數控技術第4章_2

1、第四章第四章 插補、刀補與速度控制插補、刀補與速度控制 第一節(jié)第一節(jié) 插補原理與程序設計插補原理與程序設計 第第二節(jié)二節(jié) 刀具補償刀具補償 第第三三節(jié)節(jié) 進給速度和加減速控制進給速度和加減速控制機械工程學院School of Mechanical EngineeringXian Jiaotong University第二節(jié) 刀具補償第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償一、刀具補償的基本概念一、刀具補償的基本概念1. 什么是刀具補償什么是刀具補償 將被加工零件的輪廓軌跡轉換為刀具中心軌跡的過程。將被加工零件的輪廓軌跡轉換為刀具中心軌跡的過程。l 刀具半徑補償刀具半徑補償 由于刀具半徑的存在，零

2、件輪廓軌跡與刀具中心軌跡不重合，為由于刀具半徑的存在，零件輪廓軌跡與刀具中心軌跡不重合，為了加工出符合圖紙要求的零件輪廓，必須進行刀具半徑偏移。加工了加工出符合圖紙要求的零件輪廓，必須進行刀具半徑偏移。加工外輪廓時應向外偏移一個刀具半徑，加工內輪廓時應向輪廓內偏移外輪廓時應向外偏移一個刀具半徑，加工內輪廓時應向輪廓內偏移一個刀具半徑，這種偏移叫做刀具半徑補償。一個刀具半徑，這種偏移叫做刀具半徑補償。l 刀具長度補償刀具長度補償 對刀具長度差額的補償對刀具長度差額的補償.2 2、為什么要進行刀具補償、為什么要進行刀具補償 在銑床上用半徑為在銑床上用半徑為r r的刀具加工外形輪廓為的刀具加工外形輪

3、廓為A A的工件時，刀具中心沿的工件時，刀具中心沿著與輪廓著與輪廓A A距離為距離為r r的軌跡的軌跡B B移動。移動。 因控制系統控制的是刀具中心的運動軌跡，而刀具總有一定的半徑，因控制系統控制的是刀具中心的運動軌跡，而刀具總有一定的半徑，如輪廓銑削加工：為刀具中心沿所需軌跡運動，需要有刀具半徑補償功如輪廓銑削加工：為刀具中心沿所需軌跡運動，需要有刀具半徑補償功能。加工中心：一個重要組成部分就是自動換刀裝置，在一次加工中使能。加工中心：一個重要組成部分就是自動換刀裝置，在一次加工中使用多把長度不同的刀具，需要有刀具長度補償功能。用多把長度不同的刀具，需要有刀具長度補償功能。 AB刀具刀具rr

4、第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償3. 3. 刀具補償的功用刀具補償的功用 使數控程序與刀具形狀和刀具尺寸盡量無關，可大大簡使數控程序與刀具形狀和刀具尺寸盡量無關，可大大簡化編程化編程 在編制加工程序時，可以按零件實際輪廓編程，加工前測量實在編制加工程序時，可以按零件實際輪廓編程，加工前測量實際的刀具半徑、長度等，作為刀具補償參數輸入數控系統，就可以際的刀具半徑、長度等，作為刀具補償參數輸入數控系統，就可以加工出合乎尺寸要求的零件輪廓。加工出合乎尺寸要求的零件輪廓。 可以滿足加工工藝等其他一些要求可以滿足加工工藝等其他一些要求l 可以通過逐次改變刀具半徑補償值大小的辦法，調整每次進給可以通

5、過逐次改變刀具半徑補償值大小的辦法，調整每次進給量，以達到利用同一程序實現粗、精加工循環(huán)。量，以達到利用同一程序實現粗、精加工循環(huán)。l 可以利用小數點后的值，控制輪廓尺寸的公差精度?？梢岳眯迭c后的值，控制輪廓尺寸的公差精度。l 因刀具磨損、重磨而使刀具尺寸變化時，若仍用原程序，勢必因刀具磨損、重磨而使刀具尺寸變化時，若仍用原程序，勢必造成加工誤差，利用刀具補償可以解決這個問題。造成加工誤差，利用刀具補償可以解決這個問題。第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償二、二、 刀具補償原理刀具補償原理 刀具補償一般分為刀具長度補償和刀具半徑補償。刀具補償一般分為刀具長度補償和刀具半徑補償。 1.1.

