毕业设计论文数控刀具半径补偿的应用与实践.doc

西南科技大学网络教育毕业设计（论文）题目名称：数控刀具半径补偿的应用与实践年 级：07届秋季班 学生学号： 学生姓名： 学生专业： 机电一体化 学生层次: 大专 指导教师： 技术职称： 助理工程师 学习中心名称： 学习中心西南科技大学网络教育学院制西南科技大学网络教育学院毕业设计（论文） 数控刀具半径补偿的应用与实践摘要：在加工过程中，刀具的磨损、实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致以及更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成误差。 为了最大限度的减少因刀具尺寸变化等原因造成的加工误差，数控系统通常都具备有刀具误差补偿功能。通过刀具补偿功能指令，CNC系统可以根据输入补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床自动加工出符合程序要求的零件。关键词：半径补偿；数控装置；加工步骤；Title: CNC tool radius compensation application and practiceAbstract: In the processing process, tool wear, the actual size and programming tool of the tool when the size of inconsistent provisions and the replacement of cutting tools and other reasons, will directly affect the size of the final processing, resulting in error. In order to minimize changes due to the tool causes the size of the processing error, numerical control systems usually have a functional tool error compensation.Compensation through the tool command, CNC system can enter the amount of compensation or the actual size of the tool, so that automatic processing of machine tools in line with the procedural requirements of the partsKeyword: Radius compensation; NC; processing steps;西南科技大学网络教育学院毕业设计（论文） 目 录0 引言11.刀具补偿22、刀具半径补偿的基本概念52.1什么是刀具半径补偿52.2刀具半径功能的主要用途52.3刀具半径补偿的常用方法53、刀具半径补偿的工作原理63.1刀具半径补偿的过程63.2C机能刀具半径补偿的转接形式和过渡方式64.刀具中心轨迹的转接形式和过渡方式列表75刀具中心轨迹的计算86.刀具补偿的实例97 刀尖半径补偿编程原则108、 刀具半径补偿的作用109. 刀具半径补偿量的指定1110.刀具半径补偿的建立与撤消1210.1刀具半径补偿的建立1210.2刀具半径补偿的取消1310.3注意事项1311. 刀具半径补偿的应用1311.1 刀具半径补偿在加工中心中的应用1411.2 使用刀具半径补偿时常见的问题1512. 刀具半径补偿的应用技巧1812.1、圆孔的加工：1812.2、内外壁的加工2012.3、轮廓周边倒圆角的加工2113. 刀具半径补偿常见错误及问题分析2413.1、刀具半径建立指令的正确使用方法2413.2实例分析26结 论28参考文献29致 谢30数控刀具半径补偿的应用与实践0 引言随着数控技术的不断发展，数控机床越来越广泛地被运用到各类机械制造行业。数控机床的运行必须按事先编制好的加工程序运行。因此，程序编制的质量将直接影响到加工零件的质量要求。零件程序的编制，除根据零件图的形状、尺寸、材料及技术要求确定加工工艺过程、工艺参数、切削用量及位移数据外，还应考虑各基点的计算繁易及数控系统的功能，尤其对数控铣床等使用带有半径的刀具的机床，为简化计算，其编程往往要以刀具中心为编程轨迹，但计算各轨迹基点又会带来大量的、复杂的计算过程。为解决这一问题，数控机床大多备有刀具半径补偿功能，以减轻计算难度。1.刀具补偿补偿（偏置）的概念在我们生活中应用很多，例如，汽车驾驶员在驾驶汽车绕过一块石头的时候，他要让汽车靠石头的一边绕过石头，而且他要考虑到汽车是有一定宽度的，所以让汽车中心线远离石头至少半个车宽的距离。在20世纪6070年代的数控加工中没有补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，容易产生错误。补偿的概念出现以后很大地提高了编程的工作效率。 在数控加工中有3种补偿： 刀具长度的补偿； 刀具半径补偿； 夹具补偿。 