数控系统的刀具半径补偿技术研究.docx

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数控系统的刀具半径补偿技术研究

第33卷第2期2005年4月

浙江工业大学学报

JOURNALOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.33No.2Apr.2005

收稿日期:

2004-10-04

:

数控系统的刀具半径补偿技术研究

王凌云1

和延立2

姚　伟

1

（1.湖南科技职业学院机电系,湖南长沙410004;2.西北工业大学机电工程学院,陕西西安710072

摘要:

数控系统的刀具半径补偿是在CNC系统内部由计算机自动完成的.在加工过程中,CNC系统根据零件轮廓尺寸、刀具运动的方向指令（G40,G41,G42以及实际加工中所用的刀具半径值自动计算出刀具中心轨迹,完成对零件的加工.介绍了C功能刀具半径补偿原理,根据平面内刀具半径补偿转接过渡的不同转接类型,针对C功能刀补的工程实际应用,提出了交角转接及直接转接两程序段间的软件实现方法.针对实际轮廓加工过程中刀具半径补偿的执行过程:

刀具补偿建立、刀具补偿维持及刀具补偿撤消,结合所用的数控系统和刀具,编制了凸轮轮廓的加工程序.实践证明,C功能刀具半径补偿方法切实可行,且效率高.关键词:

C功能刀补;转接形式;软件实现;实际应用中图分类号:

TH503.15　　　　　文献标识码:

A

文章编号:

1006-4303（200502-0219-04

Theresearchofcnccutterradiuscompensationtechnology

WANGLing-yun1,HEYan-li2,YAOWei

1

（1.DepartmentofMechanicalEngineering,HunanVocationalInstituteofScience&Technology,Changsha410004,China;

2.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,NorthwesternPolytechnicUniversity,Xi'an710072,China

Abstract:

CutterradiuscompensationisperformedautomaticallybycomputerinCNCsystem.Duringthepartmachiningprocedure,CNCsystemperformscontourmachiningbycalculatingthecuttertipcentertrajectoryautomatically,accordingtothepartcontour,theG-codeofthecutteroffsetdirection（G40,G41,G42andthesizeofthecutterradius.ThetheoryofCfunctioncutterradiuscompensationispresented.TheJoin-Turningtypeandthemethodofsoftware

performanceisanalyzed.Thepracticaluseisresearched.ThecampartprofileprogramdiscussedisbasedontheCNCsystem,thecutterselectedandtheperformanceprocedureofcutterradiuscompensation:

settingup,maintenanceandcancellation.ItisprovedthattheCfunctioncutterradiuscompensationisefficientanduseful.

Keywords:

cutterradiuscompensation;join-turningtype;softwareperformance;practicaluse

0　引　言

刀具半径补偿是CNC技术的核心算法,刀具半径补偿功能是数控系统根据加工轮廓的加工程序

和刀具中心偏移量,自动计算出刀具中心轨迹[1]

.当

前主要应用C刀具补偿方法得到刀具中心轨迹,CNC系统内部根据C功能刀具补偿的工作状态,同时存有三个程序段的信息[2].C功能刀补采用直线或圆弧过渡,直接求出刀具中心轨迹交点.采用C刀补方法能有效地避免刀具干涉,改善了尖角加工的工艺性,也提高了加工效率.刀具补偿方法是加工

轨迹插补运算的数据来源和依据,是平面轮廓加工必须解决的重要内容[3].

1　程序段间转接情况分类及软件实现

方法

　　C刀具半径补偿是采用交角转接或直接转接的方法,CNC自动计算出本程序段与下一程序段刀具中心轨迹的交点坐标[4]

.前后两程序段轮廓轨迹转接情况有:

直线与直线转接;圆弧与圆弧转接;直线与圆弧或圆弧与直线转接.根据相邻两程序段轮廓轨迹的转接情况,可导出计算刀具中心轨迹的交点坐标的公式.

根据两段轮廓的夹角（相邻两段轮廓的切线在交点处工件侧的夹角的大小,可将轮廓的转接类型分为三种:

缩短型、伸长型和插入型[5]

.

当180°<<360°时,刀具中心轨迹的长度小于实际编程轨迹的长度,这种转换接为缩短型;

当90°<<180°时,刀具中心轨迹的长度大于或等于实际编程轨迹的长度,这种转接为伸长型;当0°<<90°时,不仅刀具中心轨迹的长度大于实际编程轨迹的长度,而且要插入一段直线或圆弧,这种转接为插入型.

为了便于刀具中心轨迹的交点坐标的计算及对各种编程情况进行分析,将程序段的轮廓轨迹、刀具半径都当作矢量看待[6].直线段矢量方向从起点指向终点,圆弧起点及终点的半径为矢量,方向由圆心指向起点或终点,刀具半径的矢量方向由零件加工程序段轮廓指向刀具圆心,其大小等于刀具半径,在加工过程中始终垂直于轮廓轨迹.1.1　直线与直线的转接1.1.1　转接形式分类

在图1和图2中,第一段刀具中心轨迹为JC,下一段刀具中心轨迹为DK,OA为第一段编程矢量,AF为第二段编程矢量,夹角即为逆时针方向的∠GAF

.

