数控加工中刀具补偿的应用

1、数控加工中刀具补偿的应用朱卫峰中国长江动力公司（集团）摘要:刀具补偿是数控机床的主要功能之一，他分为:刀具长度补偿、刀 具半径补偿、刀具偏置补偿种。它们基本上能解决加工过程中 根据刀具几何形状尺寸产生零件轮廓轨迹等问题，从而保证加工出符合图纸尺寸要求的零件。关键词：刀具半径补偿，刀具长度补偿，刀具几何补偿，磨损补偿引言:刀具补偿的理论及其实现，在各类数控系统中都已经是比较成熟 的技术。在使用数控机床加工零件的过程中，刀具的运动轨迹不 等同于工件的轮廓。为了保证工件轮廓形状，加工时数控系统必 须根据工件轮廓和刀具的几何形状尺寸计算出刀具中心运动轨 迹。在建立、执行刀补后，数控系统自动计算、自动调

2、整刀位点 到刀具的运动轨迹从而加工出符合图纸尺寸要求的形状。当刀 具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的 数值。刀具补偿使用简单方便，能极大提高编程的工作效率。下面就刀具补偿在一般数控加工中的应用进行探讨 ：一.刀具半径补偿1 .刀具半径补偿的概念A.在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径， 刀具中心的运 动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。 在进行轮廓加工时， 刀具中心偏离零件的实际轮廓表面（图纸中所要加工对象的轮廓） 一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。B.采用刀具半径补偿的作用和意义数控机床一般都具备刀具半径补偿的功能。在加工中，使用数控系统的刀具半径补偿功

3、能，就能避开数控编程过程中的繁琐计算，而只需计算出工件加工轮廓轨迹的起始点坐标值即可。同时，利用刀具半径补偿功能，还可以实现同一程序的粗、精加工以及同一程序的阴阳模具加工等功能。C刀具半径补偿指令的使用方式根据 ISO 标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用 G41 表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为右刀补，用 G42表示；注销刀具半径补 偿时用G40表示。2 刀具半径补偿过程A.刀具半径补偿建立：当输入的程序段包含有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。a.有G41或G42被

4、指定；b. 在补偿平面内有轴的移动；c. 指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但不能是D00；d. 补偿平面被指定或已经被指定；e. G00或G01模式有效。B.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。C取消补偿：使用G40指令取消程序段偏置值，使刀具撤离工件， 回到起始位置，从而使刀具中心与编程轨迹重合。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。3刀具半径补偿在数控加工中的应用有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹

5、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。A.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图1 G18指令的使用内进行补偿。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 1 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。O00011 G90G54G18G1000M;N2 Z0;3 G91G01 G01 F;4 G5 G40G;1 1 I1 1 I22 G90G;N23 X0 Y0M05;N24 M30;B.实现同一程序的粗、精加工：刀具半径

6、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C实现同一程序的阴阳模具加工，例如：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 2。例:考虑刀具半径补偿，编制图a所示零件的 加工程序。要求建立如图所示的工件坐标系，按 箭头所指示的路径进行加工。设加工开始时刀具距离工件上表面50mm,切削深度为2mm。图2内、外两种型面的加工图a刀补指令的应用表8-6解：一个完整的零件程序如表 8-6。刀具半径补偿指令的应用%80

7、31程序名N10 G92 X-10 Y-10 Z50确定对刀点N20 G90 G17在XY平面，绝对坐标编程N30 G42 G00 X4 Y10 D01右刀补，进刀到(4, 10)的位置N40 Z2 M03 S900Z轴进到离表面2mm的位置，主轴正转N50 G01 Z-2 F800进给切削深度N60 X30插补直线A BN70 G03 X40 Y20 I0 J10插补圆弧B-CN80 G02 X30 Y30 I0 J10插补圆弧C- DN90 G01 X10 Y20插补直线Df EN100 Y5插补直线E- (10, 5)N110 G00 Z50 M05返回Z方向的安全高度，主轴停转N120

