刀具补偿指令

时间：2023-10-10 百科知识版权反馈

【摘要】：刀具偏置是用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之差的功能。需要刀具半径补偿的运动轨迹完成后，必须撤销刀具半径补偿，使刀具中心轨迹过渡到和编程轨迹一致。

2.3.3　刀具补偿指令

在数控编程过程中，一般不考虑刀具的长度与刀尖圆弧半径，而只需考虑刀位点与编程轨迹的重合。但在实际加工过程中，由于刀尖圆弧半径与刀具长度各不相同，在加工中会产生很大的误差。因此，实际加工时必须通过刀具补偿指令，使数控机床根据实际使用刀具尺寸，自动调整各坐标轴的移动量，确保实际加工轮廓和编程轨迹完全一致。

数控机床根据刀具实际尺寸，自动改变机床坐标轴或刀位点位置，使实际加工轮廓和编程轨迹完全一致的功能，称为刀具补偿。

1.刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）

（1）数控车床的刀具补偿

数控车床的刀具补偿分为刀具偏置（亦称刀具位置补偿）和刀具圆弧半径补偿两种。

①刀位点的概念

所谓刀位点是指编制程序和加工时，用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。数控车刀的刀位点如图2-24所示，尖形车刀的刀位点通常是指刀具的刀尖；圆弧形车刀的刀位点是指圆弧刃的圆心；成形刀具的刀位点也通常是指刀尖。

图2-24　数控车刀的刀位点

②刀具偏置的含义

刀具偏置是用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之差的功能。车床数控系统规定X轴与Z轴可同时实现刀具偏置（刀具偏置的实质就是刀具长度补偿）。

刀具偏置分为刀具几何偏置和刀具磨损偏置两种。由于刀具的几何形状不同和刀具安装位置不同而产生的刀具偏置称为刀具几何偏置，由刀具刀尖磨损产生的刀具偏置则称为刀具磨损偏置（又称磨耗）。以下叙述刀具偏置主要指刀具几何偏置。

刀具偏置示例如图2-25所示。以1号刀作为基准刀具，工件原点采用G54设定，则其他刀具与基准刀具的长度差值（比基准刀具短用负值表示）及换刀后刀具从刀位点到A点的移动距离如表2-4所示。

图2-25　刀具偏置补偿功能示例

当换为2号刀后，由于2号刀在X直径方向比基准刀具短10mm，而在Z方向比基准刀具长5mm，因此，与基准刀具相比，2号刀具的刀位点从换刀点移动到A点，在X方向多移动10mm，而在Z方向要少移动5mm。4号刀具移动的距离计算方法与2号刀具相同。

表2-4　刀具偏置补偿示例

FANUC系统的刀具几何偏置参数设置如图2-26所示，如要进行刀具磨耗偏置设置则只需按下“磨耗”键可进入相应的设置画面。

图2-26　FANUC系统刀具补偿参数设定

③刀尖圆弧半径补偿的概念

任何一把刀具，不论制造或刃磨得如何锋利，在其刀尖部分都存在一个刀尖圆弧，它的半径值是个难于准确测量的值。为确保工件轮廓形状，加工时刀具刀尖圆弧的圆心运动轨迹不能与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏置一个半径值，这种偏置称为刀尖圆弧半径补偿。圆弧形车刀的刀刃半径补偿也与其相同。

目前的数控车床都具备刀具半径自动补偿功能。编程时，只需按工件的实际轮廓尺寸编程即可，不必考虑刀具的刀尖圆弧半径的大小。加工时由数控系统将刀尖圆弧半径加以补偿，便可加工出所要求的工件来。

④假想刀尖与刀尖圆弧半径

在理想状态下，总是将尖形车刀的刀位点假想成一个点，该点即为假想刀尖（图2-27中的A点），在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但实际加工中的车刀，刀尖往往不是一个理想的点，而是一段圆弧（图2-27中的圆弧）。

