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1、上午11时12分,1,数控技术,1、刀具补偿计算的意义2、刀具长度补偿计算3、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,2,数控技术,3.1、刀具补偿计算的意义,1)由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相关尺寸变化不必重新编写程序，只需修改相应的刀补参数即可。2)当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量加入刀补参数即可。,第三节刀具补偿原理,控制对象：刀架参考点或刀具中心切削部位：刀尖或刀刃边缘刀具补偿长度补偿；半径补偿,上午11时12分,3,数控技术,图2-10不同类型刀具的补偿示意图a)立铣刀b)钻头c)外圆
2、车刀,第三节刀具补偿原理,半径 长度 半径，长度,补偿中使用的刀具参数主要有：刀具半径、刀具长度、刀具中心偏移量,上午11时12分,4,数控技术,3.2、刀具长度补偿计算,图2-11数控车床刀具结构参数示意图,第三节刀具补偿原理,实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架相关点的转换,上午11时12分,5,数控技术,3.2、刀具长度补偿计算,第三节刀具补偿原理,由于在实际操作过程中F与S之间的距离难以直接测得，而理论刀尖点P相对刀架参考点F的距离容易测得，故先计算P相对F的偏移量，再根据情况计算。令Rs0,可得刀具长度补偿的计算公式为：,零件轮廓轨迹经补偿后，通过控制F点来实现,当Rs0时刀尖圆弧半径补偿Rs
3、很小，引起零件轮廓的误差可以不考虑；调试过程及对刀过程已经将Rs引起的误差包含在内。,上午11时12分,6,数控技术,3.2、刀具长度补偿计算,第三节刀具补偿原理,钻床的刀具：刀具安装方式的刀具长度补偿,上午11时12分,7,数控技术,(一)刀具半径补偿原理(二)刀具半径补偿类型(三)方向矢量和刀具半径矢量(四)转接类型的判别(五)刀具半径补偿计算(六)特殊情况处理(七)刀具半径补偿计算小结,3.3、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,数控机床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的运动轨迹不是零件的轮廓，而是加工刀具的中心轨迹。由于用户总是按零件的轮廓编写加工程序，因此，要加工出合格的零件，
4、就必须使加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值，这种偏移就称为刀具半径补偿。,上午11时12分,8,数控技术,1)刀具半径补偿建立。2)刀具半径补偿进行。3)刀具半径补偿撤消。,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,9,数控技术,图2-12刀具半径补偿示意图,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,粗实线为所需加工的零件轮廓虚线为刀具中心轨迹,为了便于分析问题，IS0标准规定：沿编程轨迹(零件轮廓)前进方向看去，当刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边时称为左刀补，用指令G41表示，如图。当刀具中心轨迹在编程轨迹的右边时称为右刀补，用指令G42
5、表示。当不需要进行刀具半径补偿时，可用指令G40来撤消由G41或G42建立的刀具半径补偿。,上午11时12分,10,数控技术,图2-13刀具半径补偿过程示意图,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,11,数控技术,1.刀具半径补偿建立,从起刀点运动到工件刀具半径补偿起始点的过程。根据G41或G42指定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相对刀具半径补偿起始点偏移一个刀具半径值。,刀具半径补偿建立只能在G00或G01的程序段中进行,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,12,数控技术,2.刀具半径补偿进行,控制刀具中心轨迹在工件轮廓的法矢量方向
6、上始终偏移一个刀具半径值的过程。,刀具半径补偿一旦建立，便一直维持补偿状态，直到被撤销为止。,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,13,数控技术,3.刀具半径补偿撤消,刀具撤离工件表面返回到起刀点位置的过程。根据刀补撤销前G41和G42的情况，控制刀具中心轨迹相对刀具半径补偿终点偏移一个刀具半径 值，使刀具回到起刀点。,刀具半径补偿撤销只能在G00或G01的程序段中进行,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,14,数控技术,上述刀具半径补偿算法只适用于自定的二维坐标平面内,而平面的指定是通过G17/G18/G19来设定的。硬件数控采