图1　G41G01/G41G01直线—直线转接　　由图1（左刀补直线接直线和图2（右刀补直线接直线可知,直线与直线转接有三种类型:

缩短型、伸长型和插入型

.

图2　G42G01/G42G01直线—直线转接直线—直线转接的各种形式分类见表1.表1中插入（1为左刀补（G41插入型转接,插入（2为右刀补（G42插入型转接.

表1　直线—直线转接形式分类

编程轨迹的连接刀具补偿方向

sin≥0cos≥0象限转接类型对应图号G41G01/G41G01

G41

11I10II00III0

1IV缩短

插入（1伸长

图1（a

图1（b

图1（c图1（d

G42G01/G42G01

G42

11I10II00III0

1

IV

伸长插入（2缩短

图2（a图2（b图2（c图2（d

1.1.2　转接形式分类的软件实现框图

直线接直线的转接形式分类可用图3的程序来・

220・浙江工业大学学报第33卷

图3　直线-直线转接分类软件实现框图

1.2　圆弧与圆弧的转接

如图4所示,当圆弧轨迹PA与下一段圆弧AQ相接时,A点为PA与AQ的交点,O1A为圆弧PA的终点半径矢量,OA为圆弧PA在终点A处的切线,O2A为圆弧AQ的起点半径矢量,AF为圆弧AQ在A点的切线.圆弧接圆弧的转接形式分类见表

2.

图4　G41圆弧—圆弧转接

表2　圆弧接圆弧的转接形式分类

编程轨迹的连接刀补方向

sin≥0cos≥0象限转接形式对应图号G41G03/G41G03G41G02/G41G02G41G02/G41G03G41G03/G41G02

G41+（1+（1-（0-（0

+（1-（0-（0+（1

ⅠⅡⅢⅣ

缩短型缩短型左刀补插入伸长型

图4（a图4（b图4（c图4（d

　　图4与图1比较可知,它们的转接形式分类和判别是完全相同的,即当刀具半径左补偿顺圆接顺

圆G41G02/G41G02时,它的转接类型的判别等效于刀具半径左补偿中的直线接直线G41G01/G41G01（G42圆弧—圆弧的转接类型的判别与G42直线接直线G42G01/G42G01的等效关系依此类推.

1.3　直线—圆弧或圆弧—直线转接

两者的转接形式分类仍可以两段轮廓矢量之夹角∠GAF=作为判别依据,可借用圆弧—圆弧转接形式分类（如表2所示,其转接形式也有缩短型、伸长型和插入型三种.

圆弧与圆弧转接、直线与圆弧转接和圆弧与直2　刀具半径补偿的建立、维持和撤消

在轮廓加工时,刀具半径补偿的执行通常按三个阶段进行:

刀具半径补偿建立阶段、刀具半径补偿维持阶段和刀具半径补偿撤消阶段.三个阶段的转接类型都可分为缩短型、伸长型和插入型三类.2.1　刀具半径补偿建立阶段

刀具从原点接近工件,刀具中心轨迹由G41或G42确定,在原来的程序轨迹基础上伸长或缩短一个刀具半径值,即刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的距离[7].2.2　刀具半径补偿维持阶段

一旦建立了刀具补偿状态,则一直维持该状态,・

221・第2期王凌云,等:

数控系统的刀具半径补偿技术研究

轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离.2.3　刀具半径补偿撤消阶段

刀具撤离工件,回到原点.与建立刀具补偿时一样,刀具中心轨迹也要比编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离.即刀具中心轨迹从与编程轨迹相距一个刀具的半径值过渡到与编程轨迹重合.刀具补偿撤消用G40指令.

3　刀具半径补偿的应用

在华中数控铣系统中,用12mm的平底立铣刀加工如图5所示（图中尺寸数字单位为mm,凸轮轮廓的程序如下

:

图5　平底立铣刀加工图

O1111

N05G92X0Y0Z30

N10G90G00G41D01X50Y-70M03S800N15G01Z-7F20N20X0Y-55F100N25G02X0Y55R55

N30X23.570Y38.333R25

N35G01X32.998Y11.667

N40G02X32.998Y-11.667R35N45G01X23.570Y-38.333N50G02X0Y-55R25N55G01X-10N60G00Z30N65G40X0Y0N70M05M30

4　结　论

对CNC系统刀具半径补偿关键技术进行了理论分析.本文所编写的刀具半径补偿工件轮廓加工程序,是采用C功能刀具半径补偿技术解决实际零件加工.与从前所用的B功能刀补相比,既方便了编程人员的操作,又不致于造成被加工工件的过切和欠切.经过长时间应用和检验,C功能刀补被证明是切实可行的、高效的.参考文献:

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机械工业出版

社,2001.

[2]　王润孝.机床数控原理与系统[M].西安:

西北工业大学出版

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机械工业出版

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371-378.

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（责任编辑:

刘　岩

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222・浙江工业大学学报第33卷