这三种补偿基本上能解决在加工中因刀具形状而产生的轨迹问题。下面是三种补偿在一般加工编程中的应用。 1.1、刀具长度补偿： 1刀具长度的概念刀具长度是一个很重要的概念。我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和Z坐标有关，它不象X、Y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于Z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为50mm的孔，然后攻丝深为45mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。先用钻头钻孔深50mm，此时机床已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻丝过长，损坏刀具和工件。此时如果设定刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确。 2.刀具长度补偿的工作使用刀具长度补偿是通过执行含有G43（G44）和H指令来实现的，同时我们给出一个Z坐标值，这样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为Z的地方。另外一个指令G49是取消G43（G44）指令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用G43（G44）H指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿。 3.刀具长度补偿的两种方式: (1)用刀具的实际长度作为刀长的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀长作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀长补偿。使用刀具长度作为刀长补偿的理由如下： 首先，使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀长偏置。在这种情况下，可以按照一定的刀具编号规则，给每一把刀具作档案，用一个小标牌写上每把刀具的相关参数，包括刀具的长度、半径等资料，事实上许多大型的机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用这种办法。这对于那些专门设有刀具管理部门的公司来说，就用不着和操作工面对面地告诉刀具的参数了，同时即使因刀库容量原因把刀具取下来等下次重新装上时，只需根据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而不需再进行测量。 其次，使用刀具长度作为刀长补偿，可以让机床一边进行加工运行，一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量，而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间，这样可以充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程Z坐标点时，就是主轴坐标加上（或减去）刀具长度补偿后的Z坐标数值。 （2）利用刀尖在Z方向上与编程零点的距离值（有正负之分）作为补偿值。这种方法适用于机床只有一个人操作而没有足够的时间来利用对刀仪测量刀具的长度时使用。这样做当用一把刀加工另外的工件时就要重新进行刀长补偿的设置。使用这种方法进行刀长补偿时，补偿值就是主轴从机床Z坐标零点移动到工件编程零点时的刀尖移动距离，因此此补偿值总是负值而且很大。 1.2刀具半径补偿： (1).刀具半径补偿的概念正像使用了刀具长度补偿在编程时基本上不用考虑刀具的长度一样，因为有了刀具半径补偿，我们在编程时可以不要考虑太多刀具的直径大小了。刀长补偿对所有的刀具都适用，而刀具半径补偿则一般只用于铣刀类刀具。当铣刀加工工件的外或内轮廓时，就用得上刀具半径补偿，当用端面铣刀加工工件的端面时则只需刀具长度补偿。因为刀具半径补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令，所以在编程中很多人不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它，使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。当编程者准备编一个用铣刀加工一个工件的外形的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径进行细致的计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。此时所用的刀具半径只是这把铣刀的半径值，当辛辛苦苦编完程序后发现这把铣刀不太适合要换用其他直径的刀具，编程员就要不辞辛劳地重新计算刀具中心所走的路线的坐标值。这对于一个简单的工件问题不太大，对于外形复杂的模具来说重新计算简直是太困难了。