數控銑削加工中刀具半徑補償問題探討

摘 要:使用立銑刀在數控銑床或數控加工中心上加工工件時，可以清楚看出刀具中心的運動軌跡與工件已加工輪廓不重合，在加工中就會產生很大的加工誤差。因此，實際加工時必須合理建立和靈活運用刀具補償指令。本文就數控銑床加工中如何應用刀具半徑補償作一些探討。

關鍵詞:刀具半徑補償 刀具補償指令 加工誤差

中圖分類號:D99 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0103-01

1 數控銑床刀具補償原理

刀具半徑補償即根據按零件輪廓編制的程序和預先設定的偏置參數，實時自動生成刀具中心軌跡的功能成為刀具半徑補償功能。用銑刀銑削工件的輪廓時，刀具中心的運動軌跡并不是加工工件的實際輪廓。加工內輪廓時，刀具中心要向工件的內側偏移一個距離;而加工外輪廓時，同樣刀具中心也要向工件的外側偏移一個距離。由于數控系統控制的是刀心軌跡，因此編程時要根據零件輪廓尺寸計算出刀心軌跡。注意到零件輪廓可能需要粗銑、半精銑和精銑三個工步，由于每個工步加工余量不同，因此它們都有相應的刀心軌跡。另外刀具磨損后，也需要重新計算刀心軌跡，這樣勢必增加編程的復雜性。為了解決這個問題，數控系統中專門設計了若干存儲單元，存放各個工步的加工余量及刀具磨損量。數控編程時，只需依照刀具半徑值編寫公稱刀心軌跡。加工余量和刀具磨損引起的刀心軌跡變化，由系統自動計算，進而生成數控程序。進一步地，如果將刀具半徑值也寄存在存儲單元中，就可使編程工作簡化成只按零件尺寸編程。這樣既簡化了編程計算，又增加了程序的可讀性。 根據ISO標準，沿刀具運動方向看，當刀具中心在工件輪廓右側時，稱為右刀補，用G42表示，反之稱為左刀補，用G41表示。

加工中心、數控銑床的數控系統，刀具補償功能包括刀具半徑補償、長度補償等刀具補償功能。

(1)刀具半徑補償(C4l、C42、G40)刀具的半徑值預先存人存儲器Dxx中，xx為存儲器號。執行刀具半徑補償后，數控系統自動計算，并使刀具按照計算結果自動補償。使用中需注意:建立、取消刀補時，即使用G41、G42、G40指令的程序段必須使用G00或G01指令，不得使用G02或G03，當刀具半徑補償取負值時，C4l和C42的功能互換。

(2)刀具長度補償(G43、G44、C49)。利用刀具長度補償(043、G44)指令可以不改變程序而隨時補償刀具長度的變化，補償量存入由H碼指令的存儲器中。G43表示存儲器中補償量與程序指令的終點坐標值相加，G44表示相減，取消刀具長度偏置可用G49指令或H00指令。存儲器中補償量的數值，可用MDI或DPLN先存人存儲器，也可用程序段指令G10P05R18，0表示在05號存儲器中的補償量為18ram。

意義:數控銑床中，刀具半徑偏置量預先寄存在指定的寄存器中，運用刀具半徑補償指令，通過調整刀具半徑補償值來補償刀具的磨損量等，以消除由于刀具磨損等引起的加工誤差。同時即使更換刀具或進行了刀具重磨。只要加工輪廓不變、加工坐標系不變，就完全可以使用原來的程序。同時作為應用還可以通過調整刀具半徑補償量，來使用同一程序進行同一輪廓同一條件下的粗、精加工。

2 刀具半徑補償的執行過程

2.1 刀補建立

刀具接近工件，根據G41或G42所指定的刀補方向，控制刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個刀具半徑。當N4程序段中寫上G41和D01指令后，運算裝置立即同時先讀入N6、N8兩段，在N4段的終點(N6段始點)，作出一個矢量，該矢量的方向與下一段的前進方向垂直向左，大小等于刀補值(即D01的值)。刀具中心在執行這一段(N4段)時，就移向該矢量的終點。在該段中，動作指令只能采用G00或G01，不能用G02或G03。

2.2 刀補執行

控制刀具中心的軌跡始終垂直偏移編程軌跡一個刀具半徑值的距離。從N6開始進入刀補狀態，在此狀態下，G01、G02、G03、G00都可用。

2.3 刀補撤消

在刀具撤離工作表面返回到起刀點的過程中，根據刀補取消前G41或G42的情況，刀具中心軌跡與編程軌跡相距一個刀具半徑值過渡到與編程軌跡重合。當N14程序段中用到G40指令時，則在N12段的終點(N14段的始點)，作出一個矢量，它的方向是與N12段前進方向的垂直朝左、大小為刀補值。刀具中心就停止在這矢量的終點，然后從這一位置開始，一邊取消刀補一邊移向N14段的終點。此時也只能用G01或G00，而不能用G02或G03等。

前面闡述了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的重要意義，然而在實際使用時必須注意以下幾個事項。

(1)C41、C42、G40必須在G00或G01模式下使用。(2)為保證工件、刀具安全，建立和取消刀補宜采用C01方式，若用G00，則應先建刀補再下刀，先抬刀再取消刀補。并且補償方向與進、退刀位置在同一側。(3)C41、C42不能重復使用，并且在使用時不允許有兩句連續的非移動指令。(4)使用G41、G42時應避免過切削現象(5)應用G41、G42時應指定G17、G18、G19平面，尤其是XZ平面和YZ平面，必須指定G18、G19，但XY平面G17可以省略，因為它是系統缺省的平面。(6)補償平面的切換必須在補償取消方式下進行，否則會出現補償錯誤。

3 結語

因為刀具半徑補償是一個比較難以理解和使用的一個指令，所以在編程中很多編程者不愿使用它。但是我們一旦理解和掌握了它，使用起來對我們的編程和加工將帶來很大的方便?？傊?，刀補在數控加工中有著相當重要的作用，應充分理解掌握刀補原理，并加以正確運用，熟記這些注意事項，在編制程序中可以大大簡化編程工作，使數控加工程序簡捷易懂、準確有效。

參考文獻

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