如何处理刀尖半径与圆弧的关系

肖伊

摘 要 文章以具体两种类型的数控车床为例，通过分析加工过程中产生过切与少切的主要原因，通过处理好刀尖半径与圆弧的关系，实现避免过切和少切的现象。

关键词 处理过切 少切 刀尖半径补偿 系统

中图分类号：G633.6 文献标识码：A

How to Deal with the Relationship between Tip Radius and Arc

XIAO Yi

(Yangchun Secondary Vocational and Technical School, Yangchun, Guangdong 529600)

Abstract Take two types of concrete CNC lathe, for example, generated by analyzing cut and small cut in the process, by handling the relationship between the tool nose radius and arc to achieve to avoid over-cutting and less cutting phenomenon.

Key words treated cut; a small cut; tool nose radius compensation; system

数控车床因通用性好、加工精度高、加工效率高的特点，是国内使用量最大、最广的数控要机床。但在加工圆弧中，如图（1）所示，在数车上面加工凸圆弧时，以对称中心线为界，圆弧的右边加工轮廓的实际尺寸比编程轮廓尺寸大即为少切，而圆弧的左边加工轮廓的实际尺寸比编程轮廓尺寸小即为过切。为什么会出现这些现象,下面以广州数控系统GSK980TA和华中世纪星车床数控系统HNC——21/22T数控车床为例来分析说明。

1 GSK980TA车床数控系统

GSK980TA车床数控系统不具有刀尖圆弧半径补偿功能，①为了达到尺寸要求，可以利用刀尖圆弧半径偏移的编程方法实现。

在数控车床的编程与对刀过程中，通常把车刀刀尖看作一个假想刀尖点，在实际加工中，由于刀具磨损及精加工车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧。如图2中的A点就是假想刀尖点，编程时是按假想刀尖轨迹编程，对刀也是按假想刀尖，即工件轮廓与假想刀尖轨迹重合，车削时起作用的切削刃却是圆弧各切点，但是假想刀尖点与圆弧各切点是不同的，因此就出现了过切与少切的现象。

如图3车端面、外圆柱面时无误差产生，实际切削刃轨迹与工件轮廓轨迹一致；车削锥面、圆弧面时，实际切削刃轨迹与工件轮廓不重合有误差。若实际加工中同时存在X、Z轴方向的位移，又没有采取任何措施，就会出现过切或少切。

采用刀尖圆弧半径圆心的方法进行编程解决过切与少切，首先应求出刀尖圆弧圆心轨迹，再以刀尖圆弧圆心轨迹进行编程。即先测量车刀刀尖圆弧半径，再以图形圆弧的轮廓为基准向圆心方向移一个半径即得刀尖圆弧圆心轨迹（加工凹圆弧时），那么图形圆弧轮廊编程半径值为图形的圆弧半径加上刀尖圆弧半径；加工凸圆弧时，再以图形圆弧轮廓为基准向偏离圆心方向移一个半径即得刀尖圆弧圆心轨迹，那么图形圆弧轮廊编程半径值为图形的圆弧半径减去刀尖圆弧半径。因此，车刀实际切削点的轨迹与编程轮廓重合，则加工不会产生误差。如图4零件R10圆弧面采用圆弧车刀进行加工。先测量车刀刀尖圆弧半径（假设测得是3mm），求出图形圆弧轮廓编程半径值为13mm,即10+3=13mm；确定图形圆弧轮廊的起点和终点坐标，起点（X26.6,Z-8）,终点(X30.66,Z-16)；用刀尖圆心轨迹编写加工程序。其加工程序略。注意，在以刀尖圆弧圆心轨迹进行编程时，对刀时应把刀尖圆弧半径考虑进去，如图4以工件右端面与轴线交点为程序原点建立工件坐标系，对刀时，车刀的左侧碰到工件右端面后，但Z值输入“3”，即刀尖圆弧半径3mm，车刀车削工件的外圆后，其直径为36mm，但X值应输入“42”，即直径36mm加上两倍的刀尖半径（刀尖圆弧半径3mm）。（图5）

2 华中世纪星车床数控系统HNC——21/22T

HNC—21/22T车床数控系统在加工圆弧的过程中，其数控装置有刀尖半径补偿的功能，编程员只按零件的轮廓形状编制加工程序，使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上手工输入刀尖圆弧半径，数控装置就能自动计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动，自动消除实际切削点与刀位点之间的位置偏差，使加工轮廊与理想轮廓重合，从而实现高效率、高精度加工。

●代表刀具刀位点A，+代表刀尖圆弧圆心O

在应用刀尖半径补偿指令时，要根据是前刀架还是后刀架以及刀具的运动方向来选择是用G41还是用G42, 还要根据零件图形的轮廓形状与刀具的运动方向选择车刀刀尖方位,如图7是车刀刀尖方位图，如果用假想刀尖对刀。 平时用得最广泛的车刀与刀尖方位是：90捌刀?5啊?5凹獾叮?号刀尖方位（车外轮廓），内轮廓为2号刀尖方位。现举例该系统在加工零件时如何处理程序。

考虑刀尖半径补偿，编制图8所示零件的加工程序：

用以上程序加工时，其车刀尖刀尖方位是3，刀尖半径补偿量R和刀尖方位号可通过面板上的功能健分别设定、修改并输入到CNC刀具补偿寄存器中。对刀时不用考虑刀尖圆弧半径，如上图以工件右端面与轴线交点为程序原点建立工件坐标系，对刀时，车刀的左侧碰到工件右端面后，在刀具补偿的对应刀号上输入“Z等于0”，在对X方向时，刀具补偿的对应刀号上应输入“X等于直径值”，即“X32”，（假设所测得的外径是32mm）。

应用G41、G42、G40进行编程加工时还应注意以下几点：（1） G41/G42 不带参数，其补偿号（代表所用刀具对应的刀尖半径补偿值）由T代码指定。其刀尖圆弧补偿号与刀具偏置补偿号对应；（2）刀尖半径补偿的建立与取消只能用G00 或G01 指令，不能是G02 或G03；（3）补偿程序段不得指定移动距离为0的G00、G01指令；（4）G40刀尖半径补偿取消程序段，必须同时有X、Z两个方向的轴位移；

通过分析可知，在数控车削加工中不能忽略刀尖圆弧半径对加工所造成的影响时，精加工就要进行车刀刀尖圆弧半径补偿。由于不同类型的数控系统其功能不同，因此在实际应用中针对不同的系统，采取相应的方法与措施，就可以避免数控车床加工过程中产生过切与少切的现象，提高零件加工精度。

参考文献

[1] 宋小春,张木清主编.数控车床编程与操作.广东经济出版社,2005.

[2] 世纪星车床数控系统HNC-21/22T编程说明书.武汉华中数控股份有限公司.2001.11.

[3] 谢晓红主编.数控车削编程与加工技术.电子工业出版社,2008.7.