刀具半徑補償方法不當引起的問題及解決對策

陳鑫燁

摘 要：正確的理解和使用刀具半徑補償功能，能夠減少數控編程中的繁瑣計算，會對手工編程和加工帶來很大的方便。然而，在實踐操作過程中，如果刀具半徑補償方法使用不當就會引起工件過切等常見問題。該文借助生產加工實例，分析說明了由于刀具半徑補償方法使用不當產生零件加工過切，影響工件加工質量形成廢品的原因，并提出避免產生該問題的解決對策，確保了工件的尺寸和形狀精度，為刀具半徑補償方法更恰當的應用提供了依據。

關鍵詞：數控銑床 刀具半徑補償 過切 對策

中圖分類號：TG65 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0071-02

刀具半徑補償使用不當會引起過切等現象，影響到零件加工質量，甚至造成零件廢品[1]。該文借助生產加工實例，分析說明了由于刀具半徑補償方法使用不當引起過切等現象形成廢品的原因并給出了解決對策。

1 刀具半徑補償

1.1 刀具半徑補償的目的

當數控系統具備刀具半徑補償功能時，編程只需按工件輪廓線進行，數控系統會自動計算刀心軌跡坐標，使刀具偏離工件輪廓一個半徑值，即進行半徑補償[2]。根據數控系統規定，當刀具中心軌跡在編程軌跡前進方向的左邊時，稱為刀具半徑左補償，用G41表示；刀具中心軌跡在編程軌跡前進方向的右邊時，稱為刀具半徑右補償，用G42表示；取消刀具半徑補償用G40表示[3]。

1.2 使用刀具半徑補償不當常見的問題

（1）在指定平面G54～G59（如XY平面）內的半徑補償，若有另一坐標軸（Z軸）移動。如：刀具起始點O點，高度為100mm處，加工輪廓深度為10mm，刀具半徑補償在起始點處開始，若接近工件及切削工件時有Z軸移動，將會出現過切現象。

（2）加工半徑小于刀具半徑補償的內圓弧：當程序給定的內圓弧半徑小于刀具半徑補償時，向圓弧圓心方向的半徑補償將會導致過切。所以只有“過度內圓角R≥刀具半徑+加工余量（或修正量）”情況下才可正常切削。

（3）被銑削槽底寬小于刀具直徑。如果刀具半徑補償使刀具中心向編程路徑反方向運動，將會導致過切。在這種情況下，機床會報警并停留在該程序段的起始點。

（4）無移動類指令。在補償模式下使用無坐標軸移動類指令有可能導致兩個或兩個以上語句沒有坐標移動，出現過切現象。

（5）建立刀補和取消刀補的位置和時機的設置錯誤。建立刀補不能在加工輪廓上執行，只能在切線切入工件前完成，如果在輪廓上執行就有可能產生過切。加工凸模時在輪廓外執行；加工凹模時在輪廓內執行。取消刀補則在切線切出后才執行，如果在輪廓上執行取消刀補就有可能產生過切[4]。

2 生產實例分析

2.1 零件結構分析

零件主要包括凸臺、平面、凹槽、凸凹圓弧及圓孔等。在加工該類復雜零件時， 正確采用刀具半徑補償編程， 可以防止零件表面產生過切或欠切現象， 確保工件的尺寸和形狀精度。

2.2 產生過切現象

該零件的底板部分如圖1所示。在加工該外輪廓過程中采用刀具半徑左補償，為了提高表面質量，保證零件曲面的平滑過渡，刀具沿零件輪廓延長線切入與切出。

數控程序如下：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

G00X-100Y-90；

…

M30；

但加工后，由于刀具半徑補償方法不當引起了過切現象，成為廢品。

2.3 分析解決對策

（1）分析原因。

產品檢驗：加工軌跡（即A-B-C-D-E-F-G-H-I）如圖2所示，銑掉了陰影部分，在零件表面形成了過切，使零件造成廢品。

觀察過切現象出現在該加工工件的B-D段和 H-I段，推測出現該過切現象的原因是：①刀具半徑補償在起始點處開始，接近工件及切削工件時有Z軸移動；②建立刀補和取消刀補的位置和時機的設置錯誤。經查看加工程序發現：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01； 在切入工件前完成建立刀補

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

接近工件時有Z軸移動

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

取消刀補過早

G00X-100Y-90；

…

M30；

分析研究表明：刀具雖然在切入工件前已完成刀補的建立，但“在接近工件時有Z軸的移動”，所以引起過切現象，銑掉了B-D段的陰影面積，而H-I段的陰影面積被銑掉的原因是“取消刀補過早”，使零件造成廢品。

（2）解決措施。

修改數控程序如下：

O0002

…

G00X-100Y-90；

Z5.0；

G01Z-12.0F100；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

X-80；

G40G01X-100Y-90；

…

M30；

實踐證明：可采用O2程序加工零件，刀具半徑補償加工輪廓如圖3所示，避免了過切現象的產生。

解決該輪廓加工中引起過切現象的措施是：

①只需把刀補程序段：“G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；”放置在Z軸移動程序段：“G01Z-12.0F100；”之后，就能避免B-D段過切現象；②取消刀補時，刀具必須在完全離開毛坯件I點后方可取消刀補，可避免退刀時引起的 H-I段過切現象。

3 結論

數控機床加工中， 有刀具半徑補償功能的數控系統，編程時不需要計算刀具中心的運動軌跡，只按零件輪廓編程。使用刀具半徑補償功能，能減少數控編程中的繁瑣計算，為程序編制提供方便。然而，在加工中使用刀具半徑補償功能時，可能造成加工過切等現象，影響到工件加工質量。該文通過工件加工過程中，刀具半徑補償使用不當出現過切現象的實例，對其形成廢品的原因進行了分析并提出避免產生過切問題的對策，以提高工件的加工精度。

參考文獻

[1] 王甫，岳宏梅.建立和取消刀補引起的過切現象及對策[J].制造業信息化，2009（11）：108-109.

[2] 楊衛群.數控工藝員培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2002.

[3] 顧京.數控加工編程與操作[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4] 羅斐.數控銑削加工中過切現象淺析[J].機械管理開發，2010（6）：76-77.

[5] 王朝翔.利用刀具半徑補償功能編程與加工實例[J].呂梁教育學院學報，2010（9）：101-103.