刀具半径补偿在数控车削中的应用毕业论文.doc

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1、编号（学号）：201010041朔州职业技术学院毕 业 论 文 学生姓名： 专 业： 指导教师： 2012年 12 月朔州职业技术学院毕业论文任务书专 业： 机电一体化技术 姓 名： 毕业设计题目： 刀具半径补偿在数控车削中的应用 指导教师姓名： 系（教研室）主任签字： 年 月 日内容和要求：内容: 本文首先介绍了数控车削的基本知识，介绍了刀具补偿在数控加工中的重要作用，通过刀具半径的矢量分析和应用，并介绍刀具半径补偿在数控车削中的正确使用方法。 要求： 1.收集并阅读与论文选题相关的专著至少2部，近十年间尤其是近五年来的相关论文至少10篇； 2要求本人单独完成并且原创，杜绝抄袭拼凑； 3写作

2、程序上，按照学院规定的毕业论文环节教学程序进行，不得先完成论文再补办手续； 4形式上，要严格遵守学术规范和相关体例，不得存在章法技术性错误。 5. 内容上,鼓励学术创新,但注意观点的合理性、论文的逻辑性，避免论据与论点的脱节及结论的唐突。 指导教师签字： 年 月 日目录一、引言1二、数控车削编程的基本知识1 (一) 数控车床的坐标系1（二）工件坐标系1（三）机床参考点1（四）数控车削的编程特点2三、数控车削中刀具半径补偿的指令2（一）刀具半径补偿的使用2（二）刀具半径补偿指令3四、刀具半径补偿参数及设置4（一）刀具半径补偿的矢量4（二）刀具半径补偿过程4五、刀具半径补偿在数控车削中的应用6六、

3、结束语6刀具半径补偿在数控车削中的应用摘要全面介绍了数控车床加工过程中的刀具补偿，数控车削刀具半径补偿是数控系统中的重要功能, 正确地使用该功能, 在数控车削加工实践中能起到保证产品质量和提高生产效率的作用。通过刀具半径补偿的矢量分析和应用, 介绍刀具半径补偿在数控车削编程加工中的正确使用方法。实际加工过程中，由于不同的刀具半径各不相同，在加工中会产生很大的加工误差。因此，实际加工时必须通过刀具半径补偿指令，使数控机床根据实际使用的刀具尺寸，自动调整个坐标轴的量，如果能合理建立和灵活应用刀具补偿，对简化编程和提高数控加工质量会带来很大帮助。所以，在数控编程时，可以根据刀具中心的轨迹进行编程。在

4、系统中预先设定偏置参数，数控系统会自动计算刀具中心轨迹，使刀具偏离偏离图形轮廓一个刀具值，从而使刀具能加到图形的实际轮廓。关键词：数控车削 加工 刀具补偿一、引言数控车床通常连续实行各种切削加工，刀架在换刀时前一刀具刀尖位置和新换的刀具位置之间会产生差异，刀具安装也存在误差、刀具磨损和刀尖圆弧半径等误差，若不利用刀具补偿功能予以补偿，就切削不出符合图样要求形状的零件。此外，合理利用刀具补偿还可以简化编程。数控车床的刀具补偿可分为两类，即刀具位置补偿和刀具半径补偿。在车削过程中，刀尖圆弧半径中心与编程轨迹会偏移一个刀尖圆弧半径值r,用指令补偿因刀尖半径引起的偏差的这种偏置功能，称为刀具半径补偿。

5、 有补偿功能的数控车在编程时，不用计算刀尖半径中心轨迹，只要按工件轮廓编程即可(按照加工图上的尺寸编写程序)；在执行刀具半径补偿时，刀具会自动偏移一个刀具半径值；当刀具磨损，刀尖半径变小；刀具更换，刀尖半径变大时，只需更改输入刀具半径的补偿值，不需修改程序。补偿值可通过手动输入方式，从控制面板输入，数控系统自动计算出刀具半径中心运动轨迹。二、数控车削编程的基本知识(一)数控车床的坐标系数控车床的坐标系中规定：主轴方向为Z轴方向，且刀具远离工件为证（远离卡盘的方向）；垂直主轴的方向为X轴的方向，且刀具远离工件为正（刀架前置X轴的正方向朝前，刀架前置X轴的正方向朝后）；数控车床坐标系原点也称机械原

