一、前言

零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數控機床在加工過程中的控制點是刀具中心，因此在數控加工前數控系統必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。只有將編程輪廓數據變換成刀具中心軌跡數據才能用于插補。在數控銑床上進行輪廓加工時，因為銑刀有一定的半徑，所以刀具中心（刀心）軌跡和工件輪廓不重合，如不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程是比較方便的，而加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈（加工外輪廓時），或大了一圈（加工內輪廓時），為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑，這就是所謂的刀具半徑補償指令。應用刀具半徑補償功能時，只需按工件輪廓軌跡進行編程，然后將刀具半徑值輸入數控系統中，執行程序時，系統會自動計算刀具中心軌跡，進行刀具半徑補償，從而加工出符合要求的工件形狀，當刀具半徑發生變化時也無需更改加工程序，使編程工作大大簡化。實踐證明，靈活應用刀具半徑補償功能，合理設置刀具半徑補償值，在數控加工中有著重要的意義。

二、刀具半徑補償方式有B功能刀具補償和C功能刀具補償兩種。

1．B功能刀具半徑補償

早期的數控系統在確定刀具中心軌跡時，都采用讀一段、算一段、再走一段的B功能刀具半徑補償（簡稱B刀補）控制方法，它僅根據程序段的編程輪廓尺寸進行刀具半徑補償。對于直線而言，刀補后的刀具中心軌跡為平行于輪廓直線的直線段；對于圓弧而言，刀補后的刀具中心軌跡為輪廓圓弧的同心圓弧段。因此，B刀補要求編程輪廓間以圓弧連接，并且連接處輪廓線必須相切；而對于內輪廓的加工，為了避免刀具干涉，必須合理地選擇刀具的半徑（應小于過渡圓弧的半徑）。由于B刀補編程輪廓為圓角過渡，前一程序段刀具中心軌跡的終點即為后一程序段刀具中心軌跡的起點，因此數控系統無需計算段與段間刀具中心軌跡的交點。也就是說，數控系統進行刀具半徑補償時僅需知道本程序段的輪廓尺寸。

B刀補僅根據本程序段的編程輪廓尺寸進行刀具半徑補償，無法預計由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，不能自動解決程序段尖的過渡問題，需要編程人員在相鄰程序段轉接處插入恰當的過渡圓弧作圓角過渡。顯而易見，這樣的處理存在著致命的弱點：一是編程復雜，二是工件尖角出工藝性不好。

隨著計算機技術的發展，數控系統的計算機計算相鄰程序段刀具中心軌跡交點已不成問題，因此CNC系統已不再B功能刀具半徑補償，而采用C功能刀具半徑補償。

2．C功能刀具半徑補償

C功能刀具半徑補償（C刀補）在計算本程序段刀具中心軌跡時，除了讀入本程序段編程輪廓軌跡外，還是提前讀入下一程序段編程輪廓軌跡，然后根據他們之間轉接的具體情況，計算出正確的本段刀具中心軌跡。

C刀補自動處理兩個程序段刀具軌跡的轉接，編程人員完全可以按工件輪廓變成而不必插入轉接圓弧，因而在現代CNC系統中得到了廣泛的應用。現以C刀補為例講述刀具半徑補償的使用技巧。

三、C刀具半徑補償的執行過程

 

C刀具半徑補償的執行過程一般可分為3步。

 

1．刀補建立

 

數控系統用G41/G42指令建立刀補，在刀補建立程序段，動作指令只能用G00或G01，不能用G02或G03。 刀補建立過程中不能進行零件加工。

 

2．刀補進行

 

在刀補進行狀態下，G01、G00、G02、G03都可使用。它根據讀入的相鄰兩段變成軌跡，自動計算刀具中心的軌跡。在刀補進行狀態下，刀具中心軌跡與編程軌跡始終偏離一個刀具半徑的距離。

 

3．刀補撤銷

 

刀補撤銷也只能用G01或G00，而不能用G02G03。

 

刀補撤銷是刀補建立的逆過程，同樣，在該過程中不能進行零件加工。
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在G17指令有效時，編程格式：G41（G42）G00（G01）X－－-Y－－- D－－-（F－－-）
                           G40 G00（G01） X－－-Y－－-（F－－-）

 

其運動軌跡見圖。

 

 

G41指令表示刀具半徑左側補償。沿刀具進給方向看去，刀具中心在零件輪廓的左側（見圖,通常順銑時采用左側補償）。

 

G42指令表示刀具半徑補償。沿刀具進給方向看去，刀具中心在零件輪廓的右側（見圖，通常逆銑時采用右側補償）。

 

G40指令表示刀具半徑補償取消。當G41或G42程序完成后用G40程序段消除偏置，從而使刀具中心與編程軌跡重合。

 

