数控铣床刀具补偿功能的应用

时间：2022-10-26 08:11:36 数控毕业论文我要投稿

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数控铣床刀具补偿功能的应用

　　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。

　　数控铣床刀具补偿功能的应用【1】

　　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

　　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。

　　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。

　　数控铣床中刀具半径补偿的应用【2】

　　摘要：随着我国社会主义市场经济的发展，综合国力得到提升，我国的数控机床技术也得到了一定程度的推动，在数控铣床当中刀具中心与切割工件无法有效结合。

　　在实际的加工过程当中，刀具半径补偿的应用能够使得复杂的工作程序简化，促进工作效率。本文针对数控铣床当中的刀具半径补偿的应用进行相应的分析，并针对相应的问题提出合理化建议。

　　前言

　　在数控铣床的操作过程中，由于工件与刀具之间存在一定的轨迹差异，这使得在编程过程中应该注意刀心轨迹，增加了实际的编程难度。刀具半径补偿的应用在很大程度上缓解了编程难度，提升了工作效率。

　　1.刀具半径补偿的用法和注意的问题

　　刀具半径补偿的应用，是数控铣床的一大变革，提升了数控铣床的工作效率，并且简化了手工编程的繁琐程度，在一定的程度上创新了数控铣床的加工的模式。在实际的数控铣床操作过程中应该注意编程的格式问题和有关使用过程的注意事项。

　　1.1编程格式

　　数控铣床具有手工编程和自动编程功能，每一个编程方式控制的效果都不相同，要根据相应的铣削要求进行编程格式的调整。

　　其中数控铣床当中的铣削刀具半径补偿分为左补偿和右补偿两种模式，并且应该根据要求代码进行工具的选择。据有关标准要求，道具中心沿着前进的方向进行运动，贴近零件的右边轮廓称之为刀具半径补偿的右补偿，当刀具沿着前进的方向进行运动的过程中，贴近轮廓的左边称之为刀具半径补偿的左补偿。

　　其中左补偿用G41定义，右补偿用G42定义，在不需要进行半径补偿时用G40进行取消补偿工作。

　　1.2注意事项

　　1.2.1在刀具半径补偿的过程中，使用刀具补偿应该注意在之前刀具半径补偿取消的时候才能进行刀具半径补偿的操作。

　　1.2.2在进行刀具半径补偿的过程中应该注意在同一平面进行补偿操作。在相应的补偿平面应该有相应的控制。对零件进行刀具补偿的过程中，应该以G17控制XY补偿平面，以G18控制YZ补偿平面，以G19控制Xz补偿平面。

　　通过相应的指令进行操控。

　　1.2.3在刀具补偿的过程中，其中间必须具有一定的可活动范围。D是存放刀具补偿数据的存储器相应地址，其可控存储地址为D01-D99，所以对补偿数值的存储应该从D01开始进行。

　　刀具补偿数值的大小需要人工进行输入，并且要输入指定的存储器当中。D01中输入0即表示使用D01号存储器，补偿数值就是0，以此来确保刀具补偿半径的正常运行。

　　1.2.4在刀具半径补偿进行操作的过程中，刀具半径补偿建立指令需要在G00和G01两个指令当中进行，不能够在其余G代码指令中进行(如G02、G03等)，否则会影响刀具半径补偿的正常建立，造成补偿上出现问题，影响数控铣床刀具补偿功能发挥其效应。

