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1、2006.2 第六节 数控机床上的有关点 在数控机床中,刀具的运动是在坐标系中进行的.在一台机床上,有各种坐标系与零点.理解它们对使用、操作机床以及编程都是很重要的。数控机床最基本的有机床零件，机床参考点、工件零点，。以及刀架相关点，另外还有其他点。一、机床原点 机床原点是指在机床上设置一个固定的点，即机床坐标系的原点，它在机床装配、调式时就已确定下来了，是数控机床进行加工运动的基准参考点。在数控车床上，一般取在卡盘端面与主轴中心线交点处。如图1-19所示，图中O1即为机床原点。第1页/共80页2006.2在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z三个直线坐标轴正方向的极限位置上，如图1-20所
2、示，图中O1即为立式数控铣床的机床原点。第2页/共80页2006.2二、机床参考点 许多数控机床（全功能型及高档型）都设有机床参考点，该点至机床原点在其进给坐标轴方向上的距离在机床厂时已准备确定，使用时可通过“寻找操作”方式进行确认。它与机床原点相对应，有的机床参考点与原点重合。它是机床制造商在机床上借助行程开关设置的一个物理位置，与机床原点相对位置是固定的，机床出厂之前由机床制造商精密测量确定。一般来说，加工中心的参考点为机床的自动换刀位置，如图1-21所示。第3页/共80页2006.2第4页/共80页2006.2 机床原点实际上是通过返回（或称寻找）机床参考点来完成确定的。机床参考点的位置
3、在每个轴上都 是通过减速行程开关粗定位，然后又编码器零位电脉冲（或称栅格零点）精定位的。数控机床通电后，必须首先使各轴均返回各自参考点，从而确定了机床坐标系后，才能进行其他操作。机床参考点相对于机床原点的值是一 个可设定的参数值。它由机床厂家测量并输入至数控系统中，用户不得改变。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，此表明机床坐标系已经建立。值得注意的是不同数控系统返回参考点的动作、细节不同，因此当使用时，应仔细阅读有关说明。第5页/共80页2006.2三、刀架相关点 从机械上说，所谓寻找机床参考点，就是使刀架相关点与机床参考点重合，从而使数控系统得知刀架相
4、关点在机床坐标系中的位置。所有刀具的长度补偿量均是刀尖相对该点长度尺寸，即为刀长。例如对车床类有X刀长Z刀长，对铣刀类有Z刀长 可采用机上或机外刀具测量的方法得每把刀具的补偿量。有些数控机床使用某把刀具做为基准刀具，其他刀具的长度补偿均以该刀具做为基准，对刀则直接用基准完成。这实际上是把基准刀尖作为刀架相关点，其含义与上不同。但采用这种方式，当基准刀具出现误差或损坏时，整个刀库的刀具要重新摄制。第6页/共80页2006.2四、装夹原点 除了上述三个基本原点以外，有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点（fixture origin），用C表示。装夹原点常用见于带回转（或摆动）工作台的数控机床或加
5、工中心，一般是机床工作台上的一个固定点，比如回转中心，与机床参考点的偏移量可通过测量，存人CNC系统的原点偏置寄存器（origin offset register）中，供CNC系统原点偏移计算使用。第7页/共80页2006.2五、工件坐标系原点 在工件上坐标系上，确定工件轮廓的编程和计算原点，称为工件坐标系原点，简称为工件原点，亦称编程原点。在加工中，因其工件的装夹位置是相对于机床而固定的，所以工件坐标系在机床坐标系中位置也就确定了。1数控机床上工件编程零点的确定为了编程方便，工件编程零点可根据计算机最方便的原则来确定某一点为编程零点。如车削图1-22b所示的台阶轴工件，用机床的零点M编程时，
6、车端面和各台阶长度是都要进行烦琐计算。第8页/共80页2006.2第9页/共80页2006.2如车削直径36mm端面时，编程如下 N0040 G00 X42.0 Z104.2N0050 G01 X36.0 Z104.2：在车直径36X18台阶时，编程如下：N0040 G00 X36.0 Z106.2 N0050 G01 X36.0 Z86.2：如工件以直径36端面为零点编程，亦就是将工件编程零点从机床零点M偏置到直径36端面W（图1-22b）这样，编程时就方便多了。N0040 G00 X42.0 Z0.0N0050 G01 X0.0 Z0.0 第10页/共80页2006.2在车削直径36818
