数控技术第4章_2

1、第四章第四章 插补、刀补与速度控制插补、刀补与速度控制 第一节第一节 插补原理与程序设计插补原理与程序设计 第第二节二节 刀具补偿刀具补偿 第第三三节节 进给速度和加减速控制进给速度和加减速控制机械工程学院School of Mechanical EngineeringXian Jiaotong University第二节 刀具补偿第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿一、刀具补偿的基本概念一、刀具补偿的基本概念1. 什么是刀具补偿什么是刀具补偿 将被加工零件的轮廓轨迹转换为刀具中心轨迹的过程。将被加工零件的轮廓轨迹转换为刀具中心轨迹的过程。l 刀具半径补偿刀具半径补偿 由于刀具半径的存在，零

2、件轮廓轨迹与刀具中心轨迹不重合，为由于刀具半径的存在，零件轮廓轨迹与刀具中心轨迹不重合，为了加工出符合图纸要求的零件轮廓，必须进行刀具半径偏移。加工了加工出符合图纸要求的零件轮廓，必须进行刀具半径偏移。加工外轮廓时应向外偏移一个刀具半径，加工内轮廓时应向轮廓内偏移外轮廓时应向外偏移一个刀具半径，加工内轮廓时应向轮廓内偏移一个刀具半径，这种偏移叫做刀具半径补偿。一个刀具半径，这种偏移叫做刀具半径补偿。l 刀具长度补偿刀具长度补偿 对刀具长度差额的补偿对刀具长度差额的补偿.2 2、为什么要进行刀具补偿、为什么要进行刀具补偿 在铣床上用半径为在铣床上用半径为r r的刀具加工外形轮廓为的刀具加工外形轮

3、廓为A A的工件时，刀具中心沿的工件时，刀具中心沿着与轮廓着与轮廓A A距离为距离为r r的轨迹的轨迹B B移动。移动。 因控制系统控制的是刀具中心的运动轨迹，而刀具总有一定的半径，因控制系统控制的是刀具中心的运动轨迹，而刀具总有一定的半径，如轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半径补偿功如轮廓铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半径补偿功能。加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在一次加工中使能。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。用多把长度不同的刀具，需要有刀具长度补偿功能。 AB刀具刀具rr

4、第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿3. 3. 刀具补偿的功用刀具补偿的功用 使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，可大大简使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，可大大简化编程化编程 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，就可以际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，就可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。 可以满足加工工艺等其他一些要求可以满足加工工艺等其他一些要求l 可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整每次进给可以通

5、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。量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循环。l 可以利用小数点后的值，控制轮廓尺寸的公差精度。可以利用小数点后的值，控制轮廓尺寸的公差精度。l 因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时，若仍用原程序，势必因刀具磨损、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，利用刀具补偿可以解决这个问题。造成加工误差，利用刀具补偿可以解决这个问题。第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿二、二、 刀具补偿原理刀具补偿原理 刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。 1.1.

6、刀具长度补偿刀具长度补偿 数控车床数控车床: 数控装置控制的是刀架参考点的位置，实际切削时是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。点之间的转换。 图示图示P为刀尖，为刀尖，Q为刀架参考点，假设刀尖圆弧半径为零。利用为刀架参考点，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。编程时以刀尖点存入刀补内存表中。编程时以刀尖点P来编程，设刀尖来编程，设刀尖P点坐

7、标为点坐标为xp，zp，补偿后刀架参考点，补偿后刀架参考点Q（xq，zq）为：）为：pqpqpqpqzzzxxx P (xp, zp) Q z p q x p q 第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿加工中心常用刀具长度补偿：加工中心常用刀具长度补偿： 首先将刀具装入刀柄，再用首先将刀具装入刀柄，再用对刀仪对刀仪测出每个刀具前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。度补偿是用来实现刀尖轨迹

8、与刀柄基准点之间的转换。数控立式镗铣床和数控钻床：数控立式镗铣床和数控钻床： 因刀具磨损、重磨等而使长度发生改变时，不必因刀具磨损、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，以保证加工精缩短一个偏置量来补偿其尺寸的变化，以保证加工精度。度。 刀具长度补偿原理比较简单，由刀具长度补偿原理比较简单，由G43G43、G44G44及及H H（D D）代码指定。代码指定。 第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿 2.2.刀具半径补偿刀具半径补偿 ISOISO标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹

