刀具补偿在石材加工中的应用
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随着现代数控技术的飞跃发展，引领了各行各业不断的提高，推动着社会物质文明和精神文明不断的进步。数控技术是综合了计算机、自动控制、电气传动、测量、监控、机械制造等技术学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术，是柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化的基础技术之一，是现代机械制造业的一项高新技术。数控技术更使传统的机械制造方法和生产方式发生了深刻的、革命性的变化。
数控即数字控制（Numerical Control简称NC）是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的的一种方法。数控机床（NCMachine）就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。数控系统（NCSystem）就是一种程序控制系统，它能逻辑的处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工工件。计算机控制系统（Computer Numerical Control简称CNC）是以计算机为核心的数控系统。
数控系统的发展经历了NC阶段和CNC阶段。
现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等技术集合。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能化、复合化、智能化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用的数控装置。
在发达国家中，数控机床己经普遍大量使用，而我国数控技术的应用同发达国家相比差距很大。在作为“国际制造业加工中心”的我国，全国制造业数控化是国家制定的一项战略发展目标，数控及其应用技术将成为各类加工企业的主要基本技术
数控机床的生产加工主要是依据工件图样和工艺要求等原始条件编制工件数控加工程序，输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成工件的加工。数控程序（也称工件加工程序）是指输入数控系统中的、具有特定代码和其它符号编码的一系列指令。而生成数控机床进行工件加工程序的过程称为数控编程。
使用数控技术的数控机床的种类主要有：
加工中心（俗称电脑锣）、铣床、车床、磨床、放电加工床、切割机（雷射、电子、火焰、高压型射流机）、装配机、焊接机、测量仪器、线切割机等。
数控机床工件加工程序通常是按工件轮廓编制的，而数控机床在加工过程中所控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将工件轮廓变换成刀具中心的轨迹，刀补处理就是完成这种处理的程序。
1．刀具半径补偿原理
1.1刀具半径补偿的过程
刀具半径补偿的过程分三步：
1. 刀补建立
刀具从起点接近工件，在编程轨迹基础上，刀具中心向左（G41）或向右（G42）偏离一个偏置量的距离。不能进行零件的加工。
2．刀补进行
刀具中心轨迹与编程轨迹始终偏离一个偏置量的距离。
3．刀补撤消
刀具撤离工件，使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点（如起刀点）重合。不能进行加工。
1.2刀具半径补偿的转接形式
随着前后两段编程轨迹线形状的不同，相应的刀具中心轨迹有不同的转接形式。CNC系统都有直线和圆弧插补功能，对这两种线形组成的编程轨迹，有四种转接形式：
1. 直线有直线转接；
2. 直线与圆弧转接；
3.圆弧与直线转接；
4.圆弧与圆弧转接；
数控技术应用到石材产品加工上，将石材产品的生产加工技术推到了一个新的阶段，明显加快了石材产品深加工技术的发展。
