刀具补偿原理.ppt

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第三节第三节刀具补偿原理刀具补偿原理一、刀具补偿计算的意义一、刀具补偿计算的意义（11）什么是刀具补偿）什么是刀具补偿在数控加工过程中，数控系统的实际控制对象是在数控加工过程中，数控系统的实际控制对象是刀具中心刀具中心或或刀架相关刀架相关点点，数控系统通过直接控制，数控系统通过直接控制刀具中心刀具中心或或刀架相关点刀架相关点的运动轨迹，来间接地的运动轨迹，来间接地实现实际零件轮廓的加工。

实现实际零件轮廓的加工。

然而，实际刀具参与切削的部位是然而，实际刀具参与切削的部位是刀尖刀尖（车刀）或（车刀）或刀刃边缘刀刃边缘（铣刀），（铣刀），它们与它们与刀具中心刀具中心或或刀架相关点刀架相关点之间存在着尺寸偏差，因此数控系统必须根之间存在着尺寸偏差，因此数控系统必须根据据刀尖或刀刃边缘的实际坐标位置刀尖或刀刃边缘的实际坐标位置（即零件轮廓的实际坐标位置）来计算（即零件轮廓的实际坐标位置）来计算出出刀具中心或刀架参考点的相应坐标位置刀具中心或刀架参考点的相应坐标位置，这种计算过程就称为，这种计算过程就称为刀具补偿刀具补偿。

刀具补偿的计算工作可以由用户来完成；而对于具有刀具补偿功能的刀具补偿的计算工作可以由用户来完成；而对于具有刀具补偿功能的数控系统，也可以由数控系统来自动完成。

数控系统，也可以由数控系统来自动完成。

由由用户用户来完成刀具补偿的计算工作来完成刀具补偿的计算工作此时，此时，数控加工程序段中的坐标数据数控加工程序段中的坐标数据就是就是刀具中心刀具中心或或刀架相关点的坐刀架相关点的坐标位置标位置。

例：

假设刀具半径为例：

假设刀具半径为1515（165,35165,35）（165,165165,165）（35,16535,165）（35,50）（35,50）YYXX（150,50150,50）（150,150150,150）（50,15050,150）（50,5050,50）G0G0X35X35Y50Y50G1Y165F100G1Y165F100X165X165Y35Y35X50X50G0X0G0X0Y0Y0（50,3550,35）（150150，5050）（150150，150150）（5050，150150）（5050，5050）由由数控系统数控系统来自动完成刀具补偿的计算工作。

来自动完成刀具补偿的计算工作。

启用数控系统的刀具补偿功能后，刀具补偿的计算工作将由数控系统来自启用数控系统的刀具补偿功能后，刀具补偿的计算工作将由数控系统来自动完成。

此时动完成。

此时数控加工程序段中的坐标数据数控加工程序段中的坐标数据采用采用零件轮廓的实际坐标数据零件轮廓的实际坐标数据，既，既数控加工时数控加工时刀尖或刀刃边缘的实际坐标位置刀尖或刀刃边缘的实际坐标位置。

G0G0G41G41X50Y50X50Y50G1Y150G1Y150X150X150Y50Y50X50X50G0G0G40G40X0Y0X0Y0R1（22）刀具补偿的作用）刀具补偿的作用采用刀具补偿功能，不仅可以大大简化数控加工程序的编写工作，还可采用刀具补偿功能，不仅可以大大简化数控加工程序的编写工作，还可以提高以提高数控加工程序的利用率数控加工程序的利用率，主要表现在两方面。

，主要表现在两方面。

当当刀具尺寸发生变化刀具尺寸发生变化（刀具磨损、刀具更换等）时，只需修改相应的（刀具磨损、刀具更换等）时，只需修改相应的刀具参数刀具参数即可。

即可。

在同一台机床上对同一零件轮廓进行在同一台机床上对同一零件轮廓进行粗加工粗加工、半精加工半精加工和和精加工精加工等多等多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各道工序所预留的加工余量加入刀道工序时，不必编写三种加工程序，可将各道工序所预留的加工余量加入刀具参数即可。

具参数即可。

R2R3余量2余量3R3=R+余量3R2=R+余量2R1=R+0L1L2FrL1FFYXr（33）刀具补偿类型）刀具补偿类型刀具补偿分为刀具补偿分为刀具长度补偿刀具长度补偿和和刀具半径补偿刀具半径补偿两种类型。

