浅析数控铣削加工中刀具半径补偿的功能及应用

1、国家职业资格全省统一鉴定加工中心技师论文(国家职业资格二级)论文题目：浅析数控铣削加工中刀具半径补偿的功能及应用姓 名： 身 份 证： 准考证号： 所在省市： 江苏省南京市 所在单位： 江宁技师学院 浅析数控铣削加工中刀具半径补偿的功能和应用 摘要：刀具半径补偿功能广泛应用在数控加工中。正确、灵活地运用刀具半径补偿功能对简化程序、降低编程难度、提高编程效率和零件加工精度有着十分重要的意义。关键字：数控加工；刀具补偿；程序；功能 对数控系统使用带有刀补功能的机床，其编程往往要以刀具中心为编程轨迹，使用刀具半径补偿的方法，在执行刀具补偿后，数控系统就能自行计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓一

2、个刀具半径值，这样就能加工图纸所要求的轮廓，同时还可利用同一个加工程序去完成粗加工和精加工，可以简化编程工作。另外还可以控制零件的尺寸精度，大大提高了零件的质量。  一、刀具半径补偿的相关知识 1.刀具半径补偿的概念在数控铣床上进行工件轮廓的数控铣削加工时，由于存在刀具半径，使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀具中心轨迹，即在编程时给出刀具的中心轨迹，如图1所示的划线轨迹进行编程。其计算相当复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀具中心轨迹，并修改程序。这样既复杂繁锁，又不易保证加工精度。当数

3、控系统具备刀具半径补偿功能时，数控程序只需按工件轮廓编写，加工时数控系统会自动计算刀具中心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程。因此，这种编程方法也称为对零件的编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中。在加工过程中，数控系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值或者选用存放在另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即

4、可。 图1 未使用刀具半径补偿的刀具运动轨迹 2.刀具半径补偿功能G41、G42、G40 G41指令为刀具半径左补偿(左刀补)，G42指令为刀具半径右补偿(右刀补)，G40指令为取消刀具半径补偿。这是一组模态指令，缺省为G40。 使用格式： 说明： (1)刀具半径补偿G41、G42判别方法，如图2所示，规定沿着刀具运动方向看，刀具位于工件轮廓(编程轨迹)左边，则为左刀补(G41)，反之，为刀具的右刀补(G42)。 (2)使用刀具半径补偿时必须选择工作平面(G17、G18、G19)，如选用工作平面G17指令，当执行G17指令后，刀具半径补偿仅影响X、Y轴移动，而对Z轴没有作用。 (3)当主轴顺时

5、针旋转时，使用G41指令铣削方式为顺铣，反之，使用G42指令铣削方式为逆铣。而在数控机床为里提高加工表面质量，经常采用顺铣，即G41指令。图2 左(右)刀具半径补偿判别示意图 3.刀具半径补偿的建立与撤销刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点(起刀点位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓切入点较近)以进给速度接近工件时，刀具中心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的过程。刀具半径补偿偏置方向由G41(左补偿)或G42(右补偿)确定，如图3所示。 图3 刀具半径补偿的建立与撤销(1)刀具半径补偿的建立刀具半径左补偿 N10 G90 G54 G00 X-10. Y-10. Z

6、0；定义程序原点，起刀点坐标为(-10，-10，0)。  N20 S900 M03；启动主轴正传,转速为900r/min。  N30 G17 G01 G41 X0 Y0 D01；在X、Y平面建立刀具半径左补偿，刀具半径偏置号D01。  N40 G01 Y50. ；直线插补首段零件轮廓。   刀具半径右补偿：  N30 G17 G01 G42 X0 Y0 D01；建立刀具半径右补偿。(其中，D01为调用D01号刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径值。) (2)刀具半径补偿的撤销  与建立刀具半径补偿过程类似，在零件最后一段刀具半

7、径补偿轨迹加工完成后，刀具撤离工件，回到退刀点，在这个过程中应取消刀具半径补偿，其指令用G40。退刀点也应位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓退出点较近，可以与起刀点相同，也可以不相同。在图3中假如退刀点与起刀点相同的话，其刀具半径补偿取消过程的命令如下：  N100 G01 X0 Y0；加工到工件原点。  N110 G01 G40 X-10 Y-10；取消刀具半径补偿，退回到退刀点。 (3)刀补使用时的注意事项：G41、G42为模态指令，可以互相注销。在程序中如果使用G41或G42，在程序结束中就必须有G40。切换刀具半径补偿平面必须在补偿撤销下进行。当刀具补偿值

8、为负时，在程序不变的情况下，就相当于加工外轮廓变为加工内轮廓，即G41变为G42。 使用刀具半径补偿时应防止出现过切削现象：在使用和取消半径补偿时，刀具必须在工件平面内移动，并且移动距离不能小于刀具半径补偿值。如果加工工件半径小于刀具半径，就会发生过切现象， 只有工件圆角大于等于刀具半径+精加工余量的情况下才能正常切削。 D00-D99为刀具补偿号，D00是取消刀具补偿。在加工之前刀具半径补偿值应输入刀具参数设置中。 G41(或G42)与G40之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。 加工结束时，刀具应返回到开始位置，所以必须取消刀补功能。刀补功能的取消可以使用G40