6、点，是一个固定点，其位置由制造厂家来确定。数控车床坐标系原点一般位于卡盘端面与主轴线的交点上（个别车床坐标系原点位于正的极限点上）。（二）工件坐标系工件坐标系是编程人员根据零件图形形状特点和尺寸标注的情况，为了方便计算出编程的坐标值而建立的坐标系。工件坐标系的坐标轴方向必须与机床坐标的坐标轴方向彼此平行，方向一致。数控车削零件的工件坐标系原点一般位于零件右端面或左端面与轴线的交点上。（三）机床参考点机床参考点是由机床限位开关和基准脉冲来确定的，它与机床坐标系有着准确的位置关系。数控车床的参考点一般位于行程的正极限点上，通常机床通过返回参考点的操作来找到机械原点。所以，开机后、加工前首先要进行返

7、回参考点的操作.（四）数控车削的编程特点1、即可以采用直径编程又可以采用半径编程，其结果由车床数控的内部参数或G指令来决定。所谓直径编程，就是X坐标采用直径值编程；半径编程，就是X坐标采用半径值编程。一般情况都采用直径编程，这是因为回转体零件图纸的径向标注尺寸和加工时的测量值都是直径值，也便于编程计算。2、FANUC数控系统的数控车床，是用地址符来指令坐标输入形式的，即可以采用绝对坐标编程也可以采用增量坐标编程，还可以采用混合编程。X、Z表示绝对坐标，U、W表示增量坐标，X(U)、Z(W)表示混合坐标。有些数控系统（如华中数控系统）的数控车床是用G代码来指令坐标输入形式的（G90为绝对坐标，G

8、91为增量坐标），在同一程序段内不能采用混合坐标编程。3、具有固定循环加工功能。由于车削毛坯多为棒料、锻件和铸件，加工余量较大，需要多次走刀加工，而固定循环加工功能可以自动完成多次走刀，因而使程序得到了大大的简化。但不同的数控系统固定循环加工功能的指令及格式可能不同。FANUC数控系统的数控车床固定循环加工功能的指令为G90、G92、G94、G70、G71、G72、G73等4、圆弧顺逆的判断。圆弧的顺逆应从垂直于圆弧所在平面的坐标轴正向观察判断，顺时针走向的圆弧为顺圆弧，逆时针走向的为逆圆弧。三、数控车削中刀具半径补偿的指令（一）刀具半径补偿的使用刀具半径补偿的使用是通过指令G41、G42来执

9、行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则;G41是左补偿，符合左手定则;G42是右补偿，符合右手定则。刀具半径补偿使用的左右手定则在使用G41、G42进行半径补偿时，应特别注意使补偿有效的刀具移动方向与坐标。刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不当刀具所加工的路径容易出错。刀具半径补偿的起刀位置如果使G42补偿有效的过程为刀具从位置1到2，则铣刀将切出一个斜面如图4中所示的A-B斜面。正确的走刀应该是在刀具没有切削工件之前让半径补偿有效，然后进行正常的切削。如图4所示，先让铣刀在从位置1移动到位置3的过程中使补偿有效，然后从位置3切削到位置2继续

10、以下的切削，则不会出现A-B斜面。因此，在使用G41、G42进行半径补偿时应采取以下步骤：设置刀具半径补偿值;让刀具移动来使补偿有效(此时不能切削工件);正确地取消半径补偿(此时也不能切削工件)。记住，在切削完成而刀具补偿结束时，一定要用G40使补偿无效。G40的使用同样遇到和使补偿有效相同的问题，一定要等刀具完全切削完毕并安全地推出工件以后才能执行G40命令来取消补偿。（二）刀具半径补偿指令刀具半径补偿分为：1、刀具半径左补偿：用G41定义，刀具位于工件左侧；2、刀具半径右补偿：用G42定义，刀具位于工件右侧；3、取消刀具半径补偿：G40。4、刀具半径偏置寄存器号：用非零的D# 代码选择；对

