數(shù)控加工中常用的3種補(bǔ)償方法
在加工多個(gè)零件或使用多把刀時(shí)，由于每把刀具的幾何尺寸或形狀都是不同的，在對(duì)被加工零件確定工件坐標(biāo)系零點(diǎn)后，有必要引入刀具補(bǔ)償功能，以保證在加工過(guò)程中以正確的刀具路徑進(jìn)行切削加工。
Part.1
常用的3種補(bǔ)償方法
補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ械毒哐a(bǔ)償和夾具偏置補(bǔ)償，而刀具補(bǔ)償可分為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。長(zhǎng)度補(bǔ)償是指主軸軸向的補(bǔ)償,也就是銑刀軸向的補(bǔ)償，而對(duì)于銑刀徑向的補(bǔ)償,也就是每把銑刀直徑大小不一樣,在直徑方向的補(bǔ)償叫半徑補(bǔ)償。
1.刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償
CNC加工中心編程的數(shù)據(jù)輸入，開(kāi)始要指定零件的加工中心，才能建立工件編程坐標(biāo)系，此坐標(biāo)系只是一個(gè)工件坐標(biāo)系，零點(diǎn)在工件上，CNC加工中心長(zhǎng)度補(bǔ)償只是和Z坐標(biāo)有關(guān)，不像X、Y平面內(nèi)的編程零點(diǎn)；刀具是由主軸錐孔定位而不改變，而Z坐標(biāo)的零點(diǎn)每一把刀的長(zhǎng)度都是不同的。
CNC加工中心要鉆深為50mm的孔，然后攻絲深為45mm，分別用一把長(zhǎng)為250mm的鉆頭和一把長(zhǎng)為350mm的絲錐，先用鉆頭鉆孔深50mm，此時(shí)加工中心已經(jīng)設(shè)定工件零點(diǎn)，當(dāng)換上絲錐攻絲時(shí)，如果兩把刀都從設(shè)定零點(diǎn)開(kāi)始加工，絲錐因?yàn)楸茹@頭長(zhǎng)而攻絲過(guò)長(zhǎng)，損壞刀具和工件，如果設(shè)定了刀具補(bǔ)償，把絲錐和鉆頭的長(zhǎng)度進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)加工中心零點(diǎn)設(shè)定之后，即使絲錐和鉆頭長(zhǎng)度不同，因補(bǔ)償?shù)拇嬖?，在調(diào)用絲錐工作時(shí)，零點(diǎn)Z坐標(biāo)已經(jīng)自動(dòng)向Z+（或Z）補(bǔ)償了絲錐的長(zhǎng)度，保證了加工零點(diǎn)的正確性。
2.刀具的半徑補(bǔ)償
CNC加工中心有刀具的半徑補(bǔ)償，編制加工程序時(shí)可以不考慮刀具的直徑大小，刀長(zhǎng)補(bǔ)償對(duì)所有的刀具都適用，而刀具的半徑補(bǔ)償則一般只用于銑刀類(lèi)刀具；當(dāng)銑刀加工工件的外輪廓或內(nèi)輪廓時(shí)，就用得上刀具半徑補(bǔ)償，當(dāng)用端面銑刀加工工件的端面時(shí)則只需刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。
CNC加工中心刀具半徑補(bǔ)償是一個(gè)比較難理解和使用的指令，所以在編程中都不太愿使用，其實(shí)理解和掌握了使用起來(lái)還是對(duì)編程和加工帶來(lái)很大方便；當(dāng)準(zhǔn)備編一個(gè)用銑刀加工一個(gè)工件的外形的程序時(shí)，首先要根據(jù)工件的外形尺寸和刀具的半徑進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算坐標(biāo)值來(lái)明確刀具中心所走的路線，所用的刀具半徑只是這把銑刀的半徑值，當(dāng)編完后發(fā)現(xiàn)這把銑刀不太適合要換用其他直徑的刀具，這時(shí)就要重新計(jì)算刀具中心所走的路線的坐標(biāo)值，這對(duì)于外形復(fù)雜的模具來(lái)說(shuō)重新計(jì)算簡(jiǎn)直是太困難了，一個(gè)工件的外形加工分粗加工和精加工，這樣粗加工程序編好后也就是完成了粗加工。