　　1.2.5在数控铣床的实际操作当中，其主要补偿编程指令由G40、G41、G42进行系统的操作和控制。这三者之间的操控应该重视操作的规范性，不能多个指令同时出现。

　　由于数控铣床的系统中只能够进行两组数值的预判，所以不能够出现两个z轴的同时出现。这样的状况会直接的影响工作流程和工作效率。

　　2.数控铣床刀具半径补偿的应用

　　数控铣床刀具半径补偿的应用能够有效的简化数控铣床的系统繁琐程度，在实际的操作过程中，简化了工作流程，提升了工作效率。

　　在数控铣床的操作过程中，会出现多种情况。刀具半径补偿虽然是一项优化并且先进的技术，但是也要根据相应环境进行分析和研究，在适当的场合进行刀具半径补偿应用。

　　2.1刀具的正常使用

　　在实际的操作过程中，刀具半径补偿的应用对于刀具的磨损会非常严重，这与刀具的正确使用和刀具本身的质量有着重要的关系。在刀具磨损严重的情况之下，更换刀具的过程就显得尤为重要。

　　在刀具的更换过程不重视操作会导致刀具的直径受到影响，打乱设定好的编程程序，所以这样的方式应该进行规避。

　　在原有的基础之上进行更换刀具，在系统之上输入刀具的准确参数，并进行相应设置，这样就避免了刀具更换带来的编程的变化，影响铣床的正常工作，影响工作效率。由此可见，在实际的操作过程中，刀具的正常使用和更换尤为重要。

　　这就要求数控操作人员应该进行刀具半径补偿参数实际操作的掌握，理解刀具半径补偿的相关知识。

　　只有这样，才能够顺利的进行数控铣床的使用和生产，促进生产效率的提升。

　　2.2增强刀具使用效率

　　刀具的使用具有一定的消耗，频繁的更换刀具会造成一定程度的繁琐和影响工作效率，在刀具的使用过程中应该重视其使用效率。在数控铣床进行加工的时候，人为地操作改变刀具半径的补偿值至关重要。

　　在实际操作中，刀具磨损后，相应操作人员可以通过变更半径的方式进行刀具的再次使用，在刀具相同的情况下达到精细加工的效果。刀具的效率能够提升机床的工作效率，对于刀具半径的调整，能够减少编程程序的繁琐程度。

　　因此，操作人员对于数控铣床刀具半径补偿的理解程度对整个生产有着重要的影响，并确保了数控铣床工作的正常进行。

　　2.3型面不同时的应用

　　在实际的铣床操作中能够遇到各种型面的加工物件。在加工过程中的刀具半径补偿的应用也十分重要。在实际的操作当中可以根据指令达到一定要求，使用G42指令得到A轨迹运动，根据G41指令控制B轨迹。也就是说明，A轨迹加工模型凸点，B轨迹加工模型凹点。根据下图可以看见相应的原理。

　　3.结论

　　综上所述，数控铣床刀具半径补偿的应用，使得数控铣床的工作效率得到了一定程度的提升，并简化生产的繁琐程度，对数控技术的发展有一定的推动作用，并且推动了我国工业的进步和发展。

　　刀具半径补偿在数控铣床中的应用【3】

　　摘要：刀具半径补偿是数控铣床中非常重要的功能，它使得编程人员减少繁琐计算，只需按零件的轮廓编程。不但简化了编程，还可以在加工时进行修正，完成零件的粗、精加工，控制轮廓尺寸精度，保证加工质量。

　　关键词：刀具半径补偿;数控铣床;编程

　　1 刀具半径补偿指令的作用

　　数控铣床编程时，是以刀具中心作为编程轨迹，利用刀具半径补偿功能，编程只需按零件的实际轮廓进行，在执行刀具补偿指令后，数控系统计算出刀具中心的轨迹，使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，加工出所需轮廓。使用刀具补偿功能后，刀具磨损或改变刀具，只需要改变刀具半径补偿值，而不必变更零件加工程序。

　　2 刀具半径补偿指令方向判定

　　刀具半径补偿分左补偿G41和右补偿G42两种方式。ISO规定：沿刀具前进方向(假定工件静止)观察，刀具中心轨迹位于切削轮廓左侧为左补偿，位于右侧则为右补偿;取消刀具半径补偿用G40。