一个工件的外形加工分粗加工和精加工，这样粗加工程序编好后也就是完成了粗加工。因为经过粗加工，工件外形尺寸发生了变化，接下来又要计算精加工的刀具中心坐标值，工作量就更大了。此时，如果用了刀具半径补偿，这些麻烦都迎刃而解了。我们可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里。临时更换铣刀也好、进行粗精加工也好，我们只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，对程序基本不用作一点修改。 (2).刀具半径补偿的使用刀具半径补偿的使用是通过指令G41、G42来执行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则；G41是左补偿，符合左手定则；G42是右补偿，符合右手定则，如图3所示。图3刀具半径补偿使用的左右手定则在使用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径容易出错，如图4所示。图4刀具半径补偿的起刀位置如果使G42补偿有效的过程为刀具从位置1到2，则铣刀将切出一个斜面如图4中所示的AB斜面。正确的走刀应该是在刀具没有切削工件之前让半径补偿有效，然后进行正常的切削。如图4所示，先让铣刀在从位置1移动到位置3的过程中使补偿有效，然后从位置3切削到位置2继续以下的切削，则不会出现AB斜面。因此，在使用G41、G42进行半径补偿时应采取以下步骤：设置刀具半径补偿值；让刀具移动来使补偿有效（此时不能切削工件）；正确地取消半径补偿（此时也不能切削工件）。记住，在切削完成而刀具补偿结束时，一定要用G40使补偿无效。G40的使用同样遇到和使补偿有效相同的问题，一定要等刀具完全切削完毕并安全地推出工件以后才能执行G40命令来取消补偿。 （3）、夹具偏置补偿正像刀具长度补偿和半径补偿一样让编程者可以不用考虑刀具的长短和大小，夹具偏置可以让编程者不考虑工件夹具的位置而使用夹具偏置。当一台加工中心在加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，编程者不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹具偏置指令G54G59来执行的。还有一种方法就是使用G92指令设定坐标系。当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用G92来重新设定新的工件坐标系。上面是在数控加工中常用的三种补偿，它给我们的编程和加工带来很大的方便，能大大地提高工作效率。在下面我将对数控刀具半径补偿进行分析2、刀具半径补偿的基本概念2.1什么是刀具半径补偿 根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。2.2刀具半径功能的主要用途（1）由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变化时，不必重新编程，只需修改相应的偏置参数即可。（2）加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，而不必为粗、精加工各编制一个程序。2.3刀具半径补偿的常用方法2.3.1刀补特点：刀具中心轨迹的段间都是用圆弧连接过渡。优点：算法简单，实现容易。缺点：（1）外轮廓加工时，由于圆弧连接时，刀具始终在一点切削，外轮廓尖角被加工成小圆角。 （2）内轮廓加工时，必须由编程人员人为的加一个辅助的过渡圆弧，且必须保证过渡圆弧的半径大于刀具半径。这样：一是增加编程工作难度；二是稍有疏忽，过渡圆弧半径小于刀具半径时，会因刀具干涉而产生过切，使加工零件报废。2.3.2刀补特点：刀具中心轨迹段间采用直线连接过渡。直接实时自动计算刀具中心轨迹的转接交点。优点：尖角工艺性好；在加工内轮廓时，可实现过切自动预报。两种刀补在处理方法上的区别：B刀补采用读一段，算一段，走一段的处理方法。故无法预计刀具半径造成的下一段轨迹对本段轨迹的影响。C刀补采用一次对两段进行处理的方法。先处理本段，再根据下一段来确定刀具中心轨迹的段间过渡状态，从而完成本段刀补运算处理。3、刀具半径补偿的工作原理3.1刀具半径补偿的过程刀具半径补偿的过程分三步。3.1.1刀补建立 刀具从起点接近工件，在编程轨迹基础上，刀具中心向左（G41）或向右（G42）偏离一个偏置量的距离。不能进行零件的加工。如图1所示。3.1.2刀补进行 刀具中心轨迹与编程轨迹始终偏离一个偏置量的距离。3.1.3刀补撤消 刀具撤离工件，使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点（如起刀点）重合。不能进行加工。3.2C机能刀具半径补偿的转接形式和过渡方式3.2.1转接形式随着前后两段编程轨迹线形的不同，相应的刀具中心轨迹有不同的转接形式。CNC系统都有直线和圆弧插补功能，对这两种线形组成的编程轨迹，有四种转接形式：（1）直线有直线转接；（2）直线与圆弧转接；（3）圆弧与直线转接；（4）圆弧与圆弧转接。3.2.2过渡方式图1 矢量夹角：两编程轨迹在交点处非加工侧的夹角。如图1所示。 