数控铣削中刀具半径补偿指令的应用

董玉杰 曲海霞

（山东科技职业学院，山东潍坊 261053）

数控铣削中刀具半径补偿指令的应用

董玉杰 曲海霞

（山东科技职业学院，山东潍坊 261053）

在数控铣床上加工轮廓零件时，刀位点的运动轨迹偏离编程轨迹。此时，合理利用刀具半径补偿指令，能够简化编程和提高加工质量。基于此，就刀具半径补偿指令的功能、建立与取消，以及如何通过改变刀具半径补偿值来实现粗加工和精加工进行探讨。

数控铣床；刀位点；刀具半径；补偿指令

在数控铣床上加工工件轮廓时，以工件的轮廓尺寸为编程基准。而在实际加工时，刀具的刀位点运动轨迹与编程轨迹不重合，刀位点轨迹与工件轮廓间有一个偏移量。此时，需要使刀具沿着工件轮廓的法向偏移一个刀具半径值大小，来保证工件轮廓尺寸的正确性，这就需要用到刀具半径补偿指令。

1 刀具半径补偿概述

刀位点，就是用来确定刀具在机床坐标系中的位置而选定的刀具上的特定点，也是编程轨迹所要控制的刀具上的指令点［1］。在铣削加工中，刀具刀位点通常都是刀具回转中心线和切削刃（边）最低位置的交点［2］。

如图1所示，如果用半径为R的铣刀加工外轮廓为AB的工件，如果不考虑刀具半径，直接按照工件的轮廓进行编程，则在加工时刀具中心的运动轨迹是编程轮廓线AB，加工出来的零件比图纸要求小，不符合加工的要求。要想加工出合格的零件，刀具中心必须要沿着与轮廓AB偏离R距离的轨迹A’B’运动，否则工件的轮廓形状是不一致的。

图1 刀具半径补偿

如果不用刀具半径补偿功能，编程时只能根据轮廓AB上各点的坐标和刀具半径R的值，人工计算出刀具轨迹A’B’上各点的坐标，再编制程序来进行加工。只有确定刀具半径后才能进行编程。当刀具磨损或更换新刀具而导致刀具半径发生变化时，则必须要重新进行计算、编程。这无形中增加了工作量，并且编程时比较容易出错。

应用刀具半径补偿功能可以使数控系统根据工件轮廓AB和刀具半径补偿值自动计算出刀具刀位点运动轨迹A’B’。按照编制程序零件轮廓的坐标数据编制出加工程序。在实际加工时，数控系统按照程序要求自动地控制刀具（刀位点）沿轮廓A’B’运动，从而加工出合格的零件。

2 刀具半径补偿判断方法

刀具半径补偿是一种平面补偿，要对其进行判断，应先确定刀具在哪个平面内加工轮廓，用右手笛卡尔直角坐标系确定出垂直于该平面的直角坐标轴的正方向，由该坐标轴的正方向往负方向观察，然后沿着刀具前进的方向看，如果刀具偏在工件轮廓的左侧，则为刀具半径左补偿（G41）；如果刀具偏在工件轮廓的右侧，则为刀具半径右补偿（G42）［3，4］。

3 编程格式

G41、G42和G40只能与G00、G01指令配合使用，其编程格式为：

建立：

G17 G 01/G 00 G 42/G 41 X Y D；

其中，D为指定刀具半径补偿值寄存器的地址号。

取消：

（G17）G 01/G 00 G 40 X Y；

4 使用说明

①在直接编程时必须指定所在平面。数控铣床初始状态为G17，因此G17可以省略。

②使用G41、G42指令时，用D功能字指定刀具半径补偿值寄存器的地址号。当刀具半径确定之后，可以在程序运行前，将刀具半径的实测值手动输入刀具半径补偿存储器存储起来，加工时在程序中用D指令与G00或G01、G41或G42指令进行调用。

③G40指令总是和G41或G42指令配合使用，且均为模态指令。

④使用刀具半径补偿功能能避免繁琐的计算。此外，也可以灵活运用刀具半径补偿功能做加工过程中的其他工作。如刀具磨损或重磨后半径变小，这时只需手工输入新的刀具半径值到程序的D功能字指定的存储器即可，而不需修改程序。

5 刀具半径补偿过程

5.1 建立

在切入前建立刀补，在建立过程中要有直线运动，且要确定好启动位置，选择的间隙要比所用的刀具的最大半径大，确保有足够的运动距离。另外，使用的刀具半径补偿值要小于轮廓中最小内凹圆弧的半径。

5.2 执行

建立好刀具半径补偿后，刀具中心始终与编程轨迹偏离一个偏置量，一直到取消刀具半径补偿。

5.3 取消

轮廓加工完成后，要取消刀具半径补偿，在取消过程中也要有直线运动。取消时运动距离应比刀具半径补偿值大。取消刀具半径补偿后，刀具中心与编程轨迹重合。

为了保证工件质量，刀具半径补偿的建立和取消应在工件轮廓延长线上进行。建立刀具半径补偿时，尽可能单轴移动。

6 加工实例

利用刀具半径补偿功能，采用同一加工程序实现一把刀具完成工件的粗、精加工，如图2所示。其中，刀具半径为R，现将工件外轮廓的加工分2次切削，第1次粗加工，加工后的余量为B，第2次精加工，加工到图样尺寸。须先将偏置值（R+B）存入D01地址中，然后运行上述程序，即可进行粗加工，加工至图2（a）中虚线的位置。粗加工结束后，将D01中的数值改成刀具实际半径值R，再使用同一加工程序，即可完成精加工（可适当修改S与F指令）。

图2 利用刀具半径补偿功能完成工件的粗、精加工

［1］卢万强，饶小创.数控加工工艺与编程［M］.北京：北京理工大学出版社，2011.

［2］于志德.数控铣床与加工中心编程及加工［M］.北京：化学工业出版社，2015.

［3］杜国臣.数控机床编程［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［4］苏建修，杜家熙.数控加工工艺［M］.北京：机械工业出版社，2010.

Application of Tool Radius Compensation in NC Milling

Dong YujieQu Haixia
（Shandong Vocational College of Science and Technology，Weifang Shandong 261053）

When machining contour parts on CNC milling machine,the movement tracks of tool locus deviates from programming trace.At this point,reasonable use of tool radius compensation instructions,can simplify programming and improve the quality of processing.Based on this,the function,establishment and cancellation of tool radius com⁃pensation instruction,and how to realize the rough machining and finish machining by changing the tool radius com⁃pensation value were discussed.

NC milling machine；cutter location；cutter radius；compensation instruction

TG547

A

1003-5168（2016）12-0089-02

2016-11-15

董玉杰（1986-），女，本科，研究方向：数控加工；曲海霞（1980-），女，本科，研究方向：数控加工。