賀林

摘 要：刀具半徑補(bǔ)償是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的一種基本功能。在數(shù)控車銑床、加工中心加工工件時(shí)，特別是二維平面工件的輪廓加工，如果不考慮刀具的實(shí)際直徑大小，加工出來的工件尺寸與實(shí)際要求的尺寸將不符（大一圈或小一圈）。如果加入刀具半徑補(bǔ)償，刀具會自動(dòng)偏移刀具半徑值，這樣就可以正確加工。因此，理解刀具半徑補(bǔ)償并能正確靈活地使用刀具補(bǔ)償功能，將簡化編程，起到事半功倍的效果。將刀具補(bǔ)償和變量編程結(jié)合使用，還可實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜曲面的加工，在數(shù)控切削加工中有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輪廓加工；刀具；半徑；應(yīng)用；補(bǔ)償

1 對刀具半徑補(bǔ)償?shù)恼J(rèn)識

1.1 刀具半徑補(bǔ)償?shù)幕靖拍?/p>

在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑（如銑刀半徑或線切割的電極絲半徑等），刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡與所需加工零件的實(shí)際輪廓并不重合。在進(jìn)行內(nèi)輪廓加工時(shí)，刀具中心偏離零件的內(nèi)輪廓表面一個(gè)刀具半徑值。在進(jìn)行外輪廓加工時(shí)，刀具中心又偏離零件的外輪廓表面一個(gè)刀具半徑值。這種偏移稱為刀具半徑補(bǔ)償。

1.2 刀具半徑補(bǔ)償指令

刀具半徑補(bǔ)償指令有G41、G42和G40共3個(gè)指令。當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進(jìn)方向的左邊時(shí)，稱為左刀補(bǔ)，用G41表示；刀具中心軌跡在編程軌跡前進(jìn)方向的右邊時(shí)，右刀補(bǔ)，用G42表示；取消刀具半徑補(bǔ)償時(shí)用G40表示。

1.3 刀具半徑補(bǔ)償執(zhí)行過程

（1）設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值：程序啟動(dòng)之前，在刀具補(bǔ)償參數(shù)區(qū)內(nèi)設(shè)置補(bǔ)償值。

（2）刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕ⅲ旱毒甙霃窖a(bǔ)償?shù)慕⒕褪窃诘毒邚钠鸬饵c(diǎn)（起刀點(diǎn)位于零件輪廓之外，距離加工零件輪廓切入點(diǎn)較近）以進(jìn)給速度接近工件時(shí)，刀具中心軌跡從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個(gè)刀具半徑值的過程。刀具從起刀點(diǎn)接近工件，刀具中心軌跡的終點(diǎn)不在下一個(gè)程序段指定的輪廓起點(diǎn)，而是在法線方向上偏移一個(gè)刀具補(bǔ)償?shù)木嚯x。在該段程序中，動(dòng)作指令只能用G00或G01。

（3）刀具補(bǔ)償進(jìn)行：在刀具補(bǔ)償進(jìn)行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個(gè)刀具半徑值的距離。此時(shí)半徑補(bǔ)償在G00、G01、G02、G03情況下均有效。

（4）取消補(bǔ)償：使用G40指令取消程序段偏置值，使刀具撤離工件，回到起始位置，從而使刀具中心與編程軌跡重合。以下兩種情況之一發(fā)生時(shí)加工中心補(bǔ)償模式將被取消。①當(dāng)程序中給出G40同時(shí)要有補(bǔ)償平面內(nèi)坐標(biāo)軸移動(dòng)時(shí)。②當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償號為D00時(shí)。

2 刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用剖析

2.1 簡化編程，提高精度，增加程序的柔性

使用刀具半徑補(bǔ)償指令可以按零件的輪廓直接編程，實(shí)現(xiàn)輪廓加工，從而簡化編成，這是刀具半徑補(bǔ)償?shù)囊话銘?yīng)用。然而實(shí)際加工中刀具補(bǔ)償值并不一定完全等于刀具半徑值，因此在首件加工時(shí)，為了不浪費(fèi)材料，應(yīng)采取適當(dāng)增加刀具半徑補(bǔ)償值的方法，根據(jù)加工實(shí)測值和理論值之差，修正刀具半徑補(bǔ)償值，從而提高零件加工精度。同一程序加工，當(dāng)?shù)毒吣p或重磨后，直徑會發(fā)生變化，則需要通過修改刀具半徑補(bǔ)償值來獲得所需的尺寸精度，增加程序的柔性。

2.2 同一程序?qū)崿F(xiàn)零件粗、精加工

刀具半徑補(bǔ)償除了簡化編程，外，還可以用修改刀補(bǔ)值的方法，實(shí)現(xiàn)用同一乘虛進(jìn)行輪廓的粗、精加工。粗加工階段：刀具半徑補(bǔ)償值=刀具半徑+精加工余量（單邊）；在精加工階段，刀具半徑補(bǔ)償值=刀具半徑+修正值。

2.3 設(shè)置正、負(fù)刀具半徑補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)零件的等寬壁厚加工