根据矢量夹角和刀补方向（G41/G42），从一编程段到另一编程段的连接方式（过渡方式）有三种：缩短型： 1800伸长型： 9001800 插入型： 009004.刀具中心轨迹的转接形式和过渡方式列表表1、表2给出了四种转接形式的三种过渡方式在插补过程（三步）中的刀具中心轨迹的列表。表中，实线-编程轨迹，虚线-刀具中心轨迹，箭头-走刀方向，-矢量夹角，r刀具中心偏置量。对刀补建立程序段：当本段编程轨迹与下段编程轨迹为非缩短型时，刀具中心将从起刀点快速走到本段编程轨迹终点处的刀具半径矢量的顶点；当为缩短型时，刀具中心将从起刀点快速走到下段编程轨迹起点处的刀具半径矢量的顶点。对刀补撤消程序段：当本段编程轨迹与下段编程轨迹为非缩短型时，刀具中心将从撤消段编程轨迹起点处的刀具半径矢量的顶点走到编程终点；当为缩短型时，刀具中心将从上段编程轨迹终点处刀具半径矢量的顶点快速走到编程轨迹终点。5刀具中心轨迹的计算计算依据：编程轨迹和刀具中心偏置量。图2计算任务：计算出刀具中心轨迹各组成线段的各交点的值，如图2，即计算J，K，C，C点的坐标值。计算的已知量：刀具半径矢量（），编程矢量（），矢量夹角。计算方法：J点和K点可根据刀具半径矢量的模量和方向（垂直于编程矢量）计算。 C点和C点的坐标可有已知矢量的几何关系计算。6.刀具补偿的实例图3 下面说明刀具半径补偿的工作过程。如图3。（1）读入OA，判断是刀补建立。（2）读入AB，根据矢量夹角小于90过渡方式为插入型。则计算a，b，c的坐标值，输出线段Oa、ab、bc，作为刀心轨迹，进行插补。（3）读入BC，根据矢量夹角小于90过渡方式为插入型。则计算d、e的坐标值，输出线段cd、de，作为刀心轨迹，进行插补。（4）读入CD，根据矢量夹角大于180过渡方式为缩短型。则计算f的坐标值，输出线段ef，作为刀心轨迹，进行插补。（5）读入DE，判断是刀补撤消，根据矢量夹角大于90而小于180，过渡方式为伸长型。则计算g、h的坐标值，输出线段fg、gh、hE，作为刀心轨迹，进行插补。7 刀尖半径补偿编程原则1、将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处，偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。 .2为了激活刀尖半径补偿，再一个或两个坐标轴都处于非切削状态的直线运动段中编入G41或G42，至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。 3，进入和退出工件切削时必须垂直于工件表面。 4刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用：G32、G34、G71、G72、G73、G74、G75、G76、G92。 5，若在G90、G94固定循环中使用刀尖半径补偿，刀尖半径补偿必须先于G90、G94指令激活。 6，若在G70精加工循环中使用刀尖半径补偿、刀尖半径补偿必须先于G70指令的执行、再定位到起始点处先激活。 7、在刀具坐标轴运动离开工件时，刀尖参考点离开工件至少三倍于刀尖圆角直径值。8、 刀具半径补偿的作用在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径（如铣刀半径或线切割机的钼 丝半径），刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轨迹，也就是说，数控机床进行轮廓加工时必考虑刀具半径。现以铣床为例（见图2-41），若要用半径为r的刀具加工外形轮廓为A的工件，那么刀具中心必须沿着与轮廓A偏离r距离的轨迹B移动，即铣削时刀具中心轨迹和工件的廓形是不一致的。我们可以根据轮廓A的坐标参数和刀具半径r的值计算出轨迹B的坐标参数，再编制成程序进行加工，但这很不方便。因为当材料、工艺变化或刀具磨损须要更换刀具时，须要重新制作程序。如果不考虑刀具半径，直接按照工件的廓形编程是比较方便的，但是这时刀具中心是按工件廓形运动，加工出来的零件比图纸要求缩小了。为了既能使编程方便，又能使刀具中心沿轨迹运动，加工出合格的零件来，就需要有刀具半径补偿（或称刀具偏移计算，简称刀偏）功能。须要指出的是，刀具半径补偿通常不是程序编制人员完成的，程序编制人员只是按零件的加工轮廓编制程序。同时用指令G41，G42，G40告诉CNC系统刀具是沿零件内轮廓运动还是沿外轮廓运动。实际的刀具半径补偿是在CNC系统内部由计算机自动完成的。CNC系统根据零件轮廓尺寸（直线或圆弧以及其起点和终点）和刀具运动的方向指令（G41，G42，G40），以及实际加工中所用的刀具半径值自动地完成刀具半径补偿计算。根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓）前进方向右边时称为右刀具补偿，简称右刀补，用G42表示；反之，则称为左刀补，用G41表示；当不须要进行刀具半径补偿时用G40表示。在实际轮廓加工过程中，刀具半径补偿执行过程一般可分为三步：（1）刀具补偿建立。（2） 刀具补偿进行。（3） 刀具补偿撤消。9. 刀具半径补偿量的指定数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程。