刀具补偿在数控加工中的应用1

刀具补偿在数控加工中的应用南通职业大学数控中心丁海萍226007摘要：阐述了数控加工具有加工精度高、效率高、质量稳定等特点,合理掌握刀具补偿方法,灵活应用刀具半径补偿功能,合理设置刀具半径补偿值,是保证其精度高、质量稳定的重要因素。

Abstract :The process of digital control has characteristics of high accuracy , great efficiency, stable quality , etc . Grasping the methods of cutting tool compensation rationally , utilizing the radius compensation function flexibly and setting the data of radius compensation perfectly are the important factors to guarantee the high accuracy and stabled quality .关键词：刀具补偿；编程；方法；数控加工Key word:Cutting Tool Compensation ; Programming ; Method ; CNC Machining中图号:TG659 文献标识码: A一、刀具补偿的提出在全功能数控机床中，数控系统具有刀具补偿功能，这就给实际加工提供了很多方便。

编程时可按工件轮廓尺寸进行编制程序，建立、执行刀补后，数控系统自动计算，刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。

在数控加工应用中，刀具半径补偿的应用非常广泛，特别在数控铣床和加工中心中进行轮廓加工时，对于简化编程和零件的加工方面起到了很大的作用。

用立铣刀在数控机床上加工工件轮廓时，因为铣刀有一定的半径可以清楚看出刀具中心（刀心）运动轨迹与工件轮廓不重合，这是因为工件轮廓是立铣刀运动包络形成的，如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，而加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈（加工外轮廓时）或大了一圈（加工内轮廓时），为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是所谓的刀具半径补偿指令。

立铣刀的底面中心（立铣刀和端面铣刀刀位点为其底面中心,球头铣刀为其球头球心，车刀、镗刀、钻刀则为其刀尖或钻尖）称为刀具的刀位点（4、5坐标数控机床称为刀位矢量），刀位点的运动轨计即代表刀具的运动轨迹。

在数控加工中，是按工件轮廓尺寸编制程序，还是按刀位点的运动轨迹尺寸编制程序，这要根据具体情况来处理，应用刀具半径补偿功能时，只需按工件轮廓轨迹进行编程，然后将刀具半径值输入数控系统中，执行程序时，系统会自动计算刀具中心轨迹进行刀具半径补偿，从而加工出符合要求的工件形状，当刀具半径发生变化时也无需更改加工程序，使编程工作大大简化。

实践证明，灵活应用刀具半径补偿功能，合理设置刀具半径补偿值，在数控加工中有着重要的意义。

二、全功能数控机床系统中刀具补偿1．数控车床刀具补偿数控车床刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀具圆弧半径补偿两方面。

在加工程序中用T功能指定，TXXXX中前两个XX为刀具号，后两个XX为刀具补偿号，如T0202。

如果刀具补偿号为00，则表示取消刀补。

（1）刀具位置补偿刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。

办法是测出每把刀具的位置并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，刀具的实际位置就代替了原来位置。

（2）刀具圆弧半径补偿编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是一个点（假想刀尖P点），但实际上为了提高刀具的使用寿命和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧（刀尖圆弧），这必将产生加工工件的形状误差。

另一方面，刀尖圆弧所处位置，车刀的形状对工件加工也将产生影响，而这些可采用刀具圆弧半径补偿来解决。

车刀的形状和位置参数称为刀尖方位，用参数0～9表示，P点为理论刀尖点。

（3）刀补参数每一个刀具补偿号对应刀具位置补偿（X和Z值）和刀具圆弧半径补偿（R 和T值）共4个参数，在加工之前输入到对应的存储器，CRT上显示如图所示。

在自动执行过程中，数控系统按该存储器中的X、Z、R、T的数值，自动修正刀具的位置误差和自动进行刀尖圆弧半径补偿。

2．加工中心、数控铣床刀具补偿加工中心、数控铣床中刀具补偿功能包括刀具半径补偿、刀具夹角补偿和刀具长度补偿等刀具补偿功能。

（1）刀具半径补偿（G41、G42、G40）编程的时候是看成一个点的运动来编运动轨迹的，而实际上刀具总有一定的刀具半径或刀尖的圆弧半径，所以在零件轮廓加工过程中刀位点运动轨迹并不是零件的实际轮廓，它们之间相差一个刀具半径，为了使刀位点的运动轨迹与实际轮廓重合，就必须偏移一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。

G41为刀具半径左补偿，G42为刀具半径右补偿，G40为刀具半径补偿的取消，具有模态功能。

G41、G42加工运动轨迹方向如下图1所示：图1刀具半径补偿的工作过程可以分为建立刀补，执行刀补和取消刀补三个过程，其具体的使用如下图2所示：图2（2）夹角补偿（G39）两平面相交为夹角，可能产生超程过切，导致加工误差，可采用夹角补偿（G39）来解决。

使用夹角补偿(G39)指令时需注意，本指令为非模态的，只在指令的程序段内有效，只能在G41和G42指令后才能使用。

（3）刀具长度偏置（G43、G44、G49），是为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿利用刀具长度偏置（G43、G44）指令可以不改变程序而随时补偿刀具长度的变化，补偿量存入由H码指令的存储器中。

