数控车床加工中刀具补偿的作用

摘要：随着数字化技术的不断发展，数字化技术在机械加工工程中的应用不断进步，数字化控制机床使机械加工更加简单快捷。智能化和专业化是我国未来机械加工行业的发展方向，提高了工程质量和工程效率。文章从数控车床加工中刀具补偿的方向入手，系统介绍了刀具补偿的方法和作用，以期为机械加工的发展提供参考和指导。

关键词：数控机床；机械加工；刀具补偿

在机械加工行业所使用的技术中，数控机床技术是使用最广泛、最典型、最重要的技术之一。数控机床在连续进行各种切削加工过程中，若对刀架进行换刀，则前一刀片与更换后的刀片在位置和精度上存在一定的差异，且受刀具磨损或是刀尖圆弧半径的误差影响，部件加工尺寸和精度达不到相应的要求，从而影响部件的实际应用。探究刀具补偿方法尤为重要。

1刀具补偿的类型

常见的刀具补偿主要有两种，一种是刀具位置补偿，也叫刀具偏移补偿，另一种是刀尖圆弧半径补偿。刀具在加工过程中安装的位置与理论上的位置总会存在一定的偏差，这时就需要进行刀具补偿以缩小偏差。在传统的机械加工中一旦刀具需要作出变更，就需要变更整个制程的加工程序，刀具补偿法可以避免出现需要大规模变动工序的弊端，利用刀具补偿来解决偏差问题[1]。

2刀具补偿的必要性

数控技术主要是通过计算机编程对刀具进行控制，让它在某一范围内运动，通过统一的标准设定在理论上保障机械加工的质量。但这仅仅是理想状态，在实际操作过程中刀片的刀尖是不可能固定在同一位置的，这是因为不仅更换刀片会存在误差，不同刀具的圆弧半径和尺寸也有误差。这就会导致部件的尺寸和精度发生变化，从而影响机械加工的进程。刀具补偿是提升机械加工精度和质量的根本方法。数控机床编程是以基准位置为基础，以机床加工的自动化和标准化为目标，所进行的数字编程技术。数控机床编程所面临的一大问题就是当机床刀具的实际位置与基准位置之间存在误差时，会增加数控车床加工的误差。此时刀具补偿的作用就会凸显，另外刀具磨损导致的刀具位置变化也可以通过补偿刀具偏移量的方法解决[2]。

3刀具补偿的作用

缩小刀具尺寸和安装位置带来的加工尺寸误差，减少实际操作与图纸定义之间的偏差，大幅度提高整个加工制程的效率和质量，刀具补偿可以在加工过程中快速精准地进行刀具尺寸的调整，提高加工成品的良率，缩小加工成品的尺寸，使加工的材料品质更加稳定。可以看出，刀具补偿是现代化工业发展的先导技术和重要力量。3.1提高刀具的适应性在数控车床加工过程中，刀具的磨损和更换都会使加工部件产生误差，而刀具补偿正是能减小这些误差的重要方法，对提高数控车床的加工精度具有不可替代的作用。如果将X、Z假设为原数控机床刀具补偿值，ΔX和ΔZ就是在一段时间的机械加工后，刀具会因为磨损等其他因素的影响而产生偏差量，那么（X-ΔX）和（Z-ΔZ）就是新的刀具补偿值，通过假设可以看到，在更换刀具时，不用改变数控控制程序，只需调整变化量即可。如果是由于刀具更换而产生的误差，那么刀具磨损偏移所造成的精度问题也会产生变化，则需要操作人员将数据更换为新的刀具补偿值，以提升加工精度和刀具的使用效率，使数控机床操作更加简单便捷。3.2有助于实现加工件粗精加工调整加工精度不仅是生产过程中的日常工作，同时也是提高加工效率不可缺少的措施。在这个过程中，刀具中心和工件轮廓之间的实际偏差值并没有太大作用，而是需要操作人员手动设置。所谓粗加工就是零件精度较低，在粗加工过程中，刀具半径的补偿值是实际半径和精加工余量之和。而在进行精加工的过程中，只需要刀具和实际半径值一个数据即可进行操作。另外，在操作中粗精加工之间还可以转换，具体的操作过程如下：设置粗加工的刀具，输入刀具半径补偿值，这个过程需要进行人工操作，包括刀具半径补偿和加工余量两个数据；其次是粗加工向精加工转变，是在粗加工基础上输入微调量。在操作微调量时，应依照加工的实际情况进行明确，比如精加工尺寸小于粗加工尺寸，则微调量为正值；反之，若精加工尺寸大于粗加工尺寸则为负值。针对数控机床的偏差的问题，通过刀具偏差补偿的方法可以有效调整。这种方法不仅提高了工件加工的精度和机器质量，而且简化了加工操作的过程，降低了机床操作的难度[3]。

