刀具半径补偿在数控铣床加工中的应用

第１２期总第２１０期　２０１１年１２月　农业科技与装备　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｎｏ．１２　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２１０　Ｄｅｃ．２０１１　刀具半径补偿在数控铣床张景霞　，李泉海　Ｔ．中的应用　（１．抚顺矿业集团技师学院，辽宁抚顺１１３００８；２．沈阳农业大学，沈阳１１０８６６）　摘要：刀具半径补偿指令是数控铣床编程与加工中应用最广最重要的指令，正确、合理地使用刀具半径补偿对于复杂零件简化编　程计算和提高零件精度具有举足轻重的作用。介绍刀具半径补偿原理，以实例说明刀具半径补偿的过程。　关键词：刀具半径；补偿；过切；刀心轨迹　中图分类号：ＴＧ５４７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—１１６１（２０１１）１２—００１０—０４　１　刀具半径补偿的原理　１．１　刀具半径补偿的概念　由于刀具总有一定的刀具半径，在零件轮廓加工　过程中。刀具刀位点的运动轨迹并不是零件的实际轮　廓，刀位点必须偏移零件轮廓一个刀具半径，这种偏　移称为刀具半径补偿。　１－２刀具半径补偿的作用　在数控铣床上进行工件轮廓的铣削加工时，由于　立铣刀的刀位点在底面中心点．如不考虑刀具半径，　直接按照工件轮廓编程虽然比较方便，但加工出的零　件尺寸比图样要求小一圈（加工外轮廓）或大一圈（加　工内轮廓），如图１所示。要想加工出合格的零件，必　须按刀心轨迹进行编程。　图１　没有设置刀具半径补偿　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｃｕｔｔｅｒ　按刀具中心轨迹编程．基点坐标的计算非常麻　烦，结构简单的零件还好一点．对于结构复杂的零件　如果不借助计算机绘图软件，手工计算很难完成。尤　其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化　收稿日期：２０１１－０９—１３　作者简介：张景霞（１９６７一），女，副教授，从事数控机械加工方　面的教学工作。　时，必须重新计算刀心轨迹，并修改程序。这样既复杂　繁锁，又不易保证加工精度。应用刀具半径补偿功能　时．就可以忽略刀具半径，直接用零件轮廓编程，然后　把刀具半径补偿放在补偿寄存器里。刀具磨损、重磨、　换新刀、粗精加工等，只需更改刀具半径补偿值，并不　需要更改加工程序。实践证明，正确合理使用刀具半　径补偿功能。能极大提高数控铣床编程及加工的效　率，对数控加工起到事半功倍的作用。　２刀具半径补偿的剖析　２．１　刀具半径补偿指令　１）指令格式。　Ｇ４１　Ｇ０１（ｃｏｏ）ｘ　Ｙ　Ｄ：刀具半径左补偿　Ｇ４２　Ｇ０１（ｃｏｏ）ｘ　Ｙ　Ｄ；刀具半径右补偿　Ｇ４０　Ｇ０１（ｃｏｏ）ｘ　Ｙ　Ｄ：取消刀具半径补偿　２）指令说明。　Ｇ４１、Ｇ４２的判断方法：①刀具半径左补偿Ｇ４１，　即沿刀具进刀方向看，刀具中心偏在零件轮廓的左　侧。②刀具半径右补偿Ｇ４２，即沿刀具进刀方向看，刀　具中心偏在零件轮廓的右侧。如图２所示。　工件　图２左、右刀具半径补偿　Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅｆｔ　ａｎｄ　ｒｉｇｈｔ　ｃｕｔｔｅｒ　２．２刀具半径补偿的过程　１）刀补建立。　刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点（起刀　２０１１年第１２期　张景霞等：刀具半径补偿在数控铣床加工中的应用　３）刀补取消。　１１　点位于零件轮廓之外。距离加工零件轮廓切人点较　近）以进给速度接近工件时。刀具中心轨迹从与编程　轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的　过程。刀具半径补偿偏置方向由Ｇ４１（左补偿）或Ｇ４２　（右补偿）确定。　２）刀补执行。　与建立刀具半径补偿过程类似．在零件最后一段　刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤离工件，刀具　中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程称为取消刀　补。