第二章 数控加工编程基础31

黑龙江大学机电工程学院刘国华数控技术第三节常用准备功能指令编程方法刀具补偿基本概念

刀具补偿分类及应用三.刀具补偿指令为什么要补偿？怎样补偿?车削刀具补偿铣削刀具补偿第三节常用准备功能指令编程方法刀具补偿提出实际加工过程中，刀具尺寸、形式的多样性使刀具运动轨迹与零件轮廓不一致，由此给加工程序编制带来诸多不便。使刀具的刀位点正确运动有两种方式：加工前计算出刀位点轨迹，后编程加工；按零件轮廓的坐标数据编程，由系统根据工件轮廓和刀具尺寸自动计算出刀具中心轨迹。第三节常用准备功能指令编程方法刀具补偿功能：数控系统根据工件轮廓和刀具形状、尺寸自动计算出刀具中心轨迹，在加工曲线轮廓时，根据实际加工情况，首先获取刀具等相关数据信息，且只按被加工工件的轮廓曲线编程，同时在程序中给出刀具尺寸的补偿指令，就可加工出具有轮廓曲线的零件，使编程工作大大简化。第三节常用准备功能指令编程方法1.车削刀具补偿功能

2.铣削刀具补偿功能

（1）几何尺寸与磨损补偿（2）刀尖半径补偿（1）刀具半径补偿（2）刀具长度补偿刀具补偿分类第三节常用准备功能指令编程方法（一）车削刀具补偿1.车削刀具补偿概念在数控车削编程中，刀尖的位置是假想位于刀架的中心点上，而实际所采用的刀具是各种各样的，各种刀具在形状尺寸和使用状况上也存在较大的差异，在进行数控车削加工时必须对这种差异进行补偿，才能加工出正确的零件形状，在数控编程中将这种补偿称为刀具补偿。第三节常用准备功能指令编程方法（一）车削刀具补偿数控车床主要加工轴类、盘类等回转体零件，它能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面或非圆弧曲线轮廓面、端面和螺纹等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔等加工。此外，数控车削中心还可以在一次装夹中完成更多的加工工序，包括钻、铣、攻螺纹等。数控车床上的各种加工方法第三节常用准备功能指令编程方法

刀具几何尺寸补偿用于补偿刀具形状或刀具附件位置上的差异；刀具磨损补偿用于补偿刀尖的磨损。

在实际刀具所在位置安装一把标准刀具，几何补偿值是以刀架中心点A作为编程点，标准刀具刀尖相对刀架中心的偏移量。所谓磨损补偿值是标准刀具刀尖相对于磨损后的刀具刀尖的偏移量。1.刀具几何尺寸补偿与磨损补偿A标准刀具实际刀具Z轴磨损补偿值Z轴几何补偿值X轴磨损补偿值X轴几何补偿值车刀刀具补偿第三节常用准备功能指令编程方法以上两种补偿可以分别设置。当不需要区分这两种补偿时，可以将这两种补偿值的和设置为刀尖位置补偿，如图所示。

AZ轴补偿值X轴补偿值实际刀具车刀刀具补偿第三节常用准备功能指令编程方法由于存在两种形式的偏移量，所以车刀刀具补偿使用有两种方法，一种是将几何补偿值和磨损补偿值分别设定存储单元存放补偿值。另一种是将几何偏移量和磨损偏移量合起来补偿。刀具的补偿功能由T代码指定，其后的4位数字分别表示选择的刀具号和刀具偏置补偿号。T代码的说明如下：刀具补偿号刀具号T××××第三节常用准备功能指令编程方法如图所示，图中的实线是刀架中心A点的编程轨迹线，虚线是执行位置补偿时A点的实际轨迹线，其程序为：．．．G00X50Z100T0101；//调用刀具补偿，后移到目标点G01Z300；G00X150Z400T0100；//先取消刀补，后移到目标点．．．第三节常用准备功能指令编程方法刀具补偿注意事项先执行刀具补偿代码（T代码），后执行刀具移动指令。刀具补偿建立程序段内必须有G00或G01功能才有效，而且偏移量补偿必须在一个程序的执行过程中完成，该过程不能省略。取消刀具补偿程序段内必须有G00或G01功能才有效，而且取消偏移量补偿必须在一个程序的执行过程中完成，这个过程也不能省略。在调用刀具时，必须在取消刀具补偿状态下调用。第三节常用准备功能指令编程方法因为车刀的刀尖由于磨损等原因总有一个小圆弧(车刀不可能是绝对的尖)，或采用成型圆头车刀，而在编程时其计算点是根据理论刀尖(假想刀尖)P来计算的，如图所示。2.刀具刀尖半径补偿刀具刀尖圆弧半径与假想刀尖第三节常用准备功能指令编程方法假想刀尖与刀尖半径数控编程通常都假设车刀尖作为一个点（称为假想刀尖点），并以此假想刀尖点切削工件。但实际上，假想刀尖点是不存在的。CNC车床皆使用粉末冶金制作的刀片，其刀尖是一圆弧形，常用的车刀片刀尖圆弧半径R有0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm等多种。第三节常用准备功能指令编程方法在车削加工时，实际起作用的切削刃是圆弧的各切点，这样在加工圆锥面和圆弧面时，就会产生加工表面的形状误差，如图所示。刀具刀尖圆弧半径有补偿和无补偿时的轨迹编程轨迹实际轨迹误差按假想刀尖编出的程序，进行外圆、内孔等与X、Z轴平行的表面加工时，是不会产生误差的，但在进行倒角、锥面和圆弧切削时会产生少切或过切的现象。第三节常用准备功能指令编程方法

