2數(shù)控加工程序--刀具補償預處理課件

1、1、刀具補償計算的意義2、刀具長度補償計算3、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/141數(shù)控技術3.1、刀具補償計算的意義1)由于刀具磨損、更換等原因引起的刀具相關尺寸變化不必重新編寫程序，只需修改相應的刀補參數(shù)即可。2)當被加工零件在同一機床上經歷粗加工、半精加工、精加工多道工序時，不必編寫三種加工程序，可將各工序預留的加工余量加入刀補參數(shù)即可。第三節(jié)刀具補償原理控制對象：刀架參考點或刀具中心切削部位：刀尖或刀刃邊緣刀具補償長度補償；半徑補償2022/7/142數(shù)控技術圖2-10不同類型刀具的補償示意圖a)立銑刀b)鉆頭c)外圓車刀第三節(jié)刀具補償原理半徑 長度 半徑，長度補償中使

2、用的刀具參數(shù)主要有：刀具半徑、刀具長度、刀具中心偏移量2022/7/143數(shù)控技術3.2、刀具長度補償計算圖2-11數(shù)控車床刀具結構參數(shù)示意圖第三節(jié)刀具補償原理實現(xiàn)刀尖圓弧中心軌跡與刀架相關點的轉換2022/7/144數(shù)控技術3.2、刀具長度補償計算第三節(jié)刀具補償原理由于在實際操作過程中F與S之間的距離難以直接測得，而理論刀尖點P相對刀架參考點F的距離容易測得，故先計算P相對F的偏移量，再根據(jù)情況計算。令Rs0可得刀具長度補償?shù)挠嬎愎綖椋毫慵喞壽E經補償后，通過控制F點來實現(xiàn)當Rs0時刀尖圓弧半徑補償Rs很小，引起零件輪廓的誤差可以不考慮；調試過程及對刀過程已經將Rs引起的誤差包含在內。2

3、022/7/145數(shù)控技術3.2、刀具長度補償計算第三節(jié)刀具補償原理鉆床的刀具：刀具安裝方式的刀具長度補償 2022/7/146數(shù)控技術(一)刀具半徑補償原理(二)刀具半徑補償類型(三)方向矢量和刀具半徑矢量(四)轉接類型的判別(五)刀具半徑補償計算(六) 特殊情況處理(七)刀具半徑補償計算小結3.3、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理數(shù)控機床在連續(xù)輪廓加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)所控制的運動軌跡不是零件的輪廓，而是加工刀具的中心軌跡。由于用戶總是按零件的輪廓編寫加工程序，因此，要加工出合格的零件，就必須使加工刀具中心在零件輪廓的法矢量方向上偏移一個刀具半徑值，這種偏移就稱為刀具半徑補償。2022/7

4、/147數(shù)控技術1)刀具半徑補償建立。2)刀具半徑補償進行。3)刀具半徑補償撤消。3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理左補償不補償右補償2022/7/148數(shù)控技術圖2-12刀具半徑補償示意圖3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理粗實線為所需加工的零件輪廓虛線為刀具中心軌跡為了便于分析問題，IS0標準規(guī)定：沿編程軌跡(零件輪廓)前進方向看去，當?shù)毒咧行能壽E始終在編程軌跡的左邊時稱為左刀補，用指令G41表示，如圖。當?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡的右邊時稱為右刀補，用指令G42表示。當不需要進行刀具半徑補償時，可用指令G40來撤消由G41或G42建立的刀具半徑補償。2022/7/149

5、數(shù)控技術圖2-13刀具半徑補償過程示意圖3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1410數(shù)控技術1.刀具半徑補償建立從起刀點運動到工件刀具半徑補償起始點的過程。根據(jù)G41或G42指定的刀補方向，控制刀具中心軌跡相對刀具半徑補償起始點偏移一個刀具半徑值。刀具半徑補償建立只能在G00或G01的程序段中進行3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1411數(shù)控技術2.刀具半徑補償進行控制刀具中心軌跡在工件輪廓的法矢量方向上始終偏移一個刀具半徑值的過程。刀具半徑補償一旦建立，便一直維持補償狀態(tài)，直到被撤銷為止。3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理2022

