刀具半径补偿功能应用中的常见错误及对策_池金环

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收稿日期：2012－10－22

刀具半径补偿功能应用中的

常见错误及对策

池金环1，许超1，李军营2

（1.天津机电职业技术学院 机械系，天津 300131；2.天津工程机械研究院，天津 300384） 摘要：刀具半径补偿是机械零件数控加工中的常用指令，也是实际应用中容易出错的功能之一。结合实际加工中的常见错误，详细分析了刀具半径补偿功能在实际应用中的常见问题及解决办法，为提高对刀具半径补偿的理解及指令的执行提供了依据，同时也为刀补的正确应用提供了多种方法，使刀具半径补偿功能在加工中心中得到更好的发挥。 关键词：半径补偿；轮廓加工；数控编程

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2013) 03－0070－04

刀具半径补偿功能是数控加工中最重要的参数设置，也是数控编程中较难掌握的内容之一。在实际加工中，如果参数设置不当，经常会出现报警。正确合理使用刀具半径补偿的功能可以简化编程，便于控制机械零件精度，也能更充分地发挥数控机床的效率。

1 刀具半径补偿功能

铣削工件轮廓时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹与工件轮廓总有一个偏移量，但是编程人员不必根据刀具半径人工计算刀具中心的运动轨迹，而是直接按零件图纸的轮廓进行轨迹编程。假设刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的，而实际的刀具运动轨迹与工件轮廓有一个偏移量。利用刀具半径补偿功能可以方便地实现这一转变，加工中心可以自动判别补偿的方向和补偿值的大小，自动计算出实际刀具中心轨迹，并按刀心轨迹运动[1]。

刀具半径补偿的过程共分三步[2]，即刀补建立、刀补进行和刀补取消。 2 应用中常见错误及解决方法

2.1 零件加工中常见错误

在实际加工中，刀具半径补偿常见错误有以下几个方面：

（1）编程时在建立刀具半径补偿后忘记取消刀具半径补偿。

（2）加工中心所用刀具半径与机床刀补表所输入值不一致。

（3）采用G01指令建立和取消刀补时先建立刀补后立即下刀，从而导致出错。

（4）左补偿与右补偿指令使用错误，导致外轮廓与内轮廓加工效果相反。

（5）在带有自动换刀装置的加工中心加工时，程序中的D 代码后数字没有与多个刀具的刀补寄存器号相对应，从而导致欠切或过切、甚至撞刀。

（6）刀具半径补偿的建立和取消时，其移动指令用G02和G03，系统报警并显示“刀补建立出错”。

2.2 常见错误的示例及解决方法

（1）G41（径向刀补、刀具左偏）和G42（径向刀补、刀具右偏）都是模态代码，在程序中连续有效，用G40撤销刀补。刀具半径补偿的建立是一个从无到有的渐变过程（图1），从起点处开始刀具渐渐向预定的方向偏移，到达该直线轨迹段的终点处时，刀具中心相对于终点产生一刀补值大小的法向偏移。刀补撤销为刀具中心从最后一个偏置点向退刀点运动直至与编程轨迹重合的过程。撤销半径补偿非常重要，加工完后若不撤销刀补，刀具中心始终与轮廓要求轨迹偏置一段距离，后续加工将会出错，可能导致零件报废。从左向右或从右向左切换补偿方向时，要经过取消刀补后再切换。

图1 建立和取消刀补

（2）加工前在加工中心的刀具表里半径参数处输入所用刀具的半径值，编程时用零件图的轮廓坐标作为编程轨迹，数控系统自动计算偏置半径的刀具中心轨迹。如果因为换刀或其它原因导致实际所用刀具半径与参数表里输入数值不符，会出现如图2所示情况：①若参数表的半径补偿值R '大于刀具半径R ，则实际加工轮廓比零件要求轮廓大了（R '－R ）；②若参数表的半径补偿值R '小于刀具半径R ，则实际加工轮廓比零件要求轮廓小了（R －R '）。

图2 刀具半径大小与补偿值比较

（3）当程序进入刀补进行阶段后，只能预先读入两段程序[3]