G43表示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加，G44表示相减，取消刀具长度偏置可用G49指令或H00指令。

例如以下的程序段N80 G43 Z56 H02，假如02存储器中值为16，则表示 Z终点坐标值为72mm。

存储器中补偿量的数值，可用MDI或DPL预先存入存储器，也可用程序段指令G10 P02 R16.0表示在02号存储器中的补偿量为16mm。

其使用与刀具半径补偿相类似，就不过多阐述了。

三．刀具半径补偿在数控加工中的应用因为刀具半径补偿在数控加工（铣床和加工中心）中应用非常广泛，而且比较灵活，而其它的补偿功能相对简单明了，所以下面重点介绍刀具半径补偿的应用。

1．改变刀补值适应刀具的变化在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换经常发生，应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。

在零件加工过程中，刀具由于磨损而使其半径变小，若造成工件误差超出其工件公差，则不能满足加工要求。

假设原来设置的刀补值为r，经过一段时间的加工后，刀具半径的减小量为△，此时，可仅修改该刀具的刀补值：由原来的r改为r-△，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。

同样，当刀具重磨后亦可照此处理。

当需要更换刀具时可以用新刀具的半径值作为刀补值代替原有程序中的刀补值进行加工。

由此可见，正是由于刀补值的变化适应了刀具的变化，在不改变原有程序的情况下，可满足其加工要求。

由此，编程人员还可在未知实际使用刀具尺寸的情况下，先假设一定刀具尺寸来进行编程，实际加工时，对于半径补偿可用实际刀具半径代替假设刀具半径。

2．改变刀补值实现零件的粗、精加工刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途。

如果人为地使刀具中心与工件轮廓偏置值不是一个刀具半径，而是某一给定值，则可以用来处理粗、精加工问题。

在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、精加工采用同一个程序，其补偿方法为：设精加工余量为δ1，刀具半径为r，微量调整量为δ2，如图3所示：首先，人工输入刀具的半径补偿为r+δ1，即可完成粗加工到图示点划线的位置；在精加工时，输入刀具的半径补偿值为r+δ1+δ2，即可完成最终的轮廓精加工。

δ2视实际情况而定，粗加工完了测量加工尺寸，如果实际尺寸比所要尺寸大则δ2就为正值，比实际尺寸小则为负值。

而需要扫清轮廓外围余量时，输入刀具的半径补偿值为r+外推值。

图3刀具补偿中的粗、精加工改变刀补值对零件进行加工修正，将刀具半径补偿与子程序结合应用，不但可简化编程，进行粗、精加工，而且可以进行加工的修正，以保证加工精度和质量。

下面用一个加工程序进行说明，零件图如图4所示。

图4O0001; （主程序）O0002; （子程序）T0101; （刀具直径为8的键槽铣刀) G41G1X25Y0; （建立刀补）G90G54G0X0Y0Z30S700M3; G1X25Y-10; （执行刀补）Z2; G2X20Y-15R5;G1Z-9.6F50; （Z向粗加工）G1X-20Y-15;D01P0002F90; （D01=5.5）G2X-25Y-10R5;G0Z30; G1X-25Y10;M01; G2X-20Y15R5;G01Z-（10+微调值）F50; （Z向精加工）G1X20Y15;D01M98P0002F90; （XY向粗加工）G1X20Y15;G0Z30; G2X25Y10R5;M01; G1X25Y0;G1Z-10F50 G40G1X0Y0; （取消刀补）D02M98P0002F90; （XY向精加工）M99;G0Z30; （D02=5+微调值）M30；在主程序中用M01使程序暂停，此时测量工件尺寸，计算出其与零件图尺寸的差值，并将差值补偿输入D02中，精加工刀具补偿中，这样加工出的工件可满足实际要求，确保加工精度和质量，大大的简化了编程和加工时间。

3．使用刀补的注意事项前面阐述了灵活应用刀具半径补偿功能、合理设置刀具半径补偿值在数控加工中的重要意义，然而在实际使用时为了确保程序的正确性，必须注意以下几个事项：（1）建立、取消刀补时，使用G41、G42、G40指令的程序段必须使用G00或G01指令，不得使用G02或G03，当刀具半径补偿取负值时，G41和G42的功能可以互换，G41、G42不能重复使用。

要求建立刀具半径补偿程序段的后续两个程序段必须有指定补偿平面的位移指令（G00、G01，G02、G03等），否则无法建立正确的刀具补偿。

以下几种编程方法会使刀补无法生成，在编程是应该注意避免：a . G41 G01X10 D0；M03；M08；G01 Y50；在2个运动指令之间有2条或2条以上的辅助功能程序段，在刀补计算时就无法获得2条相邻轮廓段的信息，使刀补无法生成。

解决的办法是使辅助功能键换到相应的位置。

b.G40 G01 X100D01；X0；Y100；在2条运动指令之间有一条为0的运动指令时，由于运动为0的程序段没有零件轮廓信息，因此刀补无法生成。