數控銑床編程時刀具半徑補償指令及運用

摘要： 本文分析了刀具半徑補償概念及指令，如何靈活和合理地運用刀補值，正確編制加工程序以保證數控加工的有效性和準確性等問題。

關鍵詞： 數控銑床編程 刀具半徑補償指令

一、刀具半徑補償的概念

在數控銑床上進行輪廓加工時，由于銑刀的刀位點通常是定在刀具中心上，若編程時直接按圖紙上的零件輪廓線進行，又不考慮而銑刀有一定的半徑，就會使刀具中心（刀位點）的運動軌跡和圖紙上的零件輪廓軌跡不重合，這樣由刀具圓周刃口所切出來的實際輪廓尺寸，就必然大于或小于圖紙上的零件輪廓尺寸一個刀具半徑值，因而造成過切或少切現象。為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑，這就是所謂的刀具半徑補償指令。應用刀具半徑補償功能時，只需按工件輪廓軌跡進行編程，然后將刀具半徑值輸入數控系統中，執行程序時，系統會自動計算刀具中心軌跡，進行刀具半徑補償，從而加工出符合要求的工件形狀，使編程工作大大簡化。

二、刀具半徑補償指令G40、G41、G42的格式

平面選擇指令G17（XY平面）、G18（XZ平面）、G19（YZ平面）。

G40取消刀補、G41左刀補、G42右刀補，G40、G41、G42都是模態代碼，可以相互注銷。刀補位置的左右是順著編程軌跡前進的方向進行判斷的，G41刀具中心將走在編程軌跡前進方向的左側，G42刀具中心將走在編程軌跡前進方向的右側。

D為刀具補償代碼，有D00-D99共100個地址號可用。刀補值可在MDI方式下鍵入。

X、Y及其坐標值還是按G00及G01格式進行確定。所不同的是，無刀具半徑補指令時刀具中心是走在程序路線上；有刀具半徑補償指令時刀具中心是走在程序路線的一側，刀具刃口走在程序路線上。

刀補動作：刀徑補償在整個程序中的應用共分為刀補引入、刀補方式進行中和刀補解除三個過程。如圖1所示：當執行N2程序段時，運算裝置同時先行讀入N3、N4兩段，在N2的終點做出一個矢量，其方向方向與N4的前進方向垂直向左，大小等于刀具半徑值。在刀補進行階段也是每段都先行讀入兩段，按“交點運算”規則確定運動的終點。

%1000

N1 G54 G90 G17 G00 M03

N2 G41 X20 Y10 D01 刀補引入

N3 G01 Z-10F100

N4 G01 Y50

N5 X50 刀補進行中

N6 Y20

N7 X10

N8 G00 Z10

N9 G40 X0 Y0 M05 取消刀補

N10 M30

三、刀具半徑補償指令使用注意事項

1.刀補的引入和取消必須在G00或G01方式下進行，必須是在補償平面內不為零的直線移動。在刀補進行的中間軌跡中允許有圓弧軌跡。

2.在指定刀補平面執行刀補時，不能出現連續兩段僅第三軸的移動指令，否則將出現過切或少切現象。

3.D00-D99為刀具補償號，D00意味著取消刀具補償。刀具補償值在加工或運行之前必須設定在補償存儲器中，這樣刀補才起作用。

4.建立補償的程序段一般應在切入工件之前完成，撤消刀具半徑補償的程序段一般應在切出工件之后完成。

四、刀具半徑補償功能的應用特點

在零件加工過程中，采用刀具半徑補償功能，可大大簡化編程的工作量。具體體現在以下三個方面：

1.實現根據編程軌跡對刀具中心軌跡的控制。可避免在加工中由于刀具半徑的變化(如由于刀具損壞而換刀等原因)而重新編程的麻煩。在零件的自動加工過程中，刀具的磨損、重磨甚至更換經常發生，應用刀補值的變化可以完全避免在刀具磨損、重磨或更換時重新修改程序的工作。假設原來設置的刀補值為r，經過一段時間的加工后，刀具半徑的減小量為△，此時，可僅修改該刀具的刀補值：由原來的r改為r-△，而不必改變原有的程序即可滿足加工要求。

2.減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時，均要為精加工工序預留加工余量。加工余量的預留可通過修改偏置參數實現，而不必為粗、精加工各編制一個程序。

在粗加工時，可將刀具實際半徑再加上精加工余量作為刀具半徑補償值輸入，而在精加工時只輸入刀具實際半徑值，這樣可使粗、精加工采用同一個程序，其補償方法為：設精加工余量為△，刀具半徑為r，如圖2所示：首先，人工輸入刀具偏置值為r+△，即可完成粗加工到圖示點劃線的位置；在精加工時，輸入刀具的半徑值r，即可完成最終的輪廓精加工。

3.改變刀補值對零件進行加工修正

將刀具半徑補償與子程序結合應用，不但可簡化編程，進行粗、精加工，而且可以進行加工的修正，以保證加工品質。

五、編程實例

例：按銑凸臺外輪廓→鉆銑4-Φ12通孔的工藝路線，編寫圖3數控加工程序。

主程序

O0006；

G40 G49 G80 G90；

G54 G00 X-55.0 Y-50.0；

M03 S500；

G43 G00 Z50.0 H01；

Z5.0；

G01 Z-6.0 F100；

G41 G01 X-20.0 Y-40.0 D01 M08；粗加工D01刀補值大一些

M98 P1111；

G41 G01 X-20.0 Y-40.0 D02 M08； 半精加工

M98 P1111；

M00程序暫停，測量工件尺寸

G41 G01 X-20.0 Y-40.0 D03 M08； 精加工

M98 P1111；

G00 Z10.0；

G99 G81 X30.0 Y30.0 Z-23.0 R5.0 F40；孔加工循環

Y-30.0；

X-30.0 Y30.0；

Y-30.0；

G80 G49 G00 Z120.0 M09；

M05；

M30；

子程序

O1111；

G01Y10.F100；

G02X-10.Y20.R10.；

G01X10.0；

G02X20.0Y10.0R10.；

G01Y-10.0；

G02X10.0Y-20.R10.；

G01X-10.

G02X-20.Y-10.R10.0；

G03X-40.0Y10.R20.；

G40G01Y-42.；

M99；

在主程序中用M00使程序暫停，此時測量工件尺寸，計算出其與零件圖尺寸的差值，并將差值補償輸入D03精加工刀具補償中，這樣加工出的工件就可滿足實際要求，以確保加工品質。

因此，刀具半徑補償在數控銑床輪廓加工中有著非常重要的作用。掌握其指令格式、刀補原理，靈活、合理地運用刀補值并子程序，正確編制程序是保證數控加工有效性、準確性的重要因素。實踐證明，靈活應用刀具半徑補償功能，合理設置刀具半徑補償值，在數控加工中有著重要的意義。