9、（零件轮标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓廓ABCDABCD）前进方向的左侧时，称为左刀补，用）前进方向的左侧时，称为左刀补，用G41G41表表示。反之，当刀具处于轮廓前进方向的右侧时称为右刀示。反之，当刀具处于轮廓前进方向的右侧时称为右刀补，用补，用G42G42表示。表示。G40G40为取消刀具补偿指令。为取消刀具补偿指令。刀补撤销刀补撤销刀补建立刀补建立刀补进行刀补进行B C AD O y x a) G41 左刀补左刀补b) G42右刀补右刀补 x y O D C BA刀补建立刀补建立刀补进行刀补进行刀补撤销刀补撤销第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿刀具半径补偿过程刀具半径补

10、偿过程( (分三个步骤分三个步骤) )： （1 1）刀补建立）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 2）刀补进行）刀补进行 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 3）刀补撤销）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。注意：注意：刀具半径补偿只能在指定的二维平面内进行。用G

11、17指定XY平面，用G18指定ZX平面，用G19指定YZ平面。第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿三三 、刀具半径补偿算法、刀具半径补偿算法 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CNCCNC装置，所能实现的轮廓仅限于直线和圆弧。刀具半径补偿装置，所能实现的轮廓仅限于直线和圆弧。刀具半径补偿分分B B功能刀补与功能刀补与C C功能刀补。功能刀补。1.1. B B功能刀补计算功能刀补计算 B 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，

12、编程人员必须先估计刀补后可能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。出现的间断点和交叉点等情况，进行人为处理。l 直线刀具补偿计算直线刀具补偿计算 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。要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值。第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿l 直线刀具补偿计算直线刀具补偿计算 被加工直线段的起点在坐标原点，终点坐标为被加工直线段的起点在坐标原点，终点坐标为A A。已知上一程。已知上一程序段加工完后，刀具中

13、心在序段加工完后，刀具中心在OO点，刀具半径为点，刀具半径为r r，现要计算刀具右，现要计算刀具右补偿后直线段补偿后直线段OOA A的终点坐标的终点坐标A A。设刀具补偿矢量。设刀具补偿矢量AAAA的投的投影坐标为影坐标为 X Y ,X Y ,则则YYYXXXAKAxOA22sinYXYrrX22cosYXXrrY y O x X y A(X,Y) r Y A(X,Y) x O K 第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿 此式为，是在增量此式为，是在增量编程下推导出的。对于编程下推导出的。对于绝对值编程，仍可应用绝对值编程，仍可应用此公式计算，所不同的此公式计算，所不同的是应为绝对坐标。是应为

14、绝对坐标。 y O x X y A(X,Y) r Y A(X,Y) x O K 直线刀补计算公式直线刀补计算公式22YXrXYY22YXrYXX第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿l 圆弧刀具半径补偿计算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。被加工圆弧段圆弧。只需计算刀补后圆弧的起点坐标和终点坐标值。被加工圆弧的圆心坐标在坐标原点的圆心坐标在坐标原点O，圆弧半径为，圆弧半径为R，圆弧起点，圆弧起点A，终点，终点B，刀具，刀具半径为半径为r。 假

15、定上一个程序段加工结束后刀具中心为假定上一个程序段加工结束后刀具中心为A，其坐标已知。那么圆，其坐标已知。那么圆弧刀具半径补偿计算的目的，就是计算出刀具中心轨迹的终点坐标弧刀具半径补偿计算的目的，就是计算出刀具中心轨迹的终点坐标B 。 ,设设BB在两个坐标上的投影在两个坐标上的投影 为则为则XXbbX YYYbbBKBBOxbbYX,YX , y O x B(Xb,Yb) A(Xa,Ya) X K B（Xb,Yb） Y O R A(Xa,Ya) r 第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿RYrrYRXrrXbbsincosRrYYYRrXXXbbbbbb y O x B(Xb,Yb) A(Xa

