浅谈刀具补偿

摘要：阐述了数控加工具有加工精度高、效率高、质量稳定等特点，合理掌握刀具补偿方法，灵活应用刀具半径补偿功能，合理设置刀具半径补偿值，是保证其精度高、质量稳定的重要因素。

关键词：刀具补偿；编程；方法；数控加工

中图分类号：C37 文献标识码：A

一、刀具补偿的提出

在全功能数控机床中，数控系统具有刀具补偿功能，这就给实际加工提供了方便。编程时可按工件轮廓尺寸进行编制，建立、执行刀补后，数控系统自动计算，刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。应用刀具半径补偿功能时，只需按工件轮廓轨迹进行编程，然后将刀具半径值输入数控系统中，执行程序时，系统会自动计算刀具中心轨迹进行刀具半径补偿，从而加工出符合要求的工件形状，当刀具半径发生变化时也无需更改加工程序，使编程大大简化。实践证明灵活应用刀具半径补偿功能，合理设置刀具半径补偿值，在数控加工中有着重要的意义。

二、全功能数控机床系统中刀具补偿

1．数控车床刀具补偿

数控车床刀补功能包括刀具位置补偿和刀具圆弧半径补偿两方面:

（1）刀具位置补偿 刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。办法是测出每把刀具的位置并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，刀具的实际位置就代替了原来位置。

（2）刀具圆弧半径补偿 编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是一个点，但实际上为了提高刀具的使用寿命和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧（刀尖圆弧），这必将产生加工工件的形状误差。另一方面，刀尖圆弧所处位置，车刀的形状对工件加工也将产生影响，而这些可采用刀具圆弧半径补偿来解决。

（3）刀补参数每一个刀具补偿号对应刀具位置补偿（X和Z值）和刀具圆弧半径补偿（R和T值）共4个参数，在加工之前输入到对应的存储器。在自动执行过程中，数控系统按该存储器中的数值，自动修正刀具的位置误差和自动进行刀尖圆弧半径补偿。

2．加工中心、数控铣床刀具补偿

加工中心、数控铣床中刀补功能包括刀具半径、刀具夹角和刀具长度补偿三个方面:

（1）刀具半径补偿（G41、G42、G40） 编程的时候是看成一个点的运动来编运动轨迹的，而实际上刀具总有一定的刀具半径或刀尖的圆弧半径，所以在零件轮廓加工过程中刀位点运动轨迹并不是零件的实际轮廓，它们之间相差一个刀具半径，为了使刀位点的运动轨迹与实际轮廓重合，就必须偏移一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。其工作过程可以分为建立、执行和取消刀补三个过程使用如图1所示：

图1 图2

（2）夹角补偿（G39） 两平面相交为夹角，可能产生超程过切导致加工误差，可采用夹角补偿来解决。使用夹角补偿指令时需注意，本指令为非模态的，只在指定的程序段内有效，只能在G41和G42指令后才能使用。

（3）刀具长度偏置（G43、G44、G49）为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿，利用刀具长度偏置指令可以不改变程序而随时补偿刀具长度的变化，补偿量存入H码存储器中。如以下的程序段G43Z56H2，假设H 2存储器中值为16，则表示 Z终点坐标值为72mm。

三．刀具半径补偿在数控加工中的应用

1． 改变刀补值适应刀具的变化

在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换经常发生，应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。在零件加工过程中，刀具由于磨损而使其半径变小，若造成工件误差超出其工件公差，则不能满足加工要求。假设原来设置的刀补值为r，经过一段时间加工后，刀具半径减小量为，此时修改该刀具的刀补值，由原来的r改为r-，不改变程序即可满足要求。同样当刀具重磨后亦可照此处理。当需要更换刀具时可以用新刀具的半径值作为刀补值代替原有程序中的刀补值进行加工。由此可见由于刀补值的变化适应了刀具的变化，在不改变原有程序的情况下，可满足其加工要求。

2． 改变刀补值实现零件的粗、精加工

如果人为地使刀具中心与工件轮廓偏置值不是一个刀具半径，而是某一给定值，则可以用来处理粗、精加工问题。在粗加工时可将刀具实际半径加上精加工余量作为半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、精加工采用同一个程序。其补偿方法为：设精加工余量为δ1，刀具半径r，微量调整量δ2，如图2所示。首先人工输入刀具的半径补偿为r+δ1，即可完成粗加工。在精加工时输入刀具的半径补偿值为r+δ1+δ2，即可完成最终的轮廓精加工。

改变刀补值对零件进行加工，将刀补值与子程序结合应用，不但可简化编程进行粗、精加工，而且可以进行修正保证加工精度。下面用一个程序进行说明图3所示：

图3

O0001;主程序

T1;¢8的键槽铣刀

G90G54G0X0Y0Z30S700M3;

Z2;

G1Z-9.6F50;Z向粗加工

D1P2F90;D1=5.5

G0Z30;M1;

G1Z-（10+微调值）F50;Z向精加工

D1M98P0002F90;XY向粗加工

G0Z30;M1;

G1Z-10F50;

D2M98P0002F90;XY向精加工

G0Z30;D2=5+微调值

M30;

O0002;子程序

G41G1X25Y0;建立刀补

G1X25Y-10;执行刀补

G2X20Y-15R5;

G1X-20Y-15;

G2X-25Y-10R5;

G1X-25Y10;

G2X-20Y15R5;

G1X20Y15;

G2X25Y10R5;

G1X25Y0;

G40G1X0Y0;M99;

在主程序中用M1使程序暂停，此时测量尺寸，计算出其与零件图尺寸的差值，并将差值输入D2中进行精加工，这样加工出的工件可满足要求。

3． 使用刀补的注意事项

前面阐述了灵活应用刀补功能、合理设置刀补值在数控加工中的重要意义，在实际使用时为了确保程序的正确，要注意以下几个事项：

（1）建立、取消刀补时，要求建立刀具半径补偿程序段的后续两个程序段必须有指定补偿平面的位移指令（G0、G1，G2、G3），否则无法建立正确的刀补。以下几种方法会使刀补无法生成，编程时应注意避免：

a. G41G1X10D0；M3；M8；G1Y50；在2个运动指令之间有2条或2条以上的辅助功能程序段，在刀补计算时就无法获得2条相邻轮廓段的信息刀补无法生成。

b. G40G1X100D1；X0；Y100；在2条运动指令之间有一条为0的指令时，由于运动为0的程序段没有零件轮廓信息刀补无法生成。解决的办法把X0变为G1X0。对于a与b的综合情况刀补也会无法生成。

c. G41G1X10Y10D1；G2X0Y-10R10；刀具找不到中心轨迹刀补无法生成，因此编程时要避免中心轨迹突变的发生。

（2）使用和取消刀补时，刀具在所补偿的平面内移动需要一个过程来完成，刀位点要有足够的距离过渡，而这距离要求比刀具半径大，一般大于或等于2/3刀具直径。

（3）当程序给定的内圆弧半径小于刀具半径补偿量时（大刀切小弧），向圆弧圆心方向的半径补偿将会导致过切削。因此加工内圆弧时,必须要求内圆弧半径大于刀具半径补偿量。

（4）D00 - D99为刀具补偿号，刀具补偿值在加工或运行之前须设定在存储器中。

四．结论

总之，刀具补偿在数控加工中有着非常重要的作用，灵活合理地运用刀补值并结合刀补原理进行编制加工程序，能保证数控加工的有效性和准确性。

五．参考文献:

1．《数控机床编程与操作》 方沂国防工业出版社

2．《数控加工与编程》 张安全中国轻工业出版社

3．《BEIJING-FANUC 0i MC》 操作说明书