（程序段见O5163中N5、N6段），由于两端都只有Z 轴的移动，而Z 轴不是刀补平面的轴，刀具确定不了前进方向而直接移动到A 点，如图3所示。

O5163

N1 G00 G54 G90 X10 Y35 N2 M03 S800 N3 G00 G43 H01 Z20 N4 G01 G42 D01 X0 Y23.816 N5 G01 Z5 F100 N6 Z-4 N7 X-13.75 N8 X-27.5 Y0 ……

解决此问题的方法是在使用G01指令建立和取消刀补时建立刀补后的两段程序内应该有X 轴或Y 轴的移动。修改后的程序如O5164，轨迹如图4所示。

O5164

N1 G00 G54 G90 X10 Y35 N2 M03 S800 N3 G00 G43 H01 Z20

N4 G01 Z5 F100

N5 G01 G42 D01 X0 Y23.816 N6 X-13.75 N7 Z-4 N8 X-27.5 Y0 ……

图3 下刀错误 图4 正确下刀

（4）刀具半径补偿偏向的判断方法是从刀具中心向进刀方向看，刀具在工件左侧运行为左补偿，在工件右侧运行为右补偿[4]。当加工同一尺寸的封闭轮廓时，如果左右补偿使用相

反，就会出现如图5、图6所示的加工效果。左、右补偿指令如下：

左补偿指令：G01G41D01X27Y0

G03X27Y0I-27

右补偿指令：G01G42D01X27Y0

G03 X27 Y0 I-27

图5 左补

（5）在带有自动换刀装置的加工中心加工时，程序中的D代码后数字必须与刀具的刀补寄存器号相对应。在实际加工中，尤其是数控铣床，经常发生在刀具更换后而程序中D代码后的数字没有及时更改，这样有可能会发生过切或欠切、甚至撞刀等严重后果。

（6）刀具半径补偿的建立时，G41和G42只能在G00或G01状态下编入，不能与G02和G03等其他指令结合编入。刀补取消时也只能在G01或G00状态下，而不能用G02或G03等，如果输入其他指令，系统报警并显示“刀补建立出错”。

3 刀补功能的应用

以零件内轮廓（图7）的加工为例，零件内腔深4 mm，刀具为直径Φ10的立铣刀。

图7 轮廓编程实例

可直接根据零件轮廓尺寸编程，不必计算刀具的中心轨迹[5]。采用刀具半径补偿指令进行编程，其程序如O0416所示。

O0516

N1 G00G54G90X0Y35

N2 M03S800

N3 G00G43H01Z5

N4 G01Z-4F100

N5 M08

N6 G01G42D01X0Y23.816 （建立右刀补）

N7 X-13.75

N8 X-27.5 Y0

N9 X-13.75 Y-23.816

N10 X13.75

N11 X27.5 Y0

N12 X13.75 Y23.816

N13 X0

N14 G40 X0 Y35 （取消刀补）

N15 G00 Z20

N16 G00 X0Y0

N17 G01 Z-4 F60

N18 G01 G42 D01 X20 Y0 （建立右刀补）

N19 G02 I-20

N20 G01 X10 Y0

N21 G02 I-10

N22 G01 G40 X0 Y0 （取消刀补）

N23 G00 X9.125 Y15.805

N24 G01 G41 D01 X15.125 （建立左刀补）

N25 G03 I-6

N26 G01 G40 X0Y0 （取消刀补）

N27 G00 X-9.125 Y15.805

N28 G01 G41 D01 X-3.125 Y15.805（建立左刀补）

N29 G03 I-6

N30 G01 G40 X0Y0 （取消刀补）

N31 G00 X-18.25 Y0

N32 G01 G41 D01 X-12.25 Y0 （建立左刀补）

N33 G03 I-6

N34 G01 G40 X0Y0 （取消刀补）

N35 G00 X-9.125 Y-15.805

N36 G01 G41D01 X-3.125 Y-15.805 （建立左刀补）

N37 G03 I-6

N38 G01 G40 X0 Y0 （取消刀补）

N39 G00 X9.125 Y-15.805