6、刀具長度補償刀具長度補償 數控車床數控車床: 數控裝置控制的是刀架參考點的位置，實際切削時是數控裝置控制的是刀架參考點的位置，實際切削時是利用刀尖來完成，刀具長度補償是用來實現刀尖軌跡與刀架參考利用刀尖來完成，刀具長度補償是用來實現刀尖軌跡與刀架參考點之間的轉換。點之間的轉換。 圖示圖示P為刀尖，為刀尖，Q為刀架參考點，假設刀尖圓弧半徑為零。利用為刀架參考點，假設刀尖圓弧半徑為零。利用刀具長度測量裝置測出刀尖點相對于刀架參考點的坐標刀具長度測量裝置測出刀尖點相對于刀架參考點的坐標xpq，zpq，存入刀補內存表中。編程時以刀尖點存入刀補內存表中。編程時以刀尖點P來編程，設刀尖來編程，設刀尖P點坐

7、標為點坐標為xp，zp，補償后刀架參考點，補償后刀架參考點Q（xq，zq）為：）為：pqpqpqpqzzzxxx P (xp, zp) Q z p q x p q 第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償加工中心常用刀具長度補償：加工中心常用刀具長度補償： 首先將刀具裝入刀柄，再用首先將刀具裝入刀柄，再用對刀儀對刀儀測出每個刀具前測出每個刀具前端到刀柄基準面的距離，然后將此值按刀具號碼輸入端到刀柄基準面的距離，然后將此值按刀具號碼輸入到控制裝置的刀補內存表中，進行補償計算。刀具長到控制裝置的刀補內存表中，進行補償計算。刀具長度補償是用來實現刀尖軌跡與刀柄基準點之間的轉換。度補償是用來實現刀尖軌跡

8、與刀柄基準點之間的轉換。數控立式鏜銑床和數控鉆床：數控立式鏜銑床和數控鉆床： 因刀具磨損、重磨等而使長度發(fā)生改變時，不必因刀具磨損、重磨等而使長度發(fā)生改變時，不必修改程序中的坐標值，可通過刀具長度補償，伸長或修改程序中的坐標值，可通過刀具長度補償，伸長或縮短一個偏置量來補償其尺寸的變化，以保證加工精縮短一個偏置量來補償其尺寸的變化，以保證加工精度。度。 刀具長度補償原理比較簡單，由刀具長度補償原理比較簡單，由G43G43、G44G44及及H H（D D）代碼指定。代碼指定。 第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償 2.2.刀具半徑補償刀具半徑補償 ISOISO標準規(guī)定，當刀具中心軌跡在編程軌跡

9、（零件輪標準規(guī)定，當刀具中心軌跡在編程軌跡（零件輪廓廓ABCDABCD）前進方向的左側時，稱為左刀補，用）前進方向的左側時，稱為左刀補，用G41G41表表示。反之，當刀具處于輪廓前進方向的右側時稱為右刀示。反之，當刀具處于輪廓前進方向的右側時稱為右刀補，用補，用G42G42表示。表示。G40G40為取消刀具補償指令。為取消刀具補償指令。刀補撤銷刀補撤銷刀補建立刀補建立刀補進行刀補進行B C AD O y x a) G41 左刀補左刀補b) G42右刀補右刀補 x y O D C BA刀補建立刀補建立刀補進行刀補進行刀補撤銷刀補撤銷第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償刀具半徑補償過程刀具半徑補

10、償過程( (分三個步驟分三個步驟) )： （1 1）刀補建立）刀補建立 刀具從起刀點接近工件，在原來的程序軌跡基礎上伸長或縮短一個刀具半徑值，即刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡距離一個刀具半徑值。在該段中，動作指令只能用G00或G01。 （2 2）刀補進行）刀補進行 刀具補償進行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個刀具半徑的距離。在此狀態(tài)下，G00、G01、G02、G03都可使用。 （3 3）刀補撤銷）刀補撤銷 刀具撤離工件，返回原點。即刀具中心軌跡從與編程軌跡相距一個刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。此時也只能用G00、G01。注意：注意：刀具半徑補償只能在指定的二維平面內進行。用G

