数控车床加工中的刀具补偿应用

1、机械 2011年增刊 总第38卷 机械制造技术 ·89·数控车床加工中的刀具补偿应用单东伟，刘梅，迟永刚（中国工程物理研究院，四川 绵阳 621900）摘要：刀具补偿功能使刀具切削刃相对基准面位置进行偏置以补偿误差，实现数控机床刀具的精确运动轨迹。介绍了数控加工中的刀具补偿原理及其设置方法，并结合实际加工经验介绍了FANUC和SIEMENS控制系统中刀具补偿功能的应用要点，为合理设置数控加工刀具补偿提供借鉴。 关键词：数控；刀具补偿；长度补偿；半径补偿；刀尖半径数控技术产生于20世纪中期。随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术对制造技术的影响不断扩大。在制造领域，尤

2、其在金属加工领域，数控技术已带来革命性的影响。则只能按刀位点的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要求先根据工件轮廓尺寸和刀具直径计算出刀具刀位点的运动轨迹尺寸。因此计算量大、复杂，且刀具磨损、更换后需重新计算刀位点的轨迹尺寸，重新编制加工程序。1 刀具补偿的提出数控技术的基本原理就是通过编程，使刀具在与某一固定基准相距预先确定的距离进行运动。每个轴通常只有一个基准面，当加工过程中使用的刀具不止一把时，各刀具之间的长度和尺寸就必然存在差异。如果原刀具切削刃被设置在轴运动的参考面上，当新换刀具与原刀具存在尺寸差异，则该刀具就不能从同一基准面开始加工，而必须对刀具的运动进行一定的偏置，以调节该尺寸差。此

3、外，加工过程中刀具不断磨损，使用磨损了的刀具调用原程序进行加工，势必造成加工误差。基于以上两方面问题，数控系统便采用刀具补偿的方式给予解决。刀具补偿功能实质就是使刀具切削刃相对于给定基准面位置进行偏置以补偿误差。数控系统若具有刀具补偿功能，则加工程序可按工件轮廓尺寸进行编制，在建立、执行了刀具偏置后，数控系统便自动计算，将刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。由于直接利用工件尺寸编制加工程序，刀具磨损或更换时加工程序均不变，因此使用简单、方便。如果数控机床不具备刀具补偿功能，2 刀具补偿原理及实现对于数控车床，刀具补偿具有刀具长度补偿和刀具半径补偿两种功能。补偿功能是在程序中通过补偿指令（G41、G

4、42）调用相应的刀具补偿参数实现。每把刀具的长度补偿和刀尖圆弧半径补偿参数存储在刀具补偿号下，在加工之前输入到对应的存储器。在程序自动执行过程中，数控系统将按照该存储器中的X、Z、R、T的数值，自动修正刀具的位置误差并进行刀尖圆弧半径补偿。在FANUC数控系统中程序使用T功能指定刀具补偿，TXXXX中前两位XX数字代表所用刀具号，后两位XX数字代表刀具补偿号。如T0202，是指2号位刀具的第二组补偿参数系列；如果刀具补偿号为TXX00，则表示取消该刀具的刀补。在SIEMENS数控系统中程序使用T、D功能指定刀具补偿，即T中数值代表刀具号，D中数值代表刀具补偿号。如T2 D2，是指2号位刀具的第

5、二组补偿参数系列；如果刀具补偿号为TXX D0，则表示取消该刀具的刀补。收稿日期：20100918作者简介：单东伟（1970），山东莱州人，男，本科，中级技师，主要从事数控设备操作及零件加工工作。·90· 2.1 刀具长度补偿 机械制造技术 机械 2011 年增刊 总第 38 卷 件加工也将产生影响。这方面引起的加工误差数控 系统是通过刀具圆弧半径补偿来解决。通过设置补 偿界面内的 R 参数实现对理论刀尖点与实际刀尖点 不一致的补偿；通过设置补偿界面内的 T 参数对刀 具加工方位进行确认。车刀加工时的刀具方位如图 3 所示，用参数 09 分别代表了车刀加工时的各种 加工方位

6、情况。 x 1 2 3 4 z 以 Z 轴为例设定刀具长度补偿。 首先由刀具 T01 加工出或者接触基准参考面，然后将 Z 轴的显示值 设为 0，设定完 T01 刀具的 Z 轴坐标系。由于在加 工过程中还需使用 T02、T03 等刀具，因此需对加 工中使用的 T02、T03 等刀具分别设定 Z 向长度补 偿。方法为依次将 T02、T03 等刀具触碰 T01 刀具 加工完成的 Z 向基准面，并将机床所显示的 Z 向坐 标带符号分别设定到对应刀具的长度补偿号对应的 Z 值处，以供加工程序调用。 同理，设定 X 轴的刀具长度补偿值。由 T01 刀 具加工一段外圆作为基准，T02、T03 等刀具依次触

