数控车刀具半径补偿及刀尖方位号的应用浅析

摘要：数控车加工零件时，如遇到圆锥面、圆弧面、非圆曲线，由于数控车刀刀尖都带有圆角，零件加工后会有不同程度的欠切或过切。现通过对零件的加工部位進行分析，找出欠切及过切的原因，并详细阐述数控车刀具半径补偿指令的含义及如何添加刀具半径补偿，介绍了正确使用刀尖方位号实现零件形状加工的方法。

关键词：数控车;半径补偿;刀尖方位号;应用

1    零件加工时欠切及过切产生的原因

为了保证数控车刀刀尖部分有一定的强度及韧性，刀具的刀尖都会有一定的圆角。根据粗精加工及零件加工部位具体形状的具体要求，一般圆角在R0.2～R3。加工零件时刀具X向和Z向的交点没有在刀具的刀尖上，而是一个虚拟点，我们称为“假想刀尖”（图1黑点位置），是编程时刀尖运动的数据点。加工时数控系统控制刀具的刀尖沿该点的轨迹运动，加工出零件的轮廓。然而，实际加工时决定零件外形的是刀具刀尖圆角型面与零件型面相接触的点，这些点运动连起来就切出零件的实际外形。由于假想刀尖点与加工的切削点是不同点，所以在用带有刀尖圆弧的刀具加工零件时，与零件的实际尺寸会有一定的偏差。

2    零件具体部位的加工误差分析

车削刀具在加工外圆、内孔或是与零件外圆及内孔垂直的端面时（加工零件时机床仅单一轴运动，即只有X或Z轴运动，而不是X、Z轴联动），加工后形状和尺寸与实际相同，没有偏差;加工圆锥面、圆弧面及非圆曲面等需要X、Z轴联动的零件型面时，会产生过切或欠切现象，此类零件加工时，需用刀具半径补偿功能，解决零件加工中的过切及欠切问题。

3    刀具半径补偿指令及其应用

3.1    刀具半径补偿命令的方向判断和格式

3.1.1    刀具半径补偿的方向判断

如图2所示，顺着刀具运动方向看，刀具在工件左侧时，称为刀具半径左向补偿（G41），刀具在工件右侧时，称为刀具半径右向补偿（G42）。

3.1.2    指令格式

G41/G42指令：G41/G42 G01（G00） X（U）   Z（W）   F;

撤销刀具半径补偿：G40 G01（G00） X（U）   Z（W）;

3.1.3    说明

G41和G42指令不可以同时出现在一个程序中，只有先用G40撤销前一个，才能使用另一个;没有撤销，程序的补偿就会出错;不能在有G02或G03的程序行中添加或撤销刀具补偿，只能在G0或G1指令下添加和撤销;补偿号由T指令指定，如T0101或T0102前两位代表刀具号，后两位代表刀具补偿号，补偿值要输入补偿号指定的位置;补偿值为正时，刀具远离工件，补偿值为负时，刀具切入工件;G41/G42指令在靠近工件前添加，在离开工件后撤销;使用刀具补偿时，不可以有两行以上相邻的转速S、辅助指令M、换刀指令T、辅助指令G（如G90、G91）及程序暂停（G04 X5.0），否则容易造成零件过切。

3.2    刀具半径补偿的添加与撤销过程

添加刀补，刀具R中心由程序的数据点所形成的形状，过渡到与程序形状相差一个刀具补偿值的轨迹形状;刀补的执行：执行G41或G42指令的程序段后，刀具刀尖R圆心保持与实际加工面相距所给定的刀补值的距离;撤销时，刀具从圆弧中心轨迹过渡到与程序轨迹型面重合。

3.3    刀尖方位号

刀具半径补偿执行时，除了和刀尖圆弧半径大小有关外，还和刀尖方位号有关。不一样的刀具，刀尖的形状不同，刀尖方位号也不同，刀具自动偏离零件轮廓的方向就不同。如图1所示，车刀方位号有10个，分别用参数0～9表示。

3.4    常用刀具刀尖方位号的对刀过程

3.4.1    2、3号刀尖方位号的对刀过程

对Z零原点：将机床调到手动模式→主轴旋转→车削见光工件端面→保持Z轴坐标不动，刀具沿X轴离开工件→主轴转动停止→切换到机床刀补输入界面→切换到补正界面→形状→调整光标到1号刀补位置→输入Z0→测量→完成T01刀具Z0对刀。

对X零原点：主轴旋转→车削外圆（或内孔）见光→保持X轴坐标不动，刀具沿Z轴离开工件→主轴转动停止→量得工件实际直径→切换到机床刀补输入界面→切换到补正界面→形状→调整光标移1号刀补位置→输入测量的直径→测量→完成T01刀具X0对刀。

3.4.2    6、8号刀尖方位号的对刀过程

对Z零原点：前面的步骤与2、3号刀尖方位号对刀方法相同，但输入的Z值为刀尖圆弧R，如R为1，则Z输入Z1→测量→完成T01刀具Z0对刀。

X零原点对刀与2、3号刀尖方位号对刀方法相同。

3.4.3    7号刀尖方位号的对刀过程

Z零原点对刀与2、3号刀尖方位号对刀方法相同。

对X零原点：前面的步骤与2、3号刀尖方位号对刀方法相同，但输入X值不同：内孔对刀时，X值为实测直径值减去2倍的刀尖圆弧半径值;外圆对刀时，X值为实测直径值加上2倍的刀尖圆弧半径值→测量→T01刀具X方向对刀完成。

3.4.4    0、9号刀尖方位号的对刀过程

Z零原点对刀方法与6、8号刀尖方位号对刀方法相同，X零原点与7号刀尖方位号对刀方法相同。

3.5    如何正确使用刀具半径补偿

根据零件的具体加工部位，按3.3所述选择合适的刀具刀尖方位号→按3.4所述对刀方法对刀→在刀具刀补列表对应的序号中填入刀补R值→在相应刀具的T位置输入对应的刀具刀尖方位号→按3.1所述确定需要用刀具左补偿还是右补偿→按零件实际轮廓尺寸编程→按3.2所述在程序中添加刀具补偿指令和撤销指令→加工零件。

4    结语

数控车床系统的刀具半径补偿是很有效、很实用的功能，在实际的零件加工中熟练掌握刀具半径补偿功能，并能根据零件形状及加工部位正确使用刀尖方位号，正确添加刀具半径补偿，将使程序的编制过程更简单，零件的加工质量和效率更高。

[参考文献]

[1] 杨有君.数字控制技术与数控机床[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2] 许祥泰，刘艳芳.数控加工编程实用技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

收稿日期：2020-08-25

作者简介：邓刚伟（1983—），男，陕西旬阳人，工程师，从事机械加工工艺及数控编程工作。