五轴联动数控加工中的刀具补偿方法

工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald85①作者简介：马引劳（1979，12—），男，汉族，陕西武功人，本科，工程师，研究方向：航空结构件数控加工及变形控制。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.03.085五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法①马引劳(西安飞机工业（集团）有限责任公司 陕西西安 710089)摘 要：本文针对五轴数控加工3D刀具补偿及后置处理方法进行研究，设计恰当的刀具补偿算法，并利用计算机软件实现后置处理，通过仿真模拟和实例验证，得出有效的数学模型和算法公式，由此解决数控加工中的尺寸偏差问题。

关键词：五轴数控加工 后置处理 3D刀具补偿中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)01(c)-0085-02刀具补偿是数控加工系通过主要功能之一，在零件加工过程中，由于刀具在长时间使用中出现变形和磨损，导致加工零件尺寸精度不满足加工标准。

以往解决方式为更新刀具或重新编写加工程序，加大了刀具成本和程序维护难度。

因此，需要尽快寻找一种高效的补偿方法。

本文提出了五轴数控系统刀具补偿功能，在实际加工中有着较好应用性。

1 刀具补偿基本原理加工实践中的刀轴矢量保持不变，在二维刀具补偿算法中，是对切触点坐标按照表面矢量进行处理，之后针对刀具中心位置编程。

但是进行3D刀具补偿时，刀具矢量是不断变化的，程序编程要求和二维刀具补偿不同，实质是根据切触点表面矢量、刀具尺寸和刀具方向计算求得的。

下面将具体分析五轴数控加工中常用刀具的补偿处理问题。

计算出刀具补偿时和刀位点坐标，为之后的编程提供依据。

如模拟所示，P 为刀具切触点，O p为刀位点，O c是刀心点，O 1是刃口圆心、R 为刀具半径，n为切触点表面矢量，v 为补偿矢量。

上述矢量都是单位矢量。

当使用平底刀为刀具时，刀心点和刀位点重合，刀具补偿向量和切触点表面矢量重合，若刀具半径从R 变成R 1时，则刀位点沿着补偿向量平移，补偿量为R 1-R ，得到新的刀位点坐标：。

数控加工刀具的补偿发布时间：2023-01-17T01:39:52.059Z 来源：《中国科技信息》2022年18期作者：高杨[导读] 使用数控车床进行编程与加工工件时，必须真正地理解和掌握好刀具补偿功能的原理及分类高杨32090219851003****摘要：使用数控车床进行编程与加工工件时，必须真正地理解和掌握好刀具补偿功能的原理及分类。

才能合理地将刀具补偿功能应用于数控车床的编程与加工中。

加工出符合零件技术要求的工件。

关键词：数控机床；刀具补偿；一、刀具补偿概述目前大多数数控机床都具备刀具自动补偿的功能。

编程人员只需将需要补偿的数值输入NC系统中，数控系统便以自动进行刀具补偿?。

编程人员可以将更多的精力分配给如何加工出符合设计轮廓的程序，刀尖圆弧半径、刀具的磨损情况及刀具的坐标变化都无需编程人员的考虑。

大大提高了编程效率与加工精度。

数控加工中主要有四种补偿方式：刀具长度补偿、刀具半径补偿、夹具偏置补偿、夹角补偿（主要用于加工中心和数控铣床）。

二、刀具长度补偿。

使用刀具长度补偿是通过执行含有G43（刀具位置正补偿）、G44（刀具位置负补偿）和H指令来实现的，同时我们给出一个Z坐标值，这样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为Z的地方。

另外一个指令G49（取消刀具位置补偿）是取消G43（G44）指令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用G43（G44）H指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿。

刀具长度的概念刀具长度是一个很重要的概念。

我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。

长度补偿只是和Z坐标有关，它不象X、Y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于Z坐标的零点就不一样了。

每一把刀的长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为50mm的孔，然后攻丝深为45mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。