8、 G40 X-10 Y-10返回到对刀点N130 M02程序结束4使用刀具半径补偿时常见的问题A.在建立、取消刀补时所使用的 G41、G42、G40指令 的程序段中，必须同时使用 G00或G01指令，不能使用 G02或G03指令；B.当刀具半径补彳if取负值时，G41和G42的功能互换;C刀具半径补偿有B功能和C功能两种补偿形式。由于 B功能刀具半径补偿只能根据本段程序进行刀补计算， 在两个程序段之间的刀 具中心轨迹就会出现间断点或交叉点.因此工件尖角处工艺性较差； C功能刀具半径补偿能自动处理，两程序段之间采用直线或圆弧过渡 其刀具中心轨迹的转接，可完全按照工件轮廓进行编程，因此现代CNC数

9、控机床几乎都采用C功能刀具半径补偿。当采用C功能刀具半径补偿时，要求在建立刀具半径补偿程序段的后续两个程序段中，必 须含有指定补偿平面的位移指令（G0R G01, G02、G03等），否则无法建立正确的刀具半径补偿二.刀具长度补偿1.刀具长度在数控加工中是一 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。长度补 偿只是和主运动轴（一般为Z 轴）坐标有关，它不同于 X、Y 平面内的编程零点是由主轴锥 孔定位而不改变，而对于Z坐 标的零点就不一样了。每一把03孔加工刀的长度都是不同的，如图3所示我们要加工两个20mm的孔（用1号刀）和一个1

10、0mm （用2号刀）的孔，分别用一把长度50mm直径20mm的1号刀（基准刀）和长度 100mm直径10mm的2号刀加工。在该工件的加工过程中需要用两把不同的刀具，而此时机床已经设定了工件零点，当换刀加工另一个孔时,如果2号刀也从设定零点开始加工，2号刀因为比1号刀长，所以会导致刀具和工件相撞。此时如果设定刀具补偿，把1号刀 和2号刀的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使是 1 号刀和2号刀长度不同，因补偿的存在，在调用 2号刀工作时，零点Z坐标已经自动向Z+ （或Z-）补彳了 2号刀的长度，保证 了加工零点的正确。具体的加工程序如下：（以主轴轴端作为起刀点，设置 H01= 50mm, H

11、02= 100mm,图 4）N10G92 X0 Y0 Z 0N20G90 G00;N30T01 M06;N40G43 H01;N50G01 Z-53.0 F120N60G04 P200QN70G01 ;N80;N90G01 Z-55.0 F120N100 G04 P2000N110 G49 G00 ;N120 M00;N130 G92 X0 Y0 Z 0N140 G90 G00；N150 T02 M06；N160 G43 H02；N170 G01 Z-70.0 F12；0N180 G04 P2000；N190 G49 G01 ；N200 G00 X0 Y0 Z；0N210 M30；在上述程序中

12、，我们不难发现，在编程中坐标值是完全按工件的轮廓尺寸编写的， 而编程的零点并不是刀位点， 那么为何在加工过程中没有发生撞刀呢这是因为我们使用了刀具长度补偿指令 G43， 执行该指令后会使刀具的位置发生变化， 那么我们应该如何使用这个指令呢2、刀具长度补偿指令的使用技巧刀具长度补偿指令主要针对刀具轴向（ Z 方向）的补偿。它能使刀具在Z 方向上的实际偏移量在程序给定值基础上增加或减少一个偏置量，由G43和G44两个指令实现。G43为刀具长度正补偿，G44 为刀具长度负补偿。A、 正负补偿及偏置量的确定在长度补偿指令中出现了两个指令， 那么在编程过程中应该如何使用这两个指令呢对于正、 负补偿指令，

13、 主要是根据Z 轴的方向确定， 如果刀具的刀位点在编程原点Z 坐标的负方向上，则使用正补偿指令（G43）,反之，则用负补偿指令（G44）。H为 补偿功能代号，它后面的两位数字表示的是刀具补偿寄存器的地 址字，寄存器中存放刀具长度的补偿值，那么补偿值应如何确定 呢一般有两种情况：一是以主轴轴端中心作为起刀点，则以刀具 离轴端伸出的长度作为 H中的偏置量；如果以标准刀的刀位点 作为起刀点，则是以与标准刀的长度差值作为其偏置量。 该值可 以为正，也可以为负。如果刀具刀位点朝Z轴正方向运动是靠近 编程零点位置，则用G43指令，HXX中赋与正值，如果HXX 中赋与负值，就变成了 G43指令的反方向补偿，

