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 method LuoZhiHong
(electronic information and control engineering, liuzhou, guangxi 545006) Abstract: numerical control machine is a kind of digital computer technology applied to machine 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。但对于车到而言，却是需要两坐标长度补偿和刀具半径补偿。因此可根据不同的加工类型修改相应的偏置参数，调用不同刀具号方能更好地满足不同的倒不要求。
二、国内外研究现状
李粉霞等在深入研究平面刀具半径补偿原理的基础上，推导出了一种适合直线插补的二维刀具半径补偿通用公式，并结合空间变换原理，将三维空间内的刀位点投影到二维平面内，确定半径补偿方向，得出了三维空间刀具半径补偿的算法，提高加工精度。【1】高金刚等提出了一种新的刀具补偿算法，简单易懂，并给出了详细的流程图，特别适合于编制刀具补偿程序。该算法不仅避开了复杂的Voronoi图理论和转接矢量运算，而且更易于在计算机上实现该算法。在基于RTLinux开放式数控系统中，该算法用于铣削加工仿真，速度较快，运行性能良好。【2】李旭宇等以数控系统中的刀具半径补偿算法作为研究对象。采用了对刀具半径补偿算法进行数学建模的方法，根据计算得出的加工曲线衔接处方向矢量差值的分布区间特征来判断需要使用的刀具半径补偿算法类型，进而给出并论证了“交点过渡法”刀具补偿算法的补偿类型判据，实现了“交点过渡法”刀具补偿算法。目前阶段通过在机床上实际运行得出的结果表明：“交点过渡法”在高速铣削加工中具有补偿曲线平滑、补偿点计算精确、加
工表面质量好等优点。【3】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。【4】 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。【5】郝宏伟等精镗销孔是活塞加工中保证精度的关键工序之一。由于销孔尺寸、形状和位置精度及粗糙度的要求都很高，一般都需要设计并制造高精度的镗头。本文介绍了镗削活塞锥形销孔的气液压刀具补偿系统的工作原理，并介绍了气液压刀具补偿系统的应用实例。【6】孙海洋等高速铣削加工中圆弧过渡刀具补偿方法具有补偿曲线平滑、速度冲击小、加工表面质量好等优点。通过建立刀具补偿数学模型，根据理论加工曲线衔接点处切线矢量转角的区间分布特征，给出且证明了圆弧过渡刀具补偿类型的判据公式，并依据此判据公式实现了圆弧过渡刀具补偿算法。实践表明，该算法形式统一，适用于直线、二次曲线、NURBS曲线以及其他高阶样条曲线的刀具加工路径的刀具半径补偿运算，且计算量小、易于实现。【7】陈良骥等分析了现行五轴联动数控加工编程标准ISO6983对数控系统刀具半径补偿和刀具长度补偿功能支持的不足，提出一种刀具半径补偿向量模式的编程方法，以主轴头旋转类型的五轴数控机床为例说明了五轴加工中实现刀具补偿的方法。【8】 王凌云等数控系统的刀具半径补偿是在CNC系统内部由计算机自动完成的．在加工过程中，CNC系统根据零件轮廓尺寸、刀具运动的方向指令(G40，G41，G42)以及实际加工中所用的刀具半径值自动计算出刀具中心轨迹，完成对零件的加工．介绍了C功能刀具半径补偿原理，根据平面内刀具半径补偿转接过渡的不同转接类型，针对C功能刀补的工程实际应用，提出了交角转接及直接转接两程序段间的软件实现方法．针对实际轮廓加工过程中刀具半径补偿的执行过程：刀具补偿建立、刀具补偿维持及刀具补偿撤消，结合所用的数控系统和刀具，编制了凸轮轮廓的加工程序．实践证明，C功能刀具半径补偿方法切实可行，且效率高。【9】陈小红等系统地论述了刀具半径补偿问题，结合下刀、切入、切出、抬刀等数控铣削加工工艺，详细阐述了刀具半径补偿建立、启用和取消的基本方法和注意事项，分析了刀具半径补偿类别和顺铣逆铣工艺与走刀路线关系，并从运动学、刀补理论说明了刀具大小选取原则。【10】