7、用读一段，算一段，再走一段的数据流方式，无法考虑到两个轮廓段之间刀具中心轨迹的过渡问题，靠编程员解决。CNC中，增设了两组刀补缓冲器，以便让至少两个含有零件轮廓信息的加工程序段（一般保证3个段）的信息同时在CNC系统内部被处理，从而可对刀具中心轨迹及时修正，回避了刀具干涉现象的发生。,刀具半径补偿执行过程相关问题：,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,15,数控技术,刀具半径补偿功能，可以大大简化编程的工作量：1.加工过程中，刀具的磨损和更换是不可避免的，因此刀具的半径也经常变化。采用刀具半径补偿后，不必重新编程，只需要对相应的参数进行修改即可。2.由于轮廓加工
8、往往不是一道工序就能完成的，在粗加工时，要为精加工预留一定的加工余量。加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，不必为粗加工和精加工分别编程。,3.3.1、刀具半径补偿原理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,16,数控技术,走直线、走圆角,圆弧过渡可使刀具中心轨迹或工件轮廓光滑过渡，但在尖角处的加工误差可能变大，尖角不尖。插入直线过渡的加工误差在尖角处较小，并避免在尖角处出现加工停顿现象或刀具干涉现象。,上午11时12分,17,数控技术,图2-14拐角的定义a)外拐角b)内拐角,转接部分的过渡处理与相邻两轮廓段的夹角(拐角/转接角）有关拐角：相邻两轮廓交接点处的切线在工件实体一侧的夹角。036
9、00,001800 外拐角,18003600 内拐角,3.3.2、刀具半径补偿类型,第三节刀具补偿原理,轨迹连接方式：直线接直线；直线接圆弧；圆弧接圆弧；圆弧接直线。,上午11时12分,18,数控技术,1)当090时，刀具半径补偿在此处的转接方式为插入型。2)当90180时，刀具半径补偿在此处的转接方式为伸长型。3)当180360时，刀具半径补偿在此处的转接方式为缩短型。,3.3.2、刀具半径补偿类型,第三节刀具补偿原理,缩短型18003600 伸长型9001800 插入型0900,上午11时12分,19,数控技术,3.3.2、刀具半径补偿类型,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,20,数控
10、技术,第三节刀具补偿原理,直线矢量方向由起点指向终点圆弧矢量半径矢量（矢径）、弦长矢量半径矢量方向由圆弧中心指向圆弧上动点，弦长矢量则由圆弧起点指向终点刀具半径矢量：加工过程中始终垂直于工件的编程轮廓，大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的一个矢量。,方向矢量：与零件轮廓上任意动点运动方向（切线）一致的单位矢量，ld,3.3.3、方向矢量和刀具半径矢量,上午11时12分,21,数控技术,图2-18方向矢量的定义a)直线b)圆弧,第三节刀具补偿原理,1.方向矢量与零件轮廓上任意动点运动方向（切线）一致的单位矢量，ld,3.3.3、方向矢量和刀具半径矢量,上午11时12分,22,数控技术,直线的方
11、向矢量ld在X、Y轴上的投影分量：,3.3.3、方向矢量和刀具半径矢量,第三节刀具补偿原理,对于圆弧而言，其走向有顺逆之分，故圆弧的方向矢量也分顺圆和逆圆两种情况。圆弧的方向矢量ld在X、Y轴上的投影分量：,上午11时12分,23,数控技术,图2-19刀具半径矢量与方向矢量a)左刀补b)右刀补,3.3.3、方向矢量和刀具半径矢量,第三节刀具补偿原理,加工过程中始终垂直于编程轨迹且指向刀具中心，大小等于刀具半径的矢量，rd,方向矢量ld=X1i+Y1j刀具半径矢量rd=Xdi+Ydj,上午11时12分,24,数控技术,图2-20转接类型判别示意图,3.3.4、转接类型的判别,第三节刀具补偿原理,
12、上午11时12分,25,数控技术,(1)缩短型当180360时，有sin0，(2)伸长型当90180时，有sin0且cos，(3)插入型当090时，有sin0且cos0，,3.3.4、转接类型的判别,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,26,数控技术,1.直线接直线2.直线接圆弧3.圆弧接直线4.圆弧接圆弧,指运用矢量法，求出刀具半径补偿过程中刀具中心轨迹在各个转接点处的坐标值。其计算公式不仅与相邻两轮廓的转接类型有关，而且还与刀具补偿所处的阶段有关。,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,27,数控技术,1.直线接直线,(1)缩短型刀具半径补偿处在不同的阶段，
