1.假想刀尖
用圆头车刀车工件时,总是以刀具“假想刀尖”点来对刀,若机床不具备刀具半径自动补偿功能时,由于刀尖圆弧的影响,则要进行复杂的刀位坐标计算,即计算假想刀尖的轨迹。所谓“假想刀尖”如图3-63所示,图3-63(b)为圆头车刀,P点为其假想刀尖,相当于图3-63(a)中尖头刀的刀尖点Q。
通常情况下,CNC车床皆使用粉末冶金制作的刀片,其刀尖是一圆弧形,刀尖半径R有0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm等多种。在对刀时,刀尖的圆弧中心不易直接对准起刀位置或基准位置。
图3-63 圆头车刀假想刀尖及圆角半径造成的过切或少切
如在车削外圆、内孔等与Z轴平行的表面时,对刀点就是刀位点,把车刀的刀尖看成是一个点,这是不会影响加工质量的。但是,当在加工不与X、Z轴平行的表面时,由于刀尖圆弧半径的存在,刀位点与切削刃上的实际切削点不一致,刀具切削点在刀尖圆弧上变动,实际切削点与刀位点之间出现位置偏差,造成过切或少切。如图3-63(c)所示。可以看出,当刀尖圆弧半径足够小时,这种偏差也是很小的,可以控制到0.01 mm范围以内。但是当精度进一步提高时,这种偏差就不能忽视,必须找到实际切削的刀刃点,并在程序中设该点为刀位点,才能保证其加工精度。
为了在不改变程序的情况下,使刀具切削刃上实际切削点与刀位点重合,加工出尺寸正确的工件,数控系统采用刀尖圆弧半径补偿指令来实现。
刀尖圆弧半径补偿是通过G41、G42指令建立刀尖圆弧半径补偿,补偿值由假想刀尖方向代号和圆弧半径来决定。
刀尖圆弧半径补偿指令格式：
G4l/G42 G01(G00)X(U)_Z(W)_；
…
G40 X(U)_Z(W)_；
说明：
G41：左刀补,工件轮廓在刀具前进方向左侧补偿,如图3-64(a)所示。
G42：右刀补,工件轮廓在刀具前进方向右侧补偿,如图3-64(b)所示。
图3-64 刀尖圆弧半径补偿方向的判断
(a)后置刀架,＋Y轴向外；(b)前置刀架,＋Y轴向内
G41/G42不能与G02、G03指令编写在一个程序段内,也不能用G02、G03来建立刀补,只能在G00/G01指令中进行。在Z轴的切削移动量必须大于其刀尖半径值,在X轴的切削移动量必须大于2倍刀尖半径值。当刀具磨损或刀具重磨后,只需改变刀具的半径值,而不需修改已编好的程序。刀具圆弧半径补偿的建立,一般在正式切削工件之前,或在工件车削锥度或圆弧段之前。
G40：取消刀尖半径补偿；在G00/G01指令中进行。
G40、G41、G42都是模态代码,可相互注销。
寄存半径补偿值时需要确定刀尖方位号。刀尖方向如图3-65所示。假想刀尖方向是指假想刀尖点与刀尖圆弧中心点的相对位置关系,用0～9共10个号码来表示。同时规定,刀尖取圆弧中心位置时,代码为0或9,可以理解为没有圆弧补偿。车外圆及右端面、车槽刀尖方位号为3,车内孔为2。
图3-65 刀尖方向代号
例3-17 加工图3-66所示零件轮廓,编写精加工程序。设刀具半径为R＝0.02 mm,加工外圆及端面,刀尖方向号为3。(www.xing528.com)
图3-66 外圆精车
参考程序：
主程序
2.按刀心轨迹编程
当机床不具备刀具半径自动补偿功能时,也可按刀心转变编程。刀心轨迹是和轮廓线相距一个刀具半径的等距线,此时,应先计算出刀心的轨迹,然后再按刀心轨迹进行编程。图3-67所示的轮廓轨迹,可按虚线所示的刀心轨迹线编写程序。用刀心轨迹编程比较直观,所以经常采用。
3.刀具位置补偿
在加工的时候,若使用多把刀具,通常取刀架中心位置为编程原点,刀具实际移动轨迹由刀具位置补偿控制。刀具位置补偿包括刀具几何补偿值和磨损补偿值。
图3-67 刀心轨迹编程
几何补偿值是指实际刀具在安装一把标准刀具时,标准刀具的刀尖相对刀架中心的偏移量。
磨损补偿值是指实际刀具刀尖的位置相对标准刀具刀尖位置的偏移量。
目前,刀具位置补偿主要使用将几何补偿值和磨损补偿值合起来补偿的方法,其格式：
T____
前两位是刀具编程,后两位是总补偿值存储单元编号。总补偿值存储单元编号有两个作用：
①选择刀具号对应的补偿值,执行刀具位置补偿功能。
②补偿号为00时可以取消位置补偿。
③刀具磨损补偿是用来补偿由刀具磨损造成的工件超差,也可用来补偿对刀不准引起的误差。
④刀具磨损补偿的设置：刀具磨损补偿值是在“OFFSET/WEAR(磨损)”画面下,用U和W输入的,具体方法在不同的系统中是不一样的,请参见机床说明书。
也可以将几何补偿值和磨损补偿值分别设定存储单元补偿。这时刀具前两位代码不仅是刀具编号,也是几何补偿值存储单元编号；刀具后两位代码是磨损补偿值存储单元编号。这种补偿法应用较少。
4.圆弧半径补偿和位置补偿的关系
如果既要考虑车刀位置补偿,又要考虑刀具圆弧半径补偿,则可在刀具代码T中的补偿号对应的存储单元中存放一组数据：X轴、Z轴的位置补偿值,圆弧半径补偿值和假想刀尖方位(0～9)。操作时,将每一把刀具的四个数据分别设定到刀具补偿号对应的存储单元中,即可实现自动补偿。如图3-68所示。
图3-68 刀补数据输入设定的画面
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