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数控铣编程中刀具半径补偿和长度补偿【摘要】刀具中心轨迹与工作轨迹常不重合。
通过刀具补偿功能指令，数控铣床系统可以根据输入补偿量或者实际的刀具尺寸，使数控铣床自动加工出符合程序要求的零件。
刀具半径补偿即根据按轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。
【关键词】数控铣床；刀具；半径补偿；长度补偿1.刀具半径补偿由于数控加工的刀具总有一定的半径，刀具中心运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。
在进行外轮廓加工时，使刀具中心偏移零件零件的外轮廓表面一个刀具半径值，加工内轮廓时，使刀具中心偏移零件内轮廓表面一个刀具半径值，这种偏移习惯上称为刀具半径补偿数控铣床刀具类型0-9种，这些内容应当事前输入刀具编制文件。
刀具半径补偿的轮廓切削。
刀具半径补偿的灵活应用，灵活应用的思路使用刀具半径补偿功能。
随着计算机技术和数控技术的发展都经历了B（Base）功能C极坐标法，法、矢量判断法。
刀具补偿技术和C功能刀具半径技术。
目前，数控系统中普遍采用的是C功能刀具半径补偿技术。
2.C功能刀具半径补偿的基本思想数控系统C功能刀具半径补偿的硬件结构由缓冲寄存器CS、工作寄存器AS和输出寄存器OS等部分组成。
在C功能刀补工作状态中，数控铣床装置内部总是同时存储着三个程序段的信息。
进行补偿时，第一段加工程序先被读入BS，在BS中算得的第一段编程轨迹被送到CS暂存后，又将第二段程序读入BS，算出第二段的编程轨迹。
接着对第一、第二两段编程轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对CS中的第一段编程轨迹进行相应的修正。
修正结束后，顺序地将修正后的第一段编程轨迹由CS送到AS，第二段编程轨迹由BS送入CS。
随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送到伺服驱动装置予以执行。
当修正了第一段编程轨迹开始被执行后，利用插补间隙，CPU又命令第三段程序读入BS。
数控车削加工刀具轨迹自动生成的算法本文针对数控车削加工的特点，结合被加工零件的特征，提出了数控车削加工刀具轨迹自动生成的算法。
该算法在实际应用中，取得了理想的效果。
1 零件图的预处理根据数控车削加工的特点，零件的加工工艺分为：孔加工(包括打中心孔)，外(内)表面加工、退刀槽及螺纹加工，根据表面质量的要求，又分为粗加工、半精加工和精加工等工艺。
数控车削加工刀具轨迹的规划，重点外(内)表面粗加工时刀具轨迹的规划处理。
对退刀槽、螺纹样的零件特征在进行表面粗加工时将其用表面代替，如图1。
数控加工中为减少多次安装带来的安装误差，一般采用一次装夹，对那些需要调头加工的部位则采取右偏刀反向走刀切削。
此外，对端面的加工有时选取向下的切削方向。
因此加工时的切削方向分为向左、向右和向下的切削方向。
图1对于倒角和倒圆角等工艺的处理在算法上将其作为表面处理。
对反向走刀切削时的刀具轨迹规划的算法与正向切削时类似，对内表面加工时刀具轨迹规划的算法与外表面切削时也相类似。
另外对精加工时的刀具轨迹规划，以及退刀槽和螺纹加工的刀具轨迹规划处理也较为容易。
一般，为减少刀具轨迹生成算法的复杂性，在刀具轨迹生成前对零件进行刀具干涉处理(刀具干涉处理的算法另文讨论)。
本文仅讨论正向切削外表面时粗加工刀具轨迹生成的算法。
2 刀具轨迹生成的算法图2由于粗加工刀具轨迹规划是从毛坯开始的，因此生成刀具轨迹时必须考虑毛坯的形状，并且随着工步的不同，其毛坯的形状也是不同的，此即工艺毛坯。
由于在轨迹生成前已经进行过刀具干涉的处理，所在刀具轨迹生成时主要考虑的是零件图形的特征。
经过零件图的预处理后，零件图形是由直线和圆弧所构成的连续表面，其中的关键是对图形中凹槽的识别和处理。