13、其转接点的坐标计算公式是不相同的。(2)伸长型在伸长型刀具半径补偿中，当补偿处在不同的阶段，其转接点的个数以及坐标计算公式也不尽相同。(3)插入型在插入型刀具半径补偿过程中，将涉及到多个转接点的计算。,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,28,数控技术,图2-21直线接直线缩短型刀具半径补偿建立与撤消示意图,1.直线接直线-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,刀具半径补偿建立-转接点（Xs1,Ys1）相对拐点（X1，Y1）相差一个刀具半径矢量刀具半径补偿撤消-转接点（Xs1,Ys1）相对拐点（X1，Y1）相差一个刀具半径矢量,撤消,建立,上
14、午11时12分,29,数控技术,图2-22直线接直线缩短型刀具半径补偿进行示意图,1.直线接直线-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,设直线轮廓l1和l2的单位矢量分别为：,上午11时12分,30,数控技术,1.直线接直线-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,等距线；将XOY坐标系原点平移到（X1，Y1）可求得等距线的直线方程分别为：,求得解：,上午11时12分,31,数控技术,1.直线接直线-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,坐标系移回，求刀具轨迹交点（Xs1,Ys1）a.当X11Y12X12Y12=0 时，l1和l2共线，
15、转接角0,上午11时12分,32,数控技术,1.直线接直线-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,坐标系移回，求刀具轨迹交点（Xs1,Ys1）b.当X11Y12X12Y12 0 时，l1和l2相交转接角180360,上午11时12分,33,数控技术,图2-23直线接直线伸长型刀具半径补偿示意图,1.直线接直线-伸长型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,34,数控技术,图2-24直线接直线插入型刀具半径补偿示意图,1.直线接直线-插入型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,35,数控技术,(1)缩短型(2)伸长
16、型(3)插入型,2.直线接圆弧,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,36,数控技术,14603B,图2-25直线接圆弧缩短型刀具半径补偿示意图,2.直线接圆弧-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,37,数控技术,图2-26直线接圆弧伸长型刀具半径补偿示意图,2.直线接圆弧-伸长型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,38,数控技术,图2-27直线接圆弧插入型刀具半径补偿示意图,2.直线接圆弧-插入型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,39,数控技术,(1)缩
17、短型(2)伸长型(3)插入型,3.圆弧接直线,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,40,数控技术,图2-28圆弧接直线缩短型刀具半径补偿示意图,3.圆弧接直线-缩短型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,41,数控技术,图2-29圆弧接直线伸长型刀具半径补偿示意图,3.圆弧接直线-伸长型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,42,数控技术,图2-30圆弧接直线插入型刀具半径补偿示意图,3.圆弧接直线-插入型,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,43,数控技术,(1)缩
18、短型。(2)伸长型。(3)插入型。,4.圆弧接圆弧,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,44,数控技术,图2-31圆弧接圆弧刀具半径补偿示意图,3.圆弧接直线,3.3.5、刀具半径补偿计算,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,45,数控技术,图2-32特殊情况的刀具半径补偿转接示意图a)=0b)=0c)=90d)=0e)=180,3.3.6、特殊情况处理,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,46,数控技术,表2-6刀具半径补偿计算表,3.3.7、刀具半径补偿计算小结,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,47,数控技术,图2-33刀具半径补偿零件加工实例,3
