浅议数控机床加工中C刀具补偿下的过切现象
摘要：随着计算机技术的发展，在数控机床中运用计算机技术也得到了较快的发展。
早期数控机床主要由数字逻辑电路组成硬件数控系统，即NC系统，随着计算技术的运用，该系统已被淘汰，取而代之的是计算机数控系统，即CNC系统。
CNC系统在存储能力及运算速度方面大幅提高，且柔性较为良好。
本文主要是在装备CNC系统基础上的数控车床进行分析，对其C刀具补偿下的过切现象进行研究，并提出解决的措施。
关键词：C刀具；CNC系统；数控机床；补偿
数控机床中有一种特殊的功能，即刀具补偿，其作用是数控系统在工件轮廓程序及刀具中心偏移量的条件下，自动对刀具的轨迹进行计算。
在CNC系统中，刀具补偿分为B刀具补偿和C刀具补偿。
B刀具补偿采用读、算、走依次进行的控制方法，对程序间的过渡问题很难解决，工作人员需要先对刀补后的交叉点及间断点情况进行预计，然后人为进行处理，其加工工艺较差。
而C刀具补偿很好的解决了B刀具补偿的不足，可直接求出刀具中心轨迹焦点，刀具加工的路径大大缩短，加工工艺大幅提高，这也是目前数控系统中比较先进的刀具补偿方法。
但是在加工过程中，要是编程方法不合适，就会出现过切现象，对零件的质量及精度都有严重的影响，本文主要对C刀具补偿中的过切现象进行分析研究，提出消除过切的方法。
1、C刀具补偿中的过切现象分析
1.1刀补平面内两段及以上没有移动指令时的过切现象
刀具补偿时，平面内两段及以上没有移动指令时，往往会出现过切的现象。
如图1所示，某工件经过数控铣削加工时，其程序如下：
图1 过切现象一
O0002
N10 S800 M03
N20 G90 G54 G00 X0 Y0
N30 Z100
N40 G41 X20 Y10 D01 //刀补建立
N50 Z5 //Z方向下刀
N60 G01 Z-1 F80 //Z方向下刀
N70 Y50 //加工外轮廓
N80 X50
……
N120 M30
对其主要原因进行分析可知，刀具补偿从N40程序段开始，其建立时，数控程序只能读出两个程序间断，此时N50、N60两程序段都在z轴上移动，与x、y轴无关，因此，数控车床不能正确的判断出下一个补偿的方向，虽然采用了G41进行刀补，然而刀补的中心却没有加上刀补值，直接到达A点完成了N50、N60段的补偿后进行N70段补偿，从A点移动向B点使，刀具中心将工件的一部分切掉，因此产生了过切现象。
1.2刀补平面内存在一个移动距离为0的指令产生过切现象
在刀补状态下，平面内两个运动指令间存在一个移动为0的指令，就会产生过切现象，如图2所示，某工件经过数控铣削加工时，其程序如下：
图2 过切现象二
O0003
N10 M03 S1000
N20 G54 G00 X0 Y0 Z5
N30 G01 Z-1 F100
N40 G41 G01 X20 Y10 D01
N50 Y40
N60 Y40
N70 X30
……
N120 M30
对其原因进行分析，刀具加工至N40段时，可以对N50、N60两段进行预读，这两段的位移量均为0，此时没有零件的轮廓信息，因此不存在矢量变化，这时刀补中心也没有加上刀补值，刀具中心停留在A点，刀补中心向B点移动时，向下预读到N70段时，出现过切现象。
1.3连续两辅助功能程序段产生过切现象
刀具补偿状态下，存在两个连续辅助功能程序段时，往往会产生过切现象，如图3所示，某工件经过数控铣削加工时，其程序如下：
图3 过切现象三
O0004
N10 M03 S1000
N20 G54 G00 X0 Y0 Z5
N30 G01 Z-1 F100
N40 G41 G01 X20 Y10 D01
N50 Y40
N60 M08
N70 M09
N80 G01 X30
……
N120 M30
对其原因进行分析，在刀具补偿加工N50段的时候，对N60、N70段进行预读，这两段均为辅助功能指令，因此缺乏零件轮廓信息，沿AB轮廓的垂直矢量缺失，没有刀补值。
从A点向B点移动时，经过N80段时出现过切现象。
2、C刀具出现过切现象的解决方法
从以上分析可以知道，C刀具在补偿时的过切现象虽然形式不一，但本质都是要严格根据C刀补规则进行。
第二、三种过切现象主要是由于编程不合理造成，是可以避免的，第一种过切解决的主要方向是深度的进给。
因此本文主要针对第一种过切现象提出以下几种解决的方法：
2.1切至切削深度后，启动刀补
在进行刀补之前，首先选择安全的位置将刀具一次性进给到切削深度，然后进行刀具补偿，其程序如下：
O0005
N10 S1000 M03
N20 G54 G00 X0 Y0 Z5
N30 G01 Z-1 F100 //z轴进给至切削深度
N40 G41 G01 X20 Y10 D01 //建立刀具补偿
N50 Y50
……
N120 M30
2.2首先启动刀补，然后在深度方向一次进给到切削深度
启动刀具补偿后，选择安全位置，在深度方向上一次性进给到切削的深度。
程序如下：
O0006
N10 S1000 M03
N20 G54 G00 X0 Y0 Z5
N30 G41 G01 X20 Y10 D01 //建立刀具补偿
N40 G01 Z-1 F100 //z轴一次进给到切削深度
N50 Y50
……
N120 M30
2.3刀补启动时，3个坐标同时进给
刀具补偿启动的时候，选择安全位置，使刀具在坐标三个方向同时进给，且使z轴进给到切削的深度，其程序如下：
O0007
N10 S1000 M03
N20 G54 G00 X0 Y0 Z5
N30 G41 G01 X20 Y10 Z-1 D01 F100 //三个坐标同时制定刀具偏置
N40 Y50
……
N120 M30
2.4同一方向，两次进给至切削深度
启动刀具补偿后，选择安全位置，在平面内同一直线方向，向深度两次进给至切削深度，如图4所示程序：
图4 防止过切措施
O0008
N10 S1000 M03
N20 G54 G00 X0 Y0 Z40
N30 G41 X20 Y10 D01
N40 Y12
N50 Z5
N60 G01 Z-1 F100
N70 Y50
……
N120 M30
3、结束语
在数控机床中，应用最广泛的就是C刀具补偿指令，也是最重要的指令，如果没有该指令，数控铣削编程是非常复杂的，零件的质量和精度也不能得到保证。
对铣削中的过切现象，只要对C刀具补偿动作严格按照编程规则，是可以避免的。
参考文献：
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