五轴数控刀具半径补偿算法研究与数控仿真陈明君,李凯,李子昂哈尔滨工业大学摘要:针对五轴数控机床中的刀具三维半径补偿,结合刀具二维半径补偿原理和空间坐标变换公式,推导出刀具三维半径补偿算法。

利用UG获取人脸复杂曲面的刀路轨迹文件,根据补偿算法编制出后处理程序,通过转换刀路轨迹文件得到数控加工代码;对其进行加工仿真和精度分析,以验证该刀具半径补偿算法的实用性。

结果表明,该算法简单、正确,能满足复杂曲面精密加工的要求。

关键词:五轴数控刀具;三维半径补偿算法;复杂曲面;数控仿真中图分类号:TG702文献标志码:AResearch of Algorithm of Cutting Tool Radius Compensation inFive-axis CNC and Simulation of Numerical ControlChen Mingjun,Li Kai,Li ZiangAbstract:In respect to cutti ng radius compensation in five-axis CNC,the3D radius compensation is acquired,combining a-l gorith m of cu tting tool radius compensation in2D surface and the space transition theory.After the machining parameters set rea-sonably,the cutter locus files of complex surface for hu man face were gotten from machining module of UG.Pos-t processi ng pro-gram was made to convert the cutter locus files to the numerical control machining codes.The si mulation of numerical con trol and analysis of accuracy were performed to validate the algorithm.s practicability.The results show that this si mple algorith m can satis-fy machining accuracy requirement of the complex surface.Keywords:five-axis CNC tool;3D radius compensation;complex surface;si mulation of numerical control1引言近年来,随着微电子、电力电子、航空航天等尖端科学技术的兴起,对精密、超精密产品、零件产生了强烈的需求,促进了精密、超精密机械加工技术的发展。

