浅谈在数控车床加工中刀尖圆弧半径补偿的应用

在数控车削加工中，无论是加工外圆、端面，或是加工内孔，假想刀尖轨迹与工件外形一致（尖角除外）。所以可按工件尺寸编程。不会产生误差。但是在切削圆弧或切削圆锥面时，因为车刀刀尖或多或少都具有一定的半径值，如果不进行刀尖半径补偿就会产生欠切现象，影响零件的加工精度。所以，为了实现精密切削和简化程序，在数控车削加工中同样要运用刀具半径补偿功能，所以刀具半径补偿非常重要。本文将会对车削加工中对过切现象进行分析，对刀尖圆弧半径补偿运用方法进行阐述。

一、引言

编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，如图1所示的P/点就是理论刀尖。但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径R是0.2―1.6之间），如图2所示X向和Z向的交点P称为假想刀尖，该点是编程时确定加工轨迹的点，数 图1带圆弧刀尖 图2刀尖切削位置

控系统控制该点的运动轨迹。然而实际切削时起作用的切削刃是圆弧的切点A、B，它们是实际切削加工时形成工件表面的点。很显然假想刀尖点P与实际切削点A、B是不同点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。

二、假想刀尖的轨迹分析

1、加工圆锥面的误差分析

车削外圆锥面时，实际切削点与理想刀尖在X、Z轴方向上都存在位置偏差（如图3所示），以P点编程的轨迹为图中实线，刀尖圆弧实际切削轨迹为图中虚线，实线与虚线之间区域为欠切现象。由图可知刀尖圆弧半径越大，加工误差也就越大 。 图3车圆锥产生偏差

2、加工圆弧面的误差分析

圆头车刀加工圆弧面和加工圆锥面基本相似。如图4是加工1/4凸凹圆弧，CD为工件轮廓线，O点为圆心，半径为R，刀具与圆弧轮廓起点、终点的切削点分别为C和D，对应假想刀尖为C1和D1。对图4a所示凸圆弧加工情况，圆弧C1D1为假想刀尖轨迹，O1点为圆心，半径为（R+r）；对图4b所示凹圆弧加工情况，圆弧C2D2为假想刀尖轨迹，其圆心是O2点半径为（R-r）。 图4圆头刀加工圆弧

如果按假想刀尖轨迹编程，则要以图中所示的圆弧C1D1或C2D2（虚线）有关参数进行程序编制。

在加工各表面的过程中，刀具实际切削点的位置会随着加工表面的不同而变化，但不管实际切削点的位置如何变化，刀尖圆弧的圆心始终与实际切削点保持一个刀尖圆弧半径值，故可采用刀尖圆心作为刀位点进行编程。在加工前，可通过数控系统使刀具刀心按规定方位偏离一个半径值，这样刀具实际切削的轨迹即为零件轮廓线的轨迹，称该功能为刀尖圆弧半径补偿。

三、刀具半径补偿方法

现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须通过数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀具半径的相关参数：刀尖圆弧半径R和刀尖方位T。加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。需要注意的是：有些具有G41、G42功能的数控系统，除了输入刀头圆角半径外，还应输入假想刀尖相对于圆头刀中心的位置，这是由于内、外圆车刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。

对于有些不具备补偿功能经济型数控系统的车床可直接按照假想刀尖的轨迹进行编程，即在编程时给出假想刀尖的轨迹。如果采用手工编程计算相当复杂，通常可利用计算机绘图软件（如AutoCAD、CAXA电子图版等）先画出工件轮廓，再根据刀尖圆角半径大小绘制相应假想刀尖轨迹，通过软件查出有关点的坐标来进行编程；对于较复杂的工件也可以利用计算机辅助编程（CAM），如用CAXA数控车软件进行编程时，刀尖半径补偿有两种方式：编程时考虑半径补偿和由机床进行半径补偿，对于有些不具备补偿功能数控系统应该采用编程时考虑半径补偿，根据给出的刀尖半径和零件轮廓会自动计算出假想刀尖轨迹，通过软件后置处理生成假想刀尖轨迹的加工程序。对于这类数控系统当刀具磨损、重磨、或更换新刀具而使刀尖半径变化时，需要重新计算假想刀尖轨迹，并修改加工程序，既复杂烦琐，又不易保证加工精度。

四、刀具半径补偿参数及设置

1、刀尖半径 补偿刀尖圆弧半径大小后，刀具会自动偏离零件轮廓半径距离。因此必须将刀尖圆弧半径尺寸输入系统的存储器中。一般粗加工取0.8mm，半精加工取0.4 mm， 精加工取0.2mm。

2、车刀形状和位置 车刀形状不同，决定刀尖圆弧所在的位置不同，执行刀具补偿时，刀具自动偏离零件轮廓的方向也就不同。因此也要把代表车刀形状和位置的参数输入到存储器中。

五、刀尖圆弧半径补偿的意义

刀尖圆弧半径补偿在数控车床加工工件的过程中，大大提高了工件的数值精确度。在编写程序的时候更为简单和容易，节省了大量的时间。生产同样规格的工件，采用了刀具位置补偿的生产企业能够节省更多的时间，对于加强企业的竞争了来说是尤为重要的。株洲硬质合金集团作为我国刀具企业的佼佼者在这一方面一直做得很好，通过与时俱进，引进最先进的技术来克服生产中的问，将生产效率提高了几倍。在数控车床中进行刀具补偿，减少了人力物力，给车间管理也带来了很大的益处。简化的程序帮助刀具在磨损的情况下仍然能够加工出规格一致的工件。

六、参考文献

[1]郎一民：数控车削编程技术. [M].北京：中国铁道出版社，2010，1

[2]肖卫宁：数控车削编程与操作训练.[M] 北京：高等教育出版者，2005，7

[3]胡 桃：数控车削编程与操作基础.[M] 武汉：武汉华中数控股份有限公司，2008，3