X30              退出已加工表面

N10 G40 X40 Z5          取消半径补偿，返回程序起点

N11 M30                主轴停，主程序结束并复位

 

这样我们就不难判断出左右刀补，在加工过程中也就不会产生错误。大大提高了编程的效率和工件的成品率。我们在教学中合理使用刀具补偿，也能大大提高教学质量，使学生很快的解决了对刀补的迷茫，在对刀补的判断上，也会做到快而准确。