7、 碰已加工表面，分别记录移动偏差至相应刀具的长 度补偿号对应的 X 值处。 图 1 为刀具长度补偿生效后实际刀具移动示意 图。 如果不使用刀具补偿， 调用程序段： G00 X20 N60 Z15 T0200，刀具将从 0 点移动到 2 点。如果刀具补 偿为 X3、Z4，并存入 T0202 长度补偿存储 器中且刀具补偿生效后， 调用程序段： N60 G00 X20 Z15 T0202， 刀具将从 0 点移动到 1 点， 而不是 2 点。 X 15 4 1 2 10 3 0 x 5 6 7 8 9 z 图 3 车刀刀尖方位号 2.3 刀补参数设置 加工前，在数控系统刀具补偿界面内分别设置 X、Z、

8、R、T 参数所需的数值，复位清空数控缓存 区内的加工程序，重新调入所需加工程序以使新设 置的刀具补偿参数各值生效。 参数设置时， 首先进入TOOLOFSET偏置量显 示界面。 移动光标到需变更的偏置号下， 输入 X、 Z、 R、T 参数各补偿量，按INPUT或OK键，完成补 偿量输入并显示。图 4 为 FANUC 控制系统的刀具 补偿值设定界面。 OFFSET/WEAR O N Z 图 1 刀具长度补偿对刀具移动影响示意图 2.2 刀尖圆弧半径补偿 编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是 一个点（假想刀尖 P 点），但实际加工中为了提高 刀具使用寿命和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被 磨成半径

9、不大的圆弧（刀尖圆弧），如图 2 所示， 理论刀尖点与实际刀尖点的不一致势必产生加工工 件的形状误差。 假想刀尖 r 理论轮廓 实际轮廓 假想刀尖 r 加工 误差 X Z R T 1.000 1.000 0.400 1 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 0.000 0.000 0.000 0 Actual Position(RELATIVE) U 0.000 W 0.000 S 0 T AD

10、RS DNC WEAR GEOM W.SHIFT MACRO NO. W01 W02 W03 W04 W05 W06 W07 W08 图 4 FANUC 控制系统刀具补偿值设定界面 3 刀具补偿运用要点 在实际编程中还应注意以下事项： （1）加工中换刀时，应确保刀架退到安全位置 进行换刀。在调入刀具同时调入刀具补偿号，以使 加工刀具长度补偿在运动前生效，（下转第 95 页） 图 2 车刀刀尖及加工过程误差示意图 另一方面，刀具加工方式及刀尖安装方位对工 机械 2011年增刊 总第38卷 机械制造技术 ·95·图中：D、d、D2、L都与工件尺寸有关，芯轴的L端AA剖面的形状、

11、尺寸，由工件的形状、尺寸来决定。若要加工图2所示的片齿轮，L端的AA剖面应如图5（a）所示，将L端的圆柱沿圆弧四等分，与工件的花挡相吻合。若片齿轮的花挡是三等分或六等分的，那么芯轴L端的AA剖面应如图5（b）、（c）所示。为了减小应力集中，花挡根部交接处要倒成圆角，保证芯轴强度，但又考虑到轮片的定位，在芯轴上装芯轴套，保证轮片在轴向上的精确定位。6.弹簧 7、8.开槽平端紧钉螺钉一串工件的加工（不需要调整）。要强调的是，每换一次芯轴以后，都要进行一次尾架工件芯轴与串片芯轴的同步调整。2 结论以上两种芯轴通过在实际工作中的应用，都得到了肯定，对于串片齿轮的安装夹紧稳定，同心度高，保证了YZM36

12、02自动滚齿机的高精度、高生产率的特点，而且操作调整简单可靠，顺应了现代制造业的飞速发展。参考文献：1东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学. 机床夹具设计手册M. 上海：上海科技技术出版社，1983.图4 花档芯轴（a）四等分 （b）三等分 （c）六等分（上接第90页）避免移动中长度补偿生效产生碰撞。（2）调用G41、G42指令以使刀尖半径补偿功能生效，G41、G42指令调用位置应在零件实际加工轮廓前。零件加工轮廓完成后应调用G40指令取消刀尖半径补偿功能。（3）G41、G42指令调用后，在后续加工轮廓程序中不能含有三段不产生移动的程序行。图5 AA剖面该芯轴的工作原理是这样

13、的：首先将花挡芯轴的两部分分别安装在滚齿机的头尾架主轴上，并校正其各自的位置，按一串工件所需要的长度，来调整尾架主轴的位置；调整尾架主轴的压力，其大小根据工件模数、材料、切削速度和芯轴的刚度而定。在头尾架主轴上有相应的液压系统，它们的各个动作由各部位的油缸执行。当机械手将串好的一串片轮坯由串片主轴中心位置移动到工件主轴中心位置时，尾架主轴伸出，压向工件，工件芯轴刚好通过串好的轮坯，插入头架的顶套内23 mm（这里的刚好，是在第一串工件上料后，调节尾架上的皮带轮，使尾架上的芯轴L端的缺口与工件的轮辐相对吻合，才得到的）。同时工件推动顶杆，使弹簧压缩，弹簧所受的压力与调整好的尾架主轴压力相当。这时工件被压紧，滚刀进行滚齿加工。加工完毕后，尾架主轴退出，工件芯轴从顶套中退出，弹簧反弹，推动顶杆回位，工件落入下面的料斗，然后进入下4 结论刀具补偿功能是数控系统的一项重要功能，本文结合数控车床加工实际操作经验，介绍了刀具补偿功能的原理、设置方法及使用要点。实践证明，