对于不同机床上两种类型。

对于不同机床上所使用的不同类型的刀具，其补偿形式也不一样。

所使用的不同类型的刀具，其补偿形式也不一样。

立铣刀立铣刀：

主要是刀具半径补偿，有时需要刀具长度补偿；：

主要是刀具半径补偿，有时需要刀具长度补偿；钻头钻头：

主要是刀具长度补偿；：

主要是刀具长度补偿；外圆车刀：

即需要刀具半径补偿，也需要纵横两个坐标方向的刀具长外圆车刀：

即需要刀具半径补偿，也需要纵横两个坐标方向的刀具长度补偿。

度补偿。

立铣刀ZX钻头XZ外圆车刀刀具补偿时所使用的刀具补偿时所使用的刀具参数刀具参数主要有：

刀具半径、刀具长度、刀具中心主要有：

刀具半径、刀具长度、刀具中心偏移量等等。

这些刀具参数应该在程序运行前预先存入偏移量等等。

这些刀具参数应该在程序运行前预先存入刀具参数表刀具参数表中。

中。

在刀具参数表中，不同的在刀具参数表中，不同的刀具补偿号刀具补偿号（刀沿）对应着不同的一组刀具参（刀沿）对应着不同的一组刀具参数。

在编制数控加工程序时，可以通过调用不同的数。

在编制数控加工程序时，可以通过调用不同的刀具补偿号刀具补偿号来实现不同的来实现不同的刀具补偿计算。

刀具补偿计算。

二、刀具长度补偿计算二、刀具长度补偿计算当刀具的长度尺寸发生变化而影响工件轮廓的加工时，数控系统应对这种当刀具的长度尺寸发生变化而影响工件轮廓的加工时，数控系统应对这种变化实施补偿，即刀具长度补偿。

变化实施补偿，即刀具长度补偿。

（11）车床情况）车床情况数控车床的刀具结构如右图所示。

数控车床的刀具结构如右图所示。

SS：

刀尖圆弧圆心；刀尖圆弧圆心；RRSS：

刀尖圆弧半径；刀尖圆弧半径；PP（ZZPP，XXPP）：

）：

理论刀尖点；理论刀尖点；FF（ZZFF，XXFF）：

）：

刀架相关点；刀架相关点；（ZZPFPF，XXPFPF）：

）：

PP点相对于点相对于FF点的坐标。

点的坐标。

车刀的刀具长度补偿就是实现车刀的刀具长度补偿就是实现刀尖圆弧中心刀尖圆弧中心SS与与刀架相关点刀架相关点FF之间的坐标变换。

之间的坐标变换。

在实际操作中，在实际操作中，刀尖圆弧圆心刀尖圆弧圆心SS点点相对于相对于FF点的点的位置偏移量位置偏移量难以直接测量，难以直接测量，而而理论刀尖点理论刀尖点PP相对于相对于FF点的位置偏移量比较容易测量。

因此，一般情况下，我们点的位置偏移量比较容易测量。

因此，一般情况下，我们先测量出先测量出理论刀尖点理论刀尖点PP与与刀架参考点刀架参考点FF之间的位置偏移量，然后根据情况来考虑是之间的位置偏移量，然后根据情况来考虑是否需要再精确计算出否需要再精确计算出刀尖圆弧中心刀尖圆弧中心SS与与刀架参考点刀架参考点FF之间的位置偏移量。

通过测量之间的位置偏移量。

通过测量计算得出的这个位置偏移量数值将被存放在数控系统的计算得出的这个位置偏移量数值将被存放在数控系统的刀具参数表刀具参数表中。

中。

（11）假设刀尖圆弧半径）假设刀尖圆弧半径RRSS=0=0此时，此时，PP点与点与SS点重合，根据图示的几何关系可知：

点重合，根据图示的几何关系可知：

已知：

已知：

代入上式后得刀具长度补偿计算公式为：

代入上式后得刀具长度补偿计算公式为：

（2-2-11）理论刀尖点理论刀尖点PP的坐标（的坐标（ZZPP，XXPP）就是实际被加工零件的就是实际被加工零件的轮廓轨迹坐标轮廓轨迹坐标，该，该坐标值可以从数控加工程序中直接获得；坐标值可以从数控加工程序中直接获得；（ZZPFPF，XXPFPF）为理论刀尖点为理论刀尖点PP相对于刀架参考点相对于刀架参考点FF的的坐标值。

坐标值。

设设（ZZFPFP，XXFPFP）为为刀架参考点刀架参考点FF相对于理论刀尖点相对于理论刀尖点PP的坐标值，则有：

的坐标值，则有：

（2-2）（2-2-11）理论刀尖点理论刀尖点PP相对于刀架参考点相对于刀架参考点FF的的坐标值坐标值（ZZPFPF，XXPFPF）、或刀架参考点或刀架参考点FF相相对于理论刀尖点对于理论刀尖点PP的坐标值的坐标值（ZZFPFP，XXFPFP）可以从刀具参数表中的可以从刀具参数表中的刀具参数刀具参数来获取。