如图2所示，零件图形经过处理后，其粗加工的外表面轮廓为ABCDEPFGHIQJKM，经刀具切削方向为左时干涉处理后，其轮廊为ABCDPEFGHQJKM，其阴影部分为欠切削部分，在下一工步加工时，反向走刀切削时的刀具的起点分别为P点和Q点，通过反向向右走切切除其残留部分，从而形成所要求的零件轮廓QIH和PED。
刀具半径补偿指令G40、G41、G42;1、刀具半径补偿的目的：在编制轮廓铣削加工的场合;如果按照刀具中心轨迹进行编程;其数据计算有时相当复杂;尤其是当刀具磨损、重磨、换新刀具而导至刀具半径变化时;必须重新计算刀具中心轨迹;修改程序;这样不既麻烦而且容易出错;又很难保证加工精度;为提高编程效率;通常以工件的实际轮廓尺寸为刀具轨迹编程;即假设计刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的;而实际的刀具运动轨迹要与工件轮廓有一个偏移量即刀具半径;利用刀具半径补偿功能可以方便地实现这一转变;简化程序编制;机床可以自动判断补偿的方向和补偿值大小;自动计算出实际刀具中心轨迹;并按刀心轨迹运动..现代数控系统一般都设置若干个可编程刀具半径偏置寄存器;并对其进行编号;专供刀具补偿之用;可将刀具补偿参数刀具长度、刀具半径等存入这些寄存器中..在进行数控编程时;只需调用所需刀具半径补偿参数所对应的寄存器编号即可..实际加工时;数控系统将该编号所对应的刀具半径取出;对刀具中心轨迹进行补偿计算;生成实际的刀具中心运动轨迹..2、刀具半径补偿的方法1刀具半径指令从操作面板输入被补偿刀具的直径或半径值;将其存在刀具参数库里;在程序中采用半径补偿指令..刀具半径补偿的代码有G40、G41、G42;它们都是模态代码;G40是取消刀具半径补偿代码;机床的初始状态就是为G40..G41为刀具半径左补偿;左刀补;G42为刀具半径右补偿右刀补..判断左刀具补偿和右刀具补偿的方法是沿着刀具加工路线看;当刀具偏在加工轮廓的左侧时;为左偏补偿;当刀具偏在加工轮廓的右侧时;为右偏补偿;如图1所示..图1a中;在相对于刀具前进方向的左侧进行补偿;采用G41;这时相当于顺铣..图1b中在相对于刀具前进方向的右侧进行补偿;采用G42;这时相当于逆铣..在数控机床加工中; 一般采用顺铣;原因是从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言顺铣的效果比较好;因而G41使用的比较多..G17 XY2指令格式刀具半径补偿的格式：{G18 } {G00、G01}{G41、G42} ZX DG19 YZXY刀具半径补偿取消的格式：G00、G01G40{ ZX}YZ刀具半径补偿操作应选择在一个坐标平面内进行..当G17被选择时;则补偿只在XY方向补偿;而Z方向不进行补偿；当G18被选择时;则补偿只在ZX方向补偿；而Y方向不进行补偿；当G19被选择时;则补偿只在YZ方向补偿..而X方向不进行补偿..G00和G01为刀具运动指令;刀具补偿的建立和取消必须在G00或G01状态下完成;XYZ 后所跟的值为运动的目标点坐标;与指定平面中的轴相对应..D与后面的数值是刀补号码;它代表刀具参数库中刀补的数值..如D01表示刀参数库中第一号刀具的半径值..这一数值预先输入在刀具参数库刀补表中的01号位置上..在一般情况下;我们把刀具的半径补偿量在补偿代码中输入为正值+;如果把刀具半径补偿量设为负值—时;在走刀轨迹方向不变的情况下;则相当于把补偿指令G41、G42互换了..加工工件内侧的刀具会变为外侧;加工工件外侧的刀具会变为内侧..3．刀具半径的补偿动作以加工图2所示工件为例子;根据加工程序分析刀具半径的补偿动作..加工程序如下：Ｏ０００１；N10 G54 G90 G17 G00 X0 Y0 S1000 M03;N20 G41 X20 Y10 D01;N30 G01 Y50 F100 ;N40 X50 ;N50 Y20;N60 X10 ;N70 G00 G40 X0 Y0 M05;N80 M30;上述程序中的刀补动作为；１启动并建立刀具半径补偿阶段当Ｎ２０程序中编入Ｇ４１和Ｄ０１指令后运算装置同时先读入Ｎ３０、Ｎ４０两段;在Ｎ２０段的终点Ｎ３０段的始点作出一个矢量;该矢量的方向与下一段的前进方向垂直且向左;大小等于刀补值..刀具中心在执行这一段Ｎ２０时移向该矢量终点..