数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿分析与应用

在实际加工过程中，由于刀具产生磨损及精加工的需要，常将车刀的刀尖修磨成半径较小的圆弧，这时的刀位点为刀尖圆弧的圆心。为确保工件轮廓形状。加工时不允许刀具刀尖圆弧的圆心运动轨迹与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏移一个半径值，这种偏移称为刀尖圆弧半径补偿。目前，较多车床数控系统都具有刀尖圆弧半径补偿功能。在编程时，只要按工件轮廓进行编程，再通过系统补偿一个刀尖圆弧半径即可。但有些车床数控系统却没有刀尖圆弧补偿功能。对于这些机床，如要加工精度较高的圆弧或圆锥表面时，则要通过计算来确定刀尖圆心运动轨迹，再进行编程。

1 假想刀尖与刀尖圆弧半径

　　在理想状态下，我们总是将尖形车刀的刀位点假想成一个点，该点即为假想刀尖(图l中的A点)，在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一个理想的点，而是一段圆弧(如图l中的8C圆弧)。所谓刀尖圆弧半径是指车刀刀尖圆弧所构成的假想圆半径(图1中的r)。实践中，所有车刀均有大小不等或近似的刀尖圆弧，假想刀尖在实际加工中是不存在的。

2 未使用刀尖圆弧半径补偿时的加工误差分析

　　用圆弧刀尖的外圆车刀切削加工时，圆弧刃车刀(图1)的对刀点分别为B点和C点，所形成的假想刀位点为A点，但在实际加工过程中，刀具切削点在刀尖圆弧上变动．从而在加工过程中可能产生过切或者少切现象。因此，采用圆弧刃车刀在不使用刀尖圆弧半径补偿功能的情况下，加工工件会出现以下几种误差情况。

　　2.1加工台阶面或端面误差分析

　　加工台阶面或端面时，对加工表面的尺寸和形状影响不大，但在端面的中心位置和台阶的清角位置会产生残留误差，如图2所示。

　　2.2加工圆锥面误差分析

　　加工圆锥面时，对圆锥的锥度不会产生影响，但对锥面的大小端尺寸会产生较大的影响，通常情况下，会使外锥面的尺寸变大(图3所示)，而使内锥面的尺寸变小。

　2.3加工圆弧误差分析

　　加工圆弧时．会对圆弧的圆度和圆弧半径产生影响。加工外凸圆弧时，会使加工后的圆弧半径变小，其值=理论轮廓半径尺一刀尖圆弧半径r，如图4所示。加工内凹圆弧时，会使加工后的圆弧半径变大，其值=理论轮廓半径R+刀尖圆弧半径r，如图5所示。

3 刀尖圆弧半径补偿过程

　　刀尖圆弧半径补偿的过程分为三步：即刀补的建立，刀补的进行和刀补的取消。其补偿过程通过图6和加工程序O0001共同说明。

　　3.1刀补的建立

　　刀补的建立指刀具从起点接近工件时，车刀圆弧刃的圆心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。该过程的实现必须与G00或G0l功能在一起才有效。刀具补偿过程通过N50程序段建立。当执行N50程序段后。车刀圆弧刃的圆心坐标位置由以下方法确定：将包含G42语句的下边两个程序段(N60、N70)预读，连接在补偿平面内最近两移动语句的终点坐标(图6中的BC连线)，其连线的垂直方向为偏置方向，根据G4l或G42来确定偏向哪一边，偏置的大小由刀尖圆弧半径值决定。经补偿后，车刀圆弧刃的圆心位于图6中的B点处，其坐标值为【0，(o+刀尖圆弧半径)】。

　　在G41或G42程序段后，程序进入补偿模式，此时车刀圆弧刃的圆心与编程轨迹始终相距一个偏置量，直到刀补取消。在该补偿模式下，机床同样要预读两段程序，找出当前程序段所示刀具轨迹与下一程序段偏置后的刀具轨迹交点，以确保机床把下一段工件轮廓向外补偿一个偏置量，如图9中的C点、D点等。

　　3.3刀补取消

　　刀具离开工件．车刀圆弧刃的圆心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程称为刀补取消，如9中的EF段(即N90程序段)。刀补的取消用G40来执行，需要特别注意的是，G40必须与G4l或G42成对使用。

4 结束语

　　以上通过车刀刀尖半径对加工工件的影响的分析可知，要保证零件加工精度，在数控加工尤其精加工一定要进行车刀刀尖半径补偿。