經(jīng)過(guò)粗加工工件外形尺寸發(fā)生了變化，接下來(lái)又要計(jì)算精加工的刀具中心坐標(biāo)值工作量太大；如果用了刀具半徑補(bǔ)償就可以忽略刀具半徑，根據(jù)工件尺寸進(jìn)行編程，再把刀具半徑作為半徑補(bǔ)償放在半徑補(bǔ)償寄存器里，臨時(shí)更換銑刀或進(jìn)行粗精加工，只需更改刀具半徑補(bǔ)償值就可以控制工件外形尺寸的大小了，對(duì)程序基本不用作一點(diǎn)修改。
3.夾具的偏置補(bǔ)償
加工中心夾具偏置可以不考慮工件夾具的位置而使用夾具偏置，當(dāng)CNC加工中心加工小的工件時(shí)，工裝上一次可以裝夾幾個(gè)工件，不用考慮每一個(gè)工件在編程時(shí)的坐標(biāo)零點(diǎn)。只需按照各自的編程零點(diǎn)進(jìn)行編程，再使用夾具偏置來(lái)移動(dòng)每一個(gè)工件上的編程零點(diǎn)；夾具偏置使用夾具偏置指令G54～G59來(lái)執(zhí)行的，也可以使用G92指令設(shè)定坐標(biāo)系；當(dāng)一個(gè)工件加工完成之后，加工下一個(gè)工件時(shí)使用G92來(lái)重新設(shè)定新的工件坐標(biāo)系。
Part.2
刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)陌咐爸噶?br />
所謂刀位點(diǎn)是指編制程序和加工時(shí)，用于表示刀具特征的點(diǎn)，也是對(duì)刀和加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。數(shù)控車(chē)刀的刀位點(diǎn)如圖所示。尖形車(chē)刀的刀位點(diǎn)通常是指刀具的刀尖；圓弧形車(chē)刀的刀位點(diǎn)是指圓弧刃的圓心；成形刀具的刀位點(diǎn)也通常是指刀尖。
1. 刀具偏移的含義
刀具偏移是用來(lái)補(bǔ)償假定刀具長(zhǎng)度與基準(zhǔn)刀具長(zhǎng)度之長(zhǎng)度差的功能。車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定X軸與Z軸可同時(shí)實(shí)現(xiàn)刀具偏移。
刀具幾何偏移：由于刀具的幾何形狀不同和刀具安裝位置不同而產(chǎn)生的刀具偏移。
刀具磨損偏移：由刀具刀尖的磨損產(chǎn)生的刀具偏移。
刀具偏移補(bǔ)償功能示例：
2. 利用刀具幾何偏移進(jìn)行對(duì)刀操作
（1）對(duì)刀操作的定義
調(diào)整每把刀的刀位點(diǎn)，使其盡量重合于某一理想基準(zhǔn)點(diǎn)，這一過(guò)程稱(chēng)為對(duì)刀。
（2）對(duì)刀操作的過(guò)程
①手動(dòng)操作加工端面，記錄下刀位點(diǎn)的Z向機(jī)械坐標(biāo)值。
②手動(dòng)操作加工外圓，記錄下刀位點(diǎn)的X向機(jī)械坐標(biāo)值，停機(jī)測(cè)量工件直徑，計(jì)算出主軸中心的機(jī)械坐標(biāo)值。
③將X、Z值輸入相應(yīng)的刀具幾何偏移存儲(chǔ)器中。
（3）利用刀具幾何偏移進(jìn)行對(duì)刀操作的實(shí)質(zhì)
利用刀具幾何偏移進(jìn)行對(duì)刀的實(shí)質(zhì)就是利用刀具幾何偏移使工件坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)重合。
3. 刀具偏移的應(yīng)用
利用刀具偏移功能，可以修整因?qū)Φ恫徽_或刀具磨損等原因造成的工件加工誤差。例如：加工外圓表面時(shí)，如果外圓直徑比要求的尺寸大了0.2mm，此時(shí)只需將刀具偏移存儲(chǔ)器中的X值減小0.2，并用原刀具及原程序重新加工該零件，即可修整該加工誤差。同樣，如出現(xiàn)Z方向的誤差，則其修整辦法相同。
4. 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)亩x
在實(shí)際加工中，由于刀具產(chǎn)生磨損及精加工的需要，常將車(chē)刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時(shí)的刀位點(diǎn)為刀尖圓弧的圓心。
