数铣编程中不同加工平面刀具半径补偿指令的分析与应用

洪伟

（上海市奉贤中等专业学校，上海201499）

数铣编程中不同加工平面刀具半径补偿指令的分析与应用

洪伟

（上海市奉贤中等专业学校，上海201499）

通过分析3个二维平面定义及其平面内圆弧运动方向与刀具半径补偿原理，阐述了编制一个简单的三维零件加工程序。

二维平面；圆弧运动方向；刀具半径补偿；加工程序

0 引言

在数控铣床或立式加工中心手工编制程序中，初学者首先学习基于XY轴构成的二维加工平面的轮廓程序编制，并在此基础上掌握程序编制中最常用的刀具半径补偿指令G41、G42与G40的应用与圆弧运动指令G02、G03等加工指令的应用，正是由于先入为主的原因，在由XZ轴与YZ轴构成的二维加工平面内实施轮廓程序编制，由于数控教材等在该方面知识讲解涉及较少，造成在刀具半径补偿指令以及圆弧运动方向判别等应用方面编程者易出现错误。文章通过分析3个二维平面的定义，给出在不同平面内中的轮廓程序编制方法，并结合具体示例，阐述基于XZ轴构成的二维加工平面内的刀具半径补偿指令等的应用。

1 平面的分析

1.1 数学平面概念

根据建立标准得知，数学平面由3个轴构成，名称分别为X、Y和Z轴，数学平面可由这3根轴的任意2个轴的代号字母组合在一起进行定义。在国际标准条例中，规定了以相邻的2个字母为一组且分为3组表达，具体以空格分开构成了XY、ZX、YZ 3个不同的数学平面，如图1所示。

图1中数学平面以第一个字母表示为水平轴，第二个字母表示为垂直轴，例如在YZ平面中，字母Y为水平轴，字母Z为垂直轴。

图1 数学平面

图2 数控加工平面

1.2 立式加工中心加工平面概念

在数控加工设备中，数控加工平面的表达和数学平面一致，只不过有一个平面的方向不同，如图2所示。

对照图1和图2，可以发现数学平面和数控加工平面的主视图方向不同，图3中描述了立式加工中心的3个加工平面，XZ加工平面就是ZX数学平面，区别在于数学平面中Z轴的方向是水平的，这是由于XZ加工平面和ZX数学平面不同的观察方向所确定的。根据FANUC数控系统指令含义，XY加工平面对应G17数控指令，XZ加工平面对应G18数控指令，YZ加工平面对应G19数控指令。以上3个数控指令作用是指定刀具分别在不同加工平面中完成圆弧插补运动、刀具半径补偿、固定循环加工、坐标系旋转等功能，其中加工平面的指定在圆弧运动中显得尤为重要。

图3 立式加工中心3个平面

2 各加工面平内的圆弧运动方向及刀具半径补偿应用

2.1 各加工平面的圆弧运动方向规定

分析了数学平面与加工平面的布置，现讨论不同加工平面上圆弧的运动，如图4、图5所示。

图4 数学平面中圆弧运动的方向

图4所示为3个标准数学平面中定义了圆弧运动方向，该运动方向是和平面中定义的观察平面的主轴方向有关，即图4中3个平面的圆弧运动观察视角都为俯视图状态。通过比较图4与图5，数学平面中的XY平面和YZ平面内的圆弧运动方向与立式加工中心中的XY平面和YZ平面内的圆弧运动方向相同，而ZX数学平面与XZ立式加工中心平面内圆弧旋向却不同，尽管所有的加工平面遵循数学平面原则。这是因为在XZ立式加工中心平面中，判断平面的原则应是由另一轴的正方向看到负方向。即XZ加工平面的Y轴正向应是由此图的反面看过来所造成，圆弧的旋向如图6所示。因此我们需注意在主加工平面（G18）中圆弧运动的旋向。

图5 立式加工中心中圆弧运动方向

图6 各加工平面中圆弧运动的旋向

2.2 各加工平面内刀具半径补偿分析

根据相关数控编程知识，G41为刀具半径左偏补偿，沿着刀具运动方向向前看（假设工件不动），刀具位于工件左侧的刀具半径左补偿，这时相当于顺铣，如图7（a）所示。G42为刀具半径右偏补偿，沿着刀具运动方向向前看（假设工件不动），刀具位于工件右侧的刀具半径右补偿，此时为逆铣，如图7（b）所示。G40为刀具半径补偿取消，使用该指令后，使G41、G42指令无效。

图7 刀具补偿方向

图8显示的是3个标准数学平面和切削方向在各个加工平面中的刀具半径补偿，其加工路径包括直线和圆弧运动。图8（b）中，由左至右，3个平面分别为G17、G18和G19 3个数控加工平面G代码指令。由图8得知，XY与YZ的数学平面与立式加工中心加工平面在执行半径补偿时指令运用相符合，但在ZX数学平面与XZ的加工平面中效果却不同。

4 典型加工平面内刀具半径补偿指令应用

出于教学目的，对图9所示曲面编制加工程序，图9为典型的用G18编程的ZX平面内的二维加工，刀具的加工方向为由左至右的典型加工路线，即形成G18与G41、G02的组合进行加工程序编制。编写一个简单的三维零件的加工程序只是一个选取插补平面、刀具半径补偿及圆弧运动的问题，通常这些程序很大程度上依靠子程序或是宏程序进行编制，本文采用了通俗易懂的主程序加子程序的方法进行编程。

图8 刀具补偿方向

图9 球头铣刀曲面

针对图9所示的一个较为简单的三维零件，编制了球头铣刀加工程序（FANUC系统）：

4 结语

在数控铣床或立式加工中心加工中，更换当前加工平面并不常见，因为多数加工都不需要此项功能，当然，如果真的需要重新选择平面的情况，那么数控编程人员必须有所准备，在不同的平面内实施加工操作时对实际的应用有相当的了解。

［1］ 罗瑞琳．数控铣削加工中刀具半径补偿的应用及注意事项［J］．装备制造技术，2006（4）：134-135．

［2］ 李粉霞．数控编程时刀具半径补偿指令的几种妙用［J］．机械工程与自动化，2007（1）：153-154．

［3］ 赵正文．数控铣床/加工中心加工工艺与编程［M］．北京：中国劳动社会保障出版社，2006．

［4］ 李立．数控铣削加工实用技术［M］．北京：机械工业出版社，2009．

（编辑：黄 荻）

Analysis and Application of the Tool Radius Compensation Instruction in Different Processing Plane Milling Programming

HONG Wei
（Shanghai Fengxian Secondary Specialized School，Shanghai 201499，China）

The definition principle of arc motion direction in the three 2-dimensional plane is analyzed.The tool radius compensation prinicliple is introduced.A simple 3D parts machining program is expounded.

2-dimensional plane;the arc motion direction;tool radius compensation;processing procedure

TG 659

A

1002－2333（2014）04－0139－03

洪伟（1977—），男，实验师，硕士，从事数控加工技术教研工作。

2014-02-11