一、前言

零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中的控制點是刀具中心，因此在數(shù)控加工前數(shù)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)變換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)才能用于插補(bǔ)。在數(shù)控銑床上進(jìn)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(nèi)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(bǔ)償指令。應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能時，只需按工件輪廓軌跡進(jìn)行編程，然后將刀具半徑值輸入數(shù)控系統(tǒng)中，執(zhí)行程序時，系統(tǒng)會自動計算刀具中心軌跡，進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，從而加工出符合要求的工件形狀，當(dāng)?shù)毒甙霃桨l(fā)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(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能，合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，在數(shù)控加工中有著重要的意義。

二、刀具半徑補(bǔ)償方式有B功能刀具補(bǔ)償和C功能刀具補(bǔ)償兩種。

1．B功能刀具半徑補(bǔ)償

早期的數(shù)控系統(tǒng)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(bǔ)償（簡稱B刀補(bǔ)）控制方法，它僅根據(jù)程序段的編程輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。對于直線而言，刀補(bǔ)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(bǔ)后的刀具中心軌跡為輪廓圓弧的同心圓弧段。因此，B刀補(bǔ)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(nèi)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(yīng)小于過渡圓弧的半徑）。由于B刀補(bǔ)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(shù)控系統(tǒng)無需計算段與段間刀具中心軌跡的交點。也就是說，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償時僅需知道本程序段的輪廓尺寸。

B刀補(bǔ)僅根據(jù)本程序段的編程輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，無法預(yù)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(zhuǎn)接處插入恰當(dāng)?shù)倪^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(fù)雜，二是工件尖角出工藝性不好。

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的計算機(jī)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(tǒng)已不再B功能刀具半徑補(bǔ)償，而采用C功能刀具半徑補(bǔ)償。

2．C功能刀具半徑補(bǔ)償

C功能刀具半徑補(bǔ)償（C刀補(bǔ)）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(jù)他們之間轉(zhuǎn)接的具體情況，計算出正確的本段刀具中心軌跡。

C刀補(bǔ)自動處理兩個程序段刀具軌跡的轉(zhuǎn)接，編程人員完全可以按工件輪廓變成而不必插入轉(zhuǎn)接圓弧，因而在現(xiàn)代CNC系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)以C刀補(bǔ)為例講述刀具半徑補(bǔ)償?shù)氖褂眉记伞?

三、C刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程

 

C刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程一般可分為3步。

 

1．刀補(bǔ)建立

 

數(shù)控系統(tǒng)用G41/G42指令建立刀補(bǔ)，在刀補(bǔ)建立程序段，動作指令只能用G00或G01，不能用G02或G03。 刀補(bǔ)建立過程中不能進(jìn)行零件加工。

 

2．刀補(bǔ)進(jìn)行

 

在刀補(bǔ)進(jìn)行狀態(tài)下，G01、G00、G02、G03都可使用。它根據(jù)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(bǔ)進(jìn)行狀態(tài)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(bǔ)撤銷

 

刀補(bǔ)撤銷也只能用G01或G00，而不能用G02G03。

 

刀補(bǔ)撤銷是刀補(bǔ)建立的逆過程，同樣，在該過程中不能進(jìn)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(yùn)動軌跡見圖。

 

 

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

 

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

 

G40指令表示刀具半徑補(bǔ)償取消。當(dāng)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(bǔ)除了能根據(jù)相鄰兩段編程軌跡的轉(zhuǎn)接情況，自動進(jìn)行刀具中心軌跡的計算外，還有一個顯著的優(yōu)點，即能避免過切現(xiàn)象。若編程人員因某種原因編制了肯定要產(chǎn)生過切的加工程序時，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能提前發(fā)出報警信號，避免過切事故的發(fā)生。

 

在刀具半徑補(bǔ)償?shù)那邢鞒绦蚨沃校磸腉41（或G42）開始的程序段到G40結(jié)束的程序段之間，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)對處理2個或更多刀具在平面內(nèi)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(chǎn)生過切現(xiàn)象。如用Ф10mm立銑刀對如上圖所示矩形進(jìn)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(biāo)系，引入長度補(bǔ)償
M3  S600  ；                     主軸正轉(zhuǎn)
X-30.0  Y20.0 Z1.0；             到達(dá)起刀點
G41  Y12.5  D1；                 引入刀具左側(cè)半徑補(bǔ)償
X-20.0 ；                        過渡段
M98  P23014；                    調(diào)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(bǔ)償
G49  Z0 ；                       取消長度補(bǔ)償，到機(jī)床坐標(biāo)Z0#p#分頁標(biāo)題#e#
M30；                            程序結(jié)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(jié)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(bǔ)償引入與取消的程序段放在主程序中，那么當(dāng)調(diào)用子程序（加工輪廓的程序）的次數(shù)超過1時，在切削第2次的時候就會出現(xiàn)過切現(xiàn)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(yán)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(bǔ)償沒有完成，同樣會產(chǎn)生過切現(xiàn)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(bǔ)值實現(xiàn)零件的粗、精加工

 

刀具補(bǔ)償功能給數(shù)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?qū)ぜ喞M(jìn)行粗，精加工。當(dāng)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(shè)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(shè)為R（對于有公差要求的零件，精加工時的偏置量應(yīng)設(shè)置為R+平均偏差/2）。

 

六、使用刀具半徑補(bǔ)償注意事項

 

前面闡述了靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能、合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值在數(shù)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(bǔ)償指令時應(yīng)注意：

 

1）從無刀具補(bǔ)償狀態(tài)進(jìn)入刀具半徑補(bǔ)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(yùn)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(zhuǎn)回空間，會造成刀具崩斷。 #p#分頁標(biāo)題#e#

 

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

 

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

 

總之，刀補(bǔ)值在數(shù)控加工中有著非常重要的作用，靈活、合理地運(yùn)用刀補(bǔ)值并結(jié)合刀補(bǔ)原理正確編制程序是保證數(shù)控加工有效性、準(zhǔn)確性的重要因素。

 

七、結(jié)論

 

生產(chǎn)實踐表明靈活應(yīng)用刀具半徑補(bǔ)償功能，合理設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償值，在數(shù)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。