数控机床的刀具补偿与补偿方法数控机床是一种通过计算机编程来控制刀具自动运动的高精度机床。

而在数控机床的加工过程中，刀具磨损是不可避免的。

为了确保加工的精度和质量，需要对刀具的磨损进行补偿。

本文将介绍数控机床的刀具补偿及其方法。

刀具补偿是指在数控机床的程序中，通过计算机控制的方式，根据刀具磨损的情况进行刀补操作，使得机床能够保持加工精度。

刀具补偿主要分为几种类型：半径补偿、长度补偿、倾斜补偿、刀尖位置补偿等。

首先，半径补偿是常见的刀具补偿方式之一。

在数控机床中，刀具刃尖的磨损会导致加工半径发生变化，从而影响到加工结果。

为了纠正加工误差，可以通过半径补偿进行校正。

一般来说，半径补偿是通过在程序中输入一个补偿值，将刀具的半径进行相应的增加或减少，以保持加工精度。

其次，长度补偿也是常用的一种刀具补偿方法。

在数控机床中，切削刀具的长度磨损会导致切削深度的变化。

为了保持加工的一致性和精度，可以通过长度补偿来进行校正。

长度补偿的原理是通过在程序中输入一个补偿值，使刀具的位置发生相应的变化，从而达到加工深度的控制。

倾斜补偿是指在加工过程中，刀具出现倾斜现象，导致加工精度下降。

为了解决这个问题，可以通过倾斜补偿来进行校正。

倾斜补偿的原理是通过在程序中调整坐标偏移量，使得刀具在加工过程中能够保持正确的倾斜角度，从而保持加工精度。

最后，刀尖位置补偿是一种通过调整刀具运动轨迹来控制加工精度的方法。

在数控机床的切削过程中，刀尖的位置可能会发生偏移。

通过刀尖位置补偿，可以通过调整刀具的路径来保持刀尖的正确位置，从而实现精确的加工。

综上所述，数控机床的刀具补偿方法主要包括半径补偿、长度补偿、倾斜补偿和刀尖位置补偿等。

这些方法通过在数控机床的程序中输入相应的补偿值或调整坐标偏移量，能够对刀具磨损进行有效的补偿，从而保证加工的精度和质量。

刀具补偿是数控机床加工过程中不可或缺的一部分，它使得机床能够适应刀具磨损的变化，同时提高了加工的效率与精度。

数控技术刀具长度补偿在数控加工领域中，刀具长度补偿是一项至关重要的技术。

它对于提高加工精度、优化加工效率以及降低生产成本都有着显著的影响。

要理解刀具长度补偿，首先得明白在数控加工过程中，刀具的实际长度与编程设定的长度往往存在差异。

这可能是由于刀具磨损、更换新刀具或者刀具制造误差等原因导致的。

而刀具长度补偿的作用，就是为了消除这种差异，确保加工出的零件符合设计要求。

想象一下，如果没有刀具长度补偿，每次更换刀具或者刀具出现磨损时，都需要重新对程序进行繁琐的修改和调整。

这不仅费时费力，还容易引入人为误差，严重影响加工的准确性和一致性。

那么，刀具长度补偿是如何实现的呢？通常来说，数控系统会提供相应的功能指令来设定和调用刀具长度补偿值。

在编程时，操作人员会根据实际测量的刀具长度与标准长度之间的差值，将补偿值输入到系统中。

当数控系统执行加工程序时，会自动根据补偿值对刀具的移动轨迹进行修正。

比如说，在加工一个零件时，编程设定的刀具长度为 100mm，但实际使用的刀具长度为 98mm。

这时，我们就可以将－2mm 的补偿值输入到数控系统中。

系统在加工过程中，就会自动将刀具的移动距离增加 2mm，从而弥补刀具长度不足的问题，保证加工深度的准确性。

刀具长度补偿分为两种类型，分别是正补偿和负补偿。

正补偿用于补偿刀具实际长度短于编程设定长度的情况，负补偿则用于补偿刀具实际长度长于编程设定长度的情况。

在实际应用中，正确测量刀具长度是实现准确补偿的关键。

一般可以通过对刀仪等专业设备来测量刀具长度。

对刀仪能够精确地测量出刀具的长度，并将数据传输给数控系统。

此外，刀具长度补偿还需要与其他数控加工技术相结合，才能发挥出最大的作用。

比如，与刀具半径补偿配合使用，可以实现更加复杂形状零件的高精度加工。

同时，操作人员在使用刀具长度补偿功能时，也需要注意一些问题。

首先，要确保输入的补偿值准确无误，否则可能会导致加工错误。

其次，在更换刀具后，要及时更新补偿值。

数控机床的刀具补偿方法摘要：数控机床是一种将数字计算机技术应用于机床的控制技术。

它把机械加工过程中的各种控制信息用代码的数字表示，通过信息载体输入数控装置，它快、精、准。

数控机床较好的解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种典型的机电一体化产品。

在使用中为了提高精度、减小误差，本文将介绍几种刀具补偿的方法。

关键词：数控机床、刀具补偿CNC machine tool compensation methodLuoZhiHong(electronic information and control engineering, liuzhou, guangxi 545006) Abstract: numerical control machine is a kind of digital computer technology applied tomachine control technology. It is the mechanical process, various control information with the digital code, through the carrier of information input device, it quickly, CNC,. CNC machine a good way to solve the complex and sophisticated, small batch and multiple varieties of parts processing, is a kind of typical electromechanical products. In use in order to reduce the error, this paper introduces several tools compensation method.Keywords: CNC machine, cutter compensation一、前言数控机床加工中的刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿，并且不同类型的机床与道具，血药考虑形式不一样的补偿；对于铣刀而言，主要是刀具半径补偿；对于钻头而言，只有刀具长度补偿。

数控加工中的刀具补偿技巧2008-9-17 10:15:37 国际工程机械网一、刀具补偿的提出用立铣刀在数控机床上加工工件，可以清楚看出刀具中心运动轨计与工件轮廓不重合，这是因为工件轮廓是立铣刀运动包络形成的。