11、于车削数控加工，由于车刀的刀尖通常是一段半径很小的圆弧，车床而假设的刀尖点(一般是通过对刀仪测量出来的)并不是刀刃圆弧上的一点。因此，加工中心在车削锥面、倒角或圆弧时，可能会造成切削加工不足(不到位)或切削过量(过切)的现象。切削锥面时因切削加工不足而产生的加工误差。因此，当使用车刀来切削加工锥面时，必须将假设的刀尖点的路径作适当的修正，使之切削加工出来的工件能获得正确的尺寸，这种修正方法称为刀尖半径补偿(ToolNoseRadiusCompensation，简称TNRC)。 (1)车刀形状和位置 车刀形状和位置是多种多样的，车床形状还决定刀尖圆弧在什么位置。此车刀形状和位置亦必须输入计算机中

12、。 车刀形状和位置共有九种。车刀的形状和位置分别用参数T1W输入到刀具数据库中。典型的车刀形状、位置与参数的关系。 (2)刀尖半径和位置的输入 刀具数据库(TOOL DATA)数据项目。加工中心X、Z为刀具位置补偿值(mm) (车床r值不用)；R为刀尖半径(mm)：T为刀尖位置代码。如果在程序中输入下面指令GOO G42 X1000 Z30 TOl01；那么数控装置按照01刀具补偿栏内X、Z、及、了的数值自动修正刀具的安装误差(执行刀位补偿)，车床还自动计算刀尖圆弧半径补偿量，把刀尖移动到正确的位置上。 (3)刀具半径的左右补偿 1)G41刀具左补偿。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边，称为

13、刀具左补偿，用G41代码编程。 2)G42刀具右补偿。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的右边，称为刀具右补偿，用G42代码编程。 3)G40取消刀具左、右补偿。车床如需要取消刀具左、右补偿，可编人G40代码。这时，车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动。 (4)刀具补偿的编程方法及其作用 加工中心如果根据机床初始状态编程(即无刀尖半径补偿)，车刀按理论刀尖轨迹移动，产生表面形状误差。 如程序段中编人G42指令，车刀按车刀圆弧中心轨迹移动，无表面形状误差。可看出当编人G42指令，到达户：点时，车刀多走一个刀尖半径距离。 (5)刀具半径补偿的编程规则 加工中心车床刀具补偿必须遵循以下规则： 1)G40、G41、

14、G42只能用GOO、G01结合编程。车床不允许与G02、G03等其他指令结合编程，否则报警。 2)在编人G40、G41、G42的GOO与G01前后的两个程序段中，X、Z值至少有一个值变化。否则产生报警。 3)在调用新的刀具前，必须取消刀具补偿，否则产生报警。四、刀具半径补偿参数及设置（一）刀具半径补偿的矢量刀具半径补偿计算的主要工作是根据刀具的方向矢量和半径矢量计算各种转接类型转接点的坐标值,即根据相邻编程轮廓段的起止点坐标值判断转接类型, 调用相应的计算程序计算出转接点坐标值。了解计算机软件关于刀具补偿转接点的坐标值计算, 对生产实践具有指导作用。为了正确地理解数控车削刀具半径补偿的过程,下

15、面引入矢量的概念( 数控车床的编程为G18 平面,以上手刀为例)。1、直线方向矢量: 指与运动方向一致的单位矢量, 用表示。 2、圆弧方向矢量: 是指圆弧上某一动点的切线方向上的单位矢量, 用表示。3、刀尖圆弧半径矢量: 是指垂直于编程轨迹且大小等于刀尖圆弧半径、方向指向刀尖圆弧中心的矢量, 用表示。根据以上的矢量描述, 数控系统能够正确判断各种转接类型并计算各转接点的坐标值。（二）刀具半径补偿过程刀具半径补偿是数控车床的重要功能之一。通常采用的对刀方法都是将刀尖作为刀位点, 然而在实际应用中, 为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度,一般将车刀刀尖磨成半径0. 22 的圆弧, 这样按零件轮廓

