数控加工中刀具补偿的应用.docx
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数控加工中刀具补偿的应用
毕业论文
题目：
数控加工中刀具补偿的应用
系部：
机电工程系
专业：
数控技术
班级：
08数控
（2）班
学生：
罗贤强
学号：
08313244
指导老师：
刘晓秋老师职称：
江西理工大学南昌校区
毕业设计（论文）任务书
机电工程系系部数控专业2008级（2011届）数控
（2）班学生罗贤强
题目：
数控加工中刀具补偿的应用
专题题目（若无专题则不填）：
原始依据（包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）：
工作基础：
在20世纪60年代的数控加工中还没有出现补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，这样不仅很容易产生错误，而且生产效率低下。
当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照轮廓尺寸进行程序编制。
在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算，自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。
当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。
因此刀具补偿的应用不仅提高了生产效率，还大大降低了技术人员的劳动强度。
研究条件：
利用网络资源，参考相关文献，并在老师的提示和指导下熟悉并掌握刀具补偿的基本应用和相关注意事项。
应用环境：
刀具补偿广泛用于数控车床、数控铣床、加工中心等淑红设备中。
提高了数控加工的精度。
工作目的：
深入了解刀具补偿的概念以及分类，着重掌握数控车床车削加工中的刀具半径补偿的问题和车床的对刀问题。
并通过本论文提高自己在刀具补偿方面的理论水平。
主要内容和要求：
（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：
研究内容：
1数控车床加工的对象：
数控车床是目前使用比较广泛的数控机床，主要用干轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。
与常规车床相比，数控车床还适合加工如下工件。
（1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件，
（2）精度要求高的零件。
（3）特殊的螺旋零件。
（4）淬硬工件的加工。
2数控车床的对刀问题：
（1）一般对刀。
（2）机外对刀仪对刀。
（3）自动对刀。
3数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题：
编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径R是0.4一1.6之间），所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。
假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算分为加工圆锥面的误差析与偏置值计算和加工圆弧面的误差分析与偏置值计算。
（一）刀尖半径补偿编程原则。
1）将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处，偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。
2）为了激活刀尖半径补偿，在一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入G41或G42，至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。
3）进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面。
4）刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用:
G32,G34,G71,G72,G73,G74,G75,G76,G92。
5）若在G90,G94固定循环中使用刀尖半径补偿，刀尖半径补偿必须先于G90,G94指令激活。
（二）刀尖回角半径补偿方法。
现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输人刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。
刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。
（三）数控车床刀尖圆弧半径补偿。
1）格式。
2）偏置功能。
4应用实例：
零件加工的轮廊图如图1所示。
在编程过程中，若不加刀具半径补偿，加工中在切削圆锥面和圆弧面时就会出现过切和欠切的现象，如图2所示。
这样加工出的零件将超差，不合格。
为了加工出合格的零件.就要在编程中加人刀具半径补偿。
图1零件轮廓圈
图2过切或欠切现象
O0001程序号
N10G98进给速递98mm/min
N20T0101调用T01好玩刀具
N30S1000M03主轴转速1000r/min
N40G00X20Z5快速接近工件
N50G42G01X20Z0F120建立刀补
N60G01Z-10车削圆柱
N70G01X40Z-20车削圆椎
N80G01X40Z-30R2车内圆角
N90G01X50C1车外圆角
N100G01Z-37车削圆柱
N110G01X48Z-40车削圆椎
N120G01在-43车削圆柱
N130G40G01X55Z-50取消刀补
N140G00X100Z100会换刀点
N150M05主轴停止
N160M30程序结束
具体要求：
熟悉刀具补偿的概念，能熟练应用刀具的补偿功能，尤其是刀具补偿在数控车床中的应用。
日程安排：
1：
11月25日-12月20日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研；
2：
12月21日-12月25日，撰写选题报告；
3：
12月26日-1月15日，撰写开题报告；
4：
1月1日-3月27日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理并修改
毕业设计/毕业论文，准备答辩；
5:
3月28日-4月4月3日，论文审核；
6:
4月，准备答辩。
主要参考文献和书目：
【1】全国数控培训网络天津分中心编.数控编程[M]机械工业出版社,2001。
【2】浙江工业职业技术学院编.数控机床编程与操作[M].绍兴:
绍兴出版社,2003。
【3】武汉华中数控股份有限公司.世纪星车削数控装置操作说明书[M]。
2003.