三 展望：
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。尤其是5轴联动加工和复合加工机床快速发展，智能化、开放式、网络化成为当代数控系统的潮流，加工效率和加工质量方面不断提高，因而如何高速、高精加工 ，这将是一个很有发展前景的一项技术。
四 小结：
本文归纳了一些现在比较实用和先进的刀具补偿方法，能有效地解决一些加工问题，减小误差；提高了产品的加工速度和加工精度。
五 参考文献：
【1】李粉霞，杨洁明基于五轴联动数控系统刀具半径补偿的研究《机床与液压》2010（3）：60-63
【2】高金刚，王华，黄常标，刘雄伟一种新的刀补算法在铣削加工仿真的应用，制造业自动化，2010（2）：150-153
【3】李旭宇，吴玉香一种新的刀具半径补偿算法的研究与实现，组合机床与自动化加工技术，2009（11）：21-24
【4】王雷数控车床用切削刀具补偿计算，机械设计与制造，2008（7）：179-180
【5】马保振，武双杰数控车床的刀具补偿分析及应用，煤矿机械，2007，28（6）：112-114
【6】郝宏伟，焦仁普，解景浦数控车系统刀具补偿的一种改进算法，机床与液压，2006（1）：67-68
【7】孙海洋，范大鹏一种新的刀具圆弧过渡补偿算法,中国机械工程,2007，18（3）：277-281
【8】陈良骥，王永章五轴联动数控加工中的刀具补偿方法，制造技术与机床，2006（2）：22-25
【9】王凌云，和延立，姚伟数控系统的刀具半径补偿技术研究，浙江工业大学学报，2005，33（2）：219-222
【10】陈小红，来建良，杜红文，孟庆波刀具补偿与数控工艺分析，组合机床与自动化加工技术，2008（3）：75-78,82
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 method LuoZhiHong
(electronic information and control engineering, liuzhou, guangxi 545006) Abstract: numerical control machine is a kind of digital computer technology applied to machine 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。但对于车到而言，却是需要两坐标长度补偿和刀具半径补偿。因此可根据不同的加工类型修改相应的偏置参数，调用不同刀具号方能更好地满足不同的倒不要求。
二、国内外研究现状
李粉霞等在深入研究平面刀具半径补偿原理的基础上，推导出了一种适合直线插补的二维刀具半径补偿通用公式，并结合空间变换原理，将三维空间内的刀位点投影到二维平面内，确定半径补偿方向，得出了三维空间刀具半径补偿的算法，提高加工精度。【1】高金刚等提出了一种新的刀具补偿算法，简单易懂，并给出了详细的流程图，特别适合于编制刀具补偿程序。该算法不仅避开了复杂的Voronoi图理论和转接矢量运算，而且更易于在计算机上实现该算法。在基于RTLinux开放式数控系统中，该算法用于铣削加工仿真，速度较快，运行性能良好。【2】李旭宇等以数控系统中的刀具半径补偿算法作为研究对象。采用了对刀具半径补偿算法进行数学建模的方法，根据计算得出的加工曲线衔接处方向矢量差值的分布区间特征来判断需要使用的刀具半径补偿算法类型，进而给出并论证了“交点过渡法”刀具补偿算法的补偿类型判据，实现了“交点过渡法”刀具补偿算法。目前阶段通过在机床上实际运行得出的结果表明：“交点过渡法”在高速铣削加工中具有补偿曲线平滑、补偿点计算精确、加
