數(shù)控加工中刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

1、數(shù)控加工中刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用朱衛(wèi)峰中國(guó)長(zhǎng)江動(dòng)力公司（集團(tuán)）摘要:刀具補(bǔ)償是數(shù)控機(jī)床的主要功能之一，他分為:刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀 具半徑補(bǔ)償、刀具偏置補(bǔ)償種。它們基本上能解決加工過(guò)程中 根據(jù)刀具幾何形狀尺寸產(chǎn)生零件輪廓軌跡等問(wèn)題，從而保證加工出符合圖紙尺寸要求的零件。關(guān)鍵詞：刀具半徑補(bǔ)償，刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，刀具幾何補(bǔ)償，磨損補(bǔ)償引言:刀具補(bǔ)償?shù)睦碚摷捌鋵?shí)現(xiàn)，在各類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)中都已經(jīng)是比較成熟 的技術(shù)。在使用數(shù)控機(jī)床加工零件的過(guò)程中，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡不 等同于工件的輪廓。為了保證工件輪廓形狀，加工時(shí)數(shù)控系統(tǒng)必 須根據(jù)工件輪廓和刀具的幾何形狀尺寸計(jì)算出刀具中心運(yùn)動(dòng)軌 跡。在建立、執(zhí)行刀補(bǔ)后，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)調(diào)

2、整刀位點(diǎn) 到刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡從而加工出符合圖紙尺寸要求的形狀。當(dāng)?shù)?具磨損或更換后，加工程序不變，只須更改程序中刀具補(bǔ)償?shù)?數(shù)值。刀具補(bǔ)償使用簡(jiǎn)單方便，能極大提高編程的工作效率。下面就刀具補(bǔ)償在一般數(shù)控加工中的應(yīng)用進(jìn)行探討 ：一.刀具半徑補(bǔ)償1 .刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍預(yù).在輪廓加工過(guò)程中，由于刀具總有一定的半徑， 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)行輪廓加工時(shí)， 刀具中心偏離零件的實(shí)際輪廓表面（圖紙中所要加工對(duì)象的輪廓） 一個(gè)刀具半徑值。這種偏移，稱(chēng)為刀具半徑補(bǔ)償。B.采用刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔煤鸵饬x數(shù)控機(jī)床一般都具備刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｔ诩庸ぶ?，使用?shù)控系統(tǒng)的刀具半徑補(bǔ)償功

3、能，就能避開(kāi)數(shù)控編程過(guò)程中的繁瑣計(jì)算，而只需計(jì)算出工件加工輪廓軌跡的起始點(diǎn)坐標(biāo)值即可。同時(shí)，利用刀具半徑補(bǔ)償功能，還可以實(shí)現(xiàn)同一程序的粗、精加工以及同一程序的陰陽(yáng)模具加工等功能。C刀具半徑補(bǔ)償指令的使用方式根據(jù) ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，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(chēng)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)，稱(chēng)為右刀補(bǔ)，用 G42表示；注銷(xiāo)刀具半徑補(bǔ) 償時(shí)用G40表示。2 刀具半徑補(bǔ)償過(guò)程A.刀具半徑補(bǔ)償建立：當(dāng)輸入的程序段包含有G41/G42命令時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)已進(jìn)入刀補(bǔ)建立狀態(tài)。當(dāng)以下條件成立時(shí)，加工中心以移動(dòng)坐標(biāo)軸的形式開(kāi)始補(bǔ)償動(dòng)作。a.有G41或G42被

4、指定；b. 在補(bǔ)償平面內(nèi)有軸的移動(dòng)；c. 指定了一個(gè)補(bǔ)償號(hào)或已經(jīng)指定一個(gè)補(bǔ)償號(hào)但不能是D00；d. 補(bǔ)償平面被指定或已經(jīng)被指定；e. G00或G01模式有效。B.補(bǔ)償模式：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。C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。當(dāng)以下兩種情 況之一發(fā)生時(shí)加工中心補(bǔ)償模式被取消。 給出G40同時(shí)要有補(bǔ) 償平面內(nèi)坐標(biāo)軸移動(dòng)。刀具補(bǔ)償號(hào)為D00。3刀具半徑補(bǔ)償在數(shù)控加工中的應(yīng)用有了刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能，除可免去刀心軌跡

