刀具补偿功能在数控加工实践中的应用

　　【编者按】刀具补偿是数控加工中的常见问题，本文就刀具半径、刀具长度补偿在数控铣削加工中以及刀尖半径补偿在数控车削加工中的应用进行了分析。

　　 引言

　　刀具补偿功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化(如刀具更换、刀具磨损)时，可对刀具半径或长度作相应的补偿，而不需要修改程序。编程指令有：G40：取消刀具半径补偿，沿程序路径进给；G41：左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给；③G42：右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给；④G43：刀具长度正补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相加，按其结果进行Z轴运动；⑤G44：刀具长度负补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相减，按其结果进行Z轴运动；G49：取消刀具长度补偿，沿程序指定的Z坐标进行z轴运动。在实际数控加工中正确应用刀具补偿是提高加工质量的关键，下面对刀具补偿功能在各种数控加工中的应用进行分析。

　　1 数控车床中刀尖圆弧半径补偿的应用

　　编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖，看成一个点，但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧(一般圆弧半径R在0.4～1.6之间)，所以实际切削时起作用的切削刃是圆弧的两个切点，很显然假想刀尖点与实际切削点是不同点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓编制的程序来加工，势必会产生加工误差。
　　现代机床基本都具有刀具补偿功能，对于具有刀尖圆弧半径补偿功能(即G41左补偿和G42右补偿功能)的数控车床，对应每一个刀具补偿号，都有一组偏置量X、Z、R(刀尖半径补偿量)和T(刀尖方位号)。编程人员可直接根据零件轮廓形状进行编程，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号中输入刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀具补偿号的圆弧半径值即可。
　　加工中，用圆头车刀进行车削加工时，实际的两个切削点分别决定了X向和Z向的加工尺寸。为了简化编程和操作，加工前往往根据装刀位置、刀具形状确定刀尖方位号，直接通过机床面板上的功能键OFFSET分别设定各刀具的X向和z向的补偿值，在加工时调用相应刀具的补偿号即可。根据所加工零件的尺寸精度，可修改所用刀具的X向和Z向补偿值，以提高零件的加工精度。

　　2 刀具半径补偿在数控铣削时的应用

　　2.1 铣削零件的内轮廓和外轮廓
　　铣削零件的内轮廓和外轮廓时，按零件的轮廓来编程，程序中应用T指令和G41或G42指令，在加工之前，通过机床面板的功能键OFFSET将刀具的半径设定为刀具半径补偿值，就可以实现刀具半径自动补偿，完成内(外)轮廓的铣削。
　　2.2 实现零件粗、精加工
　　在实际加工中，为了简化程序，零件的粗、精加工都采用一个程序和同一把刀具来完成，租加工时把刀具半径补偿值增加一个精加工余量△，精加工时将刀具半径补偿值设为刀具实际半径值。或者根据零件的实际轮廓编成子程序，分别把粗、精加工的刀具补偿值设在不同刀具补偿号里，在粗加工和精加工时分别调用子程序并调用不同的刀具补偿号即可。
　　2.3 提高加工精度
　　当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，根据磨损量，修改相应刀具的半径补偿值，可减少由于刀具磨损等造成的误差，提高加工精度。在首件试切时，为了不浪费材料，也采取增加刀具补偿值的方法，根据实际测量值，再计算修改刀具补偿值，进行生产加工。

　　3 刀具长度补偿在数控加工中心的应用

　　加工中心具有自动换刀装置，在加工过程中可以实现自动换刀。由于所用的刀具长度不同，每次换刀后，刀具在Z向运动时，需对刀具进行长度补偿。
　　3.1 进行分层铣削
　在实际加工中，由于刀具的有效切削长度有限、机床的承载能力有限，在铣削z向深度尺寸较大的零件时，需要分层铣削。利用刀具长度补偿，以零件实际轮廓编程，加工前根据加工深度，分层设置刀具长度补偿值，加工时调用相应层的刀具长度补偿号即可进行分层铣削。
　　3.2 空运行程序
　　在实际加工中，为了检验程序的正确性与合理性，在加工之前，要对程序进行空运行。这时，给一个较安全的刀具长度补偿值，使刀具抬起在工件上方较安全的高度上空运行程序，通过加工轨迹来检验程序的正确与否。

　　4 加工举例

　加工图1所示内、外轮廓(以FANUC—OI系统加工中心编程)。

图1内、外轮廓铣削

　　外轮廓加工采用刀具半径左补偿，沿P1～P2切入，沿P3～P4切出；内轮廓加工采用右补偿，切人段为P5～P7，切出段为P6～P5。外轮廓加工完毕取消刀具半径左补偿，刀具至P4点，抬刀后至P5，再建立刀具半径右补偿。内、外轮廓均采用半径为R10平底铣刀加工，内轮廓加工前先钻孔，钻头为T01，铣刀为T02。
铣削加工数控程序如下：

　　在使用刀具半径补偿时需要注意：在建立刀具补偿时，一定要有一段不为零的直线运动，而且一般运动长度要大于刀具半径值。

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