在该阶段中动作指令只有用Ｇ００或Ｇ０１不能用Ｇ０２或Ｇ０３..２刀补状态从Ｎ３０段开始进入刀补状态;在这个阶段下Ｇ０１、Ｇ０２、Ｇ０３、Ｇ００都可以使用..这一阶段也是第段都先行读入两段;自动按照启动阶段的矢量法作出第个沿前进方向侧且加上刀补的矢量路径..３取消刀补当Ｎ７０程序段中用到Ｇ４０指令时;则在Ｎ６０段的终点Ｎ７０段的始点作出一个矢量;它的方向与Ｎ６０段前进方向垂直且朝左;大小为刀补值..刀具中心就停止在这个矢量的终点;从这一位置开始刀具中心移向Ｎ７０段的终点..此时也只能用Ｇ０１或Ｇ００;面、而不能用Ｇ０２或Ｇ０３..。
刀尖半径补偿计算公式
刀尖半径补偿是数控加工中的一项重要技术，用于保证加工轮廓的尺寸精度。
刀具的尺寸并不是完全准确的，因此在加工过程中会出现误差，特别是在弯曲或曲线轮廓的加工中，误差会更加明显。
为了解决这个问题，引入了刀尖半径补偿技术。
刀尖半径补偿的基本原理是将刀具轨迹进行补偿，以抵消刀具的尺寸误差。
在进行刀尖半径补偿时，需要计算出刀尖半径补偿量，以便于校正刀具的轨迹。
刀尖半径补偿的计算公式可以根据不同的数控系统和加工方式有所不同，下面是一种常见的计算公式作为参考：
补偿值 = 理论值 - 实际值
其中，理论值是在进行数控编程时设定的轮廓大小，实际值是实际加工得到的轮廓大小。
通过计算补偿值，可以得到刀尖半径补偿量，从而进行刀具轨迹的补偿。
此外，刀尖半径补偿还涉及到切入角度和切入刀宽等参数的计算。
在进行刀尖半径补偿时，需要根据刀具的特性和加工要求，综合考虑切入角度和切入刀宽等因素，确定合适的补偿值。
刀尖半径补偿的计算公式不仅仅是一个简单的公式，还涉及到数学模型、机床的调整参数等一系列的考虑因素。
在实际应用中，还需要结合具体的加工情况和数控系统的要求，选择合适的计算公式和计算方法。
总之，刀尖半径补偿是数控加工中的一项重要技术，可以有效提高加工精度。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的计算公式和方法，以实现刀具轨迹的精确控制。
五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法五轴联动数控加工是一种高精度、高效率的加工方式，可以实现对复杂曲面的加工。
在五轴联动数控加工中，刀具轨迹控制算法起着至关重要的作用，决定了加工精度和效率。
本文将介绍几种常见的刀具轨迹控制算法，并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 五轴联动数控加工概述五轴联动数控加工是指在数控加工机床上，通过同时控制五个坐标轴的运动，实现对工件的加工。
相比于传统的三轴加工，五轴联动可以更加灵活地加工复杂曲面，提高加工质量和效率。
2. 刀具轨迹控制算法的作用刀具轨迹控制算法是五轴联动数控加工中的关键技术之一。
它可以根据工件的三维模型和加工要求，计算出刀具在加工过程中的运动轨迹，从而实现精确的加工。
刀具轨迹控制算法的好坏直接影响加工精度和效率。
3. 刀具轨迹控制算法的分类刀具轨迹控制算法可以分为两类：离散点算法和曲线插补算法。
离散点算法是指将工件曲面离散化为一系列离散点，然后通过逐点加工来实现曲面加工。
常见的离散点算法有直线连接法、圆心法和切点法等。
这些算法简单直观，适用于加工简单曲面。
曲线插补算法是指根据工件的曲线方程和刀具半径，通过插补计算出刀具的运动轨迹。
常见的曲线插补算法有圆弧插补法、曲线插补法和样条插补法等。
这些算法可以实现对复杂曲面的高精度加工。
4. 圆弧插补算法圆弧插补算法是五轴联动数控加工中最常用的一种刀具轨迹控制算法。
它通过计算刀具半径和工件曲线的切向方向，确定刀具的圆弧插补路径。
圆弧插补算法具有计算简单、加工效率高的优点，适用于多数加工场景。
5. 曲线插补算法曲线插补算法是一种更加精细的刀具轨迹控制算法，可以实现对复杂曲面的高精度加工。
曲线插补算法通过计算刀具在曲线上的切向方向和曲率，确定刀具的插补路径。
与圆弧插补算法相比，曲线插补算法需要更复杂的计算和控制，但可以实现更高的加工精度。
6. 样条插补算法样条插补算法是一种基于数学样条曲线的刀具轨迹控制算法。