在实际刀具上有两个点可用作为数控编程的起点，即刀尖半径中心和假想刀尖。在实际数控车削编程中，可将刀架中心设置在起始点，从该点到刀尖中心或假想刀尖的距离设置为刀补值，如图所示。（Z轴刀具补偿）（X轴刀具补偿）刀架中心（Z轴刀具补偿）（X轴刀具补偿）刀架中心a)刀尖中心编程b)假想刀尖编程第三节常用准备功能指令编程方法假想刀尖A的方位有8种，分别用1～8八个数字代码表示。同时规定，当刀尖中心与起始点一致时，假想刀尖编号为0或9。假想刀尖方向是指假想刀尖点与刀尖圆弧中心点的相对位置关系。0与9的假想刀尖点与刀尖圆弧中心点重叠。第三节常用准备功能指令编程方法数控程序一般是针对刀具上的某一点即刀位点，按工件轮廓尺寸编制的。车刀的刀位点一般为理想状态下的假想刀尖A点或刀尖圆弧圆心O点。但实际加工中的车刀由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一理想点，而是一段圆弧。这种由于刀尖不是一理想点而是一段圆弧造成的加工误差，可用刀尖圆弧半径补偿功能来消除。第三节常用准备功能指令编程方法刀尖半径补偿指令刀尖圆弧半径补偿是通过G41、G42、G40指令及T代码指定的刀尖圆弧半径补偿号来加入或取消刀尖圆弧半径补偿的。格式：

X__Z__；G41为左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)，G42为右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)。G40指令为取消刀具半径补偿。X、Z为G00/G01的参数，即刀补建立或取消的终点坐标。G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。第三节常用准备功能指令编程方法第三节常用准备功能指令编程方法使用刀具半径补偿指令时应注意：G41/G42不带参数，其补偿号(代表所用刀具对应的刀尖半径补偿值)由T代码指定。T代码的格式为T××00～T××99，其中××为刀具编号，00～99为刀尖圆弧半径补偿寄存器，在寄存器存有车刀圆弧半径补偿值及刀尖的方向号。第三节常用准备功能指令编程方法刀具补偿参数设定第三节常用准备功能指令编程方法使用圆弧半径补偿时，刀具自动补偿过程的轨迹如图所示。由G40程序段变更为G41或G42程序段，称起始程序段。从图中可以看出，在起始程序段中，刀具在移动过程中逐渐加上补偿值。

刀具工件终点G40编程轨迹第三节常用准备功能指令编程方法若需要取消G41或G42功能时，可以在加工程序段后面加G40程序段即可实现。下图是执行G40程序段取消刀具半径补偿起始的过程。第三节常用准备功能指令编程方法刀补的加载和卸载第三节常用准备功能指令编程方法O345N1T0101;（换1号刀，确定其坐标系）N2M03S400;（主轴以400r/min正转）N3G00X40Z5;（到程序起点位置）N4G00X0;（刀具移到工件中心）N5G01G42Z0F60;（加入刀尖圆弧半径补偿，工进接触工件）N6G03U24W-24R15;（加工R15圆弧段）N7G02X26Z-31R5;（加工R5圆弧段）N8G01Z-40;（加工Φ26外圆）N9G00X30;（退出已加工表面）N10G40X40Z5;（取消半径补偿，返回程序起点位置）N11M30;（主轴停、主程序结束并复位）+X第三节常用准备功能指令编程方法（二）铣削刀具补偿功能