【4】许兆丰主编.数控车床编程和操作[M].北京:
中国劳动出版社,1997。
【5】周建来.基于假想刀尖点为刀位点的c刀补技术.现代制造工程，2001，10。
【6】蔡复之.实用数控加工技术.兵器工业出版社，1995。
【7】李善术-数控机床及其应用-北京：
机械工业出版社，2000。
【8】张建钢．数控技术[M]．武汉：
华中科技大学出版社．2000。
【9】顾京．数控加工编程及操作[M]．北京：
高等教育出版社。
2003。
【10】张立仁，李瑞斌，周会成．刀具半径补偿原理及其在数控编程中的应用口]．机械管理开发．2007
（1）：
65—66。
【11】李粉霞．数控编程时刀具半径补偿指令的几种妙用[J]．机械工程与自动化，2007
（1）：
153—155。
【12】刘雅君．数控编程时巧用刀具半径补偿指令[J3．赤峰学院学报（自然科学版），2006（4）：
45—47。
【13】张超英，罗学科.数控加工综合实训【M】北京：
化学工业出版社，2003。
【14】王维，杨金利。
数控加工工艺及编程【M】北京：
机械工业出版社，2004。
指导教师签字：
年月日
教研室主任签字：
年月日
江西理工大学南昌校区
毕业设计（论文）开题报告
机电工程系系部数控专业08级（2011届）08数控
（2）班学生罗贤强
题目：
数控加工中刀具补偿的应用
本课题来源及研究现状：
课题来源
在20世纪60年代的数控加工中还没有出现补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，这样不仅很容易产生错误，而且生产效率低下。
当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照轮廓尺寸进行程序编制。
在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算，自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。
当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。
因此刀具补偿的应用不仅提高了生产效率，还大大降低了技术人员的劳动强度。
研究现状：
【1】王雷通过对数控车床在加工各种形状的零件过程中，由于车刀刀尖圆弧半径影响，产生加工误差进行了深入分析，并对刀具圆弧半径补偿的各种情况进行了分析计算。
同时分析了数控车床刀具半径补偿的功能、应用场合及使用方法，从而通过刀具半径补偿功能消除车刀刀尖圆弧对零件加工的影响，保证了被加工零件的几何精度和位置精度精度，尤其是对保证精加工时被加工零件的几何精度和位置精度有着特别的意义。
【2】马保振等全面分析了数控车床刀具位置补偿和半径补偿的原因、方法和应用,并对刀具半径补偿使用时如何避免欠切进行了分析.从而保证零件加工时,通过调用刀具补偿值自动进行补偿,提高工件的加工精度。
课题研究目标、内容、方法和手段：
研究内容：
1数控车床加工的对象：
数控车床是目前使用比较广泛的数控机床，主要用干轴类和盘类回转体工件的加工，能自动完全内外圆面、柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔等加工，适合复杂形状工件的加工。
与常规车床相比，数控车床还适合加工如下工件。
1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件，
2）精度要求高的零件。
3）特殊的螺旋零件。
4）淬硬工件的加工。
2数控车床的对刀问题：
1）一般对刀。
2）机外对刀仪对刀。
3）自动对刀。
3数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题：
编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径R是0.4一1.6之间），所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。
假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算分为加工圆锥面的误差析与偏置值计算和加工圆弧面的误差分析与偏置值计算。
（一）刀尖半径补偿编程原则。
1）将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处，偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。
2）为了激活刀尖半径补偿，在一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入G41或G42，至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。
3）进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面。
4）刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用:
G32,G34,G71,G72,G73,G74,G75,G76,G92。
5）若在G90,G94固定循环中使用刀尖半径补偿，刀尖半径补偿必须先于G90,G94指令激活。
（二）刀尖回角半径补偿方法。
现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输人刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。
刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。
（三）数控车床刀尖圆弧半径补偿。
1）格式。
2）偏置功能。
4应用实例：
零件加工的轮廊图如图1所示。
在编程过程中，若不加刀具半径补偿，加工中在切削圆锥面和圆弧面时就会出现过切和欠切的现象，如图2所示。
这样加工出的零件将超差，不合格。
为了加工出合格的零件.就要在编程中加人刀具半径补偿。
图1零件轮廓圈
图2过切或欠切现象
O0001程序号
N10G98进给速递98mm/min
N20T0101调用T01好玩刀具
N30S1000M03主轴转速1000r/min
N40G00X20Z5快速接近工件
N50G42G01X20Z0F120建立刀补
N60G01Z-10车削圆柱
N70G01X40Z-20车削圆椎
N80G01X40Z-30R2车内圆角
N90G01X50C1车外圆角
N100G01Z-37车削圆柱
N110G01X48Z-40车削圆椎
N120G01在-43车削圆柱
N130G40G01X55Z-50取消刀补
N140G00X100Z100会换刀点
N150M05主轴停止
N160M30程序结束
研究目标：
深入了解刀具补偿的概念以及分类，着重掌握数控车床车削加工中的刀具半径补偿的问题和车床的对刀问题。
并通过本论文提高自己在刀具补偿方面的理论水平。
研究方法：
通过网络以及其他手段与方式等，调查了解有关现状，对文献涉及的主要原理、技术方法等进行总结、归纳评述，阐明当前有关方面的成果和动态。
设计（论文）提纲及进度安排：
1：
11月25日-12月20日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研；
2：
12月21日-12月25日，撰写选题报告；
3：
12月26日-1月15日，撰写开题报告；
4：
1月1日-3月27日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理并修改
毕业设计/毕业论文，准备答辩；
5:
3月28日-4月4月3日，论文审核；
6:
4月，准备答辩。
主要参考文献和书目：
【1】全国数控培训网络天津分中心编.数控编程[M]机械工业出版社,2001。
【2】浙江工业职业技术学院编.数控机床编程与操作[M].绍兴:
绍兴出版社,2003。
【3】武汉华中数控股份有限公司.世纪星车削数控装置操作说明书[M]。
2003.