立铣刀的中心称为刀具的刀位点(4、5坐标数控机床称为刀位矢量)，刀位点的运动轨计即代表刀具的运动轨迹。

在数控加工中，是按工件轮廓尺寸编制程序，还是按刀位点的运动轨迹尺寸编制程序，这要根据具体情况来处理。

在全功能数控机床中，数控系统有刀具补偿功能，可按工件轮廓尺寸进行编制程序，建立、执行刀补后，数控系统自动计算，刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。

直接利用工件尺寸编制加工程序，刀具磨损，更换加工程序不变，因此使用简单、方便。

经济型数控机床结构简单，售价低，在生产企业中有一定的拥有量。

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直径计算出刀位点的轨迹尺寸。

因此计算量大、复杂，且刀具磨损、更换需重新计算刀位点的轨迹尺寸，重新编制加工程序。

二、全功能数控机床系统中刀具补偿1.数控车床刀具补偿数控车床刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀具圆弧半径补偿两方面。

在加工程序中用T功能指定，TXXXX中前两个XX为刀具号，后两个XX为刀具补偿号，如T0202。

如果刀具补偿号为00，则表示取消刀补。

(1)刀具位置补偿刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。

办法是测出每把刀具的位置并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，刀具的实际位置就代替了原来位置。

如果没有刀具补偿，刀具从0点移动到1点，对应程序段是N60G00C45X93T0200，如果刀具补偿是X=+3，Z=+4，并存入对应补偿存储器中，执行刀补后，刀具将从0点移动到2点，而不是1点，对应程序段是N60G00X45Z93T0202。

数控加工中刀具半径补偿的目的与方法（图示讲解）（1）刀具半径补偿的目的在铣床上进行轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合。

若数控装置不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程（图（1-11）中点划线），其数值计算有时相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨、换新刀等导致刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。

当数控系统具备刀具半径补偿功能时，编程只需按工件轮廓线进行（图（4-10）中粗实线），数控系统会自动计算刀心轨迹坐标，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行半径补偿。

图（4-10）刀具半径补偿a) 外轮廓 b)内轮廓（2）刀具半径补偿的方法数控刀具半径补偿就是将刀具中心轨迹过程交由数控系统执行，编程时假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中，在加工工程中，数控系统根据零件程序和刀具半径自动计算出刀具中心轨迹，完成对零件的加工。

当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏置寄存器中的半径值或选用另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。

G41指令为刀具半径左补偿（左刀补），G42指令为刀具半径右补偿（右刀补），G40指令为取消刀具半径补偿。

这是一组模态指令，缺省为G40。

使用格式：说明：（1）刀具半径补偿G41、G42判别方法，如图（4-11）所示，规定沿着刀具运动方向看，刀具位于工件轮廓（编程轨迹）左边，则为左刀补（G41），反之，为刀具的右刀补（G42）。

图（4-11）刀具半径补偿判别方法（2）使用刀具半径补偿时必须选择工作平面（G17、G18、G19），如选用工作平面G17指令，当执行G17指令后，刀具半径补偿仅影响X、Y轴移动，而对Z轴没有作用。

（3）当主轴顺时针旋转时，使用G41指令铣削方式为顺铣，反之，使用G42指令铣削方式为逆铣。

数控机床 RTCP精度补偿与分析摘要五轴联动数控机床是一个国家国防和工业的重要战略装备，在机械制造领域有着举足轻重的地位1。

数控机床的RTCP精度是机床五轴联动加工时重要的精度指标。

五轴联动技术是数控加工中难度最大并且应用最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动控制和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。

国际上一直把五轴联动技术作为衡量一个国家机械设备自动化技术水平的标志。

关键词：五轴数控机床，RTCP精度，精度补偿引言航空工业一直是一个国家工业技术的综合体现，航空器的研制最核心的两个部分一个是如何让飞机飞起来，另一个就是如何将飞机造出来。