7、台阶时，编程如下：N0040 G00 X36.0 Z2.0N0050 G01 X36.0 Z-18.0：从以上两例说明，当工件编程零点偏置以后，编程时方便多了。但是，首先必须进行工件零点偏置设定。2数控铣床类机床工件零点的确定G92指令与G54-G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但它们在使用中是有区别的，G92指令是通过程序来设定工件加工坐标系的，G54-5-G59指令是通过CRT/MID在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一经设定，加工坐标原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与大的当前位置无关，除非再通过CRT/MID方式更改。第11页/共80页2006.2G92指令程序段只是设定加
8、工坐标系，而不产生任何动作；G54-G59指令程序段则可以和G00 G01指令组合在选定的加工坐标系中进行位移。用G92确定工件坐标系 在编程中，一般是选工件或夹具上的某一点作编程零点，并以这一点作为零点，建立一个坐标系，这个坐标系是通常所讲的工件坐标系。这个坐标系的原点与机床坐标原点（机床零点）之间的距离用G92（EIA代码中用G50）指令进行设定，即确定工件坐标系原点距离刀具现在位置多远的地方。也就是以程序的原点为基准，确定刀具起始点的坐标值,并把这个设定值存于程序存储器中,作为零件所有加工尺寸的基准点.因此在每个程序的开头都要设定工件坐标系，其标准编程格式如下所示：G92 XX YY Z
9、Z第12页/共80页2006.2 图1-29为立式加工中心工件坐标系设定的示例。图中机床坐标系原点（机械原点）是指刀具退刀到机床坐标系最远的距离点，在机床出厂之前已经调好。并记录在机床说明书或编程手册之中，供用户编程时使用。图1-30给出了用G92确定工件坐标系的过程。N1 G90 N2 G92 X6.0 Y6.0 Z0：N8 G00 X0 Y0N9 G92 X4.0 Y3.0 ：N13 G00 X0 Y0N14 G92 X4.5 Y-1.2第13页/共80页2006.2第14页/共80页2006.2用G54-G59确定 图1-31给出了用G54-G59确定工件坐标系的方法。工件坐标系的设定可
10、采用输入每个坐标系距机械原点的X、Y、Z轴的距离（x,y,z）来实现。在图1-31中分别设定G54和G59时可用下列方法：G54时 G59时 X-x1 X-x2 Y-y1 Y-y2 Z-z1 Z-z2 当工件坐标系设定后，如果在程序中写成：G90 G54 X30.0 Y40.0时，机床就会向预定的G54坐标系中的A点（30.0，40.0）处移动。第15页/共80页2006.2第16页/共80页2006.2同样，当写成G90 G59 X30.0 Y40.0时，机床就会向预定的G59坐标系中的B点（30.0，40.0）处移动。（图1-32）另外，在用G54-G59方式时，通过G92指令编程后，也可
11、建立一个新的工件加工坐标系。如图1-33中，在G54方式时，当刀具定位于XOY坐标平面中的（200，160）点时，执行程序段：G92 X100.0 Y100.0就由向量A偏移产生了一新的工件坐标系 XOY坐标平面，这时，向量A再偏移到XOY坐标平面时，应用：G92 X-100.0 Y-100.0程序段。程序零点的选择原则是：第17页/共80页2006.2应使编程零点与工件的尺寸基准重合。应使编制数控程序时的运算最为简单，避免出现尺寸链计算误差。引起的加工误差。编程零点应选择在容易找正，正加工过程中便于测量的位置。六、程序起点指刀具（或工作台）按加工程序执行时的起点。数控车床常用这一点作为换刀点
12、。我们以数控车床为例来介绍。程序起点的设定方法第18页/共80页2006.2（1）坐标原点设置在卡盘端面 如图1-34a所示，例如：G50 X85.0 Z210.0 /*将刀尖当前位置的坐标值设定为工件坐标系中的一点（85.0，210.0）（2）坐标原点设定在零件右端面如图1-34b所示，例如：G50 X85.0 Z90.0 在这种情况下，如果设置指令写成：G50 X0 Z0则编程坐标系的原点。数控系统不同程序起点的设置指令也不同，有的数控机床的系统用G92来代替G50.第19页/共80页2006.2第20页/共80页2006.2返回换刀点（即程序起点）某数控系统规定了四种退刀方式，如图1-3
