數控加工刀具半徑補償原理研究

余秀艷

摘要：刀具半徑補償作為數控加工工藝中的一種特殊技術，在實際生產應用中具有重要的意義。在數控加工過程中，根據工件輪廓軌跡以及刀具的半徑值能夠合理地計算出刀具的運動軌跡路線，大大簡便了數控程序的編寫。文章介紹了刀具半徑補償的概念、方法和過程等內容。引入刀具半徑補償后，就可以忽略掉不同刀具加工的實際半徑差異，用相同的程序加工工件，既簡化了程序，又節省了生產時間，提高了加工效率。

關鍵詞：數控加工；刀具半徑補償；方法；過程

數控銑床上加工工件時所用到的刀具都是具有一定半徑值的，理論的編程軌跡就是零件圖中的輪廓軌跡，而實際加工過程中往往依賴于刀具中心的運動軌跡為基準，這樣理論的加工輪廓和實際的加工輪廓不重合，相差的值剛好是刀具的半徑值。為了簡化程序的編寫，同時又使理論的加工軌跡同實際的加工軌跡相重合，引入刀具半徑自動補償后，機床可以自動將刀具的半徑值給予補償，以便加工出符合零件圖紙設計要求的工件形狀。可見，刀具半徑補償的應用，方便了數控加工過程，為其提供了極大的便利，在數控加工中具有重要的意義。

1.刀具半徑補償原理

1.1刀具半徑補償的概念

按照零件輪廓編制的程序及預先設定的參數設置，實現刀具中心自動補償半徑的功能即為刀具半徑補償功能。

1.2刀具半徑補償采用的方法

采用的方法主要有2種。

（1）B刀具補償。指的是刀具中心軌跡的段之間的連接依靠圓弧連接過渡實現。

該種刀補方法算法操作簡單，而且較容易實現。但是，也有其弊端，當加工外輪廓尖角時，由于設置程序時軌跡是通過圓弧連接的，加工時刀具始終在一點處進行切削，外輪廓尖角被加工成小圓角現狀，這樣加工出的零件尖角的工藝較差。而當加工內輪廓尖角時，編程人員必須做一項輔助性的工作，即增加一個輔助的過渡圓弧，而且還要求刀具半徑必須小于過渡圓弧的半徑。人為增加過渡圓弧將加大編程難度；而當刀具半徑大于過渡圓弧半徑時，將會因刀具干涉而產生過切形象，最終造成加工零件不達標。

（2）C刀具補償。指的是刀具中心軌跡段間的連接采用直線連接過渡。直接實時自動計算刀具中心軌跡的轉接交點。這種刀補方式尖角工藝性好，在加工內輪廓時，可實現過切自動預告。

在處理方法上，2種刀補的區別體現在：

B刀具補償采用的處理方法為：讀一段，算一段，走一段。該方法無法預計刀具半徑造成的下一段軌跡對本段軌跡的影響。

C刀具補償采用的方法是一次性完成對2段的處理。即先處理本段，再依據下一段來確定刀具中心軌跡的段間過渡狀態，進而完成本段刀補運算處理。

1.3過渡方式

轉接角a，如圖1所示，代表2段編程軌跡在交點處非加工側的夾角。

依據轉接角及刀補方向，可將從一編程段到另一編程段的過渡方式分為3種，即：

縮短型：a≥11800

伸長型：900≤a<1800

插入型：00≤a≤900

轉接過渡的原則是，必須保證零件輪廓接近編程輪廓，確保轉接處的工藝性，刀具貼近工件輪廓。

1.4刀具半徑補償的過程

由于理論的加工軌跡和實際加工軌跡不重合，在加工過程中，需要將這個相差的半徑值消除掉。如果不考慮刀具半徑補償，那么在加工時直接按照工件輪廓編程，則加工出來的工件的尺寸必然不符合零件圖的要求，如果是外輪廓加工則實際加工出來的尺寸一定比原尺寸小，相反，如果是內輪廓加工則實際加工的尺寸比要求尺寸大，所以必須偏移一個刀具的半徑值。如圖2所示，刀具偏移的量R與刀具半徑的值r是相等的，在數控加工時，計算機數控系統依據零件程序及刀具偏量設置單元中的刀具直徑值，可對刀具中心軌跡自動進行計算，以完成零件的加工。而當刀具半徑值發生改變時，不必更改零件程序，只需改變存放在刀具半徑設置寄存器中的刀具直徑值，數控系統就可用同樣的程序完成不同刀具的加工。

2.刀具半徑補償的轉接過渡過程

數控機床加工的軌跡只有直線及圓弧2種，因此，其轉接形式也就有4種，分別為：直線接直線、直線接圓弧、圓弧接直線、圓弧接圓弧。

刀具半徑補償的過程包括3個步驟：刀具半徑補償的建立、刀具半徑補償的進行、刀具半徑補償的撤銷。具體如圖3所示。

2.1刀具半徑補償的建立

刀補的建立過程必須在工件加工之前，即從起刀點到零件加工的切削起始點之間建立刀補，在編寫程序的過程中體現為引入了G41或G42指令。

2.2刀具半徑補償的執行

一旦在程序中引入刀具半徑補償指令，則數控系統就會對刀補指令進行調用，并結合所設置的刀具直徑值執行刀補，一直到刀具半徑補償結束，出現G40指令。在執行刀補的過程中，刀具中心軌跡的偏離值用D01來定義。

2.3刀具半徑補償的撤銷

當工件所需要加工的部位加工完成之后，應該取消刀補，這個過程，一般在返回零點過程中。在程序執行過程中，利用G40指令來指定。

3.結語

刀具半徑補償指令作為數控系統的核心技術之一，在數控加工中意義重大。在零件加工過程中，若采用刀具半徑補償，編程人員只需要對零件被加工輪廓編程即可。現場操作人員也只需要通過控制面包修改下刀補地址的數值即可。這樣可以大大減少了編寫程序的工作量，提高程序的利用率和加工效率。