11、17指定XY平面，用G18指定ZX平面，用G19指定YZ平面。第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償三三 、刀具半徑補償算法、刀具半徑補償算法 根據零件尺寸和刀具半徑值計算出刀具中心軌跡。對于一般的根據零件尺寸和刀具半徑值計算出刀具中心軌跡。對于一般的CNCCNC裝置，所能實現的輪廓僅限于直線和圓弧。刀具半徑補償裝置，所能實現的輪廓僅限于直線和圓弧。刀具半徑補償分分B B功能刀補與功能刀補與C C功能刀補。功能刀補。1.1. B B功能刀補計算功能刀補計算 B B功能刀補能根據本段程序的輪廓尺寸進行刀具半徑補償，不功能刀補能根據本段程序的輪廓尺寸進行刀具半徑補償，不能解決程序段之間的過渡問題，

12、編程人員必須先估計刀補后可能能解決程序段之間的過渡問題，編程人員必須先估計刀補后可能出現的間斷點和交叉點等情況，進行人為處理。出現的間斷點和交叉點等情況，進行人為處理。l 直線刀具補償計算直線刀具補償計算 對直線而言，刀具補償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需對直線而言，刀具補償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標值。要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標值。第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償l 直線刀具補償計算直線刀具補償計算 被加工直線段的起點在坐標原點，終點坐標為被加工直線段的起點在坐標原點，終點坐標為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點，刀具半徑為點，刀具半徑為r r，現要計算刀具右，現要計算刀具右補償后直線段補償后直線段OOA A的終點坐標的終點坐標A A。設刀具補償矢量。設刀具補償矢量AAAA的投的投影坐標為影坐標為 X Y ,X Y ,則則YYYXXXAKAxOA22sinYXYrrX22cosYXXrrY y O x X y A(X,Y) r Y A(X,Y) x O K 第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償 此式為，是在增量此式為，是在增量編程下推導出的。對于編程下推導出的。對于絕對值編程，仍可應用絕對值編程，仍可應用此公式計算，所不同的此公式計算，所不同的是應為絕對坐標。是應為

14、絕對坐標。 y O x X y A(X,Y) r Y A(X,Y) x O K 直線刀補計算公式直線刀補計算公式22YXrXYY22YXrYXX第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償l 圓弧刀具半徑補償計算圓弧刀具半徑補償計算 對于圓弧而言，刀具補償后的刀具中心軌跡是一個與圓弧同心的一對于圓弧而言，刀具補償后的刀具中心軌跡是一個與圓弧同心的一段圓弧。只需計算刀補后圓弧的起點坐標和終點坐標值。被加工圓弧段圓弧。只需計算刀補后圓弧的起點坐標和終點坐標值。被加工圓弧的圓心坐標在坐標原點的圓心坐標在坐標原點O，圓弧半徑為，圓弧半徑為R，圓弧起點，圓弧起點A，終點，終點B，刀具，刀具半徑為半徑為r。 假

15、定上一個程序段加工結束后刀具中心為假定上一個程序段加工結束后刀具中心為A，其坐標已知。那么圓，其坐標已知。那么圓弧刀具半徑補償計算的目的，就是計算出刀具中心軌跡的終點坐標弧刀具半徑補償計算的目的，就是計算出刀具中心軌跡的終點坐標B 。 ,設設BB在兩個坐標上的投影在兩個坐標上的投影 為則為則XXbbX YYYbbBKBBOxbbYX,YX , y O x B(Xb,Yb) A(Xa,Ya) X K B（Xb,Yb） Y O R A(Xa,Ya) r 第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償RYrrYRXrrXbbsincosRrYYYRrXXXbbbbbb y O x B(Xb,Yb) A(Xa