13、5所示。G24是X向退刀到换刀点，G25仅Z轴退刀到换刀点，G26是G24和G25的综合，即先X向退到换刀点再Z向退到换刀点。G27是G24和G25的综合。G24 G26适合于外圆加工，G25 G27适合于内孔加工。数控系统不同返回程序起点的指令不同，有的数控系统只用G27 G28来执行上述的G24 25功能，这种返回方式主要针对数控车床。第21页/共80页2006.2第22页/共80页2006.2第七节 刀具补偿功能 数控机床在切削过程中不可避免地存在刀具磨损问题,譬如钻头长度变短,铣刀半径变小等,这时加工出的工件尺寸也随之变化.如果系统功能中有刀具尺寸补偿功能,可在操作面板上输入相应的修正
14、值,使加工出的工件尺寸仍然符合图样要求,否则就得重新编写数控加工程序.有了刀具尺寸补偿功能后，使数控编程大为简便,在编程时可以完全不考虑刀具中心轨迹计算,直接按零件轮廓编程.启动机床加工前,只需要输入使用刀具的参数,数控系统会 自动计算出刀具中心的运动轨迹坐标,为编程人员减轻了劳动强度.另外,试切和加工中工件尺寸与图样要求不符合时,可借助相应的补偿加工出合格的零件.刀具尺寸补偿通常有三种:刀具位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿。第23页/共80页2006.2刀具位置补偿（主要应用于车床）当采用不同尺寸的刀具加工 同一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调、磨损以及切削力使工件、刀具机
15、床变形引起工件尺寸变化时，为加工出合格的零件必须进行刀具位置补偿。如图1-36所示，车床的刀架装有不同尺寸的刀具。设图示刀架的中心位置P为各刀具的换刀点，并一1号刀具的刀尖B点为所有刀具的编程起点。当1号刀具从B点运动到A点时其增量值为UBA=XAX1 WBA=ZA-Z1 当2号刀具加工时，2号刀具的刀尖在C点位置，要想运用A、B点的坐标值来实现从C点到A点的运动，就必须知道B点到C点的坐标差值，利用这 差值对B到A的位移量进行修正，就能实现从C到A的运动。为此，将B点（作为基准刀尖位置）对C点的位置差值用以C为原点的直角坐标系I、K来表示（如图1-36所示）。第24页/共80页2006.2第
16、25页/共80页2006.2当从C到A时 UCA=（XAX1）+I WCA=（ZA-Z1）+K式中I、K分别为X轴、Z轴的刀补量，可由键盘输入数控系统。由上式可知，从C到A的增量值等于从B到A的增量值加上刀补值。当2号刀具加工结束时，刀架中心位置必须回到P点，也就是2H号刀的刀尖必须从A点回到C点，但程序是以回到B点来编制，只给出了A到B的增量，因此，也必须用刀补值来修正UCA=（X1XA）-I、WCA=（Z1-ZA）-K从以上分析可以看出，数控系统进行刀具位置补偿，就是用刀补值对刀补建立程序大的增量值进行加修正，对刀补撤消的增量值进行减修正。第26页/共80页2006.2这里的1号刀是标准刀
17、，我们只要在加工前输入与标准刀的差I、K就可以了。在这种情况下，标准刀磨损后，整个刀库中的刀补都要改变。为此，有的数控系统要求刀具位置补偿的基准点为刀具相关点。因此，每把刀具都要输入I、K，其中I、K是刀尖相对刀具相关点的位置差（如图1-37所示），即图中的Q、L。指令方式T 01 01在字母T后用4位数来表示T功能，前两位表示刀架的刀位号，后两位表示刀具补偿号。刀位号T01 T01 T12 T12 T00 /*取消号刀上的刀具补偿第27页/共80页2006.2第28页/共80页2006.2程序举例：G50 X250.0 Z180.0 T 01 01 G00 X100.0 Z1G01 X200
18、.0 F0.3 T0100 /*取消刀补M02说明加工完成之后要将刀补取消，刀补号00为取消刀具位置补偿。坐标系变换之后，补偿坐标及补偿值也需改变。刀具补偿号中记录的是刀位点相对于刀架相关点或标准刀的两个尺寸，有的系统另设一存储器存入刀位点需微调的数值，此值试切后手动输入。用T代码对刀具进行补偿一般是在换刀指令后第一个含有移动指令（G00、G01等）的程序段中进行，而取消刀具的补偿则是在加工完该刀的工序后，返回换刀点的程序段中进行的。第29页/共80页2006.2二、刀具长度补偿为了简化零件的数控加工编程，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，现代CNC系统除了具有刀具半径补偿功能以外，还具