工表面质量好等优点。【3】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。【4】 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。【5】郝宏伟等精镗销孔是活塞加工中保证精度的关键工序之一。由于销孔尺寸、形状和位置精度及粗糙度的要求都很高，一般都需要设计并制造高精度的镗头。本文介绍了镗削活塞锥形销孔的气液压刀具补偿系统的工作原理，并介绍了气液压刀具补偿系统的应用实例。【6】孙海洋等高速铣削加工中圆弧过渡刀具补偿方法具有补偿曲线平滑、速度冲击小、加工表面质量好等优点。通过建立刀具补偿数学模型，根据理论加工曲线衔接点处切线矢量转角的区间分布特征，给出且证明了圆弧过渡刀具补偿类型的判据公式，并依据此判据公式实现了圆弧过渡刀具补偿算法。实践表明，该算法形式统一，适用于直线、二次曲线、NURBS曲线以及其他高阶样条曲线的刀具加工路径的刀具半径补偿运算，且计算量小、易于实现。【7】陈良骥等分析了现行五轴联动数控加工编程标准ISO6983对数控系统刀具半径补偿和刀具长度补偿功能支持的不足，提出一种刀具半径补偿向量模式的编程方法，以主轴头旋转类型的五轴数控机床为例说明了五轴加工中实现刀具补偿的方法。【8】 王凌云等数控系统的刀具半径补偿是在CNC系统内部由计算机自动完成的．在加工过程中，CNC系统根据零件轮廓尺寸、刀具运动的方向指令(G40，G41，G42)以及实际加工中所用的刀具半径值自动计算出刀具中心轨迹，完成对零件的加工．介绍了C功能刀具半径补偿原理，根据平面内刀具半径补偿转接过渡的不同转接类型，针对C功能刀补的工程实际应用，提出了交角转接及直接转接两程序段间的软件实现方法．针对实际轮廓加工过程中刀具半径补偿的执行过程：刀具补偿建立、刀具补偿维持及刀具补偿撤消，结合所用的数控系统和刀具，编制了凸轮轮廓的加工程序．实践证明，C功能刀具半径补偿方法切实可行，且效率高。【9】陈小红等系统地论述了刀具半径补偿问题，结合下刀、切入、切出、抬刀等数控铣削加工工艺，详细阐述了刀具半径补偿建立、启用和取消的基本方法和注意事项，分析了刀具半径补偿类别和顺铣逆铣工艺与走刀路线关系，并从运动学、刀补理论说明了刀具大小选取原则。【10】
三 展望：
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。尤其是5轴联动加工和复合加工机床快速发展，智能化、开放式、网络化成为当代数控系统的潮流，加工效率和加工质量方面不断提高，因而如何高速、高精加工 ，这将是一个很有发展前景的一项技术。
四 小结：
本文归纳了一些现在比较实用和先进的刀具补偿方法，能有效地解决一些加工问题，减小误差；提高了产品的加工速度和加工精度。
五 参考文献：
【1】李粉霞，杨洁明基于五轴联动数控系统刀具半径补偿的研究《机床与液压》2010（3）：60-63
【2】高金刚，王华，黄常标，刘雄伟一种新的刀补算法在铣削加工仿真的应用，制造业自动化，2010（2）：150-153
【3】李旭宇，吴玉香一种新的刀具半径补偿算法的研究与实现，组合机床与自动化加工技术，2009（11）：21-24
【4】王雷数控车床用切削刀具补偿计算，机械设计与制造，2008（7）：179-180
【5】马保振，武双杰数控车床的刀具补偿分析及应用，煤矿机械，2007，28（6）：112-114
【6】郝宏伟，焦仁普，解景浦数控车系统刀具补偿的一种改进算法，机床与液压，2006（1）：67-68
【7】孙海洋，范大鹏一种新的刀具圆弧过渡补偿算法,中国机械工程,2007，18（3）：277-281
【8】陈良骥，王永章五轴联动数控加工中的刀具补偿方法，制造技术与机床，2006（2）：22-25
【9】王凌云，和延立，姚伟数控系统的刀具半径补偿技术研究，浙江工业大学学报，2005，33（2）：219-222
【10】陈小红，来建良，杜红文，孟庆波刀具补偿与数控工艺分析，组合机床与自动化加工技术，2008（3）：75-78,82