数控机床刀具补偿原理 PPT课件

车削加工：可以使用多种刀具，数控系统具备了刀具 长度和刀具半径补偿功能，使数控程序与刀具形状和 刀具尺寸尽量无关，可大大简化编程。
具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件 实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等， 作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺 寸要求的零件轮廓。
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刀具补偿功能还可以满足加工工艺等其他一些要求， 可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整 每次进给量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循 环。另外，因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时， 若仍用原程序，势必造成加工误差，用刀具长度补偿 可以解决这个问题。
在数控立式镗铣床和数控钻床上，因刀具磨损、重 磨等而使长度发生改变时，不必修改程序中的坐标值， 可通过刀具长度补偿，伸长或缩短一个偏置量来补偿 其尺寸的变化，以保证加工精度。
刀具长度补偿原理比较简单，由G43、G44及H（D） 代码指定。
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2. 刀具半径补偿
ISO标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓 ABCD）前进方向的左侧时，称为左刀补，用G41表示。 反之，当刀具处于轮廓前进方向的右侧时称为右刀补， 用G42表示，如图3-36所示。G40为取消刀具补偿指令。
(3-45)
这样，零件轮廓轨迹通过式(3-45)补偿后，就能通过控制
刀架参考点Q来实现。
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P(xp,zp) zpq
Q xpq
图3-35 刀具长度补偿
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加工中心上常用刀具长度补偿，首先将刀具装入刀 柄，再用对刀仪测出每个刀具前端到刀柄基准面的距 离，然后将此值按刀具号码输入到控制装置的刀补内 存表中，进行补偿计算。刀具长度补偿是用来实现刀 尖轨迹与刀柄基准点之间的转换。
1. 直线刀具补偿计算 对直线而言，刀具补偿后的轨迹是与原直线平行的直 线，只需要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值。
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如图3-37所示，被加工直线段的起点在坐标原点，
终点坐标为A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在 O′点坐标已知。刀具半径为，现要计算刀具右补偿后 直线段O′A′的终点坐标A′。设刀具补偿矢量AA′的投影
圆心坐标在坐标原点O，圆弧半径为R，圆弧起点A， 终点B，刀具半径为r。
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r 刀具
A
r
பைடு நூலகம்
B
图3-34 刀具半径补偿
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当实际刀具长度与编程长度不一致时，利用刀具长度 补偿功能可以实现对刀具长度差额的补偿。
加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在 一次加工中使用多把长度不同的刀具，需要有刀具长 度补偿功能。
轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有 刀具半径补偿功能。
坐标为,则
X X X Y Y Y
(3-46)
xOA AAK
X r sin r Y
X2 Y2 47) Y r cos r X
X2 Y2
(3-
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X X (3-4Y8) Y
rY X2 Y2
rX X2 Y2
(3-48)式为直线刀补计算公式，是在增量编程下推导出的。 对于绝对值编程，仍可应用此公式计算，所不同的是 应是绝对坐标。
二、 刀具补偿原理 刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。 铣刀主要是刀具半径补偿； 钻头只需长度补偿； 车刀需要两坐标长度补偿和刀具半径补偿。
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1. 刀具长度补偿
以数控车床为例进行说明，数控装置控制的是刀架参考
点的位置，实际切削时是利用刀尖来完成，刀具长度
补偿是用来实现刀尖轨迹与刀架参考点之间的转换。
刀具补偿原理
一、为什么要进行刀具补偿
如图3-34所示，在铣床上用半径为r的刀具加工外形 轮廓为A的工件时，刀具中心沿着与轮廓A距离为r的 轨迹B移动。我们要根据轮廓A的坐标参数和刀具半径r
值计算出刀具中心轨迹B的坐标参数，然后再编制程序 进行加工，因控制系统控制的是刀具中心的运动。在 轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径，如铣刀半径 或线切割机的钼丝半径等。刀具中心（刀位点）的运 动轨迹并不等于所加工零件的实际轨迹（直接按零件 廓形编程所得轨迹），数控系统的刀具半径补偿就是 把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。
y
y
B
C
D
C
刀补进行
A
D
B 刀补
刀补建立 进行
刀补撤销
O
x
x
A
刀补撤销
刀补建立 O
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在切削过程中，刀具半径补偿的补偿过程分为三个步 骤： （1）刀补建立 刀具从起刀点接近工件，在原来的程 序轨迹基础上伸长或缩短一个刀具半径值，即刀具中 心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹距离一个刀具 半径值。在该段中，动作指令只能用G00或G01。 （2）刀具补偿进行 刀具补偿进行期间，刀具中心轨 迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径的距离。在此状态 下，G00、G01、G02、G03都可使用。 （3）刀补撤销 刀具撤离工件，返回原点。即刀具中 心轨迹从与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编 程轨迹重合。此时也只能用G00、G01。
如图3-35所示，P为刀尖，Q为刀架参考点，假设刀尖
圆弧半径为零。利用刀具长度测量装置测出刀尖点相
对于刀架参考点的坐标xpq，zpq，存入刀补内存表中。 零件轮廓轨迹是由刀尖切出的，编程时以刀尖点P来编程，
设刀尖P点坐标为xp，zp，刀架参考点坐标Q（xq，zq）
可由下式求出：
xq x p x pq z q z p z pq
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三 、刀具半径补偿算法 刀具半径补偿计算：根据零件尺寸和刀具半径值计算 出刀具中心轨迹。对于一般的CNC装置，所能实现的 轮廓仅限于直线和圆弧。刀具半径补偿分B功能刀补与 C功能刀补，B功能刀补能根据本段程序的轮廓尺寸进 行刀具半径补偿，不能解决程序段之间的过渡问题， 编程人员必须先估计刀补后可能出现的间断点和交叉 点等情况，进行人为处理。B功能刀补计算如下：
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y A(X,Y)
O
α
r
ΔY K
α A′(X′,Y′)
ΔXK
x
O′
图3-37 直线刀具补偿
y B′(Xb′,Yb′)
B（Xb,Yb）ΔXΔKY
β O
R
r A′(Xa′,Ya′)
A(Xa,Ya) x
图3-38 圆弧刀具半径补偿
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2. 圆弧刀具半径补偿计算
对于圆弧而言，刀具补偿后的刀具中心轨迹是一 个与圆弧同心的一段圆弧。只需计算刀补后圆弧的起 点坐标和终点坐标值。如图3-38所示，被加工圆弧的