19、有刀具长度补偿（tool length compensation）功能。刀具长度补偿使刀具垂直于走刀平面（比如XY平面，由G17指定）偏移一个刀具长度修正值，因此在数控编程过程中，一般无需考虑刀具长度。刀具长度补偿要视情况而定。一般而言，刀具长度补偿对于二坐标和三坐标联动数控加工是有效的，但对于刀具摆动的四、五坐标联动数控加工，刀具长度补偿则无效，在进行刀位计算时可以不考虑刀具长度，但后置处理计算过程中必须考虑刀具长度。第30页/共80页2006.2第31页/共80页2006.2刀具长度补偿在发生作用前，必须先进行刀具参数的设置。设置的发有机内试切法、机内对刀法、机外对刀法和编程。有的数控系统
20、补偿是刀具的实际长度与标准刀具的差，如图1-38a所示。有的数控系统补偿是刀具相对于相关点的长度，如图1-38b、c所示,其中1-38c是圆弧刀的情况。现在详细介绍如下。刀具长度补偿A（图1-38a）G43/G44 Z H 或 G43/G44 H根据上述指令，把Z轴移动指令的终点位置加上（G43）减去（G44）补偿存储器设定的补偿值，由于把编程时设定的值和实际加工所用的刀具长度值的差设定在偏置存储器中，无需变更程序便可以对刀具长度值的差进行补偿，这里的偏置又称为偏移，即进行补偿，以下皆同。第32页/共80页2006.2由G43、G44指令偏置方向，由H代码指定设定在偏置存储器中的偏置量。偏置方
21、向G43：+侧偏置 G44：-侧偏置无论是绝对值指令还是增量指令，在G43时程序中Z轴移动指令终点的坐标（设定在偏置存储器中）中加上H代码指定偏置量，其最终计算结果的坐标值为终点。Z轴的移动被省略时，可认为是下述的指令，偏置值的符号为“+”时，G43时是在“+”方向移动一个偏置量，G44是在“-”方向移动一个偏置量。G43/G44 G90 Z0 H 偏置值的符号为负时，分别变为反方向。G43 G44为模态G代码，直到同一组的其它G代码出现之前均有效。第33页/共80页2006.2（2）指定偏置量由H代码指定偏置号。程序中Z轴的指令值减去或加上与指定偏置号相对应（设定在偏置量存储器中）的偏置量。
22、偏置号可指令为H00-H200。包括用于刀具半径补偿的D代码共200个。偏置量与偏置号相对应，由CRT/MID操作面板预先输入在存储器中。与偏置号00即H00相对应的偏置量，始终意味着零。不能设定与H00相对应的偏置量。（3）取消刀具长度补偿 指令G49或者H00取消偏置。一旦设定了G49或者H00，立刻取消偏置。变更偏置号及偏置量时，仅变更新的偏置量，并不把新的偏置量加到旧的偏置哩浪上。H01；偏置量20.0H02；偏置量30.0G90 G43 Z100.0 H01 Z移到120.0G90 G43 Z100.0 H02 Z移到130.0 第34页/共80页2006.2刀具长度补偿B图1-38
23、b根据G17/G18/G19 G43/G44 X Y Z H 或G17/G18/G19 G43/G44 H ；指令，Z轴或Y轴、X轴的移动指令终点位置，需要向正或负方向再移动一个在偏置存储器中设定的值。由G17、G18、G19指定偏置平面，由G43、G44指定偏置方向，由H代码指定设定在偏置存储器中的偏置量。把与平面指定（G17、G18、G19）垂直的轴作为偏置轴，如表1-10所示。表1-10 平面指定与偏置轴第35页/共80页2006.2平面指定偏置轴G17Z轴G18Y轴G19X轴第36页/共80页2006.2两轴以上的刀具位置偏置，由指定偏置平面切换偏置轴，也可以用2-3个程序段指定。例如
24、偏置X、Y轴：G19 G43 H 偏置X轴G18 G43 H 偏置Y轴与上述程序段一起偏置X Y轴。其他的与刀具长度补偿A相同。由参数NO.0003TLCP选择刀具长度补偿A或B。三轴共同偏置。若用G49指令全轴取消，显示P/S015报警。（同时控制轴为三轴报警）应与H00合并进行取消。刀具长度补偿C G43、G44是把补偿装置变为刀具长度补偿方式的指令，由与G43、G44在同一个程序段指令的轴地址a指定给哪个轴加上刀具长度补偿，而不用平面选择。第37页/共80页2006.2根据G43/G44 a H （a为任意的一个轴）指令，可以把a轴移动指令的终点移动到偏置存储器中设定的值正侧或负侧。利用
25、该功能，根据把编程时想定的刀具长度的值和实际加工时使用的刀具的长度值的差设定在存储器中，无需变更程序便可以进行补偿。是否用刀具长度补偿C由参数NO.019TLCD选择。还应根据设定参数（NO.036OFD=1），用H码指令刀具长度补偿，用D代码指令刀具半径补偿。根据设定参数（NO.036CDO0K），即使进行两轴以上偏置也不出现报警。三、二维刀具半径补偿二维刀具半径补偿仅在二维走刀平面内进行，走刀平面由G17（X-Y平面）、G18（Y-Z平面）、G19（Z-X平面）指定,刀具半径或刀刃半径值则通过调用相应的刀具半径偏置寄存器号码(用H或D指定)来取得.第38页/共80页2006.2现代CNC系
