巧用G41、G42、G40(刀具半径补偿指令)编制数控程序

[摘 要]数控铣床手动编程中二维加工在没有使用刀补的情况下编制数控加工程序时，由于刀具是圆柱形，存在一定的直径，使刀具中心轨迹与零件轮廓不重合。如此时按照轮廓线编程，刀具中心（刀位点）行走轨迹将和图样上的零件轮廓轨迹重合，就会造成过切或少切现象。作者通过分析、尝试及验证，在数控程序中巧秒地使用G41、G42、G40指令，不仅可以解决上述问题，且使编程及加工变得简单。

[关键词]巧用；刀具半径补偿指令；编制；数控程序

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0304-02

在手动编制数控铣加工程序时，为了确保铣削加工出的轮廓符合要求，编程员必须依据图样尺寸要求结合所使用刀具半径计算出新的节点坐标，再根据这些坐标值进行编程，这给编程带来了很大数据计算及处理的麻烦（见图1）。编程时为了避免出现上述所说的数据坐标值计算，考虑利用刀具半径补偿来解决这一问题（见图2），可大大地节省时间提高编程效率。

一、刀具半径补偿

数控加工中，是按零件轮廓进行编程的。由于刀具总有一定的半径（如铣刀半径、铜丝的半径），刀具中心运动的轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。这种偏移称为刀具半径补偿。

1、刀具半径补偿指令及格式

G41（刀具半径左补偿指令）：G41 G00/G01 X Y D

G42（刀具半径右补偿指令）：G42 G00/G01 X Y D

G40（刀具半径补偿取消指令）：G40 G00/G01 X Y

2、刀具半径补偿指令注意事项

在编制数控程序时，使用G41、G42、G40指令可让我们省去因刀具半径而造成的坐标点计算，但在使用过程中需注意一些事项，规纳总结如下五点：

（1）、G40、G41指令在使用前，必须由G17、G18、G19指令指定刀具半径补偿平面，且补偿中不能随意更换铣削平面，需要半径补偿指令结束后才能更换铣削平面，否则程序出现报警信号；

（2）、编程时，X、Y坐标值的计算参照G00、G01格式，与没有使用刀补时一样，刀补建立时，只能使用G00、G01指令，不能使用G02、G03指令；

（3）、D-指令代码为刀具半径补偿寄存器的地址字，在编写程序时应与补偿寄存器号相对应；

（4）、G41、G42判别：沿着刀具前进方向看，刀具在前进轨迹方向左侧为左刀补，刀具在前进轨迹方向右侧为右刀补；

（5）、刀具半径补偿值设置为负值时，G41、G42刀具所走轨迹将相反。

二、刀具半径补偿原理

依据刀具轨迹分析，刀具半径补偿在程序中包含三个阶段：刀补建立、刀补运行、刀补取消（见图3）。

刀补建立是从起点开始，轨迹中心向预定方向（左或右）偏移，当到达终点时，刀位点（刀具中心点）相对于终点在法向上偏移一了个刀具半径。需注意，刀具半径补偿建立进，为线性直线空行程，且这一偏移过程不能在加工轮廓中进行，否则将会出现被过切的现象。当然，在加工过程中，如取消刀补不当同样也会出现过切现象。

刀补在进行时，刀具刀位点的轨迹与编程轮廓轨迹为相互平行，且间距等于刀补相应地址中的数值。刀补进行时，假如程序中存在两段以上的没有移动指令段、存在与指定平面轴不同的移动指令，都会造成进刀不足或进刀超差。

三、如何巧用G41、G42、G40编制数控加工程序

笔者通过分析，针对数控铣床手动编程中常遇到一些问题进行验证总结规纳

出以下四种情况下，在使用G41、G42、G40时可简化计算提高编程效率。

1、当使用的刀具与编程时指定的刀具半径不一致时

当刀具经过重新磨削或使用时间较长出现磨损时，往往会出现刀具直径与理

论直径不一致的现象，编程时在补偿寄存器地址中只需改变半径值，无需重新编程既可达到同样的效果（见图4）

2、使用同一把刀具，通过改变寄存器中D值，实现粗、精加工

编制数控铣程序时，同过修改寄存器中D值，使用同一把刀进行粗、精加工。

假设精加工余量为，进行粗加工时，可将寄存器地址中的值设为+r，而精加工时将寄存器地址中的值设为r，就可以加工出符合要求的工件（见图5）

3、通过改变寄存器地址中D值的正、负号，实现模具凸、凹模加工

模具凸、凹模加工通过使用同一数控程序加工时，只需改变D值的正、负号，而不需重新编程既可加工（见图6）。

4、可将一把刀具设定有不同的寄存器地址，即可设定不同的补偿设定值，以实现不同的加工。

结合以上分析及验证，可见在数控铣程序编制中正确使用G41、G42、G40刀

具补偿指令可简化编程，提高效率。

参考文献

[1] 王增杰.《数控铣床与加工中心操作技能训练》江苏教育出版社，2010.

[2] 邵长文.田坤英《数控铣销项目教程》华中科技大学出版社，2008.