1、數(shù)控加工中刀具補償?shù)膽?yīng)用朱衛(wèi)峰中國長江動力公司（集團(tuán)）摘要:刀具補償是數(shù)控機床的主要功能之一，他分為:刀具長度補償、刀 具半徑補償、刀具偏置補償種。它們基本上能解決加工過程中 根據(jù)刀具幾何形狀尺寸產(chǎn)生零件輪廓軌跡等問題，從而保證加工出符合圖紙尺寸要求的零件。關(guān)鍵詞：刀具半徑補償，刀具長度補償，刀具幾何補償，磨損補償引言:刀具補償?shù)睦碚摷捌鋵崿F(xiàn)，在各類數(shù)控系統(tǒng)中都已經(jīng)是比較成熟 的技術(shù)。在使用數(shù)控機床加工零件的過程中，刀具的運動軌跡不 等同于工件的輪廓。為了保證工件輪廓形狀，加工時數(shù)控系統(tǒng)必 須根據(jù)工件輪廓和刀具的幾何形狀尺寸計算出刀具中心運動軌 跡。在建立、執(zhí)行刀補后，數(shù)控系統(tǒng)自動計算、自動調(diào)

2、整刀位點 到刀具的運動軌跡從而加工出符合圖紙尺寸要求的形狀。當(dāng)?shù)?具磨損或更換后，加工程序不變，只須更改程序中刀具補償?shù)?數(shù)值。刀具補償使用簡單方便，能極大提高編程的工作效率。下面就刀具補償在一般數(shù)控加工中的應(yīng)用進(jìn)行探討 ：一.刀具半徑補償1 .刀具半徑補償?shù)母拍預(yù).在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑， 刀具中心的運 動軌跡與所需加工零件的實際輪廓并不重合。 在進(jìn)行輪廓加工時， 刀具中心偏離零件的實際輪廓表面（圖紙中所要加工對象的輪廓） 一個刀具半徑值。這種偏移，稱為刀具半徑補償。B.采用刀具半徑補償?shù)淖饔煤鸵饬x數(shù)控機床一般都具備刀具半徑補償?shù)墓δ堋Ｔ诩庸ぶ校褂脭?shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償功

3、能，就能避開數(shù)控編程過程中的繁瑣計算，而只需計算出工件加工輪廓軌跡的起始點坐標(biāo)值即可。同時，利用刀具半徑補償功能，還可以實現(xiàn)同一程序的粗、精加工以及同一程序的陰陽模具加工等功能。C刀具半徑補償指令的使用方式根據(jù) ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進(jìn)方向的左邊時，稱為左刀補，用 G41 表示；刀具中心軌跡在編程軌跡前進(jìn)方向的右邊時，稱為右刀補，用 G42表示；注銷刀具半徑補 償時用G40表示。2 刀具半徑補償過程A.刀具半徑補償建立：當(dāng)輸入的程序段包含有G41/G42命令時，系統(tǒng)認(rèn)為此時已進(jìn)入刀補建立狀態(tài)。當(dāng)以下條件成立時，加工中心以移動坐標(biāo)軸的形式開始補償動作。a.有G41或G42被

4、指定；b. 在補償平面內(nèi)有軸的移動；c. 指定了一個補償號或已經(jīng)指定一個補償號但不能是D00；d. 補償平面被指定或已經(jīng)被指定；e. G00或G01模式有效。B.補償模式：在刀具補償進(jìn)行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程 軌跡一個刀具半徑值的距離。此時半徑補償在 G00、G01、G02、 G03情況下均有效。C取消補償：使用G40指令取消程序段偏置值，使刀具撤離工件， 回到起始位置，從而使刀具中心與編程軌跡重合。當(dāng)以下兩種情 況之一發(fā)生時加工中心補償模式被取消。 給出G40同時要有補 償平面內(nèi)坐標(biāo)軸移動。刀具補償號為D00。3刀具半徑補償在數(shù)控加工中的應(yīng)用有了刀具半徑自動補償功能，除可免去刀心軌跡

