數控加工中刀具半徑補償的應用

尹汝湘

（哈爾濱第一工具制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150020）

1 刀具半徑補償

1.1 半徑補償及長度補償

因為刀具總是有一定的刀具半徑或刀尖的圓弧半徑，所以在零件輪廓加工過程中刀位點運動軌跡并不是零件的實際輪廓，它們之間相差一個刀具半徑，為了使刀位點的運動軌跡與實際輪廓重合，就必須偏移一個刀具半徑，這種偏移稱為刀具半徑補償。刀具長度補償，是為了用于刀具軸向的進給補償，它可以使刀具在軸向的實際進刀量比程序給定值增加或減少一個補償值，而不必考慮刀具的實際長度以及各把刀具不同的長度尺寸，使刀具頂端到達編程位置而進行的刀具位置補償，編程人員不必計算刀具的實際中心軌跡，只需根據工件的輪廓計算出圖紙上各點的坐標值然后編出程序，再把刀具半徑作為補償量放在半徑補償寄存器里。數控裝置能自動計算出刀具中心軌跡，不管刀具半徑如何變化，我們只需更改刀具半徑補償值，就可以控制工件外形尺寸的大小，對上述程序基本不用作修改。

1.2 數控加工中半徑補償的作用主要有一下幾點:

1.2.1 簡化編程。

1.2.2 控制刀具磨損。

1.2.3 同一程序或數模實現粗精加工。

1.2.4 可同一程序或數模實現凸凹模制造。

1.2.5 半徑補償解決主要用于試切對刀形成的虛擬刀位點軌跡和實際圓弧球面切削點不同造成形狀誤差.解決的辦法:即取一和實際切削點距離不變的點 (刀尖圓弧圓心)為編程軌跡.因虛擬刀位點和圓弧中心的距離為一個刀尖半徑，所以采用補償刀尖半徑的方法可以解決形狀誤差問題。

2 刀具半徑補償的過程

2.1 刀補的建立：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量的過程。

2.2 刀補進行：執行有G41、G42 指令的程序段后，刀具中心始終與編程軌跡相距一個偏置量。

2.3 刀補的取消：刀具離開工件，刀具中心軌跡要過渡到與編程重合的過程。

3 刀具半徑補償量的指定

數控系統的刀具半徑補償就是將計算刀具中心軌跡的過程交由數控系統執行，編程員假設刀具的半徑為零，直接根據零件的輪廓形狀進行編程。因此，這種編程方法也稱為對零件的編程，而實際的刀具半徑則存放在一個可編程刀具半徑偏置寄存器中。在加工過程中，數控系統根據零件程序和刀具半徑自動計算刀具中心軌跡，完成對零件的加工。當刀具半徑發生變化時，不需要修改零件程序，只需修改放在刀具半徑偏置寄存器中的刀具半徑值，或者選用存放在另一個刀具半徑偏置寄存器中的刀具半徑所對應的刀具即可。

在進行數控加工前，必須預先設置好刀具半徑補償量。刀具半徑經補償量的指定，通常由有關代碼指定刀具補償號，并在代碼補償號中輸入刀具半徑補償量，刀具補償號必須與刀具編號相對應。在加工中，如果沒有更換刀具，則該刀具號的補償量一直有效。

4 使用刀具半徑補償注意事項

4.1 察視角要從補償平面的法線正向往負向看，假設工件不動，刀具運動，延著刀具運動的方向看過去，如果需要刀具偏向左邊就是左補，反之右補。

4.2 具半徑補償的建立與取消，只有在移動指令G00 或G01 下才能生效。

4.3 具半徑補償的建立與取消，應在輔助程序段中進行，不能編程在輪廓加工的程序段上，這是需要特別注意的地方。具體就是進刀線EF和退刀線BA 與加工輪廓EDCB必須是各自獨立的五條線，進刀線和退刀線不能是加工輪廓的延伸線，否則產生過切。

4.4 刀線和退刀線的長度必須大于刀具半徑，否則也產生過切。

4.5 具半徑的補償值存儲在指定的寄存器中，當刀具半徑補償值發生變化時，只需要修改寄存器中的刀具半徑值即可，不需要修改程序。因此，利用刀具半徑補償功能編寫的輪廓加工程序，與刀具半徑無關。

5 刀具半徑補償程序編制中的數學處理

5.1 程序編制中的數學處理

根據被加工零件圖樣，按照已經確定的加工工藝路線和允許的編程誤差，計算數控系統所需要輸入的數據，稱為數學處理。數學處理一般包括兩個內容：根據零件圖樣給出的形狀，尺寸和公差等直接通過數學方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計算出編程時所需要的有關各點的坐標值；當按照零件圖樣給出的條件不能直接計算出編程所需的坐標，也不能按零件給出的條件直接進行工件輪廓幾何要素的定義時，就必須根據所采用的具體工藝方法、工藝裝備等加工條件，對零件原圖形及有關尺寸進行必要的數學處理或改動，才可以進行各點的坐標計算和編程工作。

5.2 選擇編程原點

從理論上講編程原點選在零件上的任何一點都可以，但實際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計算誤差，應選擇一個合理的編程原點。銑削加工的編程原點。編程原點選定后，就應把各點的尺寸換算成以編程原點為基準的坐標值。為了在加工過程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值來計算坐標值。零件圖樣零件的輪廓是由許多不同的幾何要素所組成，如直線、圓弧、二次曲線等，各幾何要素之間的連接點稱為基點。基點坐標是編程中必需的重要數據。

刀尖半徑補償是在加工平面內，沿進給方向看，根據刀尖位置在編程軌跡左邊／右側判斷來區分的。加工平而的判斷，與觀察方向即第而軸方向有關。數控機床的刀尖半徑補償方向。由于數控程序是針對刀具上的刀位點進行編制的，因此對刀時使該點與程序中的起點重合。在沒有刀具圓弧半徑補償功能時，按哪點編程，則該點按編程軌跡運動，產生過切或少切的大小和方向因刀尖圓弧方向及刀尖位置方向而異。當有刀具圓弧半徑補償功能時須定義上述參數，其中刀尖位置方向號從0 至9 有10個方向號。當按假想刀尖A點編程時，刀尖位置方向因安裝方向不同、從刀尖圓弧中心到假想刀尖的方向，有8 種刀尖位置方向號可供選擇，并依次設為1 一8號：當按刀尖圓弧中心O點編程時，刀尖位置方向則設定為O 或9號。該方向的判斷也與第三軸有關，為數控車床的刀尖安裝方向。刀尖半徑補償的加入是執行G41 或G42 指令時完成的，當前面沒有G41 或G42 指今時，可以不用G40 指令，而且直接寫入G41或G42 指令即可；發現前面為G41 或G42 指令時，則先應指定G40 指令取消前面的刀尖半徑補償后，在寫入G41 或G42 指令，刀尖半徑補償的取消是在G41 或G42 指令后面，加G41 指令完成。

總結

刀具半徑刀具補償在數控加工中有著非常重要的作用，靈活、合理地運用刀補值并結合刀補原理正確編制程序是保證數控加工有效性、準確性的重要因素。生產實踐表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。它給我們的編程和加工帶來很大的方便，能大大地提高工作效率。

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