图2-27　假想刀尖示意图

所谓刀尖圆弧半径是指车刀刀尖圆弧所构成的假想圆半径（图2-27中的r）。

⑤刀尖圆弧半径补偿指令

指令格式：G41G01/G00X＿Z＿F＿；刀尖圆弧半径左补偿

　　　　　G42G01/G00X＿Z＿F＿；刀尖圆弧半径右补偿

　　　　　G40G01/G00X＿Z＿；　取消刀尖圆弧半径补偿

指令说明：编程时，刀尖圆弧半径补偿偏置方向的判别如图2-28所示。沿Y坐标轴的负方向并沿刀具的移动方向看，当刀具处在轮廓左侧时，称为刀尖圆弧半径左补偿，此时用G41表示；当刀具处在轮廓右侧时，称为刀尖圆弧半径右补偿，此时用G42表示。

图2-28　刀尖圆弧半径补偿偏置方向的判别

在判别刀尖圆弧半径偏置方向时，一定要沿Y轴由正向负观察刀具所处的位置，故应特别注意后置刀架（见图2-28（a））和前置刀架（见图2-28（b））对刀尖圆弧半径补偿偏置方向的区别。对于前置刀架，为防止判别过程中出错，可在图样上将工件、刀具及X轴同时绕Z轴旋转180°后进行偏置方向的判别，此时正Y轴向外，刀补的偏置方向则与后置刀架的判别方向相同。

⑥圆弧车刀刀具切削沿位置的确定

数控车床采用刀尖圆弧补偿进行加工时，如果刀具的刀尖形状和切削时所处的位置不同，那么刀具的补偿量和补偿方向也不同。根据各种刀尖形状及刀尖位置的不同，数控车刀的刀具切削沿位置共有9种，如图2-29所示。图中P为假想刀尖点，S为刀具切削沿圆心位置，r为刀尖圆弧半径。

图2-29　数控车床的刀具切削沿位置

除9号刀具切削沿外，数控车刀的对刀均是以假想刀位点来进行的。也就说，在刀具偏置存储器中或G54坐标系设定的值是通过假想刀尖点（图2-29（c）中P点）进行对刀后所得的机床坐标系中的绝对坐标值。

⑦刀尖圆弧半径补偿过程

刀尖圆弧半径补偿的过程分为三步：即刀补的建立（AB），刀补的进行（BCDE）和刀补的取消（EF）。其补偿过程通过图2-30和加工程序O0010共同说明。

图2-30　刀尖圆弧半径补偿

O0010；

N10S1000M03；

N20T0101；　　　　　　　　　选用1号刀，执行1号刀补

N30G00X0Z10.0；

N40G42G01X0Z0F0.05D01；　　刀补建立

N50X40.0；　　　　　　　　　刀补进行

N60Z-18.0；

N70X80.0；

N80G40G00X85.0Z10.0；　　　刀补取消

N90X200.0Z100.0；

N100M30；

（2）数控铣床及加工中心的刀具补偿

数控铣床常用刀具的刀位点如图2-31所示，立铣刀、面铣刀和铰刀的刀位点指刀具的底面的中心，而球头铣刀的刀位点指球头中心。

图2-31　数控刀具的刀位点

①刀具半径补偿（G40，G41，G42）

在工件轮廓加工过程中，铣刀总有一定的半径，因此，铣刀中心的运动轨迹不等于加工零件的实际轮廓。在编制轮廓切削加工程序的场合，一般以工件的轮廓尺寸作为刀具轨迹进行编程，而实际的刀具运动轨迹则与工件轮廓有一偏移量（即刀具半径），如图2-32所示。数控系统这种编程功能称为刀具半径补偿功能。

图2-32　刀具半径补偿功能

有刀具半径补偿功能的数控机床，编程时只需按零件的轮廓尺寸编写，而将刀具的半径作为工件轮廓的偏置量，由操作者在机床的刀具参数页面中输入，在加工外轮廓时，用相应的刀具补偿指令调用，数控系统就会控制刀具中心向工件外轮廓偏移一个刀具半径值；而在加工内轮廓时，数控系统则会控制刀具中心向工件内轮廓偏移一个刀具半径值。这样一旦铣刀半径改变，只要改变机床刀具参数中的刀具半径值就可以了，程序不需作任何修改。