它通过计算曲面上的样条曲线，将刀具的运动路径进行插补。
机械加工中心刀具路径规划与优化一、引言随着机械加工中心技术的发展，刀具路径规划与优化在数控加工领域变得越来越重要。
合理的刀具路径规划不仅可以提高加工效率，还能减少刀具磨损，延长刀具使用寿命，并且降低了由于刀具插入造成的机械振动和噪音。
本文将探讨机械加工中心刀具路径规划与优化的方法和技术。
二、机械加工中心刀具路径规划1. 刀具路径规划的基本原则在机械加工中心中，刀具路径规划的基本原则主要包括以下几点：（1）保证刀具的安全性：刀具路径应尽可能避免刀具与加工区域以外的零件接触，以防止碰撞和损坏。
（2）保证加工效率：刀具路径应优化选取，使得刀具能够在最短的时间内完成加工任务。
（3）减少刀具的摆动和振动：刀具路径应尽可能降低刀具在加工过程中的摆动和振动，以避免对机床和刀具的损坏。
2. 刀具路径规划的方法（1）直线插补方法：根据零件的几何形状和加工要求，采用直线插补的方式确定刀具路径。
这种方法简单直观，但对于复杂形状的零件，刀具路径可能不够优化。
（2）圆弧插补方法：根据零件的曲线轮廓，采用圆弧插补的方式确定刀具路径。
圆弧插补方法能够更好地适应零件的曲线形状，提高加工效率和精度。
（3）曲面插补方法：对于复杂曲面零件的加工，采用曲面插补的方式确定刀具路径。
曲面插补方法可以根据曲面的特性，确定最优的刀具路径，提高加工效率和表面质量。
三、机械加工中心刀具路径优化1. 刀具路径长度优化刀具路径长度是影响加工效率的一个重要指标，路径长度越短，加工时间也就越短。
因此，如何优化刀具路径长度成为了一个研究的重点。
常用的优化方法包括遗传算法、模拟退火算法等。
这些算法可以通过优化选择最优的刀具路径，以达到最短的路径长度。
2. 刀具路径平滑优化在刀具路径规划过程中，刀具的运动轨迹应尽量平滑，以减少机床振动和噪音的产生。
这可以通过数学优化方法来实现，如贝塞尔曲线、样条曲线等。
这些曲线可以更好地拟合零件的形状，使刀具路径更加平滑。
3. 刀具路径避免重复工作优化在刀具路径规划过程中，避免刀具重复工作也是一项重要的优化内容。
雕刻机刀具路径轨迹算法雕刻机刀具路径轨迹算法是指在雕刻机进行雕刻操作时，通过计算和规划刀具的运动路径，使刀具能够按照预定的轨迹进行移动，从而实现所需的雕刻效果。
本文将介绍雕刻机刀具路径轨迹算法的原理和常用的实现方法。
一、雕刻机刀具路径轨迹算法的原理在雕刻机的刀具路径轨迹算法中，主要涉及到以下几个关键点：刀具移动的速度、刀具的运动方式、刀具的切削方向和刀具的切削深度。
1. 刀具移动的速度刀具移动的速度对于雕刻机的切削效果和雕刻速度有着重要的影响。
一般来说，刀具移动速度越快，雕刻速度越快，但同时也会影响雕刻的精度。
因此，在刀具路径轨迹算法中需要根据雕刻要求和设备性能来确定刀具的移动速度。
2. 刀具的运动方式刀具的运动方式通常有两种：直线运动和曲线运动。
在刀具路径轨迹算法中，需要根据雕刻的要求和设计来确定刀具的运动方式。
对于直线雕刻，可以采用直线插补算法来计算刀具的移动轨迹；对于曲线雕刻，可以采用圆弧插补算法来计算刀具的移动轨迹。
3. 刀具的切削方向刀具的切削方向决定了雕刻的效果和切削力的大小。
在刀具路径轨迹算法中，需要根据雕刻要求和材料特性来确定刀具的切削方向。
常见的切削方向有：顺时针切削、逆时针切削和双向切削。
根据切削方向的不同，刀具的路径轨迹也会有所差异。
4. 刀具的切削深度刀具的切削深度决定了雕刻的深度和切削力的大小。
在刀具路径轨迹算法中，需要根据雕刻要求和材料特性来确定刀具的切削深度。
切削深度可以通过控制刀具的下降速度和切削轨迹的设计来实现。
在实际应用中，有多种算法可以用来计算和规划雕刻机刀具的路径轨迹。
下面介绍几种常用的算法：1. 直线插补算法直线插补算法是一种简单而常用的刀具路径规划算法。
该算法通过计算直线的起点和终点坐标，并结合刀具的移动速度和切削深度，确定刀具的移动轨迹和切削速度。
2. 圆弧插补算法圆弧插补算法是一种用于计算和规划刀具路径的常用算法。
该算法通过计算圆弧的起点、终点和半径，并结合刀具的移动速度和切削深度，确定刀具的移动轨迹和切削速度。