其指令用Ｇ４０。退刀点也应位于零件轮廓之外，距　离加工零件轮廓退出点较近，可以与起刀点相同，也　可以不相同。　如果设起刀点与退刀点是同一点，刀补过程如图　３所示　Ｇ４１、Ｇ４２是模态指令，在Ｇ４１或Ｇ４２程序段后，　程序进入补偿模式，此时刀具中心与编程轨迹始终偏　置一个刀具半径，直到取消刀补。　Ｇ仰ｇ－１０．Ｔ　１ｏ．００１；ｌ刀朴ｌ立　１０１４０　ｌ　．Ｔ４Ｉ．：　ｌ１　ｎ扎¨；　行　ｒ，……”　Ｊ－ｌ　ＩＴ日．：　Ｔ０；　Ｉ－１０　；　．Ｉ　ｌ　／　¨ｎ　ｎ　ｎ们们　Ｈ¨”　ＧＯ１　ｌ－ｌａ　．　Ｔ－１０　．：．　／】４　“　稍　图３刀具半径补偿过程　Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｃｕｔｔｅｒ　ｒａ￣ｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｍ　２．３使用刀具半径补偿的注意事项　序段改为ＧＯ１　Ｇ４ｌ　Ｘ８０．ＹＯ　Ｄ０１时．就会发生过切现　１）Ｇ４１、０４２的使用一定要在刀具进行切削之前　执行，刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不　当，加工的路径容易出错。　２）在建立、取消刀补时所使用的Ｇ４１、４２、０Ｇ４０　指令的程序中．必须同时使用Ｇ００或ＧＯ１指令。不能　使用ＧＯ２或ＧＯ３指令。　３）为了保证刀补的建立和取消时刀具和工件的　安全．通常采取先建立刀补再下刀和先退刀再取消刀　补的编程方式。　４）０４０必须与０４１或０４２成对使用。在切削完　成而刀具补偿结束时，一定要用０４０使补偿无效。　５）刀补值取刀具半径值。　６）使用刀具半径补偿时避免过切削现象。　使用刀具半径补偿时。刀具必须在所补偿的平面　内移动，且移动距离应大于刀具半径值。若加工半径　小于刀具半径的内圆弧。进行半径补偿将产生过切　削。只有过渡圆角Ｒ≥刀具半径＋精加工余量的情况　下，才能正常切削；若被铣削槽底宽小于刀具直径，此　时也将产生过切削。　象。　在刀具补偿模式下。一般不允许存在连续两段以　上的非补偿平面内移动的指令，否则刀具也会出现过　切等危险动作。　下面举例说明：由于在ＸＯＹ平面内使用刀具半　径补偿。沿Ｚ轴方向存在连续移动段。运行程序时出　现过切现象，但系统并不发生报警。如图４所示。　０Ｏ００１：　１　Ｂ　●Ｚ１００．：　ｌ２　ｌ０　Ｙ０；　＿３　００１　ＧＩ１　Ｉ２０．Ｙ１　Ｄ．Ｄ　Ｏ１　Ｕ００；　＿Ｉ　Ｚ２．：　＿５　Ｚ－１０．：　Ｍ６　ｒ５０．：　＿７　Ｉ　０．：　嚣　２０．：　Ｗ’王１０．：　一１０　Ｂ００　Ｚ１００．：　Ｈ儿¨Ｏ　ｌ０　ＹＯ：　＿１２　１０５；　１１３　Ｍ３０；　为防止在刀补的建立与取消过程中刀具产生过　切现象。刀补的建立与取消程序段的起始位置最好与　补偿方向在同一侧，如图３所示，如果建立刀补的程　图４存在过切现象的刀补轨迹　Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｃｕｔｔｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｐａｔｈ　ｗｉｔｈ　ｕｎｄｅｒｃｕｔｔｉｎｇ　ｌ２　农业科技与装备　２０１１年１２月　为避免这种过切，可以在建立半径补偿之前，选　择一个不会发生干涉的安全位置，使ｚ轴以快速运　动接近工件后．再以进给速度进给到切削深度。如图　３．３考虑工艺对编程的要求　为了保证工件轮廓的平滑过渡，刀具切人工件时　避免法向切人和切出零件轮廓。在加工工件外轮廓　５所示。　００００２；　Ｈｌ　Ｇ５４　Ｉｆ０３　ＳＩＯ００：　２　ＧＯ０　Ｚｌ００．：　Ｈ３　１０　ＴＯ：　Ｗ●Ｚ５．：　［４５　ＧＯＩ　Ｚ－ＩＯ．ＰｌＯ０；　Ｈ‘Ｇ４１　Ｘ２０．Ｙ１０。ＤＯｌ：　Ｈ７　ＹＳＯ．：　Ｈｌ　Ｘ５Ｏ．：　Ｈ＇Ｔ｜Ｏ．：　Ｈ１０　１２０．：　ＨＩ１　ＺＩＯ０．：　ＮＩ　２　０●０　１０　ＴＯ：　Ｍ０５；　Ｈ３０；　图５刀具半径补偿正确轨迹　Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｒｉｇｈｔ　ｐａｔｈ　ｆｏｒ　ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｕｔｔｅｒ　３刀具半径补偿的应用　３．