数控机床刀具补偿分析

数控机床刀具补偿分析

【摘要】

数控加工中刀具补偿得到了广泛应用。在实际加工的过程中，由于不同刀具的半径都各不相同，在加工中会产生很大的加工误差。因此，在实际加工时必须通过刀具补偿的指令，使数控车床根据实际使用的刀具尺寸，自动调整其坐标轴的移动量，如果能够合理建立和灵活的运用刀具补偿功能，就会对简化编程和提高数控加工的质量会带来极大的帮助。本文就加工中如何的应用刀具补偿作一些探讨。针对刀具补偿功能在数控中的应用，研究它在加工中存在的问题对此进行解决，尽量避免刀补问题的发生。

【关键词】：刀具半径补偿；功能；应用；程序；指令

目录

引言 (1)

一、刀具半径补偿 (2)

二、刀具长度补偿 (2)

三、数车中刀具补偿的应用 (3)

（一）数车刀尖圆弧半径补偿误差分析 (3)

（二）数车刀尖圆弧半径补偿方法 (4)

（三）刀尖圆弧半径补偿注意事项 (5)

四、加工中心刀具补偿应用 (5)

（一）刀具长度补偿引起误差分析 (6)

（二）刀具长度补偿方法 (6)

五、加工举例 (6)

（一）加工中心刀具长度补偿实例 (6)

（二）数车刀尖圆弧半径补偿实例 (8)

总结 (10)

参考文献 (11)

谢辞 (12)

引言

数控刀具补偿是数控加工系统的一个基础功能，在手工编程的铣削加工中广泛使用，如何的深人掌握和应用该功能，在机床加工中有非常重要的意义，在进行轮廓加工中，由于刀具有一定的半径，刀具中心的轨迹与加工工件的轨迹常不重合。通过刀具补偿功能指令，数控系统可以根据输入的补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床加工出符合规格的零件。

20世纪60到70年代的数控加工中还没有刀具补偿的概念，编程人员必须根据刀具的理论路线和实际路线的相对关系从而进行数控编程，既容易产生错误，又使得编程的效率很低。当数控刀具补偿的概念出现时并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照工件的轮廓尺寸进行程序编辑。从而建立并执行刀补后，由数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须要更改程序中刀具补偿的数值。刀具补偿的使用简单方便，能很大的提高编程的工作效率。

一、刀具半径补偿

因为有了刀具半径补偿，我们在编程时候就可以不要考虑太多刀具的直径大小。就以铣刀铣削外轮廓为例，在没有使用半径补偿时，我们必须依次算出其刀具中心各点的坐标，然后进行编程。当刀具直径发生变化时候，各点的坐标必然也会发生相应的变化，程序中的坐标点就需要重新进行计算，这样使得每一次刀具变化都要我们重新计算和重新编程，大大增加了我们数控编程的工作量。同样的情况我们使用了刀具半径补偿功能，我们就不需要计算刀具的实际中心轨迹，只要根据工件计算出图纸上各点的相应坐标编出程序，然后把刀具半径作为补偿量放在补偿寄存器。数控系统就能自动计算出刀具中心的轨迹，最后不论刀具半径如何的变化，我们只需更改相应刀具半径的补偿值，就可以控制工件外形尺寸，对程序基本不用修改。刀具半径补偿是通过指令G41、G42来执行的，基本格式为G41/G42 G00/G01 X_ Y_ H_；其中H为补偿量代码。刀具补偿有两个方向：当沿着刀具切削方向看时，刀具在工件轮廓的左侧就是左补偿这时用G41，反之则是半径右补偿此时用G42。取消补偿用G40；刀具半径补偿的应用。在应用G41、G42进行半径补偿时，应特别注意使补偿有效的刀具移动方向与坐标。刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不当刀具所加工的路线就容易出错，将会影响加工的零件的形状。正确的走刀方式应该是在刀具没有切削工件之前就让半径补偿有效，然后再进行正常的切削。同样的在取消刀具半径补偿时，也应该是在切削加工完毕离开工件之后。

二、刀具长度补偿

加工中心上刀具长度补偿只是和Z坐标方向有关，对于X平面、Y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位决定，所以X、Y平面内的编程零点位置是固定不变的。对于Z坐标的编程零点就不一样了。在加工中心应用的每一把刀具其长度都是不同的，例如，我们要钻一个深度为30mm的孔，然后将其进行攻丝，攻丝深度设为20mm，加工刀具假设为一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。首先用钻头钻削出30mm 深的孔，机床以其为基准设定了相应的工件零点，当采用丝锥攻丝时，如果按照设定的工件零点开始加工，则由于两把刀具长度不同，从而使得攻丝过长，损坏了刀具和工件。此时如果采用刀具长度补偿，那么当工件零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z-）补偿了丝锥与钻头的长度差，保证了加工零点的正确，这样就不会损坏刀具和工件了。

刀具长度补偿一般通过含有G43和H指令来实现的，格式为指令格式为G43 G01

Z_H_。G43表示刀具长度正补偿，即把编程的Z值加上H代码指定的偏值寄存器中预设的数值后作为CNC实际执行的Z坐标移动值，也就是说实际执行的Z坐标值为

Z'=Z_+(H_)；加工结束后要取消刀具长度补偿，用指令G49实现；刀具长度补偿的应用：(1)用刀具的实际长度作为刀具长度的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀具的实际长度作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把测量出来的数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀具长度补偿。以避免加工不同的工件时不断地修改刀具长度偏置值，

减少由此产生的操作失误。（2）以其中一把较长的刀作为标准刀具，，这个标准刀具的长度补偿值为0，其余刀具实际长度与标准刀具长度的差值作为这些刀具的长度补偿数值，输入到其所采用的H代码地址内。（3）利用每把刀具到工件坐标系原点的距离作为各把刀的刀长补偿，该值一般为负；此时用于设定工件坐标系偏置的G54的Z值为0。

三、数车中刀具补偿的应用

编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀的刀尖看成一个点，所以实际切削时起作用的是切削刃圆弧与被加工表面所形成的两个切点，它们是实际切削加工时形成工件表面的点。很显然，假想刀尖点与实际切削点是不同的点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。现代机床基本都具有刀具补偿功能，对于具有刀尖圆弧半径补偿功能(G41左补偿和G42右补偿功能) 的数控车床，对应每一个刀具补偿号，都有一组偏置量X 、Z ，刀尖半径补偿量R 和刀尖方位号T 。编程人员可直接根据零件轮廓形状进行编程，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输入刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀具补偿号的圆弧半径值即可。

（一）数车刀尖圆弧半径补偿误差分析

在编制程序时，理论上将车刀刀尖看成一点，理论刀尖位置如图3－1所示。实际加工中为了提高车刀的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧(一般圆弧半径R取0．4～1．6mm之间)，理想刀尖是编程时确定加工轨迹的点，数控系统按程序控制该点的运动轨迹。然而实际加工时起作用的切削刃是圆弧上的各切点如图3-1所示，它们是实际加工时形成工件面的点。很显然理想刀尖位置与实际切削点位置不同，因此数控编程只按照工件形状进行编制程序，而不考虑刀具半径补偿，必然会产生被加工表面的形状误差。以下是加工中如容易产生误差的三种情况如图3-2所示。

图3-1理想刀尖示意图