刀具半徑補償在數控機床編程中的應用

摘 要：刀具半徑補償是數控機床中應用較多的一項功能，它的應用能夠有效的減少編程的計算量，也使得粗精加工程序更為簡便，很大程度上提高了其應用的靈活性。文章從刀具半徑補償介紹出發，分析其補償過程和動作的基礎上，討論其在數控機床編程中的具體應用問題。

關鍵詞：刀具半徑補償；數控機床；編程

1 刀具半徑補償

從數控銑削的輪廓來看，刀具中心的運動軌跡和零件的實際輪廓線之間的刀具半徑我們設為r。刀具半徑補償的實際意義在于，用戶可以按照實際輪廓的尺寸進行編程，在這過程中，數控系統會按照實際所輸入的刀補數據，通過應用軟件來輸出輪廓線方向上偏移的半徑r的平行軌跡，通過控制能夠沿著偏移軌跡進行插補進給，使零部件的加工更為準確。

刀具半徑補償指令，使其在銑削加工的過程中，能夠使零部件的尺寸等都能夠達到標準要求，在具體的設計和計算中要考慮刀具半徑運動及其軌跡的因素。在未使用刀具半徑補償的情況下，需要人工來計算刀具位置偏移的具體坐標位置，以此來保證加工出來的輪廓線能夠符合圖樣的要求。在輪廓比較復雜的零件中，通過人工計算來確定輪廓線的工作量是比較大的，其計算的過程也是很復雜麻煩的。而刀具半徑補償的應用，能夠使零部件的輪廓能夠直接應用到編程中，不需要考慮刀具的尺寸等相關影響因素，并且能夠以零件的輪廓以及刀具表中存放的尺寸等能夠實現對刀具軌跡的自動計算，使得編程過程變得更為簡便。

2 刀具半徑的補償過程及其動作

刀具半徑補償所使用的是一種交點運算的方式，具體而言，就是在每段開始的時候都先讀入兩斷，計算出它們的交點，并且系統會自動的依據啟動階段的矢量方式，作出每一個沿著前進方向的向左或者是向右的刀具半徑補償的矢量路徑。

就其具體的動作過程而言，首先要建立一定的刀補。在刀具接近某一工件是，按照刀補指令所指向的刀補方向，對刀具中心進行控制，使其從編程軌跡相重合過渡到和編程軌跡有一個刀具半徑偏移的位置。在程序指令發出后，系統中的運算裝置會同時先讀入兩段的數據，從而使其做出一個矢量，在此矢量的方向下與后面一段的前進方向進行垂直的移動，從而使得刀補半徑發生一定的變化，刀具中心在執行指令的過程中也逐漸的向矢量終點移動。

刀具半徑補償過程中，控制刀具中心的軌跡是一種垂直偏移的狀態，其偏移的軌跡是一個刀具半徑的距離，當其在某一點進入到刀補狀態之后，會保持這種狀態運動一段距離。刀補的撤銷，是在刀具撤離工作表面返回到起刀點位置的過程中的狀態，以刀補撤銷前的情況，刀具的中心與其編程之間的軌跡之間也是一個刀具半徑的過渡編程的軌跡重合過程。刀補位置指令的變化，會使系統生成一個矢量，且其方向是垂直向左的，矢量的大小與刀補值接近。

3 刀具半徑補償在數控機床編程中的具體應用

刀補半徑補償在數控機床編程的應用中，要注意刀補方向的確定，在刀補啟動開始之后的刀補狀態中，會有兩段以上的未移動的指令或者是存在一些非指定平面的移動指令，這會產生一些進刀不足或者是進刀超差的現象。這種誤差會使得非補刀平面無法讀到相關指令，從而無法做出相應的矢量，進刀的方向也無從確定。起點的距離與刀具半徑之間的關系，從刀具起點到刀補狀態的起點是有一個過渡過程的，刀位點移動的距離是一個刀具半徑的過程，要有足夠的距離過渡，而這種距離的對于刀具半徑的要求是較大的，通常是大于或者是等于三分之二的刀具直徑的距離。這種刀具的軌跡距離，如果在編程中沒有充分的體現，則可能導致一些進刀不足或者是超程的現象，造成生產加工工件的報廢等。此外，對刀補起點位置的選擇也應該合理，通過坐標位置的選定，并應用適宜的變成方法，機床運行時也可能會出現一些超差的現象，在具體的使用中，應該做到起點與刀補方向在同一條直線上。

具體應用中，為了避免一些進刀超差等現象，要對刀具半徑的補償功能予以充分的應用。在數控機床編程中可以通過以下應用技巧來提高其指令執行效果，在程序運行的過程中，要根據不同的指令來確定其防線，在刀補程序開啟之后，應該保證與其相呼應位置的坐標點做出了相應的動作，并且給出了垂直向左的矢量，從而使刀具中心也沿著矢量方向移動，刀具的中心也向矢量終點移動。當執行指令發生移動時，使得刀具中心的動作位置及其移動都能夠在合理的范圍內，避免發生一些進刀超差等問題。為了保證刀具軌跡位置移動正常，應該盡量保持指令的方向的一致，對于移動量的大小沒有太大的影響。此外，在編程時，可以根據移動的位置和方向來啟動刀補程序，以上述方法的應用來避免一些進刀超程等想象，使刀具的位置及其工件不受外來的干涉，保證其運行的正常。通過刀具半徑補償指令來簡化粗、精加工的程序，為了實現這一目標，要對刀具半徑的補償量進行有意識的改變。一般而言，刀具補償指令是依據刀庫中的刀具半徑值來確定補償量大小的，對于實際刀具半徑大小沒有考慮。在具體的應用中，對于同一刀具、同一程序以通過不同的切削余量來完成機床加工。當補償量發生變化時，刀具的運動形式和路徑會發生一定的變化，以刀庫中的半徑參數為標準，通過多次的切削來完成加工，無需多編程進行改變。

刀具補償半徑功能應用于數控機床編程中時，應該考慮到其功能與插補運動的關系，使其與插補運動同時作用發揮其效用。在使用的過程中，應該先確定插補平面，從而使其功能可以得到充分的應用，在加工內圓弧輪廓時，要對刀具半徑進行一定的調整，使其不大于工件輪廓的半徑，避免一些過切或者是碰撞的危險。在圓弧插補過程中，應該避免啟動或者是取消刀補功能，以保證其運行的正常性，并且在應用時，應考慮一些切入或者切出工藝的具體要求，使其能夠更好的簡化加工程序。

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作者簡介：周棟華（1977，1-），男，籍貫：廣東羅定，學歷：本科，職稱：講師，職務：教師，所在院系：中山市技師學院機電系。