16、,Ya) X K B（Xb,Yb） Y O R A(Xa,Ya) r 圓弧刀補計算公式圓弧刀補計算公式第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償B B刀補示例刀補示例 加工外部輪廓零件加工外部輪廓零件ABCD時，由時，由AB直線段開始，接著加工直線直線段開始，接著加工直線段段BC，根據給出的兩個程序段，按，根據給出的兩個程序段，按B刀補處理后可求出相應的刀心刀補處理后可求出相應的刀心軌跡軌跡A1B1和和B2C1。 兩個程序段之間出現了斷點，只有刀具中心走一個從兩個程序段之間出現了斷點，只有刀具中心走一個從B1至至B2的附的附加程序，即在兩個間斷點之間增加一個半徑為刀具半徑的過渡圓弧加程序，即在兩個

17、間斷點之間增加一個半徑為刀具半徑的過渡圓弧B1B2，才能正確加工出整個零件輪廓。，才能正確加工出整個零件輪廓。 y D1 A D2 O B2 B C x C2 A1 B1 D C1 A2 第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償2. C2. C功能刀具補償功能刀具補償 根據相鄰輪廓段的信息自動處理兩個程序段刀具中根據相鄰輪廓段的信息自動處理兩個程序段刀具中心軌跡的轉換，并自動在轉接點處插入過渡圓弧或直心軌跡的轉換，并自動在轉接點處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點情況。線從而避免刀具干涉和斷點情況。 C功能刀補更為完善，功能刀補更為完善， 彌補了彌補了B功能刀補的不足。功能刀補的不足。 目

18、前目前 CNC系統中系統中 均采用均采用C刀補方法。刀補方法。ABC”CBAG41刀具刀具G42刀具刀具編程軌跡編程軌跡刀具中心軌跡刀具中心軌跡C第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償 a) b) 兩種數控系統的工作流程兩種數控系統的工作流程 緩沖寄存區(qū)緩沖寄存區(qū) BS工作寄存區(qū)工作寄存區(qū) AS輸出寄存區(qū)輸出寄存區(qū) OS輸出寄存區(qū)輸出寄存區(qū) OS工作寄存區(qū)工作寄存區(qū) AS刀 補 緩 沖 區(qū)刀 補 緩 沖 區(qū) CS緩沖寄存區(qū)緩沖寄存區(qū) BSl C功能刀補的實現方法功能刀補的實現方法緩沖寄存區(qū)緩沖寄存區(qū)BS：存放下一個加：存放下一個加工程序段的信息工程序段的信息工作寄存區(qū)工作寄存區(qū)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輸出寄存區(qū)輸出寄存區(qū)OS：運算結果作為：運算結果作為伺服系統的控制信號。伺服系統的控制信號。C刀補方法在刀補方法在CNC裝置內部增設裝置內部增設了一個刀補緩沖區(qū)了一個刀補緩沖區(qū)CS：第一第一程序段先被讀入程序段先被讀入BS，在，在BS中算得第一段刀具軌跡，被中算得第一段刀具軌跡，被送到送到CS暫存，又將第二段讀暫存，又將第二段讀入入BS，算出第二段的刀具軌，算出第二段的刀具軌跡。接著對兩段刀具的連接跡。接著對兩段刀具的連接方式進行判別，根據判別結方式進行判別，根據判別結果，再對第一段刀具中心軌果，再對第一段刀具中心軌跡進行修正。跡進行修正。第二節(jié)第二

20、節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償l 程序段間的轉接程序段間的轉接 在在CNC裝置中，處理的基本廓形是直線和圓弧裝置中，處理的基本廓形是直線和圓弧 相互連接方式：直線與直線相接相互連接方式：直線與直線相接 直線與圓弧相接直線與圓弧相接 圓弧與直線相接圓弧與直線相接 圓弧與圓弧相接圓弧與圓弧相接第二節(jié)第二節(jié) 刀具半徑補償刀具半徑補償縮短型縮短型 1800 3600 刀具中心軌跡相對于編程刀具中心軌跡相對于編程 軌跡縮短一個長度；軌跡縮短一個長度；伸長型伸長型 900 1800 刀具中心軌跡相對于編程刀具中心軌跡相對于編程 軌跡伸長一個長度；軌跡伸長一個長度；插入型插入型 00 900 為減少刀具非切削的空行程為減少刀具非切削的空行程 時間，可在中間插入過渡直線。時間，可在中間插入過渡直線。l 轉接過渡方式：轉接過渡方式： 以工件側轉接處兩個運