5、的人工計(jì)算外, 還可利用同一加工程序去完成粗、精加工及陰陽(yáng)模具加工等。A.不同平面內(nèi)的半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償用G17、G18、G19 命令在被選擇的工作平面圖1 G18指令的使用內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。即當(dāng)G18命令執(zhí)行后，刀具半徑補(bǔ)償僅影響 X、Z移動(dòng)，而對(duì)Y 軸沒(méi)有作用。銑削如圖 1 所示圓柱面，使用刀具是半徑為 10mm 的球形立銑刀。編程控制點(diǎn)有兩個(gè)，即刀尖、球心，這里使用球心。O00011 G90G54G18G1000M;N2 Z0;3 G91G01 G01 F;4 G5 G40G;1 1 I1 1 I22 G90G;N23 X0 Y0M05;N24 M30;B.實(shí)現(xiàn)同一程序的粗、精加工：刀具半徑

6、補(bǔ)償除方便編程外，還可 改變補(bǔ)償大小的方法以用實(shí)現(xiàn)同一程序的粗精加工。粗加工刀具補(bǔ)償量=刀具半徑+精加工余量，精加工刀具補(bǔ)償量=刀具半徑+修正量C實(shí)現(xiàn)同一程序的陰陽(yáng)模具加工，例如：在加工同一公稱(chēng)尺寸的內(nèi)、外兩種型面時(shí)，可分別調(diào)用G41、G42指令，利用同一程序（G41G42互換）完成內(nèi)、外兩種型面的加工。如圖 2。例:考慮刀具半徑補(bǔ)償，編制圖a所示零件的 加工程序。要求建立如圖所示的工件坐標(biāo)系，按 箭頭所指示的路徑進(jìn)行加工。設(shè)加工開(kāi)始時(shí)刀具距離工件上表面50mm,切削深度為2mm。圖2內(nèi)、外兩種型面的加工圖a刀補(bǔ)指令的應(yīng)用表8-6解：一個(gè)完整的零件程序如表 8-6。刀具半徑補(bǔ)償指令的應(yīng)用%80

7、31程序名N10 G92 X-10 Y-10 Z50確定對(duì)刀點(diǎn)N20 G90 G17在XY平面，絕對(duì)坐標(biāo)編程N(yùn)30 G42 G00 X4 Y10 D01右刀補(bǔ)，進(jìn)刀到(4, 10)的位置N40 Z2 M03 S900Z軸進(jìn)到離表面2mm的位置，主軸正轉(zhuǎn)N50 G01 Z-2 F800進(jìn)給切削深度N60 X30插補(bǔ)直線A BN70 G03 X40 Y20 I0 J10插補(bǔ)圓弧B-CN80 G02 X30 Y30 I0 J10插補(bǔ)圓弧C- DN90 G01 X10 Y20插補(bǔ)直線Df EN100 Y5插補(bǔ)直線E- (10, 5)N110 G00 Z50 M05返回Z方向的安全高度，主軸停轉(zhuǎn)N120

8、 G40 X-10 Y-10返回到對(duì)刀點(diǎn)N130 M02程序結(jié)束4使用刀具半徑補(bǔ)償時(shí)常見(jiàn)的問(wèn)題A.在建立、取消刀補(bǔ)時(shí)所使用的 G41、G42、G40指令 的程序段中，必須同時(shí)使用 G00或G01指令，不能使用 G02或G03指令；B.當(dāng)?shù)毒甙霃窖a(bǔ)彳if取負(fù)值時(shí)，G41和G42的功能互換;C刀具半徑補(bǔ)償有B功能和C功能兩種補(bǔ)償形式。由于 B功能刀具半徑補(bǔ)償只能根據(jù)本段程序進(jìn)行刀補(bǔ)計(jì)算， 在兩個(gè)程序段之間的刀 具中心軌跡就會(huì)出現(xiàn)間斷點(diǎn)或交叉點(diǎn).因此工件尖角處工藝性較差； C功能刀具半徑補(bǔ)償能自動(dòng)處理，兩程序段之間采用直線或圓弧過(guò)渡 其刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接，可完全按照工件輪廓進(jìn)行編程，因此現(xiàn)代CNC數(shù)

