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1、數(shù)控加工中刀具補償?shù)膽弥煨l(wèi)峰中國長江動力公司（集團）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。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

2、調(diào) 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?shù)毒吣p或更換后，加工程序不變，只須更改程序中刀 具補償?shù)臄?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)控加工中的應用進行探討：一.刀具半徑補償1 .刀具半徑補償?shù)母拍預.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?。在加工中，使用?shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補償功能，就

3、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標準規(guī)定，當?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進方向的左 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：當輸入的程序段包含有G41/G42命令時， 系統(tǒng)認為此時已進入刀補建立狀態(tài)。當以下條件成立時，加工中 心以移動坐標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. GOO或GO1模式有效。B.補償模式：在刀具補償進行期間，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GOO、G0KG02、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,使刀具撤離工令在被選擇的工作平面圖1 G18指令的使件，回到起始位置，從而使刀具中心與編程軌跡重合。當以下兩 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)坐標軸移動。刀具補償號為DOOo3刀具半徑補償在數(shù)控加工中的應用有了刀具半徑自動補

5、償功能，除可免去刀心軌跡的人工計算 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 命內(nèi)進行補償。即當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。銃削如圖1所示圓柱面，使用刀具是半徑為10mm的球形立銃 刀。編程控制點有兩個，即刀尖、球心，這里使用球心。Ooooi1 G90G54G18G1000M;N2 Z0;3 G91G01 G01 F;4 G5 G40G;22 G90G;N23 X0 Y0M05;N24 M30;B.實現(xiàn)同一程序的粗、精加工：刀具半徑補償除方便編程外，還可 改變補償大小的方法

6、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2o例：考慮刀具半徑補償，編制圖a所示零件的距離工件上表面50mm,切削深度為2inm圖2內(nèi)、外兩種 型Yi加工程序。要求建立如圖所示的工件坐標系，按箭頭所指示的路徑進行加工。設加工開始時刀具圖a刀補指令的應用解：一個完整的零件程序如表8-6o表8-6程序刀具半徑補償指令的應用說明程序名N20 G90 G17在XY平面，絕對坐

7、標編程%8031N10 G92 X-10 Y-10 Z50 確定對刀點N30 G42 GOO X4 Y10 D01右刀補，進刀到（4, 10）的位置N40 Z2 M03 S900Z軸進到離表面2mm的位置，主N50 G01 Z-2 F800軸正轉進給切削深度N60 X30N70 G03 X40 Y20 10 J10插補直線A- B插補圓弧B- CN80 G02 X30 Y30 10 J10插補圓弧C- DN90 G01 X10 Y20插補直線D- EN100 Y5N110 GOO Z50 M05N120 G40 X-10 Y-10插補直線E （ 10, 5）返回z方向的安全高度，主軸停蛀返回到

8、對刀點程序結束N130 M02 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?shù)毒甙霃窖a償取負值時，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接，可完全按照工件輪廓進行編程，因此現(xiàn)代CNC數(shù)控機床幾乎都采用C功能刀具半徑補償。當采用C功

9、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（GOO、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 建立工件編程坐標系。長度補 償只是和主運動軸（一般為 Z軸）坐標有關，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坐標的零點就不一樣了。每一把刀的長度都是不同的，如圖3所示我們要加工兩個20mm的（用1號刀）和一個10mm （用2號刀）的孔，分別用一把長度50mm直徑20m

10、m的1號刀（基準刀）和長度100mm直徑N10N20N30N40N50N60N70N80N9010mm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)設定了工件零點，當換刀加工另一個孔 時，如果2號刀也從設定零點開始加工，2號刀因為比1號 刀長，所以會導致刀具和工件相撞。此時如果設定刀具補償， 把1號刀和2號刀的長度進行補償，此時機床零點設定之后， 即使是1號刀和2號刀長度不同，因補償?shù)拇嬖?，在調(diào)用2號 刀工作時，零點Z坐標已經(jīng)自動向Z+ （或Z-）補償了 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，設置H0> 50mm,

11、H02= 100mm,圖4）G92 X0 Y0G90 GOO ；TOI M06；G43 HOI； G01 Z-53. 0 9A.G04 P2000；G01 ；G01 Z-55.0 F1 9A.N100 G04 P2000N110 G49 GOO ；N120 MOO；N130 G92 X0 Y0N140 G90 GOO ；N150 T02 M06；N160 G43 H02；N170 GO1 Z-70. 0 F12； 0N180 G04 P2000；N190 G49 GO1 ；N200 GOO XO YO Z； 0N210 M30；在上述程序中，我們不難發(fā)現(xiàn)，在編程中坐標值是完全按工件的 輪廓尺寸

12、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為刀具長度負補償。A、正負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該如 何使用這兩個指令呢對于正、負補償指令，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坐標的

13、負方向上，則使用正補償指令（G43）,反之，則用負補償指令（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；如果以標準刀的刀位點作為起刀點，則 是以與標準刀的長度差值作為其偏置量。該值可以為正，也可以為 負。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中賦與負值，就變成了 G43指令的反方向補償，即相當于指令G44。為了不混淆G43、G44 的用法，我們通常都采用G43

14、指令，而通過Hxx中補償量的正負 設定來達到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重要，那么在執(zhí)行長度補償指令后刀具的位置究竟會發(fā)生怎樣的變化呢在教 材的編排中主要是通過公 式的坐標值計算來理解刀 具位置的變化。這一方法在理解的過程中總是會出 現(xiàn)一些偏差，而且用坐標的 計算也相對來說比較的繁瑣。如將坐標的變化轉化為工件坐標系的變化就直觀多了 .也就是將工件坐標系和刀具一起沿Z軸方向移動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，反之則負方向移動。我們還是以圖5中孔的加工來進行說 明。當我

15、們用1號刀加工孔時，教材中的方法是執(zhí)行G43 后，起刀*Z 實際值二Z指令值 +50= - 53+50= - 3mm,可以看到刀具在Z方向 的每一個坐標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系一起移動刀具的長度補償值，建 立新的坐標系X0Z'（如圖5）,把加工程序中的Z坐標值放在 新的工件坐標系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：以建立新坐標系的方法來處理刀具長度補償，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

16、.刀具偏置補償?shù)母拍?刀具偏置補償分為兩類: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 理想刀具或基準刀具的偏移，它主要應用于數(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，刀架轉位后的刀具的刀尖偏置到與刀架轉位前的刀具刀尖所在的位置，達到刀具重合，在工件坐標系中的坐標就不產(chǎn)生改變.B.刀具磨損偏置補償是當?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，自動進行補償.2.刀具偏置補償?shù)氖褂玫毒咂猛ǔＳ蒚代碼指定。在FANUC 0系i統(tǒng)中，T代碼指定有兩種方式，一種是2位數(shù)指令，另

17、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)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)設定的。例如，對2位數(shù)指令而言，當參數(shù)5002號第0位LD1設定為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，當參數(shù)5002號0位LD1設定為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 指定與該號對應的偏置距離。當?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