因此，这种编程方法也称为对零件的编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中。在加工过程中，数控系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值或者选用存放在另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。 现代数控系统一般都设置有若干个可编程刀具半径偏置寄存器，并对其进行编号，专供刀具补偿之用，可将刀具补偿参数(刀具长度、刀具半径等)存入这些寄存器中。在进行数控编程时，只需调用所需刀具半径补偿参数所对应的寄存器编号即可。实际加工时，数控系统将该编号对应的刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹。 在进行数控加工前，必须预先设置好刀具半径补偿量。刀具半径经补偿量的指定，通常由有关代码指定刀具补偿号，并在代码补偿号中输入刀具半径补偿量，刀具补偿号必须与刀具编号相对应。在加工中，如果没有更换刀具，则该刀具号的补偿量一直有效。 对于刀具半径补偿量的确定，如果是标准刀具第一次使用，可以采用刀具厂家提供的有关参数来确定，如果是已使用过或重磨过的刀具，则应根据实测数据来确定。a)刀具半径右补偿 b)刀具半径左补偿 图2 刀具半径补偿10.刀具半径补偿的建立与撤消数控铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿和刀具半径右补偿，分别用G41 和G42定义。根据ISO 标准，沿刀具前进方向当刀具中心轨迹位于零件轮廓右边时，称为刀具半径右补偿，如图2a 所示。反之称为刀具半径左补偿，如图2b 所示。当不需要进行刀具半径补偿时，则用G40 取消刀具半径补偿。 10.1刀具半径补偿的建立 刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点(起刀点位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓切入点较近)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，如图3 所示。图3 建立刀具半径补偿在图3 中，建立刀具半径左补偿的有关指令如下： N10 G90 G92 X-10. Y-10. Z0；定义程序原点，起刀点坐标为(-10，-10，0)。 N20 S900 M03；启动主轴。 N30 G17 G01 G41 X0 Y0 D01；建立刀具半径左补偿，刀具半径偏置寄存号D01。 N40 Y50. ；定义首段零件轮廓。 其中，D01 为调用D01 号刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径值。 建立刀具半径右补偿的有关指令如下： N30 G17 G01 G42 X0 Y0 D01；建立刀具半径右补偿。10.2刀具半径补偿的取消 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，回到退刀点，在这个过程中应取消刀具半径补偿，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。在图3中假如退刀点与起刀点相同的话，其刀具半径补偿取消过程的命令如下： N100 G01X0Y0；加工到工件原点。 N110 G01G40X-10Y-10；取消刀具半径补偿，退回到退刀点。10.3注意事项 1.G41、G42 为模态指令； 2.G41(或G42)必须与G40 成对使用； 3.编入G41(或G42)、G40 程序段，用G01(G40 程序段亦可用G00，但一般用G01)功能及对应坐标参数； 4.G41(或G42)与G40 之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。11. 刀具半径补偿的应用1)刀具半径补偿建立：当输入BS缓冲器的程序段包含有G41/G42命令时，系统认为此时已进入刀补建立状态。当以下条件成立时，加工中心以移动坐标轴的形式开始补偿动作。有G41或G42被指定；在补偿平面内有轴的移动；指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但不能是D00；偏置(补偿)平面被指定或已经被指定；G00或G01模式有效。2)补偿模式：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。此时半径补偿在G00、G01、G02、G03情况下均有效。3)取消补偿：使用G40指令消去程序段偏置值，使刀具撤离工件，回到起始位置，从而使刀具中心与偏程轨迹重合。当以下两种情况之一发生时加工中心补偿模式被取消。给出G40同时要有补偿平面内坐标轴移动。刀具补偿号为D00。11.1 刀具半径补偿在加工中心中的应用有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹的人工计算外，还可利用同一加工程序去完成粗、精加工及阴阳模具加工等。