6、/7/1412數(shù)控技術3.刀具半徑補償撤消刀具撤離工件表面返回到起刀點位置的過程。根據(jù)刀補撤銷前G41和G42的情況，控制刀具中心軌跡相對刀具半徑補償終點偏移一個刀具半徑 值，使刀具回到起刀點。刀具半徑補償撤銷只能在G00或G01的程序段中進行3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1413數(shù)控技術上述刀具半徑補償算法只適用于自定的二維坐標平面內,而平面的指定是通過G17/G18/G19來設定的。硬件數(shù)控采用讀一段，算一段，再走一段的數(shù)據(jù)流方式，無法考慮到兩個輪廓段之間刀具中心軌跡的過渡問題，靠編程員解決。CNC中，增設了兩組刀補緩沖器，以便讓至少兩個含有零件輪廓信息的加工

7、程序段（一般保證3個段）的信息同時在CNC系統(tǒng)內部被處理，從而可對刀具中心軌跡及時修正，回避了刀具干涉現(xiàn)象的發(fā)生。刀具半徑補償執(zhí)行過程相關問題：3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1414數(shù)控技術刀具半徑補償功能，可以大大簡化編程的工作量：1.加工過程中，刀具的磨損和更換是不可避免的，因此刀具的半徑也經常變化。采用刀具半徑補償后，不必重新編程，只需要對相應的參數(shù)進行修改即可。2.由于輪廓加工往往不是一道工序就能完成的，在粗加工時，要為精加工預留一定的加工余量。加工余量的預留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，不必為粗加工和精加工分別編程。3.3.1、刀具半徑補償原理第三節(jié)刀具補償原

8、理2022/7/1415數(shù)控技術走直線、走圓角圓弧過渡可使刀具中心軌跡或工件輪廓光滑過渡，但在尖角處的加工誤差可能變大，尖角不尖。插入直線過渡的加工誤差在尖角處較小，并避免在尖角處出現(xiàn)加工停頓現(xiàn)象或刀具干涉現(xiàn)象。2022/7/1416數(shù)控技術圖2-14拐角的定義a)外拐角b)內拐角轉接部分的過渡處理與相鄰兩輪廓段的夾角 (拐角/轉接角）有關拐角：相鄰兩輪廓交接點處的切線在工件實體一側的夾角。03600001800 外拐角18003600 內拐角3.3.2、刀具半徑補償類型第三節(jié)刀具補償原理軌跡連接方式： 直線接直線； 直線接圓??； 圓弧接圓??； 圓弧接直線。2022/7/1417數(shù)控技術1)當

9、090時，刀具半徑補償在此處的轉接方式為插入型。2)當90180時，刀具半徑補償在此處的轉接方式為伸長型。3)當180360時，刀具半徑補償在此處的轉接方式為縮短型。3.3.2、刀具半徑補償類型第三節(jié)刀具補償原理縮短型18003600 伸長型9001800 插入型0900 2022/7/1418數(shù)控技術3.3.2、刀具半徑補償類型第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1419數(shù)控技術第三節(jié)刀具補償原理直線矢量方向由起點指向終點圓弧矢量半徑矢量（矢徑）、弦長矢量半徑矢量方向由圓弧中心指向圓弧上動點，弦長矢量則由圓弧起點指向終點刀具半徑矢量：加工過程中始終垂直于工件的編程輪廓，大小等于刀具半徑值，方向指

10、向刀具中心的一個矢量。方向矢量：與零件輪廓上任意動點運動方向（切線）一致的單位矢量，ld3.3.3、方向矢量和刀具半徑矢量2022/7/1420數(shù)控技術圖2-18方向矢量的定義a)直線b)圓弧第三節(jié)刀具補償原理1.方向矢量與零件輪廓上任意動點運動方向（切線）一致的單位矢量，ld3.3.3、方向矢量和刀具半徑矢量2022/7/1421數(shù)控技術直線的方向矢量ld在X、Y軸上的投影分量：3.3.3、方向矢量和刀具半徑矢量第三節(jié)刀具補償原理對于圓弧而言，其走向有順逆之分，故圓弧的方向矢量也分順圓和逆圓兩種情況。圓弧的方向矢量ld在X、Y軸上的投影分量：2022/7/1422數(shù)控技術圖2-19刀具半徑矢