5、的人工計算外, 還可利用同一加工程序去完成粗、精加工及陰陽模具加工等。A.不同平面內(nèi)的半徑補償?shù)毒甙霃窖a償用G17、G18、G19 命令在被選擇的工作平面圖1 G18指令的使用內(nèi)進(jìn)行補償。即當(dāng)G18命令執(zhí)行后，刀具半徑補償僅影響 X、Z移動，而對Y 軸沒有作用。銑削如圖 1 所示圓柱面，使用刀具是半徑為 10mm 的球形立銑刀。編程控制點有兩個，即刀尖、球心，這里使用球心。O00011 G90G54G18G1000M;N2 Z0;3 G91G01 G01 F;4 G5 G40G;1 1 I1 1 I22 G90G;N23 X0 Y0M05;N24 M30;B.實現(xiàn)同一程序的粗、精加工：刀具半徑

6、補償除方便編程外，還可 改變補償大小的方法以用實現(xiàn)同一程序的粗精加工。粗加工刀具補償量=刀具半徑+精加工余量，精加工刀具補償量=刀具半徑+修正量C實現(xiàn)同一程序的陰陽模具加工，例如：在加工同一公稱尺寸的內(nèi)、外兩種型面時，可分別調(diào)用G41、G42指令，利用同一程序（G41G42互換）完成內(nèi)、外兩種型面的加工。如圖 2。例:考慮刀具半徑補償，編制圖a所示零件的 加工程序。要求建立如圖所示的工件坐標(biāo)系，按 箭頭所指示的路徑進(jìn)行加工。設(shè)加工開始時刀具距離工件上表面50mm,切削深度為2mm。圖2內(nèi)、外兩種型面的加工圖a刀補指令的應(yīng)用表8-6解：一個完整的零件程序如表 8-6。刀具半徑補償指令的應(yīng)用%80

7、31程序名N10 G92 X-10 Y-10 Z50確定對刀點N20 G90 G17在XY平面，絕對坐標(biāo)編程N30 G42 G00 X4 Y10 D01右刀補，進(jìn)刀到(4, 10)的位置N40 Z2 M03 S900Z軸進(jìn)到離表面2mm的位置，主軸正轉(zhuǎn)N50 G01 Z-2 F800進(jìn)給切削深度N60 X30插補直線A BN70 G03 X40 Y20 I0 J10插補圓弧B-CN80 G02 X30 Y30 I0 J10插補圓弧C- DN90 G01 X10 Y20插補直線Df EN100 Y5插補直線E- (10, 5)N110 G00 Z50 M05返回Z方向的安全高度，主軸停轉(zhuǎn)N120

8、 G40 X-10 Y-10返回到對刀點N130 M02程序結(jié)束4使用刀具半徑補償時常見的問題A.在建立、取消刀補時所使用的 G41、G42、G40指令 的程序段中，必須同時使用 G00或G01指令，不能使用 G02或G03指令；B.當(dāng)?shù)毒甙霃窖a彳if取負(fù)值時，G41和G42的功能互換;C刀具半徑補償有B功能和C功能兩種補償形式。由于 B功能刀具半徑補償只能根據(jù)本段程序進(jìn)行刀補計算， 在兩個程序段之間的刀 具中心軌跡就會出現(xiàn)間斷點或交叉點.因此工件尖角處工藝性較差； C功能刀具半徑補償能自動處理，兩程序段之間采用直線或圓弧過渡 其刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接，可完全按照工件輪廓進(jìn)行編程，因此現(xiàn)代CNC數(shù)

9、控機床幾乎都采用C功能刀具半徑補償。當(dāng)采用C功能刀具半徑補償時，要求在建立刀具半徑補償程序段的后續(xù)兩個程序段中，必 須含有指定補償平面的位移指令（G0R G01, G02、G03等），否則無法建立正確的刀具半徑補償二.刀具長度補償1.刀具長度在數(shù)控加工中是一 個很重要的概念。我們在對一 個零件編程的時候，首先要指 定零件的編程中心，然后才能 建立工件編程坐標(biāo)系。長度補 償只是和主運動軸（一般為Z 軸）坐標(biāo)有關(guān)，它不同于 X、Y 平面內(nèi)的編程零點是由主軸錐 孔定位而不改變，而對于Z坐 標(biāo)的零點就不一樣了。每一把03孔加工刀的長度都是不同的，如圖3所示我們要加工兩個20mm的孔（用1號刀）和一個1