　　3 刀具半径补偿使用注意事项

　　(1)在编程时，刀具半径补偿的建立和取消要求用G00或G01指令来实现，不得用G02/G03圆弧插补指令，否则执行到此程序段时系统报警，程序无法执行。如：

　　N30 G17 G41 G01 X0 Y0 D01 F150;

　　或N60 G17 G40 G01 X0 Y0;

　　(2)刀具半径补偿平面XY、YZ、XZ产生变化时，必须先取消刀具半径补偿才能进行切换。

　　(3)D00-D99为刀补号地址，用来调用刀补表中相对应刀具补偿值。执行刀具半径补偿指令后，数控系统自动运算，使刀具自动补偿，不要因为忘记或者输错刀具补偿值而造成过切现象。

　　(4)在建立或取消刀具半径补偿时，刀具在平面内的移动距离，必须大于刀具半径值，如D01赋值为8：

　　N30 G00 X10 Y0;

　　N40 G17 G41 G01 X15 Y0 D01 F150;

　　从(10，0)移动到(15，0)小于8mm，执行到该程序段时系统报警，程序无法执行。

　　(5)为保证零件轮廓的完整性和表面质量，加工外轮廓时，应在刀补建立完成之后，以切线切入的方式切入工件，执行刀补后，应在切线方向切出工件后再取消刀补;如国无法沿切线切入切出时(如型腔)，可采用过渡圆弧切入和切出的方式，否则容易产生切除不完全、过切或刀痕。

　　(6)为避免在建立刀补和取消刀补时产生过切现象，刀具半径补偿建立与取消程序段的起点与终点最好与补偿方向位于同侧。

　　(7)内轮廓刀补的建立和取消。在铣削内轮廓的时候，刀具移动受到限制，可先建立刀具半径补偿，然后下刀、取消刀具半径补偿时应先提刀再取消补偿。

　　但须注意的是，在建立刀补时，控制系统要连续读入两段平面位移指令，才能计算出正确的刀具中心的偏置，即在建立刀补后的程序段中不能插入两个或两个以上没有XY坐标移动的程序段，否则会造成过切。如：

　　……

　　N20 G00 X-50 Y-50;

　　N30 G17 G41 G01 X-30 Y-30 F150 D01;

　　N40 Z5;

　　N50 Z-5;

　　N60 Y30;

　　……

　　程序从N30开始建立刀补，N30和N40都为Z方向的位移，XY均未移动，应将程序改为：

　　……

　　N20 G00 X-50 Y-50;

　　N30 G17 G41 G01 X-30 Y-30 F150 D01;

　　N40 Z-5;

　　N50 Y30;

　　……

　　4 应用技巧

　　(1)由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变化时，不必重新编程，只需修改相应的刀补值即可。刀具在磨损的情况下仍然能够加工出规格一致的工件。

　　(2)利用刀具半径补偿实现粗、精加工。刀补表中的半径值是确定刀具补偿量的，可用同一程序通过修改刀补值对零件实现粗、精加工。按零件轮廓编程后，将刀补表中D赋值，设为R+Δ，R为刀具半径，Δ为精加工余量。在精加工时，将D赋值为R，完成对零件的粗、精加工。

　　(3)控制轮廓尺寸精度。在实际加工中材料存在让刀现象，对精度要求高的尺寸在精加工之后可能还存在偏差，达不到公差要求，通过检测计算出修正值，然后修改刀补值进行补偿加工，从而提高加工精度。

　　5 结论

　　刀具半径补偿在数控铣床中有着十分重要的作用和地位，是应用最广最重要的指令。正确、灵活地使用刀具半径补偿功能，是简化编程和提高零件精度的有效保证。

　　参考文献：

　　[1]韩玉勇.数控机床与编程[M].北京：国防工业出版社，2009.

　　[2]罗瑞琳.数控铣削加工中刀具半径补偿的应用及注意事项[J].广西：装备制造技术，2006.

　　[3]彼得・斯密德[美].数控编程手册[K].化学工业出版社，2005.

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