11、量與方向矢量a)左刀補b)右刀補3.3.3、方向矢量和刀具半徑矢量第三節(jié)刀具補償原理加工過程中始終垂直于編程軌跡且指向刀具中心，大小等于刀具半徑的矢量，rd方向矢量ld=X1i+Y1j刀具半徑矢量rd=Xdi+Ydj2022/7/1423數(shù)控技術圖2-20轉接類型判別示意圖3.3.4、轉接類型的判別第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1424數(shù)控技術(1) 縮短型當180360時， 有sin0， (2) 伸長型當90180時， 有sin0且cos， (3) 插入型當090時， 有sin0且cos0，3.3.4、轉接類型的判別第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1425數(shù)控技術1.直線接直線2.直線接圓

12、弧3.圓弧接直線4.圓弧接圓弧指運用矢量法，求出刀具半徑補償過程中刀具中心軌跡在各個轉接點處的坐標值。其計算公式不僅與相鄰兩輪廓的轉接類型有關，而且還與刀具補償所處的階段有關。3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1426數(shù)控技術1.直線接直線(1) 縮短型刀具半徑補償處在不同的階段，其轉接點的坐標計算公式是不相同的。(2) 伸長型在伸長型刀具半徑補償中， 當補償處在不同的階段， 其轉接點的個數(shù)以及坐標計算公式也不盡相同。(3) 插入型在插入型刀具半徑補償過程中， 將涉及到多個轉接點的計算。3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1427數(shù)控技術圖2-

13、21直線接直線縮短型刀具半徑補償建立與撤消示意圖1.直線接直線-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理刀具半徑補償建立-轉接點（Xs1,Ys1）相對拐點（X1，Y1）相差一個刀具半徑矢量刀具半徑補償撤消-轉接點（Xs1,Ys1）相對拐點（X1，Y1）相差一個刀具半徑矢量撤消建立2022/7/1428數(shù)控技術圖2-22直線接直線縮短型刀具半徑補償進行示意圖1.直線接直線-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理設直線輪廓l1和l2的單位矢量分別為：2022/7/1429數(shù)控技術1.直線接直線-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理等距線；將XOY坐標系原點

14、平移到（X1，Y1）可求得等距線的直線方程分別為：求得解：2022/7/1430數(shù)控技術1.直線接直線-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理坐標系移回，求刀具軌跡交點（Xs1,Ys1）a.當X11Y12X12Y12= 0 時， l1和l2共線，轉接角02022/7/1431數(shù)控技術1.直線接直線-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理坐標系移回，求刀具軌跡交點（Xs1,Ys1）b.當X11Y12X12Y12 0 時， l1和l2相交轉接角1803602022/7/1432數(shù)控技術圖2-23直線接直線伸長型刀具半徑補償示意圖1.直線接直線-伸長型3.3.5、刀具半徑

15、補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1433數(shù)控技術圖2-24直線接直線插入型刀具半徑補償示意圖1.直線接直線-插入型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1434數(shù)控技術(1)縮短型(2) 伸長型(3) 插入型2.直線接圓弧3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1435數(shù)控技術14603B圖2-25直線接圓弧縮短型刀具半徑補償示意圖2.直線接圓弧-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1436數(shù)控技術圖2-26直線接圓弧伸長型刀具半徑補償示意圖2.直線接圓弧-伸長型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理202

16、2/7/1437數(shù)控技術圖2-27直線接圓弧插入型刀具半徑補償示意圖2.直線接圓弧-插入型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1438數(shù)控技術(1)縮短型(2) 伸長型(3) 插入型3.圓弧接直線3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1439數(shù)控技術圖2-28圓弧接直線縮短型刀具半徑補償示意圖3.圓弧接直線-縮短型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1440數(shù)控技術圖2-29圓弧接直線伸長型刀具半徑補償示意圖3.圓弧接直線-伸長型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1441數(shù)控技術圖2-30圓弧接直線

17、插入型刀具半徑補償示意圖3.圓弧接直線-插入型3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1442數(shù)控技術(1) 縮短型。(2) 伸長型。(3) 插入型。4.圓弧接圓弧3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1443數(shù)控技術圖2-31圓弧接圓弧刀具半徑補償示意圖3.圓弧接直線3.3.5、刀具半徑補償計算第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1444數(shù)控技術圖2-32特殊情況的刀具半徑補償轉接示意圖a)=0b)=0c)=90d)=0e)=1803.3.6、特殊情況處理第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1445數(shù)控技術表2-6刀具半徑補償計算表3.3.7、刀具半徑補償計