26、统的二维刀具半径补偿不仅可以自动完成刀具中心轨迹的偏置,而且还能自动完成直线与直线连接、圆弧与圆弧连接和直线与圆弧转接等尖角过度功能，其补偿计算方法在各种数控机床和数控系统专业书籍中具名有介绍，且与数控加工编程关系不大，在此不多述。值得指出的是，二维刀具半径补偿计算是CNC系统自动完成的，而且不同的CNC系统所采用的计算方法一般不尽相同，编程员在进行零件加工编程时不必考虑刀具半径补偿的计算方法。铣削加工刀具半径补偿1刀具半径补偿的目的第39页/共80页2006.2在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在，刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，
27、则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具中心运动轨迹，如图1-39所示的点划线轨迹，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具半径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，如图1-39中的粗实线轨迹，数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。第40页/共80页2006.2第41页/共80页2006.22.刀具半径补偿功能的应用1）刀具因磨损、重磨或换新刀而使刀具半径变化后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后刀具半径。如图1-40所示，1为未磨损刀
28、具，2为磨损刀具，两者直径不同，只需将刀具参数表中的刀具半径r1改为r2，即可适用同一个程序。2）用同一程序、统一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗精加工。如图1-41所示，刀具半径r，精加工余量。粗加工时，输入刀具直径D=2（r+），则加工出虚线轮廓；精加工是，有同一程序，同一刀具，但输入刀具直径D=2r，则加工出实线轮廓。在现代CNC系统中，有的已具备三维刀具半径补偿功能。对于四、五坐标联动数控加工，还不具备刀具半径补偿功能，必须在刀位计算时考虑刀具半径。第42页/共80页2006.2第43页/共80页2006.23.刀具半径补偿的方法数控系统的刀具半径补偿（Cutter Radius
29、 Compensation）就是将计算刀具中心轨迹的过程交由CNC系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，因此这种编程方法也称为对零件的编程（Progamming the Part）,而实际的刀具半径则存放在一可编程刀具半径偏置寄存器中，在加工过程中，CNC系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值，或者选用存放在另一个刀具班级功能偏置寄存器中的刀具刀具半径所对应的刀具即可。第44页/共80页2006.2现代CNC系统一般都设置有若干（16 32 64或更
30、多）个可编程到班级功能偏置寄存器，并对其进行编号，专供刀具补偿使用，可将刀具补偿参数（刀具长度、刀具半径等）存入这些寄存器中。进行数控编程时只需调用所需刀具半径补偿参数所对应的寄存器编码即可，加工时，CNC系统将该编号对应的刀具半径偏置寄存器存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹。铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿（Cutter Radius Compensation left），用G41定义，和刀具半径右补偿（Cutter Radius Compensation Right）用G42定义，使用非零的D#代码选择正确的刀具半径偏置寄存器号。根据ISO标准
31、，当刀具中心轨迹沿前进方向位于零件轮廓右边时称为刀具半径右补偿，反之称为刀具左补偿，如图1-42所示；当不需要进行刀具半径补偿时，则用G40取消刀具半径补偿。第45页/共80页2006.2第46页/共80页2006.2刀具半径补偿的建立 刀具由起点（Start Piont）（位于零件轮廓及零件毛胚之外，距离加工零件轮廓切入点较近）以进给速度接近工件，刀具半径补偿偏置方向由G41（左补偿）或G42（右补偿）确定，如图1-43所示。在图1-43中，建立刀具半径补偿的有关 指令如下：N10 G90 G92 X-10.0 Y-10.0 Z0；/*定义程序原点，起刀点坐标为（-10，-10）N20 S9