四、加工過程中的過切判別及避免技巧

 

C刀補除了能根據相鄰兩段編程軌跡的轉接情況，自動進行刀具中心軌跡的計算外，還有一個顯著的優點，即能避免過切現象。若編程人員因某種原因編制了肯定要產生過切的加工程序時，系統在運行過程中能提前發出報警信號，避免過切事故的發生。

 

在刀具半徑補償的切削程序段中，即從G41（或G42）開始的程序段到G40結束的程序段之間，FANUC系統對處理2個或更多刀具在平面內不移動的程序段（如暫停，M99返回程序，子程序名，第三軸移動等等），刀具將產生過切現象。如用Ф10mm立銑刀對如上圖所示矩形進行輪廓銑削。程序如下：

%
:3103;                           主程序名
T1 ；  
M06  ；                          換上一號刀
G54 G90 G0 G43  H1  Z100.0 ；    選擇坐標系，引入長度補償
M3  S600  ；                     主軸正轉
X-30.0  Y20.0 Z1.0；             到達起刀點
G41  Y12.5  D1；                 引入刀具左側半徑補償
X-20.0 ；                        過渡段
M98  P23014；                    調用O3014子程序2次
G00  Z100.0；                    主軸上升
Y20.0 ；                         過渡段
G40  X-30.0 ；                   取消半徑補償
G49  Z0 ；                       取消長度補償，到機床坐標Z0#p#分頁標題#e#
M30；                            程序結束
%

：3104；                         子程序名
G1  G91  Z-5.0  F50；            在A點處沿-Z增量切削
G90  X20.0  F100；               到B點（B到C自動完成）
Y-12.5；                         到D點（D到E自動完成）
X-20 ；                          到F點（F到C自動完成）
Y12.5 ；                         到H點
M99 ；                           子程序結束并返回
%

子程序修改為：
%
：3104  G1 G91  Z-5.0  F50；
G90  X20.0  F100：
Y-12.5；
X-20.0；
Y12.5  M99；
%

 

 

在編程序時，如果把刀具半徑補償引入與取消的程序段放在主程序中，那么當調用子程序（加工輪廓的程序）的次數超過1時，在切削第2次的時候就會出現過切現象（見圖打剖面線部分）。這主要由于在上面的程序中，程序段M99，O3014，G1  G91  Z-5.0  F50中已超過2次以上沒有X，Y方向上的移動，從而引起過切。此時可采取減少程序段的方法，把子程序名放到第一個程序段的段首；把M99放到最后一個程序段的段尾。

另外必須嚴格按照上圖所確定的切入方法，即必須有過渡段；否則刀具補償沒有完成，同樣會產生過切現象。 

 

 在實際加工過程中，可能還有各種各樣的過切削情況，限于篇幅，此處不一一列舉。

 

五、改變刀補值實現零件的粗、精加工

 

刀具補償功能給數控加工帶來了許多方便，簡化了變成工作。編程人員不但可以直接按工件輪廓編程，而且還可以用同一個加工程序對工件輪廓進行粗，精加工。當按工件輪廓編程以后，在粗加工零件時我們可以把偏置量設為R+△，其中△為精加工前的加工余量；而在精加工零件時，偏置量仍然設為R（對于有公差要求的零件，精加工時的偏置量應設置為R+平均偏差/2）。

 

六、使用刀具半徑補償注意事項

 

前面闡述了靈活應用刀具半徑補償功能、合理設置刀具半徑補償值在數控加工中的重要意義，然而在實際使用時必須注意以下幾個事項：

 

使用刀具半徑補償指令時應注意：

 

1）從無刀具補償狀態進入刀具半徑補償方式時，或在撤消刀具半徑償時，刀具必須移動一段距離，否則刀具會沿運動的法向直接移動一個半徑量，很容易出意外，特別在加工全切削型腔時，刀具無法轉回空間，會造成刀具崩斷。 #p#分頁標題#e#

 

2）G41、G42、G40必須在G00或G01模式下使用。G41、G42不能重復使用，且在使用時不允許有兩句連續的非移動指令。

 

3）D00 - D99為刀具補償號，D00意味著取消刀具補償。刀具補償值在加工或運行之前必須設定在補償存儲器中。

 

總之，刀補值在數控加工中有著非常重要的作用，靈活、合理地運用刀補值并結合刀補原理正確編制程序是保證數控加工有效性、準確性的重要因素。

 

七、結論

 

生產實踐表明靈活應用刀具半徑補償功能，合理設置刀具半徑補償值，在數控加工中有著重要的意義。它給我們的編程和加工帶來很大的方便，能大大地提高工作效率。