9、控機(jī)床幾乎都采用C功能刀具半徑補(bǔ)償。當(dāng)采用C功能刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，要求在建立刀具半徑補(bǔ)償程序段的后續(xù)兩個(gè)程序段中，必 須含有指定補(bǔ)償平面的位移指令（G0R G01, G02、G03等），否則無(wú)法建立正確的刀具半徑補(bǔ)償二.刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償1.刀具長(zhǎng)度在數(shù)控加工中是一 個(gè)很重要的概念。我們?cè)趯?duì)一 個(gè)零件編程的時(shí)候，首先要指 定零件的編程中心，然后才能 建立工件編程坐標(biāo)系。長(zhǎng)度補(bǔ) 償只是和主運(yùn)動(dòng)軸（一般為Z 軸）坐標(biāo)有關(guān)，它不同于 X、Y 平面內(nèi)的編程零點(diǎn)是由主軸錐 孔定位而不改變，而對(duì)于Z坐 標(biāo)的零點(diǎn)就不一樣了。每一把03孔加工刀的長(zhǎng)度都是不同的，如圖3所示我們要加工兩個(gè)20mm的孔（用1號(hào)刀）和一個(gè)1

10、0mm （用2號(hào)刀）的孔，分別用一把長(zhǎng)度50mm直徑20mm的1號(hào)刀（基準(zhǔn)刀）和長(zhǎng)度 100mm直徑10mm的2號(hào)刀加工。在該工件的加工過(guò)程中需要用兩把不同的刀具，而此時(shí)機(jī)床已經(jīng)設(shè)定了工件零點(diǎn)，當(dāng)換刀加工另一個(gè)孔時(shí),如果2號(hào)刀也從設(shè)定零點(diǎn)開(kāi)始加工，2號(hào)刀因?yàn)楸?號(hào)刀長(zhǎng)，所以會(huì)導(dǎo)致刀具和工件相撞。此時(shí)如果設(shè)定刀具補(bǔ)償，把1號(hào)刀 和2號(hào)刀的長(zhǎng)度進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)機(jī)床零點(diǎn)設(shè)定之后，即使是 1 號(hào)刀和2號(hào)刀長(zhǎng)度不同，因補(bǔ)償?shù)拇嬖冢谡{(diào)用 2號(hào)刀工作時(shí)，零點(diǎn)Z坐標(biāo)已經(jīng)自動(dòng)向Z+ （或Z-）補(bǔ)彳了 2號(hào)刀的長(zhǎng)度，保證 了加工零點(diǎn)的正確。具體的加工程序如下：（以主軸軸端作為起刀點(diǎn)，設(shè)置 H01= 50mm, H

11、02= 100mm,圖 4）N10G92 X0 Y0 Z 0N20G90 G00;N30T01 M06;N40G43 H01;N50G01 Z-53.0 F120N60G04 P200QN70G01 ;N80;N90G01 Z-55.0 F120N100 G04 P2000N110 G49 G00 ;N120 M00;N130 G92 X0 Y0 Z 0N140 G90 G00；N150 T02 M06；N160 G43 H02；N170 G01 Z-70.0 F12；0N180 G04 P2000；N190 G49 G01 ；N200 G00 X0 Y0 Z；0N210 M30；在上述程序中

12、，我們不難發(fā)現(xiàn)，在編程中坐標(biāo)值是完全按工件的輪廓尺寸編寫(xiě)的， 而編程的零點(diǎn)并不是刀位點(diǎn)， 那么為何在加工過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生撞刀呢這是因?yàn)槲覀兪褂昧说毒唛L(zhǎng)度補(bǔ)償指令 G43， 執(zhí)行該指令后會(huì)使刀具的位置發(fā)生變化， 那么我們應(yīng)該如何使用這個(gè)指令呢2、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令的使用技巧刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令主要針對(duì)刀具軸向（ Z 方向）的補(bǔ)償。它能使刀具在Z 方向上的實(shí)際偏移量在程序給定值基礎(chǔ)上增加或減少一個(gè)偏置量，由G43和G44兩個(gè)指令實(shí)現(xiàn)。G43為刀具長(zhǎng)度正補(bǔ)償，G44 為刀具長(zhǎng)度負(fù)補(bǔ)償。A、 正負(fù)補(bǔ)償及偏置量的確定在長(zhǎng)度補(bǔ)償指令中出現(xiàn)了兩個(gè)指令， 那么在編程過(guò)程中應(yīng)該如何使用這兩個(gè)指令呢對(duì)于正、 負(fù)補(bǔ)償指令，