来获取。

在有些数控系统中，刀具参数表中的在有些数控系统中，刀具参数表中的刀具长度参数刀具长度参数采用采用刀架参考点刀架参考点FF相相对于刀尖点对于刀尖点PP的坐标值（的坐标值（ZZFPFP，XXFPFP），即即此时刀具长度补偿计算公式可写成：

此时刀具长度补偿计算公式可写成：

（2-2-33）而在有些数控系统中，刀具参数表中的而在有些数控系统中，刀具参数表中的刀具长度参数刀具长度参数采用采用刀尖点刀尖点PP相对于相对于刀架参考点刀架参考点FF的坐标值（的坐标值（ZZPFPF，XXPFPF），即即此时刀具长度补偿计算公式可写成：

此时刀具长度补偿计算公式可写成：

（2-2-44）FB（-70，15）A（0，15）X3520ZG0X0Y15G0X0Y15G1X-70G1X-70AA点：

点：

BB点：

点：

lZZFL讨论：

讨论：

11）利用（）利用（2-32-3）式，我们可以得到）式，我们可以得到测量刀具长度参数测量刀具长度参数的计算公式：

的计算公式：

（2-2-44）其中：

其中：

（ZZFF，XXFF）：

刀架相关点）：

刀架相关点FF的坐标；的坐标；（ZZPP，XXPP）：

）：

新刀具刀尖点坐标。

新刀具刀尖点坐标。

FXZ在图示的情况下：

在图示的情况下：

ZZFF为为系统维护并显示的刀架系统维护并显示的刀架相关点相关点FF的的ZZ坐标。

坐标。

新刀具刀尖点的新刀具刀尖点的ZZ坐标坐标ZZPP=L=L。

根据（根据（2-42-4），系统可以计算出新），系统可以计算出新刀具刀具ZZ方向的刀具参数为：

方向的刀具参数为：

LzLz=Z=ZFF-Z-ZPP=Z=ZFF-L-LFXPFZPF22）采用相似的分析方法，我们可以得到建立工件坐标系的计算公式采用相似的分析方法，我们可以得到建立工件坐标系的计算公式FXZMXZW（22）假设刀尖圆弧半径）假设刀尖圆弧半径RRSS00此时，刀具的补偿算法比较复杂，一方面要考虑此时，刀具的补偿算法比较复杂，一方面要考虑刀尖圆弧半径的补偿刀尖圆弧半径的补偿（刀（刀具半径补偿类型），另一方面还要考虑具半径补偿类型），另一方面还要考虑刀具长度补偿刀具长度补偿。

但是，一般情况下但是，一般情况下RRSS很小，在有些生产场合可以不考虑它对零件轮廓的影很小，在有些生产场合可以不考虑它对零件轮廓的影响，另一方面，在对刀过程中已经把响，另一方面，在对刀过程中已经把RRSS在在平行于坐标轴方向所引起的误差进行平行于坐标轴方向所引起的误差进行了补偿，因此零件表面上平行于坐标轴的轮廓不会再产生附加误差（但斜线或了补偿，因此零件表面上平行于坐标轴的轮廓不会再产生附加误差（但斜线或圆弧还是会有误差），在此暂时不考虑刀尖圆弧的补偿计算。

圆弧还是会有误差），在此暂时不考虑刀尖圆弧的补偿计算。

三、刀具半径补偿计算三、刀具半径补偿计算

（一）刀具半径补偿原理

（一）刀具半径补偿原理（11）什么是刀具半径补偿）什么是刀具半径补偿在零件轮廓的加工过程中，数控系统的控制对象是在零件轮廓的加工过程中，数控系统的控制对象是加工刀具的中心点加工刀具的中心点。

在。

在加工零件轮廓时，数控系统必须使刀具中心在加工零件轮廓时，数控系统必须使刀具中心在零件轮廓的法矢量方向零件轮廓的法矢量方向上偏移一上偏移一个个刀具半径值刀具半径值，这种偏移操作就称为，这种偏移操作就称为刀具半径补偿刀具半径补偿。

刀具半径补偿就是刀具半径补偿就是根据零件轮廓计算出刀具中心轨迹根据零件轮廓计算出刀具中心轨迹的操作。

一般来说，的操作。

一般来说，有两种计算手段。

有两种计算手段。

人工计算人工计算人工计算出人工计算出刀具中心轨迹