CNC數控編程刀具半徑補償原理

一、刀具半徑補償的基本概念

1. 什（shí）麽是（shì）刀具半徑補償

根據按零件（jiàn）輪廓編製的程序（xù）和預先（xiān）設定的偏置參數，實時自動生（shēng）成刀具中心軌跡的功（gōng）能成為刀具（jù）半徑補（bǔ）償功能（néng）。

2. 刀具半徑功（gōng）能的主（zhǔ）要用（yòng）途

① 由於刀（dāo）具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化時，不必重新編程，隻需修改相應的偏置參數即可。

② 加工餘量的預留可通過修改偏置參數實現（xiàn），而不必為粗、精加工各編製一個程序。

3. 刀具半徑補償的（de）常用（yòng）方法

(1) B刀補

特點（diǎn）：刀具中心軌跡（jì）的段間都是用圓弧連接過渡。

優點：算法簡單，實現容易。

缺（quē）點：

① 外輪廓加工時，由於圓弧連接時，刀（dāo）具始終在一點切削（xuē），外輪廓尖角被（bèi）加工成小圓角。

② 內輪廓加工時，必須由編程人員人為的加一個輔（fǔ）助的（de）過渡圓弧，且必須保證（zhèng）過渡圓弧的半徑大於刀具半徑。這樣：一是增加編程（chéng）工（gōng）作難度（dù）；二是稍有疏忽，過渡圓（yuán）弧半徑小於刀具半徑時，會因刀具幹涉而產生過切，使加工零件報廢。

（2）C刀補

特點：刀具中心（xīn）軌（guǐ）跡段間采用直線連接過渡（dù）。直接實時自動（dòng）計算刀具中心軌跡的轉接交點。

優點：尖角工藝性（xìng）好；在加工內輪廓（kuò）時，可實（shí）現過切自動預報。

兩種刀補在處理方法上的區別：

B刀補采用讀一段，算一段，走一（yī）段的處理方法。故無法預計刀具半徑造成的下一段軌跡對本段軌跡的影響。

C刀補采用（yòng）一次對兩段進行處理的方法。先處理本段，再根據下一段來確定（dìng）刀具中（zhōng）心軌（guǐ）跡的段間過渡狀態，從（cóng）而完成本段刀補運算處理。

二、刀具（jù）半徑（jìng）補償（cháng）的工作原（yuán）理

1. 刀具半徑補償的（de）過程

刀具半徑補償的過程分三步。

（1）刀補建立

刀具從起點接近工件，在編程軌跡基礎上（shàng），刀（dāo）具中心向左（G41）或向右（G42）偏離一個偏置量的距離。不能進行零件的加工。

（2）刀補進行

刀具（jù）中（zhōng）心軌（guǐ）跡與（yǔ）編程軌跡始（shǐ）終偏離（lí）一個偏置量（liàng）的距離。

（3）刀補撤消（xiāo）

刀具（jù）撤離工件，使刀具中心軌（guǐ）跡終點與編程軌跡終點（如起刀點）重合。不能進行加工。

2. C機能刀具半徑（jìng）補（bǔ）償（cháng）的轉接形式和過渡方式

（1）轉接形式

隨著前後兩段編程軌跡線形的不同，相應的刀具中心軌跡有不同的（de）轉接形式。CNC係（xì）統都有直線和圓弧插補功能，對這兩種線形組成的編程軌跡，有四種轉接形式：

① 直線有（yǒu）直線轉（zhuǎn）接；

② 直線與圓弧轉接（jiē）；

③ 圓弧與直線（xiàn）轉接；

④ 圓弧與圓（yuán）弧轉接。

（2）過渡方式

矢量夾角α：兩編（biān）程軌跡在交點處非加工側的夾角。如上（shàng）圖（tú）所（suǒ）示。

根據矢量夾角和刀補方向（G41/G42），從一編程段到另一編（biān）程段的連接方式（過渡方式）有三種（zhǒng）：

縮短型： α≥180°

伸長型： 900≤α≤180°

插入型： 00≤α≤90°

3. 刀具中心軌跡的轉接形式和過渡方式列表

表1、表2給出了四（sì）種轉接形式的三種過（guò）渡方式在插補過程（三步）中的（de）刀（dāo）具中心軌跡的列表。表中，實線---編程軌跡，虛線---刀具中心軌跡，箭頭---走刀方向，α---矢量夾（jiá）角，r—刀具中心偏置量。

對刀補（bǔ）建立程序段（duàn）：

當本段編程軌跡與下段編程軌跡為非縮短型時（shí），刀具（jù）中心將從起刀點快速走到本段編程軌跡終點處的刀具半徑矢量的（de）頂點；當為縮短型時，刀具中心（xīn）將從起刀點快速走到下（xià）段編程軌跡起（qǐ）點處的刀具半徑矢量的頂點（diǎn）。

對刀補撤消程序段：

當本段（duàn）編程軌跡與下段編程軌（guǐ）跡為非縮（suō）短型時，刀具中心將從撤消段編程（chéng）軌跡起點處的（de）刀具（jù）半徑（jìng）矢量的頂點走到編程終點；當為縮短型（xíng）時，刀具中心將從上段編（biān）程軌跡（jì）終點處刀具半徑矢量的頂點快速走（zǒu）到編程軌跡終點。

4. 刀具中心軌跡的計算

計算依據（jù）：編程軌跡和刀具中心偏（piān）置量。

計（jì）算（suàn）任務：計算出刀具中心軌跡各組成線段（duàn）的各交點的值（zhí），如上圖，即計算J，K，C，Cˊ點的坐標值。

計算的已知量：刀具半徑矢量（），編程（chéng）矢（shǐ）量（），矢量夾角α。

計算方法：J點和K點可根據（jù）刀具半徑矢量（liàng）的模量和方向（垂直於編程矢量）計算。C點和Cˊ點的坐標可有已知矢量的幾何關係計算（suàn）。

5. 刀具補償（cháng）的實例

下麵說明（míng）刀具半徑補償的工作過程。如上圖：

（1）讀入（rù）OA，判斷是刀補（bǔ）建立。

（2）讀入AB，根據矢量夾角小於90°過（guò）渡（dù）方式為插入型。則計算a，b，c的坐標值，輸出線段Oa、ab、bc，作為刀心（xīn）軌跡，進行插補。

（3）讀入BC，根據矢量夾角小於90°過渡方式為插入型。則計算d、e的坐標值，輸（shū）出（chū）線段cd、de，作為刀心（xīn）軌跡，進（jìn）行插補（bǔ）。

（4）讀（dú）入CD，根（gēn）據矢量夾（jiá）角大於180°過（guò）渡方（fāng）式為縮短型。則計（jì）算f的坐標值，輸出線段ef，作為刀心軌跡，進行插補（bǔ）。

（5）讀入DE，判（pàn）斷是刀補（bǔ）撤消，根據矢量夾角大於90°而小於180°，過渡（dù）方式（shì）為伸長型。則計算g、h的（de）坐標值，輸出線（xiàn）段fg、gh、hE，作為刀心軌跡，進行插補。

（6）刀具半徑補償處理結束。