图2 G18指令的使用1)不同平面内的半径补偿刀具半径补偿用G17、G18、G19命令在被选择的工作平面内进行补偿。即当G18命令执行后，刀具半径补偿仅影响X、Z移动，而对Y轴没有作用。铣削如图2所示圆柱面，使用刀具是半径为10mm的球形立铣刀。编程控制点有两个，即刀尖、球心，这里使用球心。O0001N1 G9054G18G00X60.0Y0S1000M03;N2 Z0;N3 G91G01 G41X-20.0D01 F100;N4 G02X-80.0I40.0;N5 G40GG0lX20.0;N22vG90G00Z100.0;N23vX0 Y0M05;N24 M30;2)实现同一程序的粗、精加工：刀具半径补偿除方便编程外，还可改变补偿大小的方法以用实现同一程序的粗精加工。粗加工刀具补偿量刀具半径+精加工余量，精加工刀具补偿量刀具半径+修正量3)实现同一程序的阴阳模具加工图3 内、外两种型面的加工在加工同一公称尺寸的内、外两种型面时，可分别调用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互换)完成内、外两种型面的加工。如图3。11.2 使用刀具半径补偿时常见的问题1)半径补偿时的过切问题无被选择的工作平面内的移动指令：当刀具半径补偿指令发出时，第一段程序先被读入BS，在BS中算得的第一段编程轨迹被送到CS暂存后，又将第二段程序读入BS，算出第二段的编程轨迹。接着对第一和第二两段的编程轨迹的连接方式进行判别。根据判别结果，再对CS中的第一段编程轨迹作相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段编程轨迹由CS 送AS第二段编程轨迹由BS送入CS。随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送伺服装置予以执行。如接下的两个程序段在被选择的工作平面内无移动指令，机床无法判断刀具半径补偿的方向，此时机床不发出报警信号，补偿继续进行，只是补偿的起始点发生变化，从而导致工件发生过切现象。例，如图4。图4 半径补偿中的过切现象O0002N1 G90G54G17 G00X0Y0S2000M03N2 Z100.0N3 G41 X40.0Y10.0D01N4 Z2.0 连续两句Z 轴移动N5 G01Z-10.0F100 而没有XY 轴移动N6Y100.0N7X100.0N8Y40.0N9X20.0N10G00Z100.0N11G40X0Y0M05N12M30刀具补偿值大于被加工部分内圆弧半径：当零件上的圆弧半径小于刀具半径补偿值时，向圆弧、圆心方向的半径补偿将会导致过切，这时程序运行到该程序段时，机床将发出报警并停止在将要过切程序段的起始点上，如图5所示。图5 不停机导致过切图6 不停机导致过切被铣削部分的槽底宽小于刀具直径：当刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。此时机床将会报警并停留在该程序段的起始点，如图6 所示。2)G40 执行前改变补偿号刀具半径补偿号要在刀具补偿取消后才能改变，如果在G40下变换补偿号，当前程序段的目的点的补偿量将按照新的给定值，而当前程序段开始点补偿量则不变，从而可能导致欠切削或过切。3)在G02、G03模式下取消刀具补偿刀具补偿必须在G00、G01模式下取消在G02、G03模式下取消刀具补偿时，系统将发出报警。4)M96模式与M97模式在圆角过渡模式M96下，用G41或G42进行刀具半径补偿时，如果相邻程序轨迹交角为180或更大，刀具将以圆弧插补方式绕着交点回转。相反在交角过渡模式M97下，刀具中心将运动至二相邻刀心轨迹的点而不是进行圆弧插补。当加工零件上的阶台高度比刀具半径小时，用M96模式将会引起过切，如用M97模式则可以顺利通过，如图7 所示。图712. 刀具半径补偿的应用技巧12.1、圆孔的加工：如图1（下页）所示，对于此类的圆孔，孔径尺寸不大不小（一般指2040）、孔深不是太深（一般不超过20mm）、精度要求也不是太高（一般指IT7级）。在数控铣床上可直接用一把立铣刀完成。工艺及编程分析：1、刀具的选择：对于此类的圆孔，工件材料若为45#钢调质处理，可选一把硬质合金立铣刀，刀具的直径要根据孔的直径来确定。刀具直径太小，那么刀具走一整圆下来可能中间还有一定的残料铣不到，刀具直径太大，可能刀具在这个小范围内连刀补都建不起来。假定孔径为D、刀具直径为d、它们之间的关系应是： D/3 d D/2分析计算后发现可以在12和14中选一种，刀具直径越大、铣削效率当然就越高，所以最终确定选14的三刃立铣刀。2、由于数控铣床良好的机械性能，特别是滚珠丝杆采用双螺母调隙，不存在反向窜刀的现象，从提高刀具耐用度和降低加工表面粗糙度的角度考虑，一般优先采用顺铣。按传统的铣削工艺，加工内腔需先钻一个工艺孔、再扩孔，那么，钻孔、换刀、建坐标系（主要是Z轴长度设定）、编程等会浪费一定的时间，我们可以以“少吃走快”的方法，即每次慢下刀0.5mm左右、主轴转速尽量高、走刀速度尽量快 (此时的切削要素主要由刀具性能决定)，这样以来刀具主要是受高转速下的离心力，切削力的影响已经不大。而且加工的铁屑均为颗粒状，加上冷却液的冲刷可以带走大量的切削热、降低切削温度。