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. 什麽是刀具（jù）半徑補償

根據按零件輪廓編（biān）製的程序和預先設定的偏置參數，實時自動生成刀具中心軌跡的功能成為刀具半徑補償（cháng）功能（néng）。

2. 刀具半徑功能（néng）的主要用途

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

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

3. 刀（dāo）具半徑補償（cháng）的常用方法

(1) B刀補

特點：刀具中心軌（guǐ）跡的段間都（dōu）是用圓弧連接過渡。

優點：算法簡單，實現容易。

缺點：

① 外（wài）輪廓加工時，由於圓弧連（lián）接時，刀具始終（zhōng）在（zài）一點（diǎn）切削，外輪廓尖角被加工成小圓角。

② 內輪廓加工時，必須由（yóu）編程人員人（rén）為的加一個（gè）輔助的過（guò）渡圓弧，且必須保證過（guò）渡圓（yuán）弧的半徑大於（yú）刀具半徑。這樣（yàng）：一是增加編程工作難度；二（èr）是稍有疏忽，過（guò）渡圓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（líng）件（jiàn）報廢。

（2）C刀（dāo）補

特點：刀具中（zhōng）心（xīn）軌跡段間采用直線（xiàn）連接（jiē）過渡。直接實時自動計算刀具中心（xīn）軌跡的轉（zhuǎn）接交點。

優點：尖角工藝性好；在加工內輪廓（kuò）時，可實現過切自動預報。

兩種刀補在處理方（fāng）法上的區（qū）別：

B刀補（bǔ）采用讀一段，算一段，走（zǒu）一段的處理方法。故（gù）無法預計刀（dāo）具半徑造成的下一段軌跡對本段軌跡的影響。

C刀補采用一次（cì）對兩段進行（háng）處理的方法。先處理本段（duàn），再根據下一（yī）段來（lái）確定刀具中心軌跡的段（duàn）間過渡狀態，從而完（wán）成本段刀補運算處理。

二、刀（dāo）具半徑補償的工作原理

1. 刀具半徑補（bǔ）償的（de）過程

刀具半徑（jìng）補償的過程分三步。

（1）刀補建立

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

（2）刀補進行

刀具中心軌跡與編程軌跡始終偏離一個偏（piān）置量的距（jù）離。

（3）刀補撤消

刀具撤離工件，使刀具中心軌跡終點（diǎn）與編（biān）程軌跡終點（如起刀點）重合。不能進行加工。

2. C機能刀具半徑補償的轉接形式和過渡方式

（1）轉接形式

隨（suí）著前後兩（liǎng）段編（biān）程軌（guǐ）跡線形的不同，相應的刀具中心軌跡（jì）有不同的轉接形式。CNC係統都有直線（xiàn）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 直線有直線轉接；

② 直線（xiàn）與圓弧轉接；

③ 圓弧與直線轉接；

④ 圓弧（hú）與圓（yuán）弧（hú）轉接。

（2）過渡方式

矢量（liàng）夾角α：兩編程軌跡在（zài）交點處非加工側的夾角（jiǎo）。如上圖所示。

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

縮短型： α≥180°

伸長型： 900≤α≤180°

插入型： 00≤α≤90°

3. 刀具中心軌（guǐ）跡的（de）轉接形式和（hé）過渡方式列表（biǎo）

表1、表（biǎo）2給出了四種轉接形式的三種過渡方式在插補過程（三步）中的（de）刀具中心軌跡的列表。表中，實線---編程軌跡，虛線---刀具（jù）中心軌跡，箭頭---走（zǒu）刀方向，α---矢量夾角，r—刀具中心偏置量。

對刀補（bǔ）建立程（chéng）序段：

當（dāng）本段編程軌跡與下（xià）段編程軌跡（jì）為非縮短型時，刀具（jù）中心將從起刀點快（kuài）速走到本段編程軌跡終點處的（de）刀具半（bàn）徑（jìng）矢量的頂點；當為縮短型時，刀具中心將從起刀點快速走到下（xià）段編程（chéng）軌跡起點處的刀具半徑矢量的頂點。

對刀補撤消程序段：

當本（běn）段編程軌跡與（yǔ）下段編程軌跡為非縮短型（xíng）時，刀具中心將從撤消段（duàn）編程軌（guǐ）跡起（qǐ）點處的刀具半徑矢量的頂點走到編程終點；當為縮短（duǎn）型時，刀具中心將從上段編（biān）程軌跡終點（diǎn）處刀具半徑矢量的（de）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：編程軌跡和刀具（jù）中心偏（piān）置量。

計算任務：計算出刀（dāo）具中心軌跡各組成線段的各交點的值，如上圖，即計算J，K，C，Cˊ點的坐標值。

計（jì）算的已知量：刀具半徑矢量（），編程矢量（），矢（shǐ）量夾角α。

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

5. 刀具補償（cháng）的實例

下麵說明刀具半徑補償的工作過程。如上圖：

（1）讀入OA，判斷是刀補建立（lì）。

（2）讀入AB，根據矢量夾角小於90°過渡方式（shì）為插入型。則計算a，b，c的坐標值，輸出（chū）線段Oa、ab、bc，作為刀心軌跡，進行插補。

（3）讀（dú）入BC，根據矢量夾角小於90°過（guò）渡方式為插入型。則計（jì）算d、e的（de）坐標值，輸（shū）出線段cd、de，作為刀心軌跡，進行插補。

（4）讀入CD，根據矢量夾（jiá）角大於180°過渡（dù）方式（shì）為縮短型。則（zé）計算（suàn）f的坐標值，輸出線（xiàn）段ef，作為刀心軌跡，進（jìn）行插補。

（5）讀入DE，判斷是刀補撤消，根據（jù）矢量夾角大於90°而小於180°，過（guò）渡（dù）方式為伸長型。則計（jì）算g、h的坐（zuò）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（jìng）補償處理結束。