数控铣床刀具补偿功能的应用

摘 要：数铣加工是职业培训中重要的培训项目。本文就数控铣削加工中刀具补偿功能在实际使用中要注意的问题和精加工补偿值的确定，进行了总结和探讨。

关键词：数控铣 刀具 补偿 注意事项 精加工 公式

数控机床的操作能力是中职数控专业学生的专业能力，教学应围绕这一核心能力，夯实操作功底，提高学生操作能力。教师应该如何开展教学，让学生掌握好知识，并获得实际的操作能力呢？笔者感觉比较重要的是，要善于总结和归纳，把复杂的情况化成浅显易懂的规律。

下面就数控铣床加工中半径补偿的功能，展开一些总结和归纳。

一、数控铣床刀具补偿的原理

在数控铣床上进行加工，由于刀具有一定的半径，所以刀具中心（刀尖）轨迹和工件轮廓不重合，如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，而加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈（加工外轮廓时），或大了一圈（加工内轮廓时），为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个量。运用刀具补偿功能可直接按照工件轮廓进行编程，不用考虑刀具半径。而在刀补表中设置一定的合适数值，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须更改加工程序，使编程工作大大简化。

刀具半径补偿是通过指令G41、G42来执行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则：G41是左补偿，符合左手定则；G42是右补偿，符合右手定则。当取消刀具半径补偿时，使用G40指令。

二、刀具补偿功能使用应注意的问题

一是补偿建立指令G41，G42必须与G40成对使用。

二是G41、G42、G40指令应在G00或G01程序段中加入执行，不可在G02、G03等指令中加入执行。

三是加入G41、G42、G40指令的G00或G01程序段，移动的距离不能等于零，也不能小于铣刀的半径。否则无法实现刀具补偿的功能。

四是使用刀具补偿功能必须经过三个阶段：建立刀具补偿、刀具补偿执行、取消刀具补偿，缺一不可。

五是刀具补偿功能建立以后，加工平面不能改变。

六是在刀具半径偏置方式下，应在指定的偏置平面上进行连续的刀具运动轨迹描述，如果在偏置起始指令G41/G42和偏置结束指令G40之间，有连续两个以及两个以上的非指定的偏置平面上的移动指令或非移动指令，则刀具的轨迹就会发生偏离。例如：

G00 G90 G17 G42 Y-70.0 D01

G01 X120.0 F100

Y-30.0

G04 P500

G91 Z0.2

G90 X80.0 Y40.0

X0

Y-110.0

G00 G40 X-40.0

在本例中的程序段G04 P500 是非移动指令，程序段G91 Z0.2是非指定的偏置平面上的移动指令。这两个连续的程序段的指令，导致系统无法正确判断刀具下一个的偏置位置而发生过切现象。

三、精加工补偿值获得公式讨论

笔者所在学校使用的是华中HNC-21M数控铣床。运用G41/G42刀具补偿指令，可以实现对零件加工的粗精加工分离。当放出余量，进行粗加工后，需要对零件进行测量，然后根据所获得的尺寸，对第二次的精加工补偿值进行修正，从而保证所加工的零件获得所要求的尺寸精度。由于零件的内外表面的加工，对补偿值的方向要求是不一样的，就很容易在精加工的时候弄错补偿方向。如果可以分情况，把补偿值的计算总结成浅显易懂的公式，那么在加工实习的过程中，只要熟记公式，把测量的数据直接代入，就能获得精加工时所需要的补偿数据。

下面以一个简单零件的加工情况分析，如下图所示。

图

1.加工外轮廓六边形

选用18mm的键槽铣刀，不考虑加工精度，直接设置刀补值为使用刀具的半径值9mm即可。但是为保证加工精度，往往需要进行粗精加工两次切削。粗加工时，刀具半径补偿值可放出一定的余量，然后进行粗加工的走刀。在精加工阶段中，理论上只需要把刀补值改为9mm，再一次走刀即可。

但是由于存在着大量的加工误差和不确定性，而且零件目标尺寸往往带有公差，在粗加工结束后，需要对六边形对边的尺寸进行测量，并通过测量值对精加工的刀补值进行修正。总结公式如下：

δ2=δ1-（A-B）/2 （1）

式中，δ2为精加工刀补值；δ1为粗加工刀补值；A为实际测量值；B为目标尺寸公差中间值。

实际加工中，选用18mm的键槽铣刀，假设粗加工刀补值选为10mm，粗加工后，对六边形尺寸进行测量，测得实际值为72.085mm，那么，在精加工时，只要把获得的数据代入公式（1），即可获得需要的精加工刀补值。

δ2=10-（72.085-69.063）/2=8.489

（如图中所示，六边形尺寸为70-00.074，其尺寸公差中间值为69.063）。

2.加工内轮廓腰圆槽

同样选用18mm的键槽铣刀进行加工，假设粗加工刀补值选为10mm，粗加工后，对腰圆槽尺寸进行测量，测得实际值为24.012mm。那么，在精加工时同样可以利用公式（1）计算需要获得的精加工刀补值。只是由于内轮廓的余量方向与外轮廓相反，总结公式如下：

δ2=δ1-（B-A）/2 （2）

进一步计算可得：

δ2=10-（25.026-24.012）/2=9.493

（如图中所示，腰圆槽尺寸为25+00.052，其尺寸公差中间值为25.026）。

3.总结

由公式（1）和公式（2）可以进一步获得：

δ2=δ1-|（A-B）/2| （3）

由此我们可以获得，不管是外轮廓还是内轮廓的加工，粗加工时，先选择δ1值，令此值略大于我们选用的刀具半径0.5～1.0mm。然后对零件进行粗加工。加工完毕后，根据零件图对所要求的尺寸进行测量，获得实际测量值A，然后计算目标尺寸公差中间值B，最后把所获得的值代入公式（3），即可获得精加工所需要的刀补值δ2，对零件实现精加工。

当然，在实际使用过程中，绝大部分的数铣加工零件尺寸情况是上述的双边尺寸情况，但是也有很特殊的单边尺寸的情况。那么公式（3）只要变为

δ2=δ1-|（A-B）| （4）

也是完全适用的。