王莉

[摘 要]本文阐述了刀具补偿的目的，介绍了刀具补偿的种类以及其在数控车削中的应用。我们认为，探讨刀具补偿在编程过程中的灵活应用，可以对工件实施粗加工、半精加工和精加工。这种加工方式非常适合没有刀库的数控铣床。

[关键词]刀具补偿；数控编程；应用

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0323-01

引言

大多数数控车床都具有刀具自动补偿功能，加工前操作人员只要将相关补偿值输入到规定的存储器中，数控系统就能自动进行刀具补偿。无论刀尖圆弧半径、刀具磨损还是刀具位置的变化都无需更改加工程序，因而编程人员可以按照工件的实际轮廓尺寸进行编程。在数控铣床上进行轮廓表面的铣加工时，切削刀具移动的轨迹实质上是刀具中心的移动轨迹，刀具被理想化为一点。但是，实际的刀具既有一定半径又有一定长度，不同种类的铣刀其刀心点位置也有一定差异，从而造成刀具中心轨迹和工件轮廓不重合。当刀具补偿功能应用于数控编程时需按工件轮廓进行编程，数控系统会自动计算刀心轨迹并进行补偿。

1 刀具补偿的目的

刀具补偿是补偿实际加工中所用的刀具与编程时使用的理想刀具或对刀时用的基准刀具之间的差值。这个差值的存在，会导致实际加工出来的零件不符合图纸尺寸的要求.如果数控系统不具备刀具补偿功能或不使用该功能编程，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具的中心轨迹，计算相当复杂，尤其是刀具磨损、重磨或换新刀时，必须重新计算刀心轨迹修改程序，这样既繁琐，又不能够保证加工精度.而将刀具补偿功能应用于数控编程时，则只需按工件轮廓进行，数控系统会自动计算刀心轨迹并进行补偿。另外，将此项补偿功能应用于没有更换刀具的情况时，如果刀具的半径和长度发生变动，把变动量作为加工余量进行技术处理，同样可以起到简化手工编程程序、提高数控加工效率的作用。下面以FANUC数控系统为例详细阐述刀具补偿功能在数控编程中的应用。

2 刀具补偿的种类

刀具补偿主要分为半径补偿和长度补偿两种。半径补偿又可分为左刀补G41（在刀具前进方向左侧补偿）和右刀补G42（在刀具前进方向右侧补偿），参照下图；长度补偿又可分为正向偏置G43（补偿轴终点加上偏置值）和负向偏置G44（补偿轴终点减去偏置值）。

3 数控车削中刀具补偿的应用

3.1 刀具长度补偿的应用

刀具几何尺寸补偿可用于补偿实际刀具形状或刀具安装时产生的与标准刀具的位置误差，而刀具磨损补偿则用于补偿刀具使用磨损后刀具头部尺寸与原始尺寸的误差值。

3.2 刀尖圆弧半径补偿的应用

由于假想的刀尖并不是刀刃圆弧上的一点，因此在车削锥面、倒角或圆弧时，可能会造成切削加工不足或切削过量的现象，图1描述了切削锥面时因切削加工不足而产生的加工误差。

此时可以用刀尖圆弧半径补偿功能来消除由于刀尖圆弧半径引起的工件尺寸和形状误差。应用实例：加工如图2所示零件的外轮廓面，程序如下：

……

N02 G42G00x60Z290；//进刀并执行刀尖圆弧半径右补偿

N04 G01X120W-150F0.3；//车削第一个锥面

N06 X200W-30；//车削第二个锥面

N08 Z50；//车削200外圆

N10 G40G00x300Z300；//退刀并取消刀尖圆弧半径右补偿

注意：刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行；刀具半径补偿的建立与取消只能用G00或G01指令，不得是G02或G03。

例1：考虑刀具半径补偿，1所示零件的加工程序：要求建立如图所示的工件坐标系，按箭头所指示的路径进行加工，设加工开始时刀具距离工件上表面50mm，切削深度为10mm。

例2：考虑刀具长度补偿，零件的加工程序：要求建立如图所示的工件坐标系，按箭头所指示的路径进行加工。

3.3刀具长度补偿指令G43、G44

G17指令后的刀具长度补偿，只能将刀具长度的补偿值补偿到Z轴；G18指令后的刀具长度补偿，只能将刀具长度的补偿值补偿到Y轴；G19指令后的刀具长度补偿，只能将刀具长度的补偿值补偿到X轴.刀具长度补偿分为正向偏置和负向偏置（如图2）.所谓正向偏置，就是实际使用的刀具长度比编程时的标准刀具长，指令格式为G43H，使刀具沿Z轴正方向移动，偏置量由H及后面的号码确定；所谓负向偏置，就是实际使用的刀具长度比编程时的标准刀具短，指令格式为G44H，使刀具沿Z轴负方向移动，偏置量由H及后面的号码确定.各个刀具的偏置量存放在偏置存储器中，用H00～H99来指定偏置号.

3.4 执行刀具长度补偿时注意事项：

（1）垂直于G17/G18/G19所选平面的轴受到长度补偿；（2）偏置号改变时，新的偏置值并不加到旧偏置值上。

4 刀具补偿在编程过程中的灵活应用

手工编制数控铣床加工程序时，可以预先在刀具表中设置虚拟的刀具长度和半径补偿量。设置依据是余量（根据刀具及工件的材料的性质、尺寸、结构、工艺系统刚度等因素综合确定）。比如占用H50～H55，D50～D55刀具号码，在加工之前以MDI方式手动输入完成。

把复杂的加工任务编制成子程序，执行时，可以调用不同的刀具号码进行补偿，多次循环子程序。这样，在没有更换刀具的情况下，会产生不同的让刀量进行切削加工，相当于对工件实施粗加工、半精加工和精加工。这种加工方式非常适合没有刀库的数控铣床。笔者称这种编程技巧为“虚拟刀具补偿”。虚拟半径刀具补偿通常使用的场合是：内、外平面轮廓加工及平面区域加工。虚拟半径数值（以MDI方式输入的刀具半径）等于刀具实际半径加上本次加工预留余量。虚拟刀具长度补偿通常应用于规则曲面区域加工和参数线加工等。对于不同种类的铣刀，长度补偿数值略有不同，以立式铣床为例，可简单总结为刀心点到工作面的距离尺寸（比如球头铣刀，就是球头半径）加上本次Z轴方向预留加工余量。

参考文献

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