32、00 M03；/*起动主轴 N30 G17 G01 G41 X0 Y0 D01；/*建立刀具半径左补偿，刀具半径偏置寄存号D01 N40 Y50.0；/*定义首段零件轮廓其中D01为调用D01号刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径值。建立刀具半径右补偿的有关指令如下：第47页/共80页2006.2第48页/共80页2006.2N30 G17 G01 G42 X0 Y0 D01；/*建立刀具半径右补偿N40 X50.0；/*定义首段零件轮廓（2）刀具半径补偿取消 刀具撤离工件,回到原点,取消刀具半径补偿.与建立刀具半径补偿过程类似,退刀点也应位于零件之外,退出带内距离加工零件轮廓较近,可与起刀点相
33、同,也可不与起刀点不同.如图1-43所示,假如退刀点与起刀点相同的话,其刀具半径补偿取消过程的命令如下:N100 G01 X0 Y0;/*加工到工件原点N110 G01 G40 X-10.0 Y-10.0;/*取消刀具半径补偿,退回到起刀点N110也可这样写:N110 G01 G41 X-10.0 Y10.0 D00;或N110 G01 G42 X-10.0 Y-10.0 D00;,因此D00中的偏置量永远为0.第49页/共80页2006.24、刀具半径补偿B（G39-G42）（1）道具半径补偿功能 给出刀具半径值，使其对刀具进行半径值的补偿，即可以通过偏置轨迹。该偏置指令用自动输入或手动数据
34、输入的G功能进行。但是，补偿量刀具半径值预先由H或D代码相应的手动数据输入存入存储器中。由H代码指定与偏置量相对应的号码。H代码为模态。与该偏置有关的G功能，如表1-11所示。一旦指令G41、G42，则变为补偿方式。若能指令G40，则变为取消方式。在刚接通电源时，变为取消方式。由于不是模态G代码（G39），因此刀具半径补偿方式无变化。表1-11 关于B功能的刀具半径补偿第50页/共80页2006.2G代码组功能 G390拐角偏置，圆弧插补 G407取消刀具半径补偿 G417刀具半径补偿（左）G427刀具半径补偿（右）第51页/共80页2006.2偏置量（D代码）偏置量由CRT/MDI操作面板设
35、定，与程序中指定的D代码后面的数字（偏置号）相对应。与偏置号00，即D00相对应的偏置量，始终意味着等于0。可以设定与其他偏置号相对应的偏置量。偏置矢量 在图1-44中，用半径为R的刀具切削A形状的工件时，应通过的刀具中心轨迹必须是从A仅离开R距离的图形B这样只偏置离开刀具的距离。即，B是从A仅离开R的轨迹。偏置矢量的大小是与指定的偏置量相等的两轴矢量。可存入控制装置中，随着刀具的移动其方向也在不断地变化。该偏置矢量（以下简称为矢量）在刀具的那一个方向及补偿多少为好，可在控制装置内被算出，也可用于从工件的图形到算出仅偏置刀具半径轨迹的计算中。第52页/共80页2006.2矢量始终随着刀具的移动
36、而变化，了解其变化的情况对编程很重要。如图1-44所示，通常矢量是相对于刀具移动方向成直角的，并且从工件对着刀具中心方向的。平面选择与矢量 偏置矢量的计算，是在平面选择的G代码G17，G18，G19指定的平面内进行的。没有平面指定的则认为是G17。例如XY平面被选择时，采用程序中的（X，Y）进行计算，可作成矢量。指定平面外轴的坐标值不受偏置的影响，可以直接采用程序中的指令值。以下把进行的偏置计算与由偏置命令作成的矢量作为XY平面选择加以说明。其它的平面选择时也相同。偏置矢量可由复位消除。第53页/共80页2006.2第54页/共80页2006.2拐角偏置圆弧插补（G39）用G01、G02或者G
37、03的状态指定，根据以下指令，可以把拐角的刀具半径偏置进行圆弧插补。G39 X_Y_;或G39I_J_;如图1-45所示,从终点看(X,Y)的方向与(X,Y)成直角,在左侧(G41)或右侧(G42)作成新的矢量.刀具从旧矢量的始点沿圆弧移向新的矢量的始点.(X,Y)为适应G90或G91,用绝对值或增量值表示.(I,J)始终从终点用增量表示的.G39的指令，在补偿方式中，仅在G41或G42 已指令时才给出的，圆弧顺时针或逆时针由G41或G42指令。该指令不是模态指令的，01组的G功能不能由于该大致另而遭到破坏则继续存储。第55页/共80页2006.2偏置的一般注意事项偏置量号码的指定.用H代码或