9、指令来完成，取消刀补功能的程序也可以使用G00或G01指令进行，但不能使用G02或 G03指令，而且会发生警报，并且程序停止运行。在刀补功能的取消时，还要注意刀补功能的终点，应安排在刀具离开工件后，防止发生碰撞。 二、刀具补偿在加工中心的应用 刀具半径补偿功用有一个重要的用处。假如刀具中心与工件概括偏差值不是一个刀具半径，而是给定值，则可以用来处理粗加工中剩下废料的疑问。在粗加工时，刀具半径补偿值可认为刀具半径加上精加工余量，而在精加工时只输入刀具实践半径值，这样可使粗加工和精加工选用同一个程序、同一把刀具，其补偿办法为：刀具偏置值=刀具半径+精加工余量，在粗加工时，刀具半径补偿值是

10、可变的，直到粗加工完成，最终留出精加工时的批改量。零件图纸如下图4 所示。图4 零件图纸 1.根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线：以已加工过的底面为定位基准，用通用台虎钳夹紧工件前后两侧面，台虎钳固定于铣床工作台上。工步顺序为铣刀先走圆轨迹，再用左刀具半径补偿加工外轮廓。 2.选择机床设备根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。3.选择刀具粗加工时，选用10的硬质合金立铣刀，刀具号为T01，刀具半径补偿号为D01，补偿值为5.2mm(0.2mm是精加工余量)。精加工时，选用10的硬质合金立铣刀，刀具号为T01，刀具半径补偿号为D01，补偿值为5mm

11、。 3.确定切削用量切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见参考程序。 4.确定工件坐标系和对刀点在XOY平面内确定以工件中心为工件原点，Z方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图4所示。采用手动对刀方法(操作与前面介绍的数控铣床对刀方法相同)把点O作为对刀点。 5.编写程序这是实际生产中的图形，编程方法很多，如果没有使用刀具半径补偿值的话，只能按照图5所示轨迹(OA'B'C'D'E'F'G'H'I'J'A'O)进行切削，其实编程是按照刀具中心进行编程的，这样就需要根据零

12、件图计算出刀具中心所经过的各点A'B'C'D'E'F'G'H'I'J'坐标来编程序：图5 没使用刀补的刀具运动轨迹O0001；N005 T1；N010 G54 X0 Y0 Z100；N020 M03 S1900；N030 G90 G00 Z5 M08；N040 G01 Z-3 F150；N050 G01 X45 Y45；N060 G01 X105 Y45；N070 G01 X105 Y70；N080 G01 X145 Y70；N090 G01 X145 Y45；N100 G01 X170 Y45；N110 G03

13、X205 Y80 R35；N120 G01 X205 Y125.51； N130 G02 X175.51 Y155 R25；N140 G01 X45 Y155； N150 G01 X45 Y45；N160 G01 X0 Y0；N170 G00 X0 Y0 Z100 M09；N180 M05；N190 M30； 这样编程有一个很不好解决的问题，就是刀具中心轨迹非常难计算，这里的例子是很简单的，如果图形相当复杂，再加上有曲面的就没法计算出刀具的轨迹了，也很难保证加工精度。如果建立刀具补偿值就十分简单了，无论多么复杂的图形都能加工出来。同样的应用举例：选用10mm的立铣刀来加工如图4所示的零件外形轮

14、廓。如果使用刀具半径补偿功能，刀具自动偏离一定的值(刀具半径+余量)，这样我们只要按照零件的实际轮廓编程就简单多了，如图6所示轨迹(即OABCDEFGHIJAO)进行切削，编写的程序如下：O0002；N005 T1；N010 G54 X0 Y0 Z100； N020 M03 S1900；N030 G90 G00 Z5 M08； N040 G01 Z-3 F150； N050 G01 X30 Y30； N060 G42 D01 G01 X30 Y50； N070 G01 X100 Y50； N080 G01 X100 Y75； N090 G01 X150 Y75； N100 G01 X150 Y

15、50； N110 G01 X170 Y50； N120 G03 X200 Y80 R30； N130 G01 X200 Y120； N140 G02 X170 Y150 R30；N150 G01 X50 Y150； N160 G01 X50 Y40；N170 G40 G01 X0 Y0；N180 G00 X0 Y0 Z100 M09；N190 M05； N200 M30； 图6 使用刀补后刀具运动轨迹 使用刀具半径补偿功能，各坐标点不用再计算了，可直接按照零件的轮廓进行编程，简化了程序，降低了编程难度，提高了生产效率。但在实际操作过程中，会有很多因素影响零件的精度，这时也可通过修改刀具半径补偿值来控制零件的加工精度。参考文献：1.吴明友.数控机床加工技术 东南大学出版社.江苏 2000；2.王爱玲等 实用数控与编程技术 北京：国防工业出版社 1993;3.李华. 机械制造技术 高等教育出版社 2000；4.翟瑞波主编