该方法下切削加工的时间并没有增加、反而省去了大部分的辅助工作时间。3、编程路径的确定： 注意一定要采用圆弧过度的切向切入和切出法，过度圆弧的半径r必须大于刀具的半径、且小于圆孔的半径，否则刀具路径就不是我们想要的那样。选择r=8mm，刀具实际的中心轨迹4、粗精加工的安排和程序处理：把刀具路径编在一个子程序里、每次慢下刀0.5mm、子程序连续调用24次、刀补值设定为7.2、即可完成粗加工；精加工只需调用一次子程序、一次下刀到孔底、走刀量减小5倍、刀补值设定为理论值、其它不变、即可完成精加工。5、参考加工程序：（注：按华中世纪星系统编程，切削参数仅供参考）粗加工程序：%0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐标系，程序初始化N2M03 S2500主轴正转，转速2500r/minN3G00 X0 Y0 Z10 M07快速定位，打开切削液N4G01 Z0 F300定位到切削起点N5M98 P1000 L24调用24次子程序N6G01 Z10 F300加工完成抬刀N7G00 Z100 M09抬刀至安全位置，关闭切削液N8M30主程序完并复位N9%1000子程序名N10G91 G01 Z-0.5 F50增量慢下刀0.5mmN11G90 G01 G41 X8 Y-8 D01 F1000绝对编程，建立左刀补（刀补值7.2mm）N12G03 X16 Y0 R8圆弧过度切向切入N13I-16 J0铣削整圆N14X8 Y8 R8圆弧过度切向切出N15G01 G40 X0 Y0取消刀补，回到下刀起点N16M99子程序完（精加工时只需将N5中“L24”删掉，N10中改为“Z-12”,刀补值改成理论值即可）。由此例可见，通过巧妙应用刀具半径补偿、选择合理的刀具、制定最优化的刀具路径和新工艺“少吃走快”的大胆应用，就能快速、高效、准确地加工出类似的孔类零件。12.2、内外壁的加工 要在一个平面上铣出一条封闭的沟槽，槽宽有精度要求。在数控铣床上也可用一把立铣刀完成。通过图形和工艺分析应选一把12硬质合金三刃立铣刀，加工思路也应该是“少吃走快”。现在关键的问题是图素较复杂，各节点计算难度大。按常规的编程思路就要把内外壁轮廓上各点坐标先计算出来，再把加工内壁编写一个程序、加工外壁编写一个程序，然后分别加工。显而易见，在竞赛类的场合或急需时这种方法非常浪费时间。能不能通过巧妙地应用刀具半径补偿，使工作量大减、节约时间，又能合理地加工出类似的合格工件呢？我们只需按尺寸标注计算出图4中所示内壁上A、B、C、D、E、F、G、H各点坐标值（其实只有B、C、F、G四点中任意一点需计算），确定下刀点为O点，按图4所示轨迹建立刀补编写一个程序即可。当加工内壁时，把刀补值设为刀具的实际半径，此时走出的轮廓；加工外壁时，刀补值设为（槽宽刀具半径），此时走出的轮廓采用此方法加工内外壁的特点就是只需编写一个程序，通过不断修改刀补值来完成内外壁的粗精加工。需要注意的是精加工内壁时采用的是顺铣，精加工外壁时采用的是逆铣，所以加工过程中还需要合理调整切削加工参数，以获得最好的加工效果。参考加工程序：（注：按华中世纪星系统编程，切削参数仅供参考）粗加工程序：%0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐标系，程序初始化N2M03 S3000主轴正转，转速3000r/minN3G00 X-47.5 Y0 Z10 M07快速定位，打开切削液N4G01 Z0 F300定位到切削起点N5M98 P1000 L10调用10次子程序N6G01 Z10 F300加工完成抬刀N7G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至安全位置，关闭切削液N8M30主程序完并复位N9%1000子程序名N10G91 G01 Z-0.5 F50增量慢下刀0.5mmN11G90 G01 G41 X-40 Y10 D01 F1000绝对编程，建立左刀补N12G02 X-24 Y18 R10AB圆弧进给N13G03 X24 R40BC圆弧进给N14G02 X40 Y10 R10CD圆弧进给N15G01 Y-10DE直线进给N16G02 X24 Y-18 R10EF圆弧进给N17G03 X-24 R40FG圆弧进给N18G02 X-40 Y-10 R10GH圆弧进给N19G01 Y10HA直线进给N20G01 G40 X-47.5 Y0取消刀补，回到下刀起点N21M99子程序完（需要注意的是粗加工内外壁设置刀补值要把精加工余量考虑进去，而且内壁是在刀补值上加上余量、外壁是在刀补值上减去余量，想想为什么？）类似这种内外壁加工、薄壁加工、阴阳模加工等，都是根据图纸尺寸标注只计算一条轮廓上的节点，巧妙设置下刀起点，正确加入刀补指令，合理设置刀补值及切削参数来完成工件的加工。12.3、轮廓周边倒圆角的加工提起轮廓周边倒圆角的加工大家可能感到疑惑，这跟刀具半径补偿的应用有关系吗？轮廓周边倒圆角那属于曲面加工，应该用CAM软件自动生成加工程序，这样既方便又准确。当然笔者不否认CAM软件的强大功能。当你看了下面这个用设置刀具半径补偿手工编写宏程序在轮廓周边倒圆角的例子之后，一定颇有感慨。