38、D代码指定偏置量的号码,如果是从开始取消偏置方式移到刀具半径补偿方式以前,H或D代码在任何一个地方指令都可以.若进行一次指令后,只要在中途不变更偏置量我，则不需要重新指定.2)从取消偏置方式移向刀具半径补偿方式,从取消偏置方式移向刀具半径补偿方式时的移动指令,.必须是定位G00或者是直线插补.不能用圆弧(G02,G03)插补.3)从刀具半径补偿方式移向取消偏置方式.从刀具半径补偿方式移向取消偏置方式时的移动指令,必须是定位G00或者是直线插补.不能用圆弧(G02,G03)插补.第56页/共80页2006.2刀具半径补偿左与刀具半径补偿右的切换.从左向右或者从右向左切换偏置方向时,通常要经过取消
39、偏置方向.5)偏置量的变更 偏置量的变更通常是在取消偏置方式换刀时进行.6)若在刀具半径补偿中进行刀具长度补偿,刀具半径的补偿量也被变更了.5、刀具半径补偿C（G40-G42）根据参数的设定（NO.0360FRD=1）可用D代码指令刀具半径补偿C。G40、G41、G42后边一般只能跟G00、G01，而不能跟G03、G02等。偏置方向，由刀具半径偏置的G代码（G41、G42）和偏置量的符号决定，如表1-12所示。第57页/共80页2006.2表1-12 偏置量符号的决定G代码/偏置量的符号+-G41偏置左侧偏置右侧G42偏置右侧偏置左侧第58页/共80页2006.2以下的程序称为无移动程序段，在
40、其程序段中虽然进行偏置但不能移动。M05；M代码输出S21；S代码输出G04；X1000；暂停G10 PO1 R100；设定偏置量（G17）Z2000；偏置平面外的运动G90 X0；移动量为零6、刀具半径补偿中产生过切情况（1）加工小于刀具半径的圆弧内侧（图1-46）指令的圆弧半径小于刀具半径时，若内侧偏置会产生过切，因此在其前面的程序段开始之后报警停止。但是最前面的程序段单程序段停时，因为移动到了其程序段的终点，可能会产生过切。（2）加工小于刀具半径的够槽（图1-47）由刀具半径补偿制作的刀具中心轨迹与编入程序轨迹的方向相反时，会产生过切，因此，在其前一程序开始之后报警并停止。第59页/共8
41、0页2006.2第60页/共80页2006.27、可编程偏置的变量（G01）由程序输入刀具长度偏置及刀具半径补偿的偏置量。指令如下：G10 P_R_;P:偏置号R:偏置量被指令的偏置量是绝对值还是增量值由G90/G91决定.8、可编程参数输入可由纸带指令，设定参数及螺距误差数据，可以用于以下两种用途。交换附件时，设定参数及螺距误差数据，可以用与以下两种用途。根据加工条件，变更最大刀削速度，切削时间常数等参数。指令格式第61页/共80页2006.2G10 L50；NPP；NP；NP；G11；其中G10 L50 ：参数输入方式G11：取消参数输入方式N：参数号P：设定参数（或者是螺距误差数据）变更
42、螺距误差数据和间隙补偿数据时，一定要在螺距误差补偿数据和间隙补偿数据取消状态下进行，否则会产生机械错位。第62页/共80页2006.2参数输入方式中，不能用其他NC语言指令。原则上地址P中不能用小数点，由于基准轴设定单位与实际当中设定的值不同。应注意使用用户宏程序变量时，也同使用小数点时相同。参数输入方式中，对地址P使用计算器小数点无效。必须预先取消固定循环。否则进行钻孔操作。车削加工刀尖半径补偿 对于车削数控加工，由于车刀的刀尖通常是一段半径很小的圆弧，而假设的刀尖点（一般是通过对刀仪测量出来的）并不是刀刃圆弧上的一点，如于1-48所示。因此，在车削锥面、倒角或圆弧时，可能会造成切削加工不足
43、（不到位）或切削过量（过切）的现象。图1-49描述了切削锥面时因切削加工不足的加工误差。第63页/共80页2006.2第64页/共80页2006.2因此，当使用车刀来切削加工锥面时，必须将假设的刀尖点的路径作适当的修正，使之切削加工出来的工件能获得正确的尺寸，这种修正方法称为刀尖半径补偿（ToolNoseCompensation，简称TNRC）。车刀形状和位置 车刀形状和位置是多种多样的，车刀形状还决定刀尖圆弧在什么位置。为此，车刀形状和位置亦必须输入计算机中。车刀形状和位置共有九种，如图1-50所示。车刀形状和位置分别用参数L1L9输入到刀具数据库中。典型的车刀形状、位置与参数的关系见表1-
44、13。第65页/共80页2006.2第66页/共80页2006.2刀尖半径和位置的输入 刀具数据库（TOOLDATA）数据项目见图1-51。图中，X、Z为刀具位置补偿值（mm）（车床Y值不用）；R为刀尖半径（mm）；L为刀尖位置代码。如果在程序中输入下面指令G00 G42 X100.0 Z3.0 T0101；那么数控装置按照01刀具补偿栏内X、Z、R、T的数值自动修正刀具的安装误差（执行刀具补偿）、还自动计算刀尖圆弧半径补偿，把刀尖移动到正确的位置上。刀具半径的左右补偿（1）G41刀具左补偿 如图1-52a所示，顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边，称为刀具左补偿，用G41代码编程。（2）G4