10、0mm （用2號刀）的孔，分別用一把長度50mm直徑20mm的1號刀（基準(zhǔn)刀）和長度 100mm直徑10mm的2號刀加工。在該工件的加工過程中需要用兩把不同的刀具，而此時機床已經(jīng)設(shè)定了工件零點，當(dāng)換刀加工另一個孔時,如果2號刀也從設(shè)定零點開始加工，2號刀因為比1號刀長，所以會導(dǎo)致刀具和工件相撞。此時如果設(shè)定刀具補償，把1號刀 和2號刀的長度進(jìn)行補償，此時機床零點設(shè)定之后，即使是 1 號刀和2號刀長度不同，因補償?shù)拇嬖冢谡{(diào)用 2號刀工作時，零點Z坐標(biāo)已經(jīng)自動向Z+ （或Z-）補彳了 2號刀的長度，保證 了加工零點的正確。具體的加工程序如下：（以主軸軸端作為起刀點，設(shè)置 H01= 50mm, H

11、02= 100mm,圖 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、，我們不難發(fā)現(xiàn)，在編程中坐標(biāo)值是完全按工件的輪廓尺寸編寫的， 而編程的零點并不是刀位點， 那么為何在加工過程中沒有發(fā)生撞刀呢這是因為我們使用了刀具長度補償指令 G43， 執(zhí)行該指令后會使刀具的位置發(fā)生變化， 那么我們應(yīng)該如何使用這個指令呢2、刀具長度補償指令的使用技巧刀具長度補償指令主要針對刀具軸向（ Z 方向）的補償。它能使刀具在Z 方向上的實際偏移量在程序給定值基礎(chǔ)上增加或減少一個偏置量，由G43和G44兩個指令實現(xiàn)。G43為刀具長度正補償，G44 為刀具長度負(fù)補償。A、 正負(fù)補償及偏置量的確定在長度補償指令中出現(xiàn)了兩個指令， 那么在編程過程中應(yīng)該如何使用這兩個指令呢對于正、 負(fù)補償指令，

13、 主要是根據(jù)Z 軸的方向確定， 如果刀具的刀位點在編程原點Z 坐標(biāo)的負(fù)方向上，則使用正補償指令（G43）,反之，則用負(fù)補償指令（G44）。H為 補償功能代號，它后面的兩位數(shù)字表示的是刀具補償寄存器的地 址字，寄存器中存放刀具長度的補償值，那么補償值應(yīng)如何確定 呢一般有兩種情況：一是以主軸軸端中心作為起刀點，則以刀具 離軸端伸出的長度作為 H中的偏置量；如果以標(biāo)準(zhǔn)刀的刀位點 作為起刀點，則是以與標(biāo)準(zhǔn)刀的長度差值作為其偏置量。 該值可 以為正，也可以為負(fù)。如果刀具刀位點朝Z軸正方向運動是靠近 編程零點位置，則用G43指令，HXX中賦與正值，如果HXX 中賦與負(fù)值，就變成了 G43指令的反方向補償，

14、即相當(dāng)于指令 G44。為了不混淆G43、G44的用法，我們通常都采用G43指令, 而通過HX X中補償量的正負(fù)設(shè)定來達(dá)到 G44的使用效果。B、長度補償指令中刀具的位置變化由于刀具的位置直接影響工件的加工，因此刀具的位置的變 化就顯得至關(guān)重要，那么在執(zhí)行長度補償指令后刀具的位置究竟執(zhí)行G40后R具位置Z +IS 5執(zhí)行。43前 刀具位置Jn在理解的過程中總是會出現(xiàn)一些偏差，而且用坐標(biāo)的會發(fā)生怎樣的變化呢在教 材的編排中主要是通過公 式的坐標(biāo)值計算來理解刀 具位置的變化。這一方法計算也相對來說比較的繁瑣。如將坐標(biāo)的變化轉(zhuǎn)化為工件坐標(biāo)系的變化就直觀多了.也就是將工件坐標(biāo)系和刀具一起沿Z 軸方向移動