16、编程运行后, 实际起切削作用的是圆弧的各切削点, 这样势必会造成加工误差。消除由刀尖圆弧引起的加工误差必须进行刀尖圆弧半径自动补偿, 补偿参数包括刀尖半径R 值和刀尖方位T 值。将刀补参数输入数控系统之后, 刀具半径补偿的方向要在执行G41( 或G42) 之后方可生效。刀具半径补偿的执行过程分为以下3 个步骤:1、起动偏置: 从取消偏置方式变为偏置方式的程序段称为起动偏置程序段。在起动偏置的程序段进行刀具偏置的过渡运动, 在起动程序段的终点, 刀尖R 中心位于下个程序段起点, 并在与下个程序段垂直的位置上, 同时满足刀具方向矢量和半径矢量的条件。起动偏置的程序段必须是G00 或G01, 如图1

17、 所示。图1起动偏置2、执行偏置: 在执行了G41( 或G42) 的程序段中, 刀位点发生了变化, 由理论刀尖偏移至刀尖R 中心, 而刀尖R 中心轨迹始终垂直于方向矢量且偏离编程轨迹一个刀尖圆弧半径矢量, 依靠刀尖圆弧外缘来加工零件轮廓。3、取消偏置: 在执行偏置的方式中如果指令了G40, 则这个程序段被称为取消偏置程序段。取消偏置如图2 所示, 从图2 中可以看出, 在取消偏置程序段的前一个程序段, 刀尖不在该程序段的终点, 这个变化是由刀位点造成的, 生产实践中应特别注意, 取消偏置的程序段必须是G00 或G01。图2取消偏置五、刀具半径补偿在数控车削中的应用其程序如下:04234 （采用

18、直径编程）N10 G50 X100.0 Z100.0;N20 M03 S1000;N30 G00 X0 Z3.0 M08;N40 G42 G01 Z0 F200;N50 G01 X30.0 C3.0;N60 G01 X30.0 Z-20.0 R20;N70 G01 X45.0 Z-32.0;N75 G01 W-1O.0;N80 G01 X70.0 Z-60.0 C10; N90 G01 X90.0 Z-92.0;N100 G01 X90.0 Z-120.0 R8;N110 G01 X115.0 M09;N120 G40 G00 X100.0 Z100.0;N130 M05;N140 M30;六

19、、结束语刀具补偿功能的作用主要在于简化程序，即按零件的轮廓尺寸编程。在加工前，操作者测量实际的刀具长度、半径和确定补偿正负号，作为刀具补偿参数输入数控系统，使得由于换刀或刀具磨损带来刀具尺寸参数变化时，虽照用原程序，却仍能加工出合乎尺寸要求的零件。此外，刀具补偿功能还可以满足编程和加工工艺的一些特殊要求。在全功能数控系统中，可应用其刀具补偿指令，按工件轮廓尺寸，很方便的进行编程加工。在经济型数控系统中，可以根据工件轮廓尺寸、刀具等计算出刀位点的运动轨迹编程，也可按局部补偿的方法来解决数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。再编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按

20、零件的实际轮廓来编写程序的，但刀具具用一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这种问题。参考文献1许镇宇.机械零件.北京：高等教育出版社，1983；2雷宏.机械工程基础.哈尔滨：黑龙江出版社 2002；3王中发.实用机械设计.北京：北京理工大学出版社 1998；4 唐宗军.机械制造基础.大连：机械工业出版社 1997；5吴祖育，秦鹏飞.数控机床.上海：上海科学技术出版社 2003；6刘艳芳. 数控加工编程实用技术.机械工业出版社2000；7吴明友.数控机床加工技术 东南大学出版社.江苏：2000；8王宝成.现代数控机床.天津：天津科学技术出版社，2000；致谢感谢我的老师,他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和别拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢我的老师，这篇论文的每个细节和每个数据，都离不开您的细心指导。而你开朗的性格和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的环境中。感谢这几年一起走过的同学和朋友，是你们的存在，我才不会那么孤单，多个共同努力的日子，将会是我一生中最美好的回忆。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！