1 数控车床系统的刀尖工作原理

在数控车床上使用的刀具(铸铁平台的技术要求详解)， 为达到提高刀尖强度， 降低被加工工件表面粗糙度，减缓刀具磨损，提高刀具寿命，刀尖处不可能是一个点，通常将车刀刀尖磨成圆弧形。 但由于刀具磨制工艺、 刀具材料以及刀具有关参数的要求，刀尖真实形状可能是圆弧或直线段以及不规则曲线。

刀具在使用过程中会不断磨损， 刀尖原有形状也会发生变化。虽然刀尖尺寸一般较小 (在 0.2~1.6mm 之间) ， 但对零件的加工效率、 质量有重大的影响。 需要认真分析其产生的原因， 寻找解决实际问题的措施。

按照数控车床系统的加工原理， 在对待刀尖问题时，无论刀尖真实形状如何都借助于圆弧进行拟合，把刀尖外形简化为一段标准圆弧。数控车床精加工零件时沿零件轮廓走刀， 刀尖圆弧在走刀方向的切线点为 “动态切削点” ， 如果刀尖是规则圆弧， 无论走刀方向如何，“动态切削点” 都在同一半径值的圆弧上。 如果刀尖真实形状与标准圆弧有差异， 在不同走刀方向上刀尖 “动态切削点” 将在外形线上变化， 以 “动态切削点” 拟合的圆弧半径也将动态变化。

中高档数控车床都具有刀具半径补偿功能，在编程时把刀尖看成一点， 不需要反映刀尖的真实形状和大小，只要数序中使用半径补偿功能并且在数控车床的刀具表中输入精确的半径补偿值， 数控车床的 CNC 系统便能自动计算补偿量， 保证零件形状、 尺寸的加工精度。

刀尖补偿值不仅与刀尖真实形状还与加工零件的走刀方向以及加工条件有关。 为了能综合体现加工过程中的各种因素，最好在数控车床上现场加工，通过加工结果测算动态加工时所需的刀尖半径补偿值。

2 刀尖半径补偿值的测算

2.1刀具半径补偿

数控车床是按程序自动运行来完成零件加工的， 首先要分析数控车削的编程特点，数控车床一般是以车刀的刀尖作为刀位点，再按刀位点沿零件表面轮廓编程。在实际生产中， 车刀刀尖不可能为一点， 而是一段转接刃，数控车床加工方法把刀尖拟合成一段标准圆弧。 程序中的刀位点是如何与切削圆弧对应起来的呢?在数控车床上对刀时， 按零件的轴向和径向对刀，决定径向对刀参数(零件圆柱面尺寸 )的是2点。一个零件的组成表面往往除端面和圆柱面以外还有圆锥面和圆弧面，综合起来把1点和2点合为P点，从图中可看出P点不在刀尖上，即P点为假想刀尖点。既然P点实际不存在， 也就不能切削， 而实际参加切削的是刀尖圆弧上的 “动态切点”(被加工表面切线与车刀刀尖圆弧的切点， 且随表面切线方向的变化而变化 ) ， 在加工圆锥面和圆弧面时假想刀尖P 点与 “动态切点” 出现偏差， 造成零件尺寸与形状的加工误差，解决此问题的办法是在编程中起用刀具半径补偿功能或通过初始偏置来消除偏移， 通常使用刀具半径补偿功能， 把刀尖半径的准确值输入数控车床的刀具表中，数控系统能自动计算补偿量来消除编程轨迹与切削轨迹之间的偏差。

2.2 测算加工工艺

在数控车床上加工一段圆锥面和必要的辅助面， 只需测量有关尺寸，便可以算出此加工状况下刀尖半径补偿所需要的半径值。 编程轨迹线为提高测量精度， 可按如下步骤加工。

步骤(1 ) ： 编程加工右端面和圆柱面 (加工的圆柱面比 L 稍长) ， 手动切槽， 记下此时切槽刀在机床坐标系中的 Z 坐标值， 用螺旋千分尺测量长度 L。

步骤 (2 ) ： 沿 abc 路线编程， 在程序中设置刀具半径补偿， 在数控车床刀具表中将 r 值输入为 0， 自动加工 (切削轨迹为图中第 1 条斜线 ) ; 用切槽刀在先前记下 Z 坐标值的地方切除圆锥面大端的飞边;用螺旋千分尺分别测量圆柱面直径 准D1和圆锥大端直径 准D2。

步骤 (3 ) ： 在数控车床刀具表中将 r 值输入为 1.0， 自动加工 (切削轨迹为图中第 2 条斜线) ， 用切槽刀在先前记下 Z 坐标值的地方切除圆锥面大端的飞边;用螺旋千分尺测量圆锥大端此时的直径值。

3 结语

动态测算对加工试件没有特殊要求， 简单易得， 可多次使用; 合理的加工路线与加工工艺， 不会把操作数控车床时的对刀误差带入测量结果; 不受场地限制， 也不需要专用量具， 测量方便， 计算简单， 结果准确。这种测算方法利用数控车床现场加工测量，反映了数控车床系统刀具半径补偿的特点、刀尖形状大小以及走刀方向， 测量结果与刀具实际加工状况吻合。 由加工轨迹与理想轨迹重合求出补偿所需要的半径值，反映了刀尖在真实形状下需要的补偿值，弥补了刀尖非标准圆弧对加工产生的误差， 保证零件形状、 尺寸的加工精度。