14、即相当于指令 G44。为了不混淆G43、G44的用法，我们通常都采用G43指令, 而通过HX X中补偿量的正负设定来达到 G44的使用效果。B、长度补偿指令中刀具的位置变化由于刀具的位置直接影响工件的加工，因此刀具的位置的变 化就显得至关重要，那么在执行长度补偿指令后刀具的位置究竟执行G40后R具位置Z +IS 5执行。43前 刀具位置Jn在理解的过程中总是会出现一些偏差，而且用坐标的会发生怎样的变化呢在教 材的编排中主要是通过公 式的坐标值计算来理解刀 具位置的变化。这一方法计算也相对来说比较的繁琐。如将坐标的变化转化为工件坐标系的变化就直观多了.也就是将工件坐标系和刀具一起沿Z 轴方向移动

15、一个刀具长度补偿值。以G43指令为例，HXX中的补偿值为正则Z轴正方向移动，反之则负方向移动。 我们还是以图 5 中孔的加工来进行说明。 当我们用1号刀加工孔时，教材中的方法是执行G43后，起刀点Z实际值=Z指令值+50= - 53+50= - 3mm,可以看到刀具在Z方向的每一个坐标都要计算之后才能知道刀具刀尖点的正确位置。 在实际中， 我将刀具和工件坐标系一起移动刀具的长度补偿值， 建立新的坐标系XOZ （如图5）,把加工程序中的Z坐标值放在新的工件坐标系XOZ上来处理，这样编程的起刀点就变为了 1号刀的 刀位点，从而，加工出符合要求的零件。综上所述，可以看出：以建立新坐标系的方法来处理刀

16、具长度补偿， 可以简化刀具长度补偿中的繁琐计算， 利用长度补偿指令可以简化编程， 提高工作效率。三 . 刀具偏置补偿1 .刀具偏置补偿的概念刀具偏置补偿分为两类： 一类是刀具几何偏置补偿， 另一类是刀具磨损偏置补偿。A.刀具几何补偿是补偿刀具形状和刀具安装位置与编程时理想刀具或基准刀具的偏移 ,它主要应用于数控车床,车床刀架可装夹多把刀具,利用刀具几何偏置补偿,刀架转位后的刀具的刀尖偏置到与刀架转位前的刀具刀尖所在的位置,达到刀具重合,在工件坐标系中的坐标就不产生改变.B.刀具磨损偏置补偿是当刀具使用磨损后刀具头部与原始尺寸的误差,将磨损量补偿到刀具数据库中,调用刀具号和补偿号时 ,自动进行补

17、偿.2 .刀具偏置补偿的使用刀具偏置通常由T代码指定。在FANUC 0舔统中，T代码指定有两种方式，一种是2 位数指令，另一种是4 位数指令。2 位数指令是指T 地址后面跟两位数字，第一位数字表示刀号，第二位数字表示刀具磨损和刀具几何偏置号，例如， T12表示调用第 1 号刀， 调用第 2 组刀具磨损和刀具几何偏置。 还有一种方法是把几何偏置和磨损偏置分开放置， 用第一位数字表示刀号和刀具几何偏置号， 用第二位数字表示刀具磨损偏置号。 例如， T12 表示调用第1 号刀，调用第 1 组刀具几何偏置，调用第2 组刀具磨损偏置。4 位数指令是指T 地址后面跟四位数字， 前两位数字表示刀号，后两位数

18、字表示刀具磨损和刀具几何偏置号。例如， T0102表示调用第 1 号刀， 调用第 2 组刀具磨损和刀具几何偏置。 同样的， 4 位数指令也可以把几何偏置和磨损偏置分开放置，用前两位数字表示刀号和刀具几何偏置号， 用后两位数字表示刀具磨损偏置号。例如，T0102表示调用第1号刀，调用第1组刀具几何偏置，调用第2 组刀具磨损偏置。偏置号的指定是由指定偏置号的参数设定的。例如，对位数指令而言，当参数5002号第0位LD1设定为1时，用T代码末位指定刀具磨损偏置号； 对于 4 位数指令而言， 当参数 5002号0位LD1设定为0时，用T代码末两位指定刀具磨损偏置号。刀具偏置号有两种意义， 既可用来开始偏置功能， 又可用来指定与该号对应的偏置距离。当刀具偏置号后一位（2 位数指令 ）为 0 时或者最后两位（4 位数指令 ）为 00 时， 则表明取消刀具偏置值。一般情况下，常用 4 位数指令指定刀具