45、2刀具右补偿 如图1-52b所示，顺着顺着刀具运动方向看，刀具在工件的右边，称为刀具右补偿，用G42代码编程。第67页/共80页2006.2第68页/共80页2006.2（3）G40取消刀具左右补偿 如需要取消刀具左右补偿，可编入G40代码。这时，车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动。4、刀具补偿的编程方法极其作用 如果根据机床初始状态编程（即无刀尖半径补偿），车刀按理论刀尖轨迹移动（图1-53a），产生表面形状误差。如程序段中编入G42指令，车刀按车刀圆弧中心轨迹（图1-53b），无表面形状误差。从图1-53a与图1-53b中P1的比较，亦可看出当编入G42指令，到达P1点时，车刀多走一个刀尖半径距离
46、。用刀具半径补偿车削如图1-53b所示的工件，编程方法如下：第69页/共80页2006.2第70页/共80页2006.2N0050 G40 G00 X20.0 Z5.0；N0060 G42 G01 X20.0 Z0.0 T0101；N0070 Z-22.0；N0080 X28.0 Z-40.0；N0090 G00 X32.0；5、刀具半径补偿的编程规则车床刀具补偿必须遵循以下规则：1、G40、G41、G42只能用G00、G01结合编程，不允许与G02、G03等其他指令结合编程，否则报警。2在编入G40、G41、G42G00与G01前后的两个程序段中，X，Y值至少有一个值变化，否则产生报警。第7
47、1页/共80页2006.2在调用新的刀具前，必须取消刀具补偿，否则产生报警。6、注意残余面积的产生与消除 在使用刀具补偿编程时，如稍有疏忽，便会产生残余面积。如车削如图1-54所示的工件，按下面方法编程，就会产生残余面积。N90 G00 XPo ZP4 G40；N100 G01 XP1 ZP1 G42 T0101；N110 XP2 ZP2；N120 XP3 ZP3；N130 XP4 ZP4；这样编程，在P3点转角处产生了残余面积（图1-54b）。第72页/共80页2006.2第73页/共80页2006.2如果采用下面方法编程，就可以消除残余面积（图1-55）。N90 G00 XP0 ZP0 G
48、40；N100 G01 XP1 ZP1 G42；N110 XP2 ZP2；N120 XP3 ZP3；N130 G00 XP4 ZP4 G40；因为刀具补偿执行G42 N120至P3点，P3点任是按与刀尖圆弧相切原则进行车削，因此不产生残余面积，见图1-55a。N130程序按刀尖A轨迹移动。另一种消除残余面积方法是使车刀沿斜面超越一段距离，见图1-55b。第74页/共80页2006.2第75页/共80页2006.2因此刀具补偿执行G42 N120至P3点，P3点任是按与任是按与刀尖圆弧相切原则进行车削，因此不产生残余面积，N130程序按刀尖A轨迹移动。四、三维刀具半径补偿 以上所说的刀具半径均是
49、针对二维轮廓加工 而言的。对于多坐标数控加工，一般的CNC系统目前还没有刀具半径补偿功能，编程员在进行零件加工编程时必须考虑刀具半径的影响，对与同一零件，采用相同类型的刀具加工，当刀具半径不同时，必须编制不同的加工程序。但在现代先进的CNC系统中，有的已具备三维刀具半径补偿功能。第76页/共80页2006.21若干基本概念加工表面上切触点坐标及单位法矢量 对于三维刀具半径补偿，要求已加工表面上刀具与加工表面的接触点坐标及单位法矢量，如图1-58所示。刀具类型及刀具参数 本章所说的三维刀具半径补偿方法适用于图1-59所示的三种刀具类型。图中，L表示刀具长度，R表示刀具半径，R1表示刃口半径。（3
50、）刀具中心 如图1-59所示，定义球形（R=R1）的球心O、环形刀（RR1）的到刀刃圆环中心O、端铣刀（R1=0）的底面中心O为刀具中心。第77页/共80页2006.2第78页/共80页2006.22、功能代码设置三维刀具半径补偿建立用G141实现。撤消三维刀具半径补偿用G40或按RESET或按MANUAL CLEAR CONTROL。G141与G41、G42、G43、G44为同一G功能代码组，当一个有效时，其余4个无效。当G141有效时，下例功能可编程：G00，G01，G04，G40，G90，G91，F，S。编程格式G01 X.YZIJK；刀具参数用G141 RR1=如果不定义R和R1，则自