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数控加工中刀具补偿的应用
朱卫峰[中国长江动力公司(集团)]
摘要:刀具补偿是数控机床的主要功能之一,他分为:刀具长度补偿、刀具半径补偿、刀具偏置补偿种。它们基本上能解决加工过程中根据刀具几何形状尺寸产生零件轮廓轨迹等问题,从而保证加工出符合图纸尺寸要求的零件。
关键词:刀具半径补偿,刀具长度补偿,刀具几何补偿,磨损补偿
引言:刀具补偿的理论及其实现,在各类数控系统中都已经是比较成熟的技术。在使用数控机床加工零件的过程中,刀具的运动轨迹不等同于工件的轮廓。为了保证工件轮廓形状,加工时数控系统必须根据工件轮廓和刀具的几何形状尺寸计算出刀具中心运动轨迹。在建立、执行刀补后,数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹从而加工出符合图纸尺寸要求的形状。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。刀具补偿使用简单方便，能极大提高编程的工作效率。下面就刀具补偿在一般数控加工中的应用进行探讨:
一.刀具半径补偿
1.刀具半径补偿的概念
A.在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。在进行轮廓加工时，刀具中心偏离零件的实际轮廓表面(图纸中所要加工对象的轮廓)一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。
B.采用刀具半径补偿的作用和意义
数控机床一般都具备刀具半径补偿的功能。在加工中，使用数控系统的刀具半径补偿功能，就能避开数控编程过程中的繁琐计算，而只需计算出工件加工轮廓轨迹的起始点坐标值即可。同时，利用刀具半径补偿功能，还可以实现同一程序的粗、精加工以及同一程序的阴阳模具加工等功能。
C.刀具半径补偿指令的使用方式
根据ISO标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为右刀补，用G42表示；注销刀具半径补偿时用G40表示。
2刀具半径补偿过程
A.刀具半径补偿建立：当输入的程序段包含有G41/G42命令时，系统认为此时已进入刀补建立状态。当以下条件成立时，加工中心以移动坐标轴的形式开始补偿动作。
有G41或G42被指定；
在补偿平面内有轴的移动；
指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但不能是D00；
补偿平面被指定或已经被指定；
G00或G01模式有效。
B.补偿模式：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。此时半径补偿在G00、G01、G02、G03情况下均有效。
C.取消补偿：使用G40指令取消程序段偏置值，使刀具撤离工件，回到起始位置，从而使刀具中心与编程轨迹重合。当以下两种情况之一发生时加工中心补偿模式被取消。①给出G40同时要有补偿平面内坐标轴移动。②刀具补偿号为D00。
3刀具半径补偿在数控加工中的应用
有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹的人工计算外，还可利用同一加工程序去完成粗、精加工及阴阳模具加工等。
图1G18指令的使用A.不同平面内的半径补偿
刀具半径补偿用G17、G18、G19命令在被选择的工作平面内进行补偿。即当G18命令执行后，刀具半径补偿仅影响X、Z移动，而对Y轴没有作用。
铣削如图1所示圆柱面，使用刀具是半径为10mm的球形立铣刀。编程控制点有两个，即刀尖、球心，这里使用球心。
O0001
N1G90G54G18G00X60.0Y0S1000M03;
N2Z0;
N3G91G01G41X-20.0D01F100;
N4G02X-80.0I40.0;
N5G40G0lX20.0;
┇
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N22G90G00Z100.0;
N23X0Y0M05;
N24M30;
B.实现同一程序的粗、精加工：刀具半径补偿除方便编程外，还可改变补偿大小的方法以用实现同一程序的粗精加工。
粗加工刀具补偿量＝刀具半径+精加工余量，精加工刀具补偿量＝刀具半径+修正量
C.实现同一程序的阴阳模具加工,例如:
图2内、外两种型面的加工在加工同一公称尺寸的内、外两种型面时，可分别调用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互换)完成内、外两种型面的加工。如图2。
例:考虑刀具半径补偿，编制图a所示零件的加工程序。要求建立如图所示的工件坐标系，按箭头所指示的路径进行加工。设加工开始时刀具距离工件上表面50mm，切削深度为2mm。

图a刀补指令的应用
解：一个完整的零件程序如表8-6。
表8-6刀具半径补偿指令的应用
程序说明%8031程序名N10G92X-10Y-10Z50确定对刀点N20G90G17在XY平面，绝对坐标编程N30G42G00X4Y10D01右刀补，进刀到（4，10）的位置N40Z2M03S900Z轴进到离表面2mm的位置，主轴正转N50G01Z-2F800进给切削深度N60X30插补直线A→BN70G03X40Y20I0J10