13、 主要是根據(jù)Z 軸的方向確定， 如果刀具的刀位點(diǎn)在編程原點(diǎn)Z 坐標(biāo)的負(fù)方向上，則使用正補(bǔ)償指令（G43）,反之，則用負(fù)補(bǔ)償指令（G44）。H為 補(bǔ)償功能代號(hào)，它后面的兩位數(shù)字表示的是刀具補(bǔ)償寄存器的地 址字，寄存器中存放刀具長(zhǎng)度的補(bǔ)償值，那么補(bǔ)償值應(yīng)如何確定 呢一般有兩種情況：一是以主軸軸端中心作為起刀點(diǎn)，則以刀具 離軸端伸出的長(zhǎng)度作為 H中的偏置量；如果以標(biāo)準(zhǔn)刀的刀位點(diǎn) 作為起刀點(diǎn)，則是以與標(biāo)準(zhǔn)刀的長(zhǎng)度差值作為其偏置量。 該值可 以為正，也可以為負(fù)。如果刀具刀位點(diǎn)朝Z軸正方向運(yùn)動(dòng)是靠近 編程零點(diǎn)位置，則用G43指令，HXX中賦與正值，如果HXX 中賦與負(fù)值，就變成了 G43指令的反方向補(bǔ)償，

14、即相當(dāng)于指令 G44。為了不混淆G43、G44的用法，我們通常都采用G43指令, 而通過(guò)HX X中補(bǔ)償量的正負(fù)設(shè)定來(lái)達(dá)到 G44的使用效果。B、長(zhǎng)度補(bǔ)償指令中刀具的位置變化由于刀具的位置直接影響工件的加工，因此刀具的位置的變 化就顯得至關(guān)重要，那么在執(zhí)行長(zhǎng)度補(bǔ)償指令后刀具的位置究竟執(zhí)行G40后R具位置Z +IS 5執(zhí)行。43前 刀具位置Jn在理解的過(guò)程中總是會(huì)出現(xiàn)一些偏差，而且用坐標(biāo)的會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢在教 材的編排中主要是通過(guò)公 式的坐標(biāo)值計(jì)算來(lái)理解刀 具位置的變化。這一方法計(jì)算也相對(duì)來(lái)說(shuō)比較的繁瑣。如將坐標(biāo)的變化轉(zhuǎn)化為工件坐標(biāo)系的變化就直觀多了.也就是將工件坐標(biāo)系和刀具一起沿Z 軸方向移動(dòng)

15、一個(gè)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值。以G43指令為例，HXX中的補(bǔ)償值為正則Z軸正方向移動(dòng)，反之則負(fù)方向移動(dòng)。 我們還是以圖 5 中孔的加工來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。 當(dāng)我們用1號(hào)刀加工孔時(shí)，教材中的方法是執(zhí)行G43后，起刀點(diǎn)Z實(shí)際值=Z指令值+50= - 53+50= - 3mm,可以看到刀具在Z方向的每一個(gè)坐標(biāo)都要計(jì)算之后才能知道刀具刀尖點(diǎn)的正確位置。 在實(shí)際中， 我將刀具和工件坐標(biāo)系一起移動(dòng)刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償值， 建立新的坐標(biāo)系XOZ （如圖5）,把加工程序中的Z坐標(biāo)值放在新的工件坐標(biāo)系XOZ上來(lái)處理，這樣編程的起刀點(diǎn)就變?yōu)榱?1號(hào)刀的 刀位點(diǎn)，從而，加工出符合要求的零件。綜上所述，可以看出：以建立新坐標(biāo)系的方法來(lái)處理刀

