浅谈刀具半径补偿的应用

摘 要：刀具半径补偿功能给数控加工编程带来了方便，灵活运用刀具半径补偿，可以大大提高生产效率和产品合格率。若加工出的轮廓尺寸与设计尺寸稍有偏差需要调整，或者要使粗加工和精加工用同一个程序完成，都只需要在数控机床上修改刀具的半径补偿值即可，不必重新生成加工程序或更换刀具，从而达到事半功倍的效果。

关键词：数控机床； 刀具半径补偿； G40； G41； G42指令

中图分类号：TG519 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2015）02-136-001

在数控铣床上进行工件轮廓的铣削时，加工程序的编制一般以工件的轮廓尺寸作为刀具中心轨迹进行编程，而实际加工中，刀具的中心轨迹则与工件轮廓有一偏移量，即刀具半径。数控系统的这种编程功能成为刀具半径补偿功能，运用刀具半径补偿功能来编写加工程序，不仅可简化编程，避免计算刀具轨迹，直接用零件轮廓尺寸进行编程，同时也大大提高了数控机床的加工精度和效率。

一、刀具半径补偿的方法

数控加工过程中，刀具半径补偿通过指令G40、G41、G42来执行。其中G40是取消刀具半径补偿指令；G41指令是刀具半径左补偿指令；G42是刀具半径右补偿指令。编写零件加工程序时，使用非零的D00～D99代码，选择正确的刀具偏置寄存器号，D00对应的偏移量为零。根据ISO标准规定，沿着刀具中心轨迹前进方向看，刀具和工件的位置关系，如果刀具位于零件轮廓的左边，则称为刀具半径左补偿，反之称为刀具半径右补偿。当加工过程中，不需要刀具半径补偿时，则采用G40取消刀具半径补偿。

刀具半径补偿的过程分三步进行，即：建立刀具半径补偿、执行刀具半径补偿和取消刀具半径补偿。在建立刀具半径补偿时，首先要设置刀具半径补偿值；其次是让刀具移动使补偿有效，注意刀具移动过程中不能切削工件。刀具由起刀点接近工件时，由于建立了刀补，此程序段执行后，刀具中心轨迹的中点不在下一程序段指定的轮廓起点，而是在法线方向上偏移一个刀具补偿量的距离，偏移方向取决于G41或G42；最后正确的取消半径补偿，在取消时刀具也不能切削工件。刀具完成切削加工，在回到起刀点之前，应撤销刀具半径补偿。需要注意的是必须在G00或G01指令模式下取消半径补偿，在G02或G03指令模式下取消刀具半径补偿时，数控机床将会报警。另外，刀具半径补偿必须在程序段结束前取消，否则刀具中心将不能回到程序原点上。

二、使用刀具半径补偿时的注意事项

进行零件加工时，刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不当，刀具所加工的路径容易出错，所以我们要正确合理的应用刀具半径补偿。

1.机床接通电源后，为取消刀具半径补偿的状态。

2.在进行刀具半径补偿前必须用G17（X-Y平面）、G18（X-Y平面）和G19（X-Y平面）指令指定补偿面是在哪个平面上进行。改变偏移平面时，只能在刀补撤消方式下进行，否则会产生报警且机床停止运行。

3.在“建立”和“取消”刀具半径补偿时，程序段中刀具移动指令只能用G00或G01，不能用G02或G03，否则会报警。刀具半径补偿必须在程序段结束前取消，否则刀具中心将不能回到程序原点上。补偿开始以后，半径补偿在G00、G01、G02、G03情况下均有效。

4.为了便于计算坐标，采用切向切入方式或法向切入方式来建立或取消刀补。对于不便于沿工件轮廓线方向，切向或法向切入切出时，可根据实际情况增加一个圆弧辅助程序段。

5.一般情况下，刀具半径补偿量应为正值，如果补偿值为负，则G41指令和G42指令正好相互替换。通常在模具加工中利用这一特点，可用同一个加工程序，加工同一公称尺寸的内外两个型面。

6.在建立刀具半径补偿后，不能出现连续两个程序段无选择补偿坐标平面的移动指令，否则数控系统因无法正确计算程序中刀具轨迹交点坐标，可能会产生过切削现象。

三、刀具半径补偿的应用

刀具半径补偿的合理使用，可以大大简化编程，避免计算刀具轨迹，直接用零件轮廓尺寸进行编程，同时也大大提高了数控机床的加工精度和效率。刀具因磨损、重磨、换新刀而引起直径后不需要修改程序，只要更改刀具参数的直径值；应用同一程序使用同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿值可进行粗精加工，同时控制轮廓的尺寸精度。但是如果利用不合理，将会使加工时产生过切削现象，导致工件报废。当程序给定的圆弧半径小于刀具半径时，向圆弧圆心方向的半径补偿将会导致过切；当被铣削槽底宽小于刀具直径，如果刀具直径补偿使刀具中心向编程路径返回方向运动，将导致过切。

在平面轮廓加工中，选择机床自动补偿功能时，如采用垂直进刀，必须同时满足以下三个条件1.单独指定进、退刀点；2.进、退刀点的位置应在加工轨迹的半径补偿一侧；3.进、退刀点到加工轨迹的距离大于刀具半径。如不能同时满足以上3个条件，就会发生由于半径补偿滞后、取消补偿提前或偏置距离不足，而造成过切削的现象。

如采用直线进刀，也要防止出现过切，可采用以下两种方法：1.单独指定进、退刀点：因为刀具半径补偿的建立就是在刀具从起点接近工件时，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程，在刀补程序执行段中，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量，直到刀补取消，刀补的取消就是刀具中心轨迹重新过渡到与编程轨迹重合的过程，所以进刀、退刀的直线段长度一定要大于刀具半径，以便能充分进行刀具半径补偿的建立与取消；2.指定进刀角度：保证进刀段直线长度与进刀角度正弦值的乘积大于刀具半径。同时满足以上两个条件，就能防止由于半径补偿滞后、取消补偿提前或偏置距离不足而造成的过切削现象。

刀具半径补偿功能除了可以使编程人员直接零件轮廓编程，简化了编程工作外，在实际加工中还有许多其他方面的应用。随着数控系统功能的不断提高和完善，大部分数控机床都具有半径补偿功能，刀具补偿的合理使用不仅可简化编程，同时也大大提高了数控机床的加工精度和效率。

参考文献：

[1]人力资源和社会保障部教材办公室组织编写.数控机床编程与操作，北京：中国劳动出版社，2012.8

[2]高枫，肖卫宁主编.数控车削编程与操作训练，北京：高等教育出版社，2005.6

[3]王志主编.数控机床技术应用，北京：高等教育出版社，1998.7