数控铣床和加工中心的刀具补偿功能主要有刀具半径补偿和长度补偿二类。第三节常用准备功能指令编程方法在数控铣床进行轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心(刀心)轨迹和工件轮廓不重合，如图所示。如果数控机床不具备刀具半径补偿功能，编程前就需要根据工件轮廓及刀具半径值来计算刀具中心的轨迹。计算刀具中心轨迹有时非常复杂，工作量也很大。如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程，那编程将得到简化。1.刀具半径补偿第三节常用准备功能指令编程方法所谓刀具半径补偿，就是使用半径为R的立铣刀加工工件轮廓曲线时，刀具在移动加工过程中，刀具的中心与被加工工件的轮廓之间始终保持刀具的半径值，通常也称为刀具半径偏置。近年来数控铣床均具备了刀具半径补偿功能，这时只需按工件轮廓轨迹进行编程，然后将刀具半径值储存在数控系统中。执行程序时，系统会自动计算出刀具中心轨迹，进行刀具半径补偿，从而加工出符合图样轮廓的工件。当刀具半径发生变化时，也无须更改加工程序。第三节常用准备功能指令编程方法刀具前进方向刀具前进方向左刀补右刀补格式： X__Y__D__；刀具半径补偿指令G41为左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)，G42为右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)，如图所示。G40为指令取消刀具半径补偿。G17、G18、G19为刀具半径补偿平面。D为G41/G42的参数，即刀补号码(D00～D99)，它代表了刀补表中对应的半径补偿值。X、Y、Z为G00/G01的参数，是刀补建立或取消的终点坐标。G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。下图是使用刀具半径补偿功能的实例，所用铣刀半径是l0mm，程序起始点是A点。建立刀具半径右补偿的有关指令如下：N010G92X-10Y-10Z0;N020S900M03;N030G17G00G42X0Y0D01;N040G01X50;...第三节常用准备功能指令编程方法刀具半径补偿的应用刀具半径补偿在数控铣床上的应用相当广泛，主要有以下几个方面：（1）避免计算刀心轨迹，直接用零件轮廓尺寸编程。（2）刀具半径改变后，不必修改程序，只要在数控系统面板上用MDI方式输入新的偏置量即可。如右图所示。1—未磨损刀具2—磨损后刀具第三节常用准备功能指令编程方法（3）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具补偿值可进行粗、精加工。（4）利用刀具补偿值控制工件轮廓尺寸精度。如图所示，单面加工，若实测得到的尺寸L偏大△值(实际轮廓)，将原来的偏置量r改为r-△，即可获得尺寸L(点划线轮廓)。用刀具补偿值控制尺寸精度第三节常用准备功能指令编程方法考虑刀具半径补偿，编制如图所示零件的加工程序：要求建立如图所示的工件坐标系，XOY坐标平面设定在工件上表面，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5mm，采用Φ5mm立铣刀。0100N010G92X-10Y-10Z50;N020G90G17;N030G00Z-5;N040G42G00X4Y10D01;N050M03S900;N060G01X30F800;N070G03X40Y20R10;N080G02X30Y30R10;N090G01X10Y20;N100Y5;N110G00Z50M05;N120G40G00X-10Y-10;N130M30;第三节常用准备功能指令编程方法2.刀具长度补偿刀具长度补偿又称为刀具长度偏置，其功能是补偿刀具长度方向尺寸的变化。数控机床通常是在z轴方向进行刀具长度补偿。用于在Z轴方向的刀具补偿，它可使刀具在Z轴方向的实际位移量大于或小于编程给定位移量。有了刀具长度补偿功能，当加工中刀具长度发生变化时(选用不同长度刀具或需要进行刀具轴向进刀补偿)，可不必修改程序中的坐标值，只要修改存放在长度补偿寄存器中刀具长度补偿值。若加工一个零件需用几把刀，各刀的长度不同，编程时不必考虑刀具长短对坐标值的影响，只要把其中一把刀设为标准刀，其余各刀相对标准刀设置长度补偿值即可。刀具长度补偿示意图，如下图所示。第三节常用准备功能指令编程方法第三节常用准备功能指令编程方法

刀具长度补偿指令（G43、G44）用于刀具轴向（Z方向）补偿，可使刀具在Z方向上的实际位移大于或小于程序给定值。即：格式：

Z向实际位移值＝程序给定值±补偿值可正可负Z—H—；

úûùêëé4443GG第三节常用准备功能