16、,Ya) X K B（Xb,Yb） Y O R A(Xa,Ya) r 圆弧刀补计算公式圆弧刀补计算公式第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿B B刀补示例刀补示例 加工外部轮廓零件加工外部轮廓零件ABCD时，由时，由AB直线段开始，接着加工直线直线段开始，接着加工直线段段BC，根据给出的两个程序段，按，根据给出的两个程序段，按B刀补处理后可求出相应的刀心刀补处理后可求出相应的刀心轨迹轨迹A1B1和和B2C1。 两个程序段之间出现了断点，只有刀具中心走一个从两个程序段之间出现了断点，只有刀具中心走一个从B1至至B2的附的附加程序，即在两个间断点之间增加一个半径为刀具半径的过渡圆弧加程序，即在两个

17、间断点之间增加一个半径为刀具半径的过渡圆弧B1B2，才能正确加工出整个零件轮廓。，才能正确加工出整个零件轮廓。 y D1 A D2 O B2 B C x C2 A1 B1 D C1 A2 第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿2. C2. C功能刀具补偿功能刀具补偿 根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀具中根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转换，并自动在转接点处插入过渡圆弧或直心轨迹的转换，并自动在转接点处插入过渡圆弧或直线从而避免刀具干涉和断点情况。线从而避免刀具干涉和断点情况。 C功能刀补更为完善，功能刀补更为完善， 弥补了弥补了B功能刀补的不足。功能刀补的不足。 目

18、前目前 CNC系统中系统中 均采用均采用C刀补方法。刀补方法。ABC”CBAG41刀具刀具G42刀具刀具编程轨迹编程轨迹刀具中心轨迹刀具中心轨迹C第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿 a) b) 两种数控系统的工作流程两种数控系统的工作流程 缓冲寄存区缓冲寄存区 BS工作寄存区工作寄存区 AS输出寄存区输出寄存区 OS输出寄存区输出寄存区 OS工作寄存区工作寄存区 AS刀 补 缓 冲 区刀 补 缓 冲 区 CS缓冲寄存区缓冲寄存区 BSl C功能刀补的实现方法功能刀补的实现方法缓冲寄存区缓冲寄存区BS：存放下一个加：存放下一个加工程序段的信息工程序段的信息工作寄存区工作寄存区AS：存放正在加

19、工：存放正在加工的程序段的信息的程序段的信息输出寄存区输出寄存区OS：运算结果作为：运算结果作为伺服系统的控制信号。伺服系统的控制信号。C刀补方法在刀补方法在CNC装置内部增设装置内部增设了一个刀补缓冲区了一个刀补缓冲区CS：第一第一程序段先被读入程序段先被读入BS，在，在BS中算得第一段刀具轨迹，被中算得第一段刀具轨迹，被送到送到CS暂存，又将第二段读暂存，又将第二段读入入BS，算出第二段的刀具轨，算出第二段的刀具轨迹。接着对两段刀具的连接迹。接着对两段刀具的连接方式进行判别，根据判别结方式进行判别，根据判别结果，再对第一段刀具中心轨果，再对第一段刀具中心轨迹进行修正。迹进行修正。第二节第二

20、节 刀具半径补偿刀具半径补偿l 程序段间的转接程序段间的转接 在在CNC装置中，处理的基本廓形是直线和圆弧装置中，处理的基本廓形是直线和圆弧 相互连接方式：直线与直线相接相互连接方式：直线与直线相接 直线与圆弧相接直线与圆弧相接 圆弧与直线相接圆弧与直线相接 圆弧与圆弧相接圆弧与圆弧相接第二节第二节 刀具半径补偿刀具半径补偿缩短型缩短型 1800 3600 刀具中心轨迹相对于编程刀具中心轨迹相对于编程 轨迹缩短一个长度；轨迹缩短一个长度；伸长型伸长型 900 1800 刀具中心轨迹相对于编程刀具中心轨迹相对于编程 轨迹伸长一个长度；轨迹伸长一个长度；插入型插入型 00 900 为减少刀具非切削的空行程为减少刀具非切削的空行程 时间，可在中间插入过渡直线。时间，可在中间插入过渡直线。l 转接过渡方式：转接过渡方式： 以工件侧转接处两个运