数控铣床编程时刀具半径补偿指令及运用

摘要： 本文分析了刀具半径补偿概念及指令，如何灵活和合理地运用刀补值，正确编制加工程序以保证数控加工的有效性和准确性等问题。

关键词： 数控铣床编程 刀具半径补偿指令

一、刀具半径补偿的概念

在数控铣床上进行轮廓加工时，由于铣刀的刀位点通常是定在刀具中心上，若编程时直接按图纸上的零件轮廓线进行，又不考虑而铣刀有一定的半径，就会使刀具中心（刀位点）的运动轨迹和图纸上的零件轮廓轨迹不重合，这样由刀具圆周刃口所切出来的实际轮廓尺寸，就必然大于或小于图纸上的零件轮廓尺寸一个刀具半径值，因而造成过切或少切现象。为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是所谓的刀具半径补偿指令。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，使编程工作大大简化。

二、刀具半径补偿指令G40、G41、G42的格式

平面选择指令G17（XY平面）、G18（XZ平面）、G19（YZ平面）。

G40取消刀补、G41左刀补、G42右刀补，G40、G41、G42都是模态代码，可以相互注销。刀补位置的左右是顺着编程轨迹前进的方向进行判断的，G41刀具中心将走在编程轨迹前进方向的左侧，G42刀具中心将走在编程轨迹前进方向的右侧。

D为刀具补偿代码，有D00-D99共100个地址号可用。刀补值可在MDI方式下键入。

X、Y及其坐标值还是按G00及G01格式进行确定。所不同的是，无刀具半径补指令时刀具中心是走在程序路线上；有刀具半径补偿指令时刀具中心是走在程序路线的一侧，刀具刃口走在程序路线上。

刀补动作：刀径补偿在整个程序中的应用共分为刀补引入、刀补方式进行中和刀补解除三个过程。如图1所示：当执行N2程序段时，运算装置同时先行读入N3、N4两段，在N2的终点做出一个矢量，其方向方向与N4的前进方向垂直向左，大小等于刀具半径值。在刀补进行阶段也是每段都先行读入两段，按“交点运算”规则确定运动的终点。

%1000

N1 G54 G90 G17 G00 M03

N2 G41 X20 Y10 D01 刀补引入

N3 G01 Z-10F100

N4 G01 Y50

N5 X50 刀补进行中

N6 Y20

N7 X10

N8 G00 Z10

N9 G40 X0 Y0 M05 取消刀补

N10 M30

三、刀具半径补偿指令使用注意事项

1.刀补的引入和取消必须在G00或G01方式下进行，必须是在补偿平面内不为零的直线移动。在刀补进行的中间轨迹中允许有圆弧轨迹。

2.在指定刀补平面执行刀补时，不能出现连续两段仅第三轴的移动指令，否则将出现过切或少切现象。

3.D00-D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补偿。刀具补偿值在加工或运行之前必须设定在补偿存储器中，这样刀补才起作用。

4.建立补偿的程序段一般应在切入工件之前完成，撤消刀具半径补偿的程序段一般应在切出工件之后完成。

四、刀具半径补偿功能的应用特点

在零件加工过程中，采用刀具半径补偿功能，可大大简化编程的工作量。具体体现在以下三个方面：

1.实现根据编程轨迹对刀具中心轨迹的控制。可避免在加工中由于刀具半径的变化(如由于刀具损坏而换刀等原因)而重新编程的麻烦。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。假设原来设置的刀补值为r，经过一段时间的加工后，刀具半径的减小量为，此时，可仅修改该刀具的刀补值：由原来的r改为r-，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。

2.减少粗、精加工程序编制的工作量。由于轮廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工时，均要为精加工工序预留加工余量。加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，而不必为粗、精加工各编制一个程序。

在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，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，刀具半径为r，如图2所示：首先，人工输入刀具偏置值为r+，即可完成粗加工到图示点划线的位置；在精加工时，输入刀具的半径值r，即可完成最终的轮廓精加工。

3.改变刀补值对零件进行加工修正

将刀具半径补偿与子程序结合应用，不但可简化编程，进行粗、精加工，而且可以进行加工的修正，以保证加工品质。

五、编程实例

例：按铣凸台外轮廓钻铣4-Φ12通孔的工艺路线，编写图3数控加工程序。

主程序

O0006；

G40 G49 G80 G90；

G54 G00 X-55.0 Y-50.0；

M03 S500；

G43 G00 Z50.0 H01；

Z5.0；

G01 Z-6.0 F100；

G41 G01 X-20.0 Y-40.0 D01 M08；粗加工D01刀补值大一些

M98 P1111；

G41 G01 X-20.0 Y-40.0 D02 M08； 半精加工

M98 P1111；

M00程序暂停，测量工件尺寸

G41 G01 X-20.0 Y-40.0 D03 M08； 精加工

M98 P1111；

G00 Z10.0；

G99 G81 X30.0 Y30.0 Z-23.0 R5.0 F40；孔加工循环

Y-30.0；

X-30.0 Y30.0；

Y-30.0；

G80 G49 G00 Z120.0 M09；

M05；

M30；

子程序

O1111；

G01Y10.F100；

G02X-10.Y20.R10.；

G01X10.0；

G02X20.0Y10.0R10.；

G01Y-10.0；

G02X10.0Y-20.R10.；

G01X-10.

G02X-20.Y-10.R10.0；

G03X-40.0Y10.R20.；

G40G01Y-42.；

M99；

在主程序中用M00使程序暂停，此时测量工件尺寸，计算出其与零件图尺寸的差值，并将差值补偿输入D03精加工刀具补偿中，这样加工出的工件就可满足实际要求，以确保加工品质。

因此，刀具半径补偿在数控铣床轮廓加工中有着非常重要的作用。掌握其指令格式、刀补原理，灵活、合理地运用刀补值并子程序，正确编制程序是保证数控加工有效性、准确性的重要因素。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。