１　改变刀补值适应刀具的变化　编程人员可以假设刀具的半径为零．直接根据零　件的轮廓形状进行编程。实际加工时，把实际的刀具　半径存放在一个可编程寄存器中，机床会自动计算刀　具中心轨迹。因磨损、重磨或换新刀而引起刀具直径　改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入　变化后的刀具半径。假设原来设置的刀补值为　经　过一段时间的加工后，刀具半径为ｒ２，此时，可仅修改　刀具的刀补值，由原来的ｒ　改为ｒ２，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　测出重磨后刀具的直径，再按上面的方法处理。当需　要更换刀具时．可以用新的刀具半径作为刀补值代替　原有程序中的刀补值。正是由于刀补值的变化适应了　刀具的变化．可在不改变原有程序的情况下满足其加　工要求。　３．２改变刀补值实现零件的粗、精，￣ｎ＇－ｒ－　同一程序中．对同一尺寸的刀具，利用刀具半径　补偿，可以进行粗、精加工。在粗加工时，可将刀具实　际半径（Ｒ）再加上精加工余量（△）作为刀具半径补　偿值输入，即输入刀具偏差值为（Ｒ＋△），运行程序即　完成零件的粗加工。在精加工时，用同一程序、同一刀　具，但输入刀具实际半径ｒ。运行程序即完成零件轮　廓的精加工。这样可以极大减少计算工作量，提高加　工效率。　时，应使刀具先与曲线轮廓的切线延长线接触，再沿　此切线切入和切出零件轮廓。以避免在切人和切出处　产生划痕。　在加工内圆轮廓表面时，若不便直接沿工件轮廓　的切线切人和切出，可再增加一圆弧辅助程序段。如　图６所示：要求在底版上铣削一圆槽，为保证在槽壁　上的切入和切出处不留下刀痕，需增加一段辅助圆弧　Ｐ１　Ｐ２　Ｐ３。　图６内圆加工时加辅助圆弧　Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ａｄｄｉｎｇ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ａｒｃ　ｗｈｅｎ　ｔｏｏｌｉｎｇ　ｉｎｓｉｄｅ　ｉｎｎｅｒ　ｃｉｒｃｌｅ　３．４用刀补编写零件￣ｎ－ｒ＂程序实例　铣削轮板（如图７所示），工件材料４５＃，规格　８０ｘ８０ｘ２０。　＼　一／　、　ｆ　＼　ｌ　羞　人　／一　‘、　／　＝　Ｌ　一　ｌ●　｝ＩＩ’　３６．２．：．１‘　ｌ●　Ｉ　、　田７艳板　图７轮板　Ｆｉｇｕｒｅ　７　Ｗｈｅｅｌ　ｐｌａｔｅ　２０１１年第１２期　张景霞等：刀具半径补偿在数控铣床加工中的应用　该程序是按照零件的轮廓编程．最后加刀补进行　Ｎ５８Ｇ０１Ｘ２５．０００　粗、精加工．并且可以对加工误差进行修正，最后加工　Ｎ６０Ｇ０３Ｘ２５．０００Ｙ一７．０００Ｉ一０．０００Ｊ一７．０００　出合格的零件。仿真轨迹见图８。程序是利用自动编　Ｎ６２ＧＯｌＸ３４．２９３　程软件自动生成，仅作参考。　Ｎ６４Ｇ０２Ｘ３１．９３６Ｙ一１４．３２０Ｉ一３４．２９３Ｊ７．Ｏ００　参考程序：　Ｎ６６Ｇ０３Ｘ１４．３２０Ｙ一３１．９３６１１０．４９０Ｊ一２８．１０６　０１２３４；　Ｎ６８Ｇ０２ＸＯ．Ｏ００Ｙ一３５Ｉ一１４．３２０Ｊ３１．９３６　Ｎ　１　０Ｇ９０Ｇ５４Ｇ００Ｚ　１　００．０００　Ｎ７０Ｇ４０Ｇ０ｌＸ０Ｙ－５５　Ｎ１２Ｓ８００Ｍ０３　Ｎ７２Ｚ５．ｏ００Ｆ５Ｏ　Ｎ　１４Ｇ００Ｘ０Ｙ一５５　Ｎ７４Ｇ００Ｚｌ００．０００　Ｎ１６Ｚ５．０００　Ｎ７６Ｍ０５　Ｎ１　８Ｇ０１　Ｚ－５．０００Ｆ５０　Ｎ７８Ｍ３０　Ｎ２０Ｇ４ｌＤ０１Ｘ７Ｙ－４５Ｘ７．０００Ｙ－３４．２９３Ｆ１００　Ｎ２２Ｙ一２５．０００　Ｎ２４ＧＯ３Ｘ一７．０００Ｙ一２５．０００Ｉ一７．ＯＯｏ．１０．０００　Ｎ２６Ｇ０　１　Ｙ－３４．２９３　Ｎ２８Ｇ０２Ｘ一１４．３２０Ｙ一３　１．９３６１７．０００Ｊ３４．２９３　Ｎ３０ＧＯ３Ｘ一３１．９３６Ｙ一１４．３２０１—２８．１０６Ｊ一１０．４９０　Ｎ３２Ｇ０２Ｘ－３４．２９３Ｙ－７．０００１３　１．９３６Ｊｌ４．３２０　Ｎ３４Ｇ０１Ｘ－２５．０００　Ｎ３６ＧＯ３Ｘ一２５．０００Ｙ７．０００１０．０００Ｊ７．０００　Ｎ３８Ｇ０１Ｘ－３４．２９３　Ｎ４０ＧＯ２Ｘ一３１．９３６Ｙ１４．３２０１３４．