前者是依靠空气动力学，后者是靠机械加工能力和材料学。

当前的零部件设计日益复杂，各种复杂曲面对于数控加工的加工能力不断提出新的要求。

拥有五轴联动技术的数控机床在加工复杂零件时，线性轴可以通过补偿刀具中心点因旋转产生的偏移，使得刀具时刻保持最佳的切削姿态2。

从而可以提高加工效率，节省加工时间。

1.RTCP精度补偿的重要性数控五轴机床的两个旋转轴中，自身旋转的同时影响到另一个旋转轴的为第一旋转轴，自身旋转的同时不影响另一个轴的为第二旋转轴3。

这几年我厂的个别数控机床随着多年的使用以及磨损，机床的各项精度开始受到影响。

有些机床的精度补偿参数与机床出厂时设置的参数已不再匹配，同时某些机床主轴为电主轴的机床，在更换完新主轴后，也需要重新进行RTCP精度的校正，所以五轴机床的RTCP精度补偿便尤为重要。

只有掌握了RTCP精度调整的方法，才能有效的对五轴机床的精度进行补偿，保证零件加工的质量和效率。

通过实践研究，针对该机床的特点，结合西门子840D数控系统，研究出一套可行的校对补偿方案，对该机床进行RTCP精度补偿。

2.数控加工厂机床现状2.1 数控机床的分类数控五轴机床按旋转轴的特点可以分为三类。

第一类是铣头旋转机床，两个旋转轴都在主轴侧。

第二类是铣头+工作台旋转，两个旋转轴，一个在主轴侧，另一个在工作台侧。

五轴数控加工中的误差补偿算法研究五轴数控加工是现代制造业中的一项重要技术，在如此精密的工艺中，准确控制加工机床的误差十分关键。

然而，在加工过程中，由于各种原因，加工质量往往无法完全满足设计要求。

因此，在五轴数控加工加工中采用误差补偿算法是一种有效手段。

误差来源在五轴数控加工中，误差来源主要有机械误差、热变形误差、刀具磨损、零件安装姿态变化等因素。

这些误差会导致实际工件与模型之间存在差异，最终影响工件的加工精度。

误差补偿算法误差补偿算法是通过对加工系统进行监控和检测，从而获得机床的误差信息，然后根据误差信息对加工轨迹进行调整，修正零件形状和大小的方法。

根据补偿方式不同，常用的误差补偿算法主要有后补偿算法和前补偿算法。

后补偿算法是在加工完成后对实际加工数据进行纠正，以达到准确的加工目的。

而前补偿算法则是在加工前预先计算好修正量，通过对加工程序进行修改实现自动补偿。

常用的误差补偿算法1. 工具中心点补偿（TCP补偿）工具中心点补偿是一种常见且简单易行的误差补偿方法，其原理为通过调整工具刀具轴与工件表面的距离，以实现工件表面精度的提高。

该方法适用于直线轨迹或二次曲线轨迹的加工，精度达到0.01mm，但是该方法只能对加工尺寸进行粗略调整而无法精细修正。

2. 堆积误差补偿堆积误差补偿方法是指通过计算加工误差累积值来进行补偿，该方法适用于复杂曲面的加工，可达到较高的加工精度。

其流程为：先测量出第一次加工后工件的实际位置与理论位置之间的差异，然后通过相应的算法来修正加工轨迹，以修正误差造成的影响。

3. 动态误差补偿（DEC）动态误差补偿是一种基于数控系统连续迭代优化技术的方法，该方法能够实现在线误差监测、实时补偿，提高加工装备的定位精度。

总结五轴数控加工误差补偿算法的研究是现代制造业发展的重要方向。

当前，随着加工精度要求的不断提高，各种误差补偿算法也不断得到改进和创新。

未来，应继续开展相关研究，将研究成果真正应用于实际生产中，为提高五轴数控加工质量和效率做出更大的贡献。