系统中的刀具补偿

5.2　CNC系统中的刀具补偿

由于CNC系统通过控制刀架的参考点或是刀具中心实现加工轨迹，但实际上切削时是使用刀尖或切削刃边缘完成的，这样就需要在刀架参考点或刀具中心与刀具切削点之间进行位置偏置，从而使数控系统的控制对象由刀架参考点或刀具中心变换到刀尖或切削刃的边缘。这种变换过程称为刀具补偿。

刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。应用刀具补偿功能，CNC系统可以对刀具长度和刀具半径自动校正，使编程人员可以直接根据零件图纸上的尺寸进行编程，而不必考虑刀具尺寸因素。它的优点是在换刀后不需要另外编写程序，只需调整新的刀具参数即可，如刀具半径、刀具长度、刀具中心的偏移量等。

5.2.1　刀具长度补偿

我们先以数控车系统为例说明。如图5－2－1所示，图中P为理论刀尖，S为刀头圆弧圆心，R_S为刀尖圆弧半径，F为刀架参考点。

图5－2－1　刀具结构参数

刀具长度补偿是用来实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架参考点之间的转换，对应图5－2－1中F与S之间的转换，但实际上不能直接测得这两个中心点之间的距离矢量，而只能测得理论刀尖P与刀架参考点F之间的距离。

为了简单起见，假设刀尖圆弧半径R_S=0，这时可采用刀具长度测量装置测出理论刀尖点P相对于刀架参考点的坐标X_PF和Z_PF，并存入刀具参数表中

X_PF=X_P－X Z_PF=Z_P－Z

式中:(X_P，Z_P)——理论刀尖P点坐标;

(X，Z)——刀架参考点F的坐标。

由上可以很容易写出刀具长度补偿的计算公式为

X=X_P－X_PF

Z=Z_P－Z_PF

式中理论刀尖P的坐标(X_P，Z_P)实际上就是加工零件轨迹点坐标，可从数控加工程序中获得。此时，零件轮廓轨迹经上面公式计算补偿后，即能通过控制刀架参考点F来实现。

进一步对于图5－2－1中R_S≠0的情况，在进行刀具长度补偿时，不但需要考虑到刀头圆弧半径的补偿，而且还要考虑刀具的安装方式，分析较复杂。另一方面，由于R_S很小，生产中可以不予考虑，尤其在调试程序及对刀过程中已包括进去。因此，这里就不再详述。

另外，对于铣床、钻床的刀具长度补偿比较简单，只要在刀具轴线方向进行长度偏置即可。

刀具长度补偿指令有G43，G44，其中G43为刀具长度正补偿，G44为刀具长度负补偿。

5.2.2　刀具半径补偿

在轮廓加工中，数控系统控制的是刀具的中心运动轨迹，由于刀具半径不为零，所以刀具中心运动轨迹并不等于加工的零件轮廓。如果按照刀具中心轨迹编程，再更换不同直径的刀具时程序也将重新编写，而且有比较大的计算量。为了解决这一问题可按照零件的轮廓尺寸编程，预先输入各把刀具的半径值，CNC系统会自动计算出每把刀具的中心轨迹。这种功能称为刀具半径补偿。

刀具半径补偿指令有两种:G41是左补偿指令，G42是右补偿指令。左右补偿的判断方法是沿着刀具前进的方向看过去，如果刀具的中心在切削面的左边用G41，刀具中心在切削面的右边时用G42。当不需要进行刀具补偿时，用G40注销。另外需要注意的是G40，G41和G42都是模态指令，也就是它们一旦被执行，则一直有效，直到同组的其他模态指令出现才会被取消。

在切削过程中，刀具半径补偿的执行过程分为三个步骤:

(1)刀补建立　刀具从起刀点接近工件过程中，根据G41或G42所指定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相对原来的编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离。

(2)刀补进行　在G41或G42程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量，直到刀补注销。

(3)刀补注销　在刀具离开工件返回到起刀点的过程中，根据刀补撤销前G41或G42的情况，控制刀具中心轨迹相对原来的编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离，使刀具中心和编程轨迹重合。