19、.3.7、刀具半径补偿计算小结,第三节刀具补偿原理,上午11时12分,48,数控技术,分析刀具半径补偿从建立、进行到撤消的全部过程 O点为刀补建立起点、Z点为撤消终点,上午11时12分,49,数控技术,一、进给速度处理二、工件零点设置与撤消的处理三、绝对编程与增量编程的处理,第四节其他预处理,上午11时12分,50,数控技术,一、进给速度处理,第四节其他预处理,根据轮廓插补方法不同，速度处理算法有：1.脉冲增量插补法的速度处理：步进电机，开环数控2.数据采样插补法的速度处理：直流伺服；交流伺服。闭环数控,上午11时12分,51,数控技术,(一)脉冲增量插补法的速度处理,脉冲增量插补法一般用在以
20、步进电动机为执行元件的开环数控系统中。,一、进给速度处理,第四节其他预处理,各坐标轴运动速度通过向该轴步进电动机发送进给脉冲来实现。进给脉冲通过编程中的F确定。每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。,上午11时12分,52,数控技术,(一)脉冲增量插补法的速度处理,一、进给速度处理,第四节其他预处理,一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制
21、，一般为13m/min。,上午11时12分,53,数控技术,(一)脉冲增量插补法的速度处理,一、进给速度处理,第四节其他预处理,常用的脉冲增量插补算法有：逐点比较法和数字积分法,设进给速度F（mm/min），脉冲源频率f(Hz),数控系统脉冲当量为（mm/步）则可推导出进给速度与脉冲频率的关系为：F60f反过来求脉冲源频率为f=F/(60)按其选取脉冲源频率，可以实现所需的进给速度。,上午11时12分,54,数控技术,(一)脉冲增量插补法的速度处理,一、进给速度处理,第四节其他预处理,运算直观，插补误差小于一个脉冲当量 在两个坐标开环的CNC系统中应用比较普遍。但这种方法不能实现多轴联动，其应
22、用范围受到了很大限制。,上午11时12分,55,数控技术,(二)数据采样插补法的速度处理,一、进给速度处理,第四节其他预处理,数据采样插补法一般用在以直流或交流伺服电动机为执行元件的闭环或半闭环数控系统中。各坐标轴的运动速度是通过控制其伺服系统的位移量来实现的，即由一个插补周期内坐标轴的进给量大小来确定。,设插补周期Ts(ms)，编程进给速度F(mm/min)机床面板进给速度倍率为K，则在一个插补周期内进给位移量,上午11时12分,56,数控技术,(二)数据采样插补法的速度处理,一、进给速度处理,第四节其他预处理,数控机床进给系统的速度是不能突变的，进给速度的变化必须平稳过渡，以避免冲击、失步
23、、超程或引起工件超差。在进给轴启动、停止时需要进行加减速控制。在程序段之间，为了使程序段的转接处的被加工面不留痕迹，程序段之间的速度必须平滑过渡，不应有停顿或突变，也需进行加减速控制。加减速在插补前进行，称为前加减速控制；加减速在插补后进行，称为后加减速控制。,上午11时12分,57,数控技术,二、工件零点设置与撤消的处理,第四节其他预处理,机床零点机床参考点工件零点,如果将机床零点或机床参考点选作工件零点，则数控加工程序的编写相当麻烦。为了简化编程以及便于加工程序坐标系的调整，数控系统必须允许编程人员在机床移动部件的运动范围内任意设置工件坐标系。,上午11时12分,58,数控技术,二、工件零
24、点设置与撤消的处理,第四节其他预处理,G92设置工件零点数控装置自动将程序设置值置入位置寄存器显示器显示的坐标位置是相对于工件坐标系的坐标值数控系统内部仍以机床坐标系的绝对零点进行坐标位置的计算,上午11时12分,59,数控技术,二、工件零点设置与撤消的处理,图2-34工件零点设置与撤消的处理,第四节其他预处理,上午11时12分,60,数控技术,二、工件零点设置与撤消的处理,第四节其他预处理,例：G92 X20 Y10 Z10其确立的加工原点在距离刀具起始点X=-20,Y=-10,Z=-10的位置上,G92是规定工件坐标系坐标原点的指令，工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值X、Y、Z为刀具
25、刀位点在工件坐标系中(相对于程序零点)的初始位置。,上午11时12分,61,数控技术,二、工件零点设置与撤消的处理,第四节其他预处理,G92与G54G59,G92指令与G54G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，执行G92指令时，机床不动作，即X、Y、Z轴均不移动。G54G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关,上午11时12分,62,数控技术,三、绝对编程与增量编程的处理,图2-35绝对编程与增量编程的处理,第四节其他预处理,上午11时12分,63,数控技术,图2-36题2-22图,三、绝对编程与增量编程的处理,第四节其他预处理,