如图6所示，两圆两边用直线相切连接形成一个封闭轮廓，要在此轮廓周边倒半径为6mm的圆角。这种轮廓若用CAM软件自动生成加工程序，需要把三维图形画出来，按照曲面加工的思路来进行。用过CAM软件的人就应该知道，如果真的是非常复杂的曲面用手工编程无法完成的情况下，那当然没有选择。CAM软件生成的曲面加工程序往往要走上好几个小时（甚至数十个小时），所以像图6这样的例子我们就千万不要选择CAM软件加工。手工编程、建立刀补、编写宏程序，是最佳思路。我们只需要计算出图7所示A、B、C、D、E几个节点坐标， 分两步走。 第一步：选择一把稍大一点的硬质合金三刃立铣刀，按图7所示选择一个下刀点，建立刀补编写轮廓二维加工程序。注意粗精加工的切削参数选用和刀补值的设置。以最快最准的速度加 工出二维轮廓。可见只要刀具性能好，此道工序用不了多长时间。第二步：加工周边圆角。曲面加工，选择球头铣刀要比平底立铣刀好的多。编辑宏程序的思路是先选择一个合适的剖切平面，在平面上做数学模型分析，推导出相关参数的计算程式，再结合空间几何概念，建立循环语句。通过该例分析，我们还是按轮廓建立刀补编程，根据每一层面上刀补的偏置值不同，循序渐进，一层一层把圆角铣出来。 我们选择8硬质合金球头铣刀（当然不一定要选8，根据实际情况选择，不同规格刀具导致某些参数不同），很明显，在铣削的第一层上，刀位点在工件坐标系下的Z轴高度是6，按照图形轮廓，此时的刀补值为4（即刀具半径值）；在铣削的最后一层上，刀位点在工件坐标系下的Z轴高度是4，按照图形轮廓，此时的刀位点向轮廓里面偏置了一个圆角半径量（即刀补值为6）。我们把第一层到最后一层看成一个从0到90的圆弧，刀位点在任意一点上对应的角度为1，那么，对应的1角度下的当前Z轴高度4和当前刀补值101就可以通过函数关系式表达出来。祥见参考加工程序：（注：按华中世纪星系统编程，切削参数仅供参考）加工程序：%0001程序名N1G54 G90 G40 G17 G94 建立工件坐标系，程序初始化N2M03 S3000主轴正转，转速3000r/minN3G00 X-35 Y-20 Z10 M07快速定位，打开切削液N4G01 Z-6 F300定位到切削起点N5#1=0设置初始角度N6#2=90PI/180设置终止角度N7#3=2PI/180设置每层步距角度N8WHILE #1 LE #2循环判别N9#4=10SIN#1-6计算Z轴当前高度N10#101=10COS#1-6计算当前刀具半径补偿值N11G01 Z#4 F300Z轴抬刀N12G01 G41 X-30 Y0 D#101 F1500加入刀补OA直线进给N13G02 X6 Y29.4 R30AB圆弧进给N14G01 X54 Y9.6 BC直线进给N15G02 Y-9.6 R20CD圆弧进给N16G01 X6 Y-29.4DE直线进给N17G02 X-30 Y0 R30EA圆弧进给N18G01 G40 X-35 Y-20AO返回起点并取消刀补N19#1=#1+#3当前角度位置增量步进N20ENDW返回循环，继续判别N21G01 Z10 F300循环完毕，Z轴抬刀N22G00 X0 Y0 Z100 M09抬刀至安全位置，关闭切削液N23M30程序完并复位（宏程序的应用其实就是数学知识的应用，大家能分析各种图形的数学模型就能毫不费力地编写出宏程序。）我们通常理解的刀具半径补偿是在数控系统的刀具参数寄存器中设置一个常量。此例就打破了传统的思维，原来刀补也可以设置成变量，用来加工一些典型曲面。就此例而言，用该程序加工周边圆角只需十多分钟（已通过实验证明），而且程序相当简洁。跟CAM软件编程加工相比，只要编程熟练，所有的工作时间加起来也要比CAM加工快得多。其实不单单只是此例，任意图形周边倒圆角、倒方角、倒任意斜角、铣曲面等等，都可以应用刀补设变量的方法编写宏程序进行加工。这三个例子很简单，但是都比较典型。说明了数控铣削加工中刀具半径补偿应用的三种思想。刀具半径补偿的应用远远不止这些，还有待于我们继续探讨。由于笔者水平有限，可能会有很多错误或不成熟的思想，希望大家批评指正。13. 刀具半径补偿常见错误及问题分析13.1、刀具半径建立指令的正确使用方法建立刀具补偿指令用G41或G42，取消刀具补偿指令用G40格式为：G01 G41（G42）G17（G18，G19）X Y D ， G01 G40 X Y 其中G41为左刀补，在加工外轮廓时为顺时针加工，加工内轮廓时为逆时针加工；G42为右刀补，在加工外轮廓时为逆时针加工，加工内轮廓时为顺时针加工。首先应指明补偿平面，数控系统一般默认为G17，可省略，若要在yoz，xoz平面进行补偿时需指明，不可省略，而且刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行。刀具半径补偿的建立与取消只能用G00或G01,而不能用G02或G03。如图1所示的切削外轮廓，如采用下面程序则会报警。图1 错误刀补%1234N10 G54 G90 G00 X20 Y0 T01 S800 M03N20 G41 G03 X20 Y20 R10 D01 F200N30 G02 X20 Y60 R20 N40 G01 X50 Y60 N50 G02 X50 Y20 R20N60 G03 X50 Y0 R10N70 G40 G00 X0 Y0 M05N8