為確保工件輪廓形狀，加工時(shí)不允許刀具刀尖圓弧的圓心運(yùn)動(dòng)軌跡與被加工工件輪廓重合，而應(yīng)與工件輪廓偏移一個(gè)半徑值，這種偏移稱(chēng)為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。圓弧形車(chē)刀的刀刃半徑偏移也與其相同。
5. 假想刀尖與刀尖圓弧半徑
在理想狀態(tài)下，我們總是將尖形車(chē)刀的刀位點(diǎn)假想成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)即為假想刀尖（圖中的A點(diǎn)）。
在對(duì)刀時(shí)也是以假想刀尖進(jìn)行對(duì)刀。但實(shí)際加工中的車(chē)刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一個(gè)理想的點(diǎn)，而是一段圓?。ㄈ鐖D中的BC圓?。?。
所謂刀尖圓弧半徑是指車(chē)刀刀尖圓弧所構(gòu)成的假想圓半徑（圖中的r）。實(shí)踐中，所有車(chē)刀均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖在實(shí)際加工中是不存在的。
6. 未使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償時(shí)的加工誤差分析
（1）加工臺(tái)階面或端面時(shí)，對(duì)加工表面的尺寸和形狀影響不大，但在端面的中心位置和臺(tái)階的清角位置會(huì)產(chǎn)生殘留誤差，如圖所示。
（2）加工圓錐面時(shí)，對(duì)圓錐的錐度不會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)錐面的大小端尺寸會(huì)產(chǎn)生較大的影響，通常情況下，會(huì)使外錐面的尺寸變大，而使內(nèi)錐面的尺寸變小，如圖所示。
（3）加工圓弧時(shí)，會(huì)對(duì)圓弧的圓度和圓弧半徑產(chǎn)生影響。加工外凸圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變小，其值=理論輪廓半徑R–刀尖圓弧半徑r，如圖所示。
加工內(nèi)凹圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變大，其值=理論輪廓半徑R+刀尖圓弧半徑r，如圖所示。
7. 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令
1）指令格式
G41 G01/G00 X_Y_F_；刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償
G42 G01/G00 X_Y_F_；刀尖圓弧半徑右補(bǔ)償
G40 G01/G00 X_Y_；取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償
2）指令說(shuō)明
刀尖圓弧半徑補(bǔ)償偏置方向的判別：
a）后置刀架，+Y軸向外
b）前置刀架，+Y軸向內(nèi)
8. 圓弧車(chē)刀刀沿位置的確定
根據(jù)各種刀尖形狀及刀尖位置的不同，數(shù)控車(chē)刀的刀沿位置如圖所示，共有9種。
a）后置刀架，+Y軸向外
b）前置刀架，+Y軸向內(nèi)
c）具體刀具的相應(yīng)刀沿號(hào)
P–假想刀尖點(diǎn) S–刀沿圓心位置 r–刀尖圓弧半徑
部分典型刀具的刀沿號(hào)：
a）后置刀架的刀沿位置號(hào)
b）前置刀架的刀沿位置號(hào)
9. 刀尖圓弧半徑補(bǔ)償過(guò)程
刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程分為三步：刀補(bǔ)的建立、刀補(bǔ)的進(jìn)行、刀補(bǔ)的取消。
O0010；
N10 G99 G40 G21；
（程序初始化）
N20 T0101；
（轉(zhuǎn)1號(hào)刀，執(zhí)行1號(hào)刀補(bǔ)）
