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用夹具偏置刀补等方法可以挽回不少加工误差中频炉

2022年10月11日

用夹具偏置、刀补等方法，可以挽回不少加工误差

在加工多个零件或使用多把刀时，由于每把刀具的几何尺寸或形状都是不同的，在对被加工零件确定工件坐标系零点后，有必要引入刀具补偿功能，以保证在加工过程中以正确的刀具路径进行切削加工。

Part.1 常用的3种补偿方法

补偿的方法有刀具补偿和夹具偏置补偿，而刀具补偿可分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。长度补偿是指主轴轴向的补偿,也就是铣刀轴向的补偿，而对于铣刀径向的补偿,也就是每把铣刀直径大小不一样,在直径方向的补偿叫半径补偿。

1.刀具的长度补偿

CNC加工中心编程的数据输入，开始要指定零件的加工中心，才能建立工件编程坐标系，此坐标系只是一个工件坐标系，零点在工件上，CNC加工中心长度补偿只是和Z坐标有关，不像X、Y平面内的编程零点；刀具是由主轴锥孔定位而不改变，而Z坐标的零点每一把刀的长度都是不同的。

CNC加工中心要钻深为50mm的孔，然后攻丝深为45mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥，先用钻头钻孔深50mm，此时加工中心已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻丝过长，损坏刀具和工件，如果设定了刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，当加工中心零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确性。

2.刀具的半径补偿

CNC加工中心有刀具的半径补偿，编制加工程序时可以不考虑刀具的直径大小，刀长补偿对所有的刀具都适用，而刀具的半径补偿则一般只用于铣刀类刀具；当铣刀加工工件的外轮廓或内轮廓时，就用得上刀具半径补偿，当用端面铣刀加工工件的端面时则只需刀具长度补偿。

CNC加工中心刀具半径补偿是一个比较难理解和使用的指令，所以在编程中都不太愿使用，其实理解和掌握了使用起来还是对编程和加工带来很大方便；当准备编一个用铣刀加工一个工件的外形的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径进行细致的计算坐标值来明确刀具中心所走的路线，所用的刀具半径只是这把铣刀的半径值，当编完后发现这把铣刀不太适合要换用其他直径的刀具，这时就要重新计算刀具中心所走的路线的坐标值，这对于外形复杂的模具来说重新计算简直是太困难了，一个工件的外形加工分粗加工和精加工，这样粗加工程序编好后也就是完成了粗加工。

经过粗加工工件外形尺寸发生了变化，接下来又要计算精加工的刀具中心坐标值工作量太大；如果用了刀具半径补偿就可以忽略刀具半径，根据工件尺寸进行编程，再把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里，临时更换铣刀或进行粗精加工，只需更改刀具半径补偿值就可以控制工件外形尺寸的大小了，对程序基本不用作一点修改。

3.夹具的偏置补偿

加工中心夹具偏置可以不考虑工件夹具的位置而使用夹具偏置，当CNC加工中心加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点。只需按照各自的编程零点进行编程，再使用夹具偏置来移动每一个工件上的编程零点；夹具偏置使用夹具偏置指令G54～G59来执行的，也可以使用G92指令设定坐标系；当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用G92来重新设定新的工件坐标系。

Part.2 刀具长度补偿的案例及指令

所谓刀位点是指编制程序和加工时，用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。数控车刀的刀位点如图所示。尖形车刀的刀位点通常是指刀具的刀尖；圆弧形车刀的刀位点是指圆弧刃的圆心；成形刀具的刀位点也通常是指刀尖。

1. 刀具偏移的含义

刀具偏移是用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之长度差的功能。车床数控系统规定X轴与Z轴可同时实现刀具偏移。

刀具几何偏移：由于刀具的几何形状不同和刀具安装位置不同而产生的刀具偏移。

刀具磨损偏移：由刀具刀尖的磨损产生的刀具偏移。

刀具偏移补偿功能示例：

2. 利用刀具几何偏移进行对刀操作

（1）对刀操作的定义

调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。

（2）对刀操作的过程

①手动操作加工端面，记录下刀位点的Z向机械坐标值。

②手动操作加工外圆，记录下刀位点的X向机械坐标值，停机测量工件直径，计算出主轴中心的机械坐标值。

③将X、Z值输入相应的刀具几何偏移存储器中。

（3）利用刀具几何偏移进行对刀操作的实质

利用刀具几何偏移进行对刀的实质就是利用刀具几何偏移使工件坐标系原点与机床原点重合。

3. 刀具偏移的应用

利用刀具偏移功能，可以修整因对刀不正确或刀具磨损等原因造成的工件加工误差。例如：加工外圆表面时，如果外圆直径比要求的尺寸大了0.2mm，此时只需将刀具偏移存储器中的X值减小0.2，并用原刀具及原程序重新加工该零件，即可修整该加工误差。同样，如出现Z方向的误差，则其修整办法相同。

4. 刀尖圆弧半径补偿的定义

在实际加工中，由于刀具产生磨损及精加工的需要，常将车刀的刀尖修磨成半径较小的圆弧，这时的刀位点为刀尖圆弧的圆心。

为确保工件轮廓形状，加工时不允许刀具刀尖圆弧的圆心运动轨迹与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏移一个半径值，这种偏移称为刀尖圆弧半径补偿。圆弧形车刀的刀刃半径偏移也与其相同。

5. 假想刀尖与刀尖圆弧半径

在理想状态下，我们总是将尖形车刀的刀位点假想成一个点，该点即为假想刀尖（图中的A点）。

在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一个理想的点，而是一段圆弧（如图中的BC圆弧）。

所谓刀尖圆弧半径是指车刀刀尖圆弧所构成的假想圆半径（图中的r）。实践中，所有车刀均有大小不等或近似的刀尖圆弧，假想刀尖在实际加工中是不存在的。

6. 未使用刀尖圆弧半径补偿时的加工误差分析

（1）加工台阶面或端面时，对加工表面的尺寸和形状影响不大，但在端面的中心位置和台阶的清角位置会产生残留误差，如图所示。

（2）加工圆锥面时，对圆锥的锥度不会产生影响，但对锥面的大小端尺寸会产生较大的影响，通常情况下，会使外锥面的尺寸变大，而使内锥面的尺寸变小，如图所示。

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