２９３Ｊ一７．０００　图８仿真轨迹　Ｎ４２Ｇ０３Ｘ－１４．３２０Ｙ３１．９３６Ｉ一１０．４９０Ｊ２８．１０６　Ｆｉｇｕｒｅ　８　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐａｔｌＩ　Ｎ４４Ｇ０２Ｘ一７．ＯｏｏＹ３４．２９３１１４．３２ＯＪ一３１．９３６　Ｎ４６Ｇ０ｌＹ２５．０００　４结论　Ｎ４８Ｇ０３Ｘ７．０００Ｙ２５．０００１７．０００Ｊ一０．０００　刀具半径补偿指令是数控编程中非常重要并且　Ｎ５０Ｇ０　ｌ　Ｙ３４．２９３　应用最广泛的指令，正确应用刀具半径补偿对复杂零　Ｎ５２Ｇ０２Ｘ　１４．３２０Ｙ３　１．９３６Ｉ一７．０００Ｊ一３４．２９３　件加工来说，既可以简化编程计算，又可以保证零件　Ｎ５４Ｇ０３Ｘ３１．９３６Ｙ１４．３２０１２８．１０６Ｊ１０．４９０　精度，同时还可以提高效率，对数控加工具有举足轻　Ｎ５６Ｇ０２Ｘ３４．２９３Ｙ７．０００Ｉ一３　１．９３６Ｊ一１４．３２０　重的作用。　参考文献　［Ｉ］方沂．数控机床编程与操作［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９９．　［２］杨有军．数字控制技术与数控机床［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．　［３］于春生．数控机床编程与应用［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００１．　［４］吴明友．数控铣床培训教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．　［５］沈建峰．数控机床编程与操作数控铣床、加工中心车床分册［Ｍ］．２版．北京：中国劳动社会保障出版社，２００５．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｃｕｔｔｅｒ　Ｒａｄｉｕｓ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎｇｘｉａ　．ＬＩ　Ｑｕａｎｈａｉ０　（１．Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｆｕｓｈｕｎ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ，Ｆｕｓｈｕｎ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１１３００８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０８６６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｃｏｍｍａｎｄｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＣＮＣ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｏ［ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｃａｎ　ｓｉｍｐｌｉｆｙ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐａｒｔｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｐａｒｔ　ａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｏｏｌ　ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃｕｔｔｅｒ　ｒａｄｉｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘａｍｐｌｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｏｏｌ　ｒａｄｉｕｓ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｕｎｄｅｒｃｕｔｔｉｎｇ；ｔｏｏｌ　ｐａｔｈ