16、具長(zhǎng)度補(bǔ)償， 可以簡(jiǎn)化刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償中的繁瑣計(jì)算， 利用長(zhǎng)度補(bǔ)償指令可以簡(jiǎn)化編程， 提高工作效率。三 . 刀具偏置補(bǔ)償1 .刀具偏置補(bǔ)償?shù)母拍畹毒咂醚a(bǔ)償分為兩類(lèi)： 一類(lèi)是刀具幾何偏置補(bǔ)償， 另一類(lèi)是刀具磨損偏置補(bǔ)償。A.刀具幾何補(bǔ)償是補(bǔ)償?shù)毒咝螤詈偷毒甙惭b位置與編程時(shí)理想刀具或基準(zhǔn)刀具的偏移 ,它主要應(yīng)用于數(shù)控車(chē)床,車(chē)床刀架可裝夾多把刀具,利用刀具幾何偏置補(bǔ)償,刀架轉(zhuǎn)位后的刀具的刀尖偏置到與刀架轉(zhuǎn)位前的刀具刀尖所在的位置,達(dá)到刀具重合,在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)就不產(chǎn)生改變.B.刀具磨損偏置補(bǔ)償是當(dāng)?shù)毒呤褂媚p后刀具頭部與原始尺寸的誤差,將磨損量補(bǔ)償?shù)降毒邤?shù)據(jù)庫(kù)中,調(diào)用刀具號(hào)和補(bǔ)償號(hào)時(shí) ,自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)

17、償.2 .刀具偏置補(bǔ)償?shù)氖褂玫毒咂猛ǔＳ蒚代碼指定。在FANUC 0舔統(tǒng)中，T代碼指定有兩種方式，一種是2 位數(shù)指令，另一種是4 位數(shù)指令。2 位數(shù)指令是指T 地址后面跟兩位數(shù)字，第一位數(shù)字表示刀號(hào)，第二位數(shù)字表示刀具磨損和刀具幾何偏置號(hào)，例如， T12表示調(diào)用第 1 號(hào)刀， 調(diào)用第 2 組刀具磨損和刀具幾何偏置。 還有一種方法是把幾何偏置和磨損偏置分開(kāi)放置， 用第一位數(shù)字表示刀號(hào)和刀具幾何偏置號(hào)， 用第二位數(shù)字表示刀具磨損偏置號(hào)。 例如， T12 表示調(diào)用第1 號(hào)刀，調(diào)用第 1 組刀具幾何偏置，調(diào)用第2 組刀具磨損偏置。4 位數(shù)指令是指T 地址后面跟四位數(shù)字， 前兩位數(shù)字表示刀號(hào)，后兩位數(shù)

18、字表示刀具磨損和刀具幾何偏置號(hào)。例如， T0102表示調(diào)用第 1 號(hào)刀， 調(diào)用第 2 組刀具磨損和刀具幾何偏置。 同樣的， 4 位數(shù)指令也可以把幾何偏置和磨損偏置分開(kāi)放置，用前兩位數(shù)字表示刀號(hào)和刀具幾何偏置號(hào)， 用后兩位數(shù)字表示刀具磨損偏置號(hào)。例如，T0102表示調(diào)用第1號(hào)刀，調(diào)用第1組刀具幾何偏置，調(diào)用第2 組刀具磨損偏置。偏置號(hào)的指定是由指定偏置號(hào)的參數(shù)設(shè)定的。例如，對(duì)位數(shù)指令而言，當(dāng)參數(shù)5002號(hào)第0位LD1設(shè)定為1時(shí)，用T代碼末位指定刀具磨損偏置號(hào)； 對(duì)于 4 位數(shù)指令而言， 當(dāng)參數(shù) 5002號(hào)0位LD1設(shè)定為0時(shí)，用T代碼末兩位指定刀具磨損偏置號(hào)。刀具偏置號(hào)有兩種意義， 既可用來(lái)開(kāi)始偏置功能， 又可用來(lái)指定與該號(hào)對(duì)應(yīng)的偏置距離。當(dāng)?shù)毒咂锰?hào)后一位（2 位數(shù)指令 ）為 0 時(shí)或者最后兩位（4 位數(shù)指令 ）為 00 時(shí)， 則表明取消刀具偏置值。一般情況下，常用 4 位數(shù)指令指定刀具