【4】许兆丰主编.数控车床编程和操作[M].北京:
中国劳动出版社,1997。
【5】周建来.基于假想刀尖点为刀位点的c刀补技术.现代制造工程，2001，10。
【6】蔡复之.实用数控加工技术.兵器工业出版社，1995。
【7】李善术-数控机床及其应用-北京：
机械工业出版社，2000。
【8】张建钢．数控技术[M]．武汉：
华中科技大学出版社．2000。
【9】顾京．数控加工编程及操作[M]．北京：
高等教育出版社。
2003。
【10】张立仁，李瑞斌，周会成．刀具半径补偿原理及其在数控编程中的应用口]．机械管理开发．2007
（1）：
65—66。
【11】李粉霞．数控编程时刀具半径补偿指令的几种妙用[J]．机械工程与自动化，2007
（1）：
153—155。
【12】刘雅君．数控编程时巧用刀具半径补偿指令[J3．赤峰学院学报（自然科学版），2006（4）：
45—47。
【13】张超英，罗学科.数控加工综合实训【M】北京：
化学工业出版社，2003。
【14】王维，杨金利。
数控加工工艺及编程【M】北京：
机械工业出版社，2004。
指导教师审核意见：
教研室主任签字：
年月日
摘要
数控车床刀具补偿包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿。
文章是以数控车床刀具补偿为研究对象，分析了刀具位置补偿的原理和应用，详细的研究磨损补偿动作和几何形状补偿动作的实施；并且分析了刀尖圆弧在加工中产生误差，从而确定在数控加工中必须进行刀尖圆弧半径补偿。
同时研究了刀尖方位的确定和刀尖圆弧半径补偿指令的应用。
此项研究为现场操作人员和学习数控操作和编程的人员快速处理加工中补偿问题提供了很大的帮助。
关键词：
数控车床；刀具补偿；刀具位置补偿；刀尖圆弧半径补偿；应用
Abstract
Abstract：
TheCNClathetoolcompensationincludestoolpositioncompensationandtoolradiuscompensation．ThisarticleisbasedonCNCLatheToolCompensationastheresearchobject，itanalyzestheprincipleofcompensationfortoolposition，actionstepsandapplications，andDetailedstudystheimplementationofwearcompensationactionsandgeometrycompensationactions；．Anditdeterminestoapplytoolradiuscompensationintheprogrammingthroughananalysisoferrorsinprocessing．Itstudysdeterminingofthetippositionandapplicationofthetoolradiuscompensationinstructions．Thestudyprovidesagreathelptoquicklydealwiththeissueofcompensationforon-siteoperatorsandstaffofstudyingCNCoperationandprogrammingprocess．
Keywords：
theCNClathe；toolcompensation；toolpositioncompensation；toolradiuscompensation；application
前言
在20世纪60年代的数控加工中还没有出现补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，这样不仅很容易产生错误，而且生产效率低下。
当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照轮廓尺寸进行程序编制。
在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算，自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。
当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。
因此刀具补偿的应用不仅提高了生产效率，还大大降低了技术人员的劳动强度。
数控车床刀具半径补偿是CNC技术的核心，该功能是数控系统根据加工轮廓的加工程序和刀具中心的偏移量，自动计算出刀具中心轨迹。
切削加工中。
为了提高刀尖强度，降低加工表面粗糙度，通常在刀尖（假想刀尖）处制有一回弧过渡刃。
采用刀具半径补偿能有效地避免刀具干涉，改善尖角加工的工艺性，同时也提高了加工效率。
本研究主要针对数控车床刀具补偿技术方面的同题进行深人研究。
第一章概述1
第二章数控车床的对刀问题3
2.1刀具补偿功能简介3
2.2一般对刀3
2.3机外对刀仪对刀3
2.4自动对刀3
第三章数控车削加工中半径补偿有关问题5
3.1刀具补偿的目的6
3.2刀具补偿的分类7
3.3数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿有关问题8
3.3.1刀尖半径补偿编程原则8
3.3.2刀尖圆角半径补偿方法8
3.3.3数控车床刀尖圆弧半径补偿9