数控机床的优点是任何机械所无法替代的。但是数控机床也有其不足之处；造价高，一般生产厂家难以支付高额的购买成本；使用环境要求高；（这是一个对石材生产加工要求较高的条件，也是难以办到的）；数控机床的特殊性决定了其维修、维护较难。这种机床不仅对操作者和维修技工的要求较高。进口数控机床的维护最令棘手的是零配件和主要核心机件的采购难。有时为了等某个维修配件和核心机件，短则需要一星期，长则达数月，严重影响生产厂家的正常生产。这在一定程度上限制了国外先进的数控机床在中国的广泛使用。因此，我国发展自己的石材加工数控机床迫在眉捷、势在必行。但是，令石材界遗憾的是，我国尚无几家能较成功地开发有自己知识产权的数控机床，这将为日后中国石材机械制业指出了一个发展方向和趋势。
目前，在石材加工领域内应用数控技术的机床主要有：
龙门铣床、线割机、高压水射流机、万能加工中心等。此类设备可通过如前面的介绍采用CNC系统进行编辑程序、加刀具半径补偿等予以加工生产。但电子桥切机、卧车等由于所使用切削刀具的特殊性，主要是以金钢石锯片为切削界质。锯片的切削刀头主要是由金钢石、金属粉末加工而成的特殊粉末冶金产品用以磨削和切割，进行石材产品的加工。锯片的半径在加工过程中与切割深度平行，锯片刀头的厚度与切割深度垂直。正因为如此就不能进行刀具半径的补偿，而要变半径补偿为厚度补偿。
厚度补偿原理如下：
1． 加工凸弧的刀补
要加工凸弧⌒AmG；AB、CD、FE、HG=锯片的刀头厚度；以锯片刀头厚度的左侧点A、C、F、H为刀具零点。E、C两点重合为圆弧⌒AmG，的90º象限点。当加工1/4⌒AmC时，刀头用于加工的磨削点始终是刀头的左侧点。当加工至90º象限点时，才慢慢转换刀头的磨削点变为右侧点，当刀头的右侧点与圆弧的90º象限点重合时才转换完成，后续加工完全变为右侧点磨削加工。也就是说要加工1/4圆弧⌒EnG,相对于锯片刀头厚度的左侧点为零点的锯片实际上运行的圆弧轨迹为直线EF＋⌒FnH。即是：要加工圆弧⌒AmG，锯片固定的左侧点所运行的轨迹为：⌒AmC＋直线EF＋⌒FnH。直线EF即为厚度方向所加刀补，也就是让刀位。
2． 加工凹弧的刀补
要加工凹弧⌒BmJ；AB=CD=GH=JK=O1O2=锯片的刀头厚度（即锯片刀头在加工弧⌒BmJ上的B、D、F、E、G、J的位置）；O1、O2分别为：弧⌒BmJ、弧⌒ACE的圆心；同样以锯片刀头的左侧点为刀具零点。
⌒BmJ=⌒BmE＋⌒EnJ；在加工弧⌒BmE锯片刀头是以右侧点磨切加工，刀具零点所运行的圆弧轨迹为弧⌒ACE；在加工弧⌒EnJ锯片刀头是以左侧点磨切加工，刀具零点所运行的圆弧轨迹为弧⌒EnJ。
过E点作EF垂直于O1K于K，交弧⌒BmJ于F点，因O1O2=AB=JK=刀头厚度，O2A=O1J=O1B，所以O1A=O2K，所以O1P=O2P=EK=FK，所以EF=锯片刀头厚度，E，F两点在弧⌒BmJ上而不过切。
也就是说在加工弧⌒BmJ，锯片刀头零点所经轨迹为⌒ACE＋⌒EnJ。
综上所述在加工凹弧时要减去一个锯片刀头厚度，即减刀补。
3. 加工直线或斜线时如图所示同样要加锯片刀头厚度即加刀补。
在石材行业，诸于此类电子桥切机、数控车床等，在CNC控制系统编辑加工程序时，就一定要考虑圆弧直线的加减锯片刀头厚度（即加减刀补），自始至终以锯片刀头的某一固定点，实际运行的轨迹来予以编程。
在国内许多石材企业中，由于出于成本投入的考虑，实际上使用最为广泛的是诸于仿形机之类的机床。此类机床的的特性是集机、电、液、光、自动控制为一体的机床，并非通过计算机来控制。它是通过一个仿形模板来阻挡一发光二极管来发生信号的输入、输出，转化为电流的变化，从而来控制继电器的通断来控制机床的上升和下降来予以切割材产品的。此类机床只能加工直位型异形产品。其价格低廉，成本低，故障率虽高但便于维护和维修。其加工精度、生产效率远不能同进口机械相媲美。
此类机床在进行仿模板的制作时，也必须应用到上面所讲到的刀片刀头厚度的补偿方式。要求仿形模板的造型轨迹即为锯片刀头某一固定点所运行的轨迹。在需加锯片刀头厚度的地方先加上，在需减锯片刀头厚度的地方先减掉。最后将锯片刀头某一固定点所实际运行的轨迹，将其以美工刀或数控水刀将其切割下来，便可做为仿形模板。但一定要注意检查模板的阻光性，最好以牛皮胶纸在仿形模板两边予以封贴，以防漏光从而在加工过程中刀片发生过切，使产品报废。这就是石材企业的仿形类设备为什么会有两件模板，一件仿形模板，一件端面标准模板；且一定是仿形模板要比端面模板长，且长一个刀厚的原因所在。
作为石材加工行业的一名资深从业人员，本文便是我在平时的工作中，通过长期的摸索和总结，所得出的刀具补偿在石材加工领域方面的应用。
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