18、算小結第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1446數(shù)控技術圖2-33刀具半徑補償零件加工實例3.3.7、刀具半徑補償計算小結第三節(jié)刀具補償原理2022/7/1447數(shù)控技術分析刀具半徑補償從建立、進行到撤消的全部過程 O點為刀補建立起點、Z點為撤消終點 2022/7/1448數(shù)控技術一、進給速度處理二、工件零點設置與撤消的處理三、絕對編程與增量編程的處理第四節(jié)其他預處理2022/7/1449數(shù)控技術一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理根據(jù)輪廓插補方法不同，速度處理算法有：1.脈沖增量插補法的速度處理： 步進電機，開環(huán)數(shù)控2.數(shù)據(jù)采樣插補法的速度處理： 直流伺服；交流伺服。閉環(huán)數(shù)控2022/7/1450

19、數(shù)控技術(一)脈沖增量插補法的速度處理脈沖增量插補法一般用在以步進電動機為執(zhí)行元件的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理各坐標軸運動速度通過向該軸步進電動機發(fā)送進給脈沖來實現(xiàn)。進給脈沖通過編程中的F確定。每次插補結束產生一個行程增量，以脈沖的方式輸出。在插補計算過程中不斷向各坐標軸發(fā)出互相協(xié)調的進給脈沖，驅動電機運動。2022/7/1451數(shù)控技術(一)脈沖增量插補法的速度處理一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理一個脈沖所產生的坐標軸移動量叫做脈沖當量。脈沖當量是脈沖分配的基本單位，按機床設計的加工精度選定，普通精度的機床一般取脈沖當量為：0.01mm。采用脈沖增量插補算法的數(shù)控系統(tǒng)，

20、其坐標軸進給速度主要受插補程序運行時間的限制，一般為13m/min。2022/7/1452數(shù)控技術(一)脈沖增量插補法的速度處理一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理常用的脈沖增量插補算法有：逐點比較法和數(shù)字積分法設進給速度F（mm/min），脈沖源頻率f(Hz),數(shù)控系統(tǒng)脈沖當量為（mm/步）則可推導出進給速度與脈沖頻率的關系為：F60f反過來求脈沖源頻率為f=F/(60)按其選取脈沖源頻率，可以實現(xiàn)所需的進給速度。2022/7/1453數(shù)控技術(一)脈沖增量插補法的速度處理一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當量 在兩個坐標開環(huán)的CNC系統(tǒng)中應用比較普遍。但這種方法不能

21、實現(xiàn)多軸聯(lián)動，其應用范圍受到了很大限制。 2022/7/1454數(shù)控技術(二)數(shù)據(jù)采樣插補法的速度處理一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理數(shù)據(jù)采樣插補法一般用在以直流或交流伺服電動機為執(zhí)行元件的閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。各坐標軸的運動速度是通過控制其伺服系統(tǒng)的位移量來實現(xiàn)的，即由一個插補周期內坐標軸的進給量大小來確定。 設插補周期Ts(ms)，編程進給速度F(mm/min)機床面板進給速度倍率為K，則在一個插補周期內進給位移量2022/7/1455數(shù)控技術(二)數(shù)據(jù)采樣插補法的速度處理一、進給速度處理第四節(jié)其他預處理數(shù)控機床進給系統(tǒng)的速度是不能突變的，進給速度的變化必須平穩(wěn)過渡，以避免沖擊、失步、超程或引起工件超差。在進給軸啟動、停止時需要進行加減速控制。在程序段之間，為了使程序段的轉接處的被加工面不留痕跡，程序段之間的速度必須平滑過渡，不應有停頓或突變，也需進行加減速控制。加減速在插補前進行，稱為前加減速控制；加減速在插補后進行，稱為后加減速控制。2022/7/1456數(shù)控技術二、工件零點設置與撤消的處理第四節(jié)其他預處理機床零點機床參考點工件零點如果將機床零點或機床參考點選作工件零點，則數(shù)控加工程序的編寫相當麻煩。為了簡化編程以及便于加