一般情況下，刀具半徑補(bǔ)償值應(yīng)為正值。如果出現(xiàn)補(bǔ)償值為負(fù)值，則G41和G42功能相互替換。利用這一特點(diǎn)，當(dāng)加工相等寬度的、由直線和圓弧或者含有曲線的等距輪廓工件時(shí)，只需對一個(gè)輪廓進(jìn)行編程即可：加工好第一個(gè)輪廓后，修改刀具半徑補(bǔ)償值，使刀具半徑補(bǔ)償值=-（刀具半徑+輪廓寬度），即可實(shí)現(xiàn)對第二個(gè)輪廓的加工。 但在實(shí)際加工時(shí)，需要考慮建立刀具半徑補(bǔ)償和撤銷刀具半徑補(bǔ)償時(shí)的刀軌，會不會造成對被加工工件的過切或與工件輪廓相干涉。若造成影響，只需要修改或者撤消刀具半徑補(bǔ)償?shù)能壽E即可。同理，在模具加工中，利用同一程序也可以加工同一公稱尺寸的內(nèi)外兩個(gè)型面，且可通過修改刀具半徑補(bǔ)償值保證配合精度。

2.4 使用刀具半徑補(bǔ)償和變量編程，實(shí)現(xiàn)對輪廓倒圓/倒角的加工

上述刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用，一般地，是在加工開始前將刀具半徑補(bǔ)償值輸入到數(shù)控裝置，加工過程中，刀具半徑補(bǔ)償值是保持不變的，稱為定刀具半徑補(bǔ)償。另一種情況，刀具半徑補(bǔ)償值在加工過程中需要按一定的規(guī)律改變，被稱為變刀具半徑補(bǔ)償。變刀具半徑補(bǔ)償需要與變量編程結(jié)合才能發(fā)揮作用。所謂變量編程，即允許程序中使用變量和給變量賦值，并能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和條件轉(zhuǎn)移，是數(shù)控程序編制的高級形式。FNNUC0i系統(tǒng)的變量編程，可利用G10指令和系統(tǒng)變量按照某種規(guī)律改變刀具半徑補(bǔ)償值，在程序同一軌跡的控制下，可實(shí)現(xiàn)對具有一定規(guī)律的邊緣截面復(fù)雜曲面的加工，通用性強(qiáng)。如工件任意輪廓的倒圓、倒角加工，或圓孔/圓柱的邊緣倒圓、倒角加工等。

3 定刀具半徑補(bǔ)償編程實(shí)例

例（1）：編制圖3-3所示零件加工程序：要求建立如圖所示的工件坐標(biāo)系，按箭頭所指路徑加工，設(shè)加工開始時(shí)刀具離工件上表面50mm，切削深度5mm。

O0001（主程序 10mm 立銑刀）

G40G80G49G21G94G17G16；（初始化）

G54G90G00X-10Y-10M3S800（建立工件坐標(biāo)系）

Z50

Z2

G01Z-5F50

G42D01G01X10Y10F100（刀具補(bǔ)償建立）

X30

G03X40Y20R10

G02X30Y30R10

G01X10Y20

Y5

G40G01X-10Y-10（刀具補(bǔ)償取消）

M30

4 使用刀具半徑補(bǔ)償時(shí)常見的問題

4.1 刀補(bǔ)建立與取消

建立或撤消刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具必須在補(bǔ)償平面內(nèi)或G01方式下移動(dòng)，且移動(dòng)距離大于刀具半徑補(bǔ)償值。

4.2 刀具半徑補(bǔ)償過程中的過切現(xiàn)象及其解決方法

刀具半徑補(bǔ)償使用中出現(xiàn)的過切（即干涉）指的是在零件的加工過程中，刀具按照程序設(shè)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，由于使用了刀具補(bǔ)償功能，在執(zhí)行某些指令時(shí)，刀具切削了非加工對象，即刀具過切。

（1）數(shù)控系統(tǒng)在啟用刀具補(bǔ)償功能后，一般情況下會出現(xiàn)兩種情況的過切。

1）當(dāng)使用半徑補(bǔ)償時(shí)，輸入數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)刀具補(bǔ)償中的預(yù)設(shè)刀具半徑值大于被加工零件的加工輪廓曲線的最小凹圓半徑，在加工過程中控制系統(tǒng)執(zhí)行到這段程序語句時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算后會發(fā)生過切現(xiàn)象，機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，并給出刀具過切的報(bào)警信息，也稱之為假過切現(xiàn)象。解決的方法非常簡單，刀具的半徑應(yīng)滿足工件輪廓最小凹圓半徑的原則即可。

2）加工程序完全可以執(zhí)行，但在加工過程中刀具運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)過切現(xiàn)象，程序執(zhí)行時(shí)，數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)并沒有顯示刀具過切的報(bào)警信息。這種情況主要是由于程序編程不當(dāng)引起的過切現(xiàn)象，導(dǎo)致被加工工件的報(bào)廢。

5 結(jié)束語

靈活運(yùn)用刀具半徑補(bǔ)償功能對簡化手工編程，保證和提高加工精度，提高程序柔性，實(shí)現(xiàn)輪廓倒圓/倒角之類的曲面加工具有重要意義和價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2]何平.《數(shù)控加工中心操作與編程實(shí)訓(xùn)教程》，北京國防工業(yè)出版社 ，2006