刀具半徑補償的應用

運用刀具補償功能來編程可以達到簡化編程的目的，可以讓編程者從煩瑣的計算中解脫出來。

一、刀具半徑補償的類型

根據刀具半徑補償在工件拐角處過渡方式的不同，刀具半徑補償通常分為兩種補償方式，分別稱為B型刀補和C型刀補。如圖1和圖2所示。

B型刀補在工件輪廓的拐角處采用圓弧過渡，這樣在外拐角處，刀具切削刃始終與工件接觸，刀具的刀刃始終處于切削狀態。采用此種刀補方法會使工件上尖角變鈍，加劇刀具的磨損；甚至在工件的內拐角處還會引起過切現象。

C型刀補采用了較為復雜的刀偏計算，計算出拐角處的交點，使刀具在工件輪廓拐角處的過渡采用了直線過渡的方式，從而徹底解決了B型刀補存在的不足，不會產生過切。現在大多數數控系統都采用C型刀補。因此，下面討論的刀具半徑補償都是指C型刀補的刀具半徑補償。

二、刀具半徑補償指令格式

刀具半徑補償編程指令格a式如下：

G41 G01 X__Y__F__D__;

G42 G01 X__Y__F__D__;

在絕對值編程中：X__Y__為終點坐標值。

F__為進給量。

其中G41為刀具半徑左補償，G42為刀具半徑右補償。

G41與G42的判斷方法是：處在補償平面外另一根軸的正向往下，沿刀具的移動方向看，當刀具處在切削輪廓左側時，稱為刀具半徑左補償（G41）；當刀具處在切削輪廓右側時，稱為刀具半徑右補償（G42），如圖3所示。

指令中的D值用于指令偏置存儲器的偏置號。在地址D所對應的偏置存儲器存入相應的偏置值，其值是指刀具中心到編程軌跡的距離通常等于刀具半徑值，可以大于刀具半徑值，也可以小于刀具半徑值。同樣，刀具刀號與刀具偏置值號可以相同，也可以不相同。

G41、G42為模態指令，可以在程序中保持連續有效。只有用G40進行撤銷。

三、刀具半徑補償過程

1.刀補的建立

刀補的建立指刀具從起點接近工件時，刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個偏置值的過程。該過程的實現必須由G00或G01功能才有效。

刀具補償過程通過N10程序建立，當執行N10程序段時，機床刀具的坐標位置有以下方法確定：將包含G41語句的下邊兩個程序段（N20、N30)預讀，連接在補償平面內最近兩移動語句N10、N20的終點坐標，即兩點確定唯一的一條線段。其連線的垂直方向為偏置方向，根據G41或G42來確定偏向哪一邊，偏置距離的大小由偏置號D地址中的數值決定（圖4）。

這其中需要注意的是N10的移動方向應與G41與G42的方向相同，如果不相同將會產生過切。

2.刀補的進行

在G41或G42程序段后，程序進入補償模式，此時刀具中心與編程軌跡始終相距一個偏置量，直到刀補取消。

補償模式下，機床同樣要預讀兩段程序，找出上程序段刀具軌跡與下程序段偏置刀具軌跡的交點，以確保機床加工下一個工件輪廓時有一個向外補償的偏置量。注意補償模式下不允許存在兩段以上的非補償平面內移動指令。

3.刀補的取消

刀具離開工件，刀具中心軌跡過渡到與編程軌跡重合的過程稱為刀補取消。

刀補的取消用G40或D00來執行，要特別注意的是，G40必須與G41或G42成對使用。

四、刀具半徑補償注意事項

第一，半徑補償模式的建立與取消程序段只能在G00或G01移動指令模式下才有效。當然現在有部分系統也支持G02、G03模式，但為防止出現差錯，在半徑補償建立與取消程序段最好不使用G02、G03指令。

第二，為保證刀補建立與取消時刀具與工件的安全，通常采用G01運動方式來建立或取消刀補。如果采用G00運動方式來建立或取消刀補，則要采取先建立刀補再下刀和先退刀再取消刀補的編程加工方法。

第三，為了便于計算坐標，可采用切線切入方式或法線切入方式來建立或取消刀補。在不便于沿工件輪廓進行切向或法向切入切出時，可根據情況增加一個圓弧助程序段。

第四，為了防止在半徑補償建立與取消過程中刀具產生過切現象，建立與取消程序段的起始位置與終點位置最好與補償方向在同一側。

第五，在刀具補償模式下，一般不允許存在兩段以上的非補償平面內移動指令，否則刀具也會出現過切等危險動作。

非補償平面移動指令通常指：只有G、M、S、F、T代碼的程序段，如G90；M05；程序暫停程序段，如G04 X10 .0；G17（G18、G19）平面內的Z（Y、X）軸移動指令等。

五、刀具半徑補償的應用

刀具半徑補償 除了使編程人員直接按輪廓編程，簡化了編程工作外，在實際加工中還有許多其他方面的應用。

例如，可以用同一段程序，對零件進行粗、精加工。如圖5所示，編程時按實際輪廓編程，在粗加工中時，將偏置量設為D=R+△，其中R為刀具的半徑，△為精加工余量，這樣在粗加工完成后，形成的工件輪廓的加工尺寸要比實際輪廓每邊都大△。在精加工時，將偏置量設為D=R，這樣，零件加工完成后，即得到實際加工輪廓。同理，當工件加工后，如果測量尺寸比圖樣要求尺寸大r時，也可用同樣的方法進行修整解決，將偏置量設為D=R-r。

此外，我們還可以利用刀具半徑補償功能，利用同一個程序，加工同一公稱尺寸的凹、凸型面。如圖5所示，將內外輪廓加工編寫成子程序。在加工外輪廓時，將偏置值設為＋D，刀具中心將沿輪廓的外側切削；當加工內輪廓時，將偏置值設為－D，這時刀具中心將沿輪廓的內側切削。此種方法，在模具加工中運用較多。

（作者單位：許昌市技工學校）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文