4数控车床刀具补偿的分类

4.1偏置补偿。刀具偏置补偿弥补的是刀具与原点的偏差，数控机床加工安装刀具时，一般采用手动安装的方式进行，机床的原点和工件原点就会不可避免的产生偏差，车刀刀尖或圆弧中心处在与原来不同的位置，为了纠正偏差，刀尖或圆弧中心必须移动到原点。偏置补偿在实际运用过程中主要有以下两种方式：刀具磨损和刀具几何偏置补偿，磨损偏置补偿法补偿的是刀具磨损后的偏值与规定的标准值之间的偏差；几何偏置补偿是实际加工使用的刀具与标准规定的刀具之间的偏差进行相应的补偿，其中，刀具的型号、规格、材质等也会对补偿值有一定的影响，不同的刀具具有自身特有的补偿值，在实际操作过程中会有一定的差异，需要根据具体的使用过程来定义其数控系统的补偿值。刀具偏置补偿一般由刀具号和刀具补偿号来表示，利用T功能来实现常规数控机床的刀具补偿，刀具偏置补偿的设置需要根据刀具的使用说明来严格地进行补偿计算。当刀具补偿号数值为0时，在实际加工过程中，就不需要进行刀具的偏置补偿。4.2刀具半径补偿。数控车床加工使用的刀具在调整的过程中需要采用刀尖对刀的方式。在数控车床机械加工实际操作中，刀尖有一定微小的弧度，这就要求操作人员在调整刀具时对刀尖的半径进行取点，沿着刀具的弧面轨迹对半径进行相应的补偿，以使刀具的刀尖与需要加工的位置重合。理论与实际的差异主要表现在刀具刀尖与被加工料件的接触面是刀尖半径取点的切线切点，在加工的过程中，会产生一定的偏移量，这就需要及时地进行刀具的补偿，以确保刀具在加工过程中减少偏移，这一补偿的过程被称作刀具半径补偿。在实际加工过程中，操作人员需要考量编程的基准是参考刀具的圆弧轮廓来进行，而非刀具的中心轨迹，按照提前编写好的程式来自动计算并进行刀具加工的补偿，以降低料件加工后的偏差。G41和G42是刀具半径补偿法最常用到的两种指令，在实际操作过程中，应先使用G40指令将之前已保存的半径补偿编程全部清除，之后再编写G41指令来调整刀具在料件左侧的运动，或者编写G42指令来调整刀具在料件右侧的运动。

5刀具补偿的基本方法

刀具补偿需要以刀架中心为原点进行编程，利用编程来控制加工过程中刀具的移动轨迹，监控刀片的磨损状况，根据实际情况实时进行刀具的调整以实现对刀具的补偿，降低料件的偏差。目前有很多刀具补偿的方法，一般情况下，在实际运用中，会使用多种补偿手段来综合性调整刀具的补偿值，以减小加工料件的误差。目前这种灵活的刀具补偿法已经被运用到多个机械加工行业，使复杂的机械加工编程更加简单有效，不仅使加工后的料件精度和质量提高，更增加了机械加工行业的有形效益，促进了现代化工业的发展。

6数控机床加工中刀具补偿的应用

6.1刀具几何位置的补偿。可利用试切法来确定数控机械车床加工过程中刀具的位置和点位之间的偏差，目的是为了减小刀具与编程之间的误差以精准地进行数控车床的机械加工。一般来讲，试切法主要包含以下几个步骤：首先，车床的坐标系要确定，坐标原点一般会选择数控车床的旋转中心来建立坐标系，当操作机器归零后，按照坐标系的规律确定关键点的坐标，来给下一步操作做准备；其次，是刀具的选择，刀具对机械加工的影响很大，刀具会直接影响加工后料件的精度，不同精度的刀具对刀补偿值的影响也不同，精车刀需要在补值之前做好相应的清空处理，首先，要将车刀具的端面加入验证工作，之后将刀具拿出检查，在刀补表里输入相应的记录，以便系统自动算出车刀具需要在Z轴方向上的补偿值，之后再验证车刀具的外圆，撤出刀具后测量试切值，在刀补表里输入测量的数据，最后得出车刀具在X轴方向上的补偿值；再次，用一把新的车刀具对料件进行试加工，试切的过程中注意保持水平方向，当刀具撤出之后测量刀具在Z轴的长度并记录在案，以便于系统可以自动计算出第二把刀具在Z轴方向上的补偿值；最后，是重复以上的工作，得出所有车床加工刀具在Z轴方向上的补偿值，以便于料件被更精准地加工。6.2刀具刀尖的位置补偿。刀具的刀尖由于其需要，需要将刀尖做成点一样的形状，来进行料件的切割加工。而在实际车床机械加工的过程中，由于刀具刀尖承受的压力，其切割过程中极易导致刀尖磨损形成微小的弧面，且随着加工时间的加长，在没有进行刀具更换的前提下，磨损的刀具弧面会越来越大，甚至出现崩刀的现象，这使料件加工的精度和质量会大幅度折扣，甚至出现不良品，保证刀具的刀尖不受磨损是保证料件质量的前提，也是刀具能精准地进行位置补偿的关键。刀具的刀尖形态，在坐标系中是以点的形式出现，但是在实际加工的过程中可以发现刀尖的点是一个微小半径的面，在加工的过程中需要对刀具的位置进行准确的定位，以及确定补偿值和补偿位置，需要利用数控系统编程来自行操作，减少人为的误差，对刀具的切削进行相应的补偿，以使料件在切削的过程中处于可控的状态[4]。

7结束语

数控车床虽然是自动化和机械化的设备，但部件的精度和质量也会受机械在使用中的磨损和安装中人的因素等的影响。因此在实际使用中要密切关注刀具磨损情况以及圆弧半径的变化，根据刀具与机床的特征以及加工部件的特性采取不同的刀具补偿方法减小偏差，这样才能在实践中提高我国机械加工的质量和效率。

参考文献：

[1]何龙剑.数控车床加工中刀具半径补偿的应用探究[J].装备制造技术,2013(8):70-71+73.

[2]张毅.数控机床误差测量、建模及网络群控实时补偿系统研究[D].上海:上海交通大学,2013.

[3]蔡安江,宋仁杰,杜金健,等.五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法[J].长安大学学报(自然科学版),2018,38(1):120-126.

[4]于博,赵航,许砾文.数控车床加工中的撞刀现象及回避方法[J].南方农机,2016,47(1):64-65.

作者:高琼琼 雷佩 韩芙蓉 单位:郑州轻工业大学