15、一個刀具長度補償值。以G43指令為例，HXX中的補償值為正則Z軸正方向移動，反之則負(fù)方向移動。 我們還是以圖 5 中孔的加工來進(jìn)行說明。 當(dāng)我們用1號刀加工孔時，教材中的方法是執(zhí)行G43后，起刀點Z實際值=Z指令值+50= - 53+50= - 3mm,可以看到刀具在Z方向的每一個坐標(biāo)都要計算之后才能知道刀具刀尖點的正確位置。 在實際中， 我將刀具和工件坐標(biāo)系一起移動刀具的長度補償值， 建立新的坐標(biāo)系XOZ （如圖5）,把加工程序中的Z坐標(biāo)值放在新的工件坐標(biāo)系XOZ上來處理，這樣編程的起刀點就變?yōu)榱?1號刀的 刀位點，從而，加工出符合要求的零件。綜上所述，可以看出：以建立新坐標(biāo)系的方法來處理刀

16、具長度補償， 可以簡化刀具長度補償中的繁瑣計算， 利用長度補償指令可以簡化編程， 提高工作效率。三 . 刀具偏置補償1 .刀具偏置補償?shù)母拍畹毒咂醚a償分為兩類： 一類是刀具幾何偏置補償， 另一類是刀具磨損偏置補償。A.刀具幾何補償是補償?shù)毒咝螤詈偷毒甙惭b位置與編程時理想刀具或基準(zhǔn)刀具的偏移 ,它主要應(yīng)用于數(shù)控車床,車床刀架可裝夾多把刀具,利用刀具幾何偏置補償,刀架轉(zhuǎn)位后的刀具的刀尖偏置到與刀架轉(zhuǎn)位前的刀具刀尖所在的位置,達(dá)到刀具重合,在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)就不產(chǎn)生改變.B.刀具磨損偏置補償是當(dāng)?shù)毒呤褂媚p后刀具頭部與原始尺寸的誤差,將磨損量補償?shù)降毒邤?shù)據(jù)庫中,調(diào)用刀具號和補償號時 ,自動進(jìn)行補

17、償.2 .刀具偏置補償?shù)氖褂玫毒咂猛ǔＳ蒚代碼指定。在FANUC 0舔統(tǒng)中，T代碼指定有兩種方式，一種是2 位數(shù)指令，另一種是4 位數(shù)指令。2 位數(shù)指令是指T 地址后面跟兩位數(shù)字，第一位數(shù)字表示刀號，第二位數(shù)字表示刀具磨損和刀具幾何偏置號，例如， T12表示調(diào)用第 1 號刀， 調(diào)用第 2 組刀具磨損和刀具幾何偏置。 還有一種方法是把幾何偏置和磨損偏置分開放置， 用第一位數(shù)字表示刀號和刀具幾何偏置號， 用第二位數(shù)字表示刀具磨損偏置號。 例如， T12 表示調(diào)用第1 號刀，調(diào)用第 1 組刀具幾何偏置，調(diào)用第2 組刀具磨損偏置。4 位數(shù)指令是指T 地址后面跟四位數(shù)字， 前兩位數(shù)字表示刀號，后兩位數(shù)

18、字表示刀具磨損和刀具幾何偏置號。例如， T0102表示調(diào)用第 1 號刀， 調(diào)用第 2 組刀具磨損和刀具幾何偏置。 同樣的， 4 位數(shù)指令也可以把幾何偏置和磨損偏置分開放置，用前兩位數(shù)字表示刀號和刀具幾何偏置號， 用后兩位數(shù)字表示刀具磨損偏置號。例如，T0102表示調(diào)用第1號刀，調(diào)用第1組刀具幾何偏置，調(diào)用第2 組刀具磨損偏置。偏置號的指定是由指定偏置號的參數(shù)設(shè)定的。例如，對位數(shù)指令而言，當(dāng)參數(shù)5002號第0位LD1設(shè)定為1時，用T代碼末位指定刀具磨損偏置號； 對于 4 位數(shù)指令而言， 當(dāng)參數(shù) 5002號0位LD1設(shè)定為0時，用T代碼末兩位指定刀具磨損偏置號。刀具偏置號有兩種意義， 既可用來開始偏置功能， 又可用來指定與該號對應(yīng)的偏置距離。當(dāng)?shù)毒咂锰柡笠晃唬? 位數(shù)指令 ）為 0 時或者最后兩位（4 位數(shù)指令 ）為 00 時， 則表明取消刀具偏置值。一般情況下，常用 4 位數(shù)指令指定刀具