浅议数控机床加工中c刀具补偿下的过切现象

浅议数控机床加工中C刀具补偿下的过切现象

摘要：随着计算机技术的发展，在数控机床中运用计算机技术也得到了较快的发展。早期数控机床主要由数字逻辑电路组成硬件数控系统，即NC系统，随着计算技术的运用，该系统已被淘汰，取而代之的是计算机数控系统，即CNC系统。CNC系统在存储能力及运算速度方面大幅提高，且柔性较为良好。本文主要是在装备CNC系统基础上的数控车床进行分析，对其C刀具补偿下的过切现象进行研究，并提出解决的措施。

关键词：C刀具；CNC系统；数控机床；补偿

数控机床中有一种特殊的功能，即刀具补偿，其作用是数控系统在工件轮廓程序及刀具中心偏移量的条件下，自动对刀具的轨迹进行计算。在CNC系统中，刀具补偿分为B刀具补偿和C刀具补偿。B刀具补偿采用读、算、走依次进行的控制方法，对程序间的过渡问题很难解决，工作人员需要先对刀补后的交叉点及间断点情况进行预计，然后人为进行处理，其加工工艺较差。而C刀具补偿很好的解决了B刀具补偿的不足，可直接求出刀具中心轨迹焦点，刀具加工的路径大大缩短，加工工艺大幅提高，这也是目前数控系统中比较先进的刀具补偿方法。但是在加工过程中，要是编程方法不合适，就会出现过切现象，对零件的质量及精度都有严重的影响，本文主要对C刀具补偿中的过切现象进行分析研究，提出消除过切的方法。

1、C刀具补偿中的过切现象分析

1.1刀补平面内两段及以上没有移动指令时的过切现象

刀具补偿时，平面内两段及以上没有移动指令时，往往会出现过切的现象。如图1所示，某工件经过数控铣削加工时，其程序如下：

图1 过切现象一

O0002

N10 S800 M03

N20 G90 G54 G00 X0 Y0

N30 Z100

N40 G41 X20 Y10 D01 //刀补建立

N50 Z5 //Z方向下刀

N60 G01 Z-1 F80 //Z方向下刀

N70 Y50 //加工外轮廓

N80 X50

……

N120 M30

对其主要原因进行分析可知，刀具补偿从N40程序段开始，其建立时，数控程序只能读出两个程序间断，此时N50、N60两程序段都在z轴上移动，与x、y轴无关，因此，数控车床不能正确的判断出下一个补偿的方向，虽然采用了G41进行刀补，然而刀补的中心却没有加上刀补值，直接到达A点完成了N50、N60段的补偿后进行N70段补偿，从A点移动向B点使，刀具中心将工件的一部分切掉，因此产生了过切现象。

1.2刀补平面内存在一个移动距离为0的指令产生过切现象

在刀补状态下，平面内两个运动指令间存在一个移动为0的指令，就会产生过切现象，如图2所示，某工件经过数控铣削加工时，其程序如下：

图2 过切现象二

O0003

N10 M03 S1000

N20 G54 G00 X0 Y0 Z5

N30 G01 Z-1 F100

N40 G41 G01 X20 Y10 D01

N50 Y40

N60 Y40

N70 X30

……

N120 M30

对其原因进行分析，刀具加工至N40段时，可以对N50、N60两段进行预读，这两段的位移量均为0，此时没有零件的轮廓信息，因此不存在矢量变化，这时刀补中心也没有加上刀补值，刀具中心停留在A点，刀补中心向B点移动时，向下预读到N70段时，出现过切现象。

1.3连续两辅助功能程序段产生过切现象

刀具补偿状态下，存在两个连续辅助功能程序段时，往往会产生过切现象，如图3所示，某工件经过数控铣削加工时，其程序如下：

图3 过切现象三

O0004

N10 M03 S1000

N20 G54 G00 X0 Y0 Z5

N30 G01 Z-1 F100

N40 G41 G01 X20 Y10 D01

N50 Y40

N60 M08

N70 M09

N80 G01 X30

……

N120 M30

对其原因进行分析，在刀具补偿加工N50段的时候，对N60、N70段进行预读，这两段均为辅助功能指令，因此缺乏零件轮廓信息，沿AB轮廓的垂直矢量缺失，没有刀补值。从A点向B点移动时，经过N80段时出现过切现象。

2、C刀具出现过切现象的解决方法

从以上分析可以知道，C刀具在补偿时的过切现象虽然形式不一，但本质都是要严格根据C刀补规则进行。第二、三种过切现象主要是由于编程不合理造成，是可以避免的，第一种过切解决的主要方向是深度的进给。因此本文主要针对第一种过切现象提出以下几种解决的方法：

2.1切至切削深度后，启动刀补

在进行刀补之前，首先选择安全的位置将刀具一次性进给到切削深度，然后进行刀具补偿，其程序如下：

O0005

N10 S1000 M03

N20 G54 G00 X0 Y0 Z5

N30 G01 Z-1 F100 //z轴进给至切削深度

N40 G41 G01 X20 Y10 D01 //建立刀具补偿

N50 Y50

……

N120 M30

2.2首先启动刀补，然后在深度方向一次进给到切削深度

启动刀具补偿后，选择安全位置，在深度方向上一次性进给到切削的深度。程序如下：

O0006

N10 S1000 M03

N20 G54 G00 X0 Y0 Z5

N30 G41 G01 X20 Y10 D01 //建立刀具补偿

N40 G01 Z-1 F100 //z轴一次进给到切削深度

N50 Y50

……

N120 M30

2.3刀补启动时，3个坐标同时进给

刀具补偿启动的时候，选择安全位置，使刀具在坐标三个方向同时进给，且使z轴进给到切削的深度，其程序如下：

O0007

N10 S1000 M03

N20 G54 G00 X0 Y0 Z5

N30 G41 G01 X20 Y10 Z-1 D01 F100 //三个坐标同时制定刀具偏置

N40 Y50