3.4刀具补偿在编程过程中的灵活应用11
第四章刀具半径补偿指令在数控机床上编程中的应用13
4.1刀具半径补偿概念13
4.2刀具半径补偿的应用及刀补动作14
4.3需要注意的问题及应用技巧16
4.4应用实例20
致谢27
参考文献28
第一章概述
刀具补偿的理论及其实现，目前在各类数控系统中都已经是比较成熟的技术。
在使用数控机床加工零件的过程中，刀具的运动轨迹不等同于工件外形轮廓。
为了确保工件轮廓形状，加工时数控系统必须根据工件轮廓和刀具的几何形状计算出刀具中心运动轨迹。
不同的刀具运动方向刀具中心运动轨迹的计算方法不同。
正确使用不同的刀具补偿功能才能加工出合格产品。
数控机床一般都具有刀具补偿功能，所以在编程时可以不考虑刀具的实际尺寸f如长度和半径等），从而简化了编程工作。
如果编程采用了刀具补偿，在运行程序之前就必须输入相应的补偿值，这就是说数控机床的刀具补偿功能是依照程序中的补偿指令（G41--G44）和补偿值实现的，对初学者来说，这是个难点。
在加工过程中，刀具的磨损、实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致以及更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成误差。
为了最大限度的减少因刀具尺寸变化等原因造成的加工误差，数控系统通常都具备有刀具误差补偿功能。
通过刀具褂偿功能指令，CNC系统可以根据输补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床能够自动地加工出符合程序要求的零件。
刀具补偿功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化（如刀具更换、刀具磨损）时，可对刀具半径或长度作相应的补偿，而不需要修改程序。
编程指令有：
①G40：
取消刀具半径补偿，沿程序路径进给；②G41：
左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给；③G42：
右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给；④G43：
刀具长度正补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相加，按其结果进行Z轴运动；⑤G44：
刀具长度负补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相减，按其结果进行Z轴运动；@G49：
取消刀具长度补偿，沿程序指定的Z坐标进行z轴运动。
在实际数控加工中正确应用刀具补偿是提高加工质量的关键，下面对刀具补偿功能在各种数控加工中的应用进行分析。
在数控机床的加工过程中，可以清楚看出刀具（或电极丝、激光等，以下统称为刀具）中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合，这是因为工件轮廓是刀具以运动包络的方式形成的。
刀具的中心（底端面与轴线相交点）称为刀具的刀位点，刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。
在20世纪60~70年代的数控加工中还没有刀具补偿（简称刀补）的概念，编程人员不得不根据刀具的理论路线和实际路线的相对关系进行编程，既容易产生错误，又使得编程效率很低。
当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照工件的轮廓尺寸进行程序编制。
在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。
当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只需要更改程序中刀具补偿的数值。
刀具补偿使用简单、方便，能极大提高编程的工作效率。
第二章数控车床的对刀问题
2.1刀具补偿功能简介
数控机床在切削过程中不可避免地存在刀具磨损问题，譬如钻头长度变短，铣刀半径变小等，这时加工出的工件也随之变化。
如果系统中有刀具尺寸补偿功能，可在操作面板上输入相应的修正值，是加工出的工件尺寸仍然符合图样要求。
有了刀具尺寸补偿功能后，是数控编程大为简便，在编程时可以完全不考虑刀具中心轨迹计算，直接按零件轮廓编程。
启动机床加工前，只需输入使用刀具的参数，数控系统会自动计算出刀具中心的运动轨迹坐标。
另外，试切和加工中工件尺寸与图样要求不符时，可利用相应的补偿加工出合格的零件。
经济型数控机床在和学校中流行广泛，其具有性能简化、结构简单、价格低廉等特点。
在经济型数控机床系统中，如果没有刀具补偿功能，只能按刀位点的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要求先根据工件轮廓尺寸和刀具几何尺寸计算出刀位点的运动轨迹。
因此计算量大、过程复杂，且刀具磨损时，需重新计算刀位点的轨迹尺寸，修改或重新编制加工程序，费时费力费钱。
2.2一般对刀
一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀。
刀具安装后,先移动刀具手动切削工
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