[转载]刀具半径补偿在CNC编程中的错误及正确应用

2012-05-09 09:55阅读：

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原文地址：刀具半径补偿在CNC编程中的错误及正确应用

原文作者：智造

　在CNC编程中，合理地引入刀具半径补偿，可以使刀具轮廓轨迹的处理变得更简单。但是，由于使用刀具半径补偿要遵循很多相应法则，因此造成一些编程员刻意避开使用刀具半径补偿。本文将从以下几个方面对刀具半径补偿在实际应用中出现的错误加以分析，并给出一些有益的建议，希望能够为读者提供解决此类问题的一些基本方法和思路。　　一、解决刀具半径补偿错误的基本思路
　　解决问题的关键是要知道问题出现的原因，即在问题解决前必须知道或找出真正的原因。对于CNC程序使用刀具半径补偿在启动或加工时出错，失败的原因往往是相同的，即存储的刀具半径不能适应分派的空间。因为现代控制系统使用的是“向前看”形式的刀具半径补偿功能，因此不论问题是与参数的设定有关，还是与程序本身有关，任何可以被检测的补偿错误，都可以在造成破坏之前被检测到。
　　二、刀具半径补偿错误的具体分析及解决办法
　　1.补偿在圆弧上开始或结束
　　G41、G42和G40不能与圆弧模式共同

编程，仅允许在G00和G01模式下完成，否则会导致系统报警。这是一条非常特殊的法则，意味着：刀具切入运动必须在轮廓线圆弧运动前被编程，而刀具切出运动必须在轮廓线圆弧运动后被编程。解决办法如图1和图2所示，即只有在直线模式下的刀具导入和导出，刀具半径补偿才可以正常应用。

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　图1直线运动过程中G41被激活

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　　图2直线运动过程中G40被激活
　　2.编程时刀具半径补偿作用得太晚或太早
(1)如果刀具补偿是在刀具已经完成朝第一个实体轮廓运动之后开始的，此时补偿启动将过晚，并且轨迹也将不正确，如图3所示，具体应用如示例1。

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　　图3程序中刀具半径补偿驱动太晚的结果
　示例1：对刀具半径补偿启动太晚的编程(图3)。
　　…
　　N5Z-12.0(位置1)
　　N6G01X0F400(位置2)
　　N7G41Y50.0D1F200(位置3)
　　N8X100.0
　　…
　　当刀具从位置1移动到位置2时，半径补偿还是无效的。在从位置2移动到位置3时，半径补偿被激活，导致严重过切。
(2)如果刀具补偿是在刀具朝最后一个实体轮廓运动之后就开始取消，则补偿取消过早，并且轨迹也将不正确，如图4所示，具体应用如示例2。

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　　图4程序中刀具半径补偿取消太早的结果
　　示例2：对刀具半径补偿取消太早的编程(图4)。
　　…
N10G01Y0F200(位置5)
N11G40X-20.0(位置6)
N12G00Y-20.0F400(位置7)
N13G28…
　　…
　　刀具到达位置5之前一直做出了正确的补偿。当刀具从位置5移动到位置6时，G40取消命令被编辑，导致严重过切。
　　3.内轮廓拐角过切
(1)在对封闭的内轮廓拐角编程时，可能引起与刀具半径补偿有关的错误，根据图5编制的程序中，包含了一个常见的错误，见示例3。

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图5 零件图
　　示例3：
　　N1G21
　　N2G17G40G80
　N3G90G54G00X35Y0S1000M03
　　N4G43Z2H01M08
　　N5G01Z-26F100
　　N6G41X72.5Y47.5D01F150
　　N7X-72.5
　　N8Y-47.5
　　N9X72.5
　　N10Y47.5
　　N11G00G40X0Y0
　　N12Z2M09
　　N13G28X0Y0Z2M05
　　N14M30
　　N6程序段的导入直线模式，在轮廓线拐角位置(右上角)应用了刀具半径补偿，这也是最后的刀具位置。如图6所示，这种编程方法将会引起严重过切，而这种缺点是无法被控制系统检测出来的，因此不会有任何警报。
　　图6a表示在朝角落运动时，半径补偿处于激活状态时出现的过切;图6b所示为过切发生在远离角落取消刀的半径补偿时。

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　　图6内轮廓拐点的过切
(2)对封闭的内轮廓正确的编程方法是：选择轮廓单元的中心或类似的位置开始，图7表示了两种正确的方法。图7所示的两种情况下，开始和结束是在矩形的中心位置，然而，为了节省不必要的切削，当然这个位置也不是唯一固定的，只要能完成图示所示的补偿即可。

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　　图7内轮廓拐角过切的解决方法
　　4.轴运动缺失
　　在刀具半径补偿过程中，刀具下一步如何运动是基于读取下一个程序段但不去执行它的原则，也就是说，补偿过程是“向前看”的。
　　在示例4中，N7程序段没有沿轴向的直线运动，此时控制系统将会继续查看下一个程序段N8，如果找到了一个沿轴向的直线运动，它就会正确地进行补偿;而在示例5中，N8程序段依然没有沿轴向的直线运动，此时控制器不会做出适当的补偿，这是因为大多数控制系统只有向前预读两个程序段的功能。示例4：
　　…
N6G01X0D1F500(开始半径补偿)
N7F200(**轴无编程运动**)
　　N8Y50(以F200切削至Y50)
　　…
　　示例5：
　　…
N6G01G41X0D1F500(开始半径补偿)
N7F200(**轴无编程运动**)
N8F600(**主轴运动被编程**)
N9Y50(以F200切削至Y50)
　　…
　　5.存储的刀具半径不能适应分派的空间
(1)加工半径小于刀尖半径的内拐角。当拐角的半径小于刀具半径时，因为刀具内偏将导致过切，系统将显示报警且CNC停在程序段起点。在单程序段执行后，刀具停止而产生过切，如图8所示。

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　　图8加工半径小于刀尖半径的内拐角
　　(2)加工小于刀尖半径的沟槽。由于刀尖半径补偿迫
使刀具中心轨迹向着与编程轨迹相反的方向运动，将产生过切，在这种情况下，系统将显示一个报警，CNC停止在该程序段的起点，如图9所示。

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　　图9加工小于刀尖半径的沟槽
　　(3)加工内圆弧轮廓时，设定刀具半径不应大于工件轮廓的半径，否则系统将给出警报提示。此外，下面的两法则也要在半径补偿编程中要加以注意：
　　◎铣削加工时，半径补偿地址D不要在G41/G42程序段之后的程序段使用。
　　◎车削加工时，刀尖方向号T只能在G41/G42模式下有效，并且必须在程序进行之前设定。
　　三、结语
　　刀具半径补偿指令是CNC编程应用中最重要的指令之一。对于应用中出现的问题，只有在深入理解刀具半径补偿原理之后，才能真正找到解决问题的关键所在，更好地应用刀具半径补偿特性，优化程序，提高编程效率和零件加工精度。

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