N30 M03 S1000；
（主軸按1000r/min正轉(zhuǎn)）
N40 G00 X85.0 Z10.0；
（快速點(diǎn)定位）
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補(bǔ)建立）
N60 Z－18.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
N70 X80.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補(bǔ)取消）
N90 G28 U0 W0；
（返回參考點(diǎn)）
N100 M30；
（1）刀補(bǔ)的建立
刀補(bǔ)的建立指刀具從起點(diǎn)接近工件時(shí)，車(chē)刀圓弧刃的圓心從與編程軌跡重合過(guò)渡到與編程軌跡偏離一個(gè)偏置量的過(guò)程。該過(guò)程的實(shí)現(xiàn)必須與G00或G01功能在一起才有效。
N50 G42 G01 X40.0 Z5.0 F0.2；
（刀補(bǔ)建立）
FC–刀補(bǔ)建立 CDE–刀補(bǔ)進(jìn)行 EF–刀補(bǔ)取消
（2）刀補(bǔ)進(jìn)行
在G41或G42程序段后，程序進(jìn)入補(bǔ)償模式，此時(shí)車(chē)刀圓弧刃的圓心與編程軌跡始終相距一個(gè)偏置量，直到刀補(bǔ)取消。
N60 Z－18.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
N70 X80.0；
（刀補(bǔ)進(jìn)行）
FC–刀補(bǔ)建立 CDE–刀補(bǔ)進(jìn)行 EF–刀補(bǔ)取消
（3）刀補(bǔ)取消
刀具離開(kāi)工件，車(chē)刀圓弧刃的圓心軌跡過(guò)渡到與編程軌跡重合的過(guò)程稱(chēng)為刀補(bǔ)取消，如圖中的EF段（即N80程序段）。刀補(bǔ)的取消用G40來(lái)執(zhí)行，需要特別注意的是，G40必須與G41或G42成對(duì)使用。
N80 G40 G00 X85.0 Z10.0；
（刀補(bǔ)取消）
FC–刀補(bǔ)建立 CDE–刀補(bǔ)進(jìn)行 EF–刀補(bǔ)取消
10. 進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)
•刀具圓弧半徑補(bǔ)償模式的建立與取消程序段只能在G00或G01移動(dòng)指令模式下才有效。
•G41／G42不帶參數(shù)，其補(bǔ)償號(hào)(代表所用刀具對(duì)應(yīng)的刀尖半徑補(bǔ)償值)由T指令指定。該刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號(hào)與刀具偏置補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)。
•采用切線切入方式或法線切入方式建立或取消刀補(bǔ)。對(duì)于不便于沿工件輪廓線方向切向或法向切入切出時(shí)，可根據(jù)情況增加一個(gè)過(guò)渡圓弧的輔助程序段。
•為了防止在刀具半徑補(bǔ)償建立與取消過(guò)程中刀具產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象，在建立與取消補(bǔ)償時(shí)，程序段的起始位置與終點(diǎn)位置最好與補(bǔ)償方向在同一側(cè)。
•在刀具補(bǔ)償模式下，一般不允許存在連續(xù)兩段以上的補(bǔ)償平面內(nèi)非移動(dòng)指令，否則刀具也會(huì)出現(xiàn)過(guò)切等危險(xiǎn)動(dòng)作。補(bǔ)償平面非移動(dòng)指令通常指僅有G、M、S、F、T指令的程序段（如G90、M05）及程序暫停程序段（G04 X10.0）。
•在選擇刀尖圓弧偏置方向和刀沿位置時(shí)，要特別注意前置刀架和后置刀架的區(qū)別。
充分理解和掌握刀具補(bǔ)償?shù)暮x，熟練運(yùn)用加工中心刀具各項(xiàng)補(bǔ)償功能，對(duì)于在工作中優(yōu)化程序編制，程序安全運(yùn)行和提高生產(chǎn)效率具有重要的意義。