②刀具半径指令格式

指令格式：G41G01X＿Y＿F＿D＿；　刀具半径左补偿

　　　　　G42G01X＿Y＿F＿D＿；　　刀具半径右补偿

　　　　　G40；　　　　　　　　　　取消刀具半径补偿

其中，X、Y是G01运动的终点坐标；D＿中的两位数字表示刀具半径补偿值所存放的地址，或者说是刀具补偿值在刀具参数表中的编号。

刀具半径左补偿、右补偿的判别方法是：沿着刀具的运动方向看（假设工件不动），刀具在被切零件轮廓左侧即为刀具半径左补偿，如图2-33所示；刀具位于零件右侧的为右补偿，如图2-34所示。

图2-33　左偏刀具半径补偿

图2-34　右偏刀具半径补偿

③刀具补偿过程

刀具半径补偿的过程分为三步（如图2-35所示）：刀补的建立、实现刀补和撤销刀补。

图2-35所示，OA段为一个刀具半径补偿建立过程，编程轨迹为OA，而实际运动轨迹为OB，建立刀具半径补偿的程序段为：

G41G01X50Y40F100D01；

在G41、G42程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个补偿偏移量，直至刀具半径补偿取消，此时就实现了刀具补偿功能。

需要刀具半径补偿的运动轨迹完成后，必须撤销刀具半径补偿，使刀具中心轨迹过渡到和编程轨迹一致。和建立刀具半径补偿一样，要在刀具走G00/G01线段时撤销。如图2-35所示，AO为撤销刀具半径补偿，程序段为：

G40G01X0Y0F100；或G40G00X0Y0；

编程轨迹为AO，实际运动轨迹为CO，撤销了刀具半径补偿。

刀具半径补偿的建立是使刀具从无刀具半径补偿运动到有刀具半径补偿运动的开始点。因而补偿时补偿开始点的选择非常重要。如图2-36所示，如果在加工开始时，建立刀具半径补偿的话，刀具所运行的轨迹将成为斜线（图2-36中a段的运行轨迹），造成工件尺寸误差。因此一般刀具半径补偿建立都在刀具空切时进行。

图2-35　刀具半径补偿过程

图2-36　进刀超差

使用刀具半径补偿注意事项：

a.使用刀具半径补偿和取消刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动（通常在XY平面），移动距离应大于刀具补偿值，补偿过程中不得改变补偿平面。

b.建立和撤销刀补时，移动指令只能是G00或G01，不能用G02或G03，撤销刀具半径补偿的终点应放在刀具切出工件以后，避免发生碰撞。

c.加工半径小于刀具半径的内圆弧时，进行半径补偿将产生过切削，如图2-37所示。只有“过渡圆角≥刀具半径＋精加工余量”的情况下才能正常切削。

d.G41、G42不能重复使用，即在程序中前面有了G41或G42指令之后，不能再直接使用G41或G42指令。若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后，再使用G41或G42，否则补偿就不正常了。

例如：图2-38所示，用Φ14mm的平键槽铣刀，切深为5mm，完成工件外轮廓的铣削加工。不考虑加工工艺问题，编写加工程序如下：

图2-37　刀具半径大于工件内凹圆弧半径

图2-38　切向切入、切出外轮廓加工

O5002；

N10G90G54G00X0Y0；

N20Y-40；

N30S500M03F200；

N40Z100；

N50Z2；

N60G01Z-5F50；

N70G41X10D01；　　　　　　调入一号刀具半径补偿（O→A）

N80G03X0Y-30R10；　　　　　圆弧切入（A→B）

N90G02X0Y-30I0J30；　　　铣削整圆（B→C→D→E）

N100G03X-10Y-40R10；　　　圆弧切出（B→F）

N110G01G40X0；　　　　　　取消刀具半径补偿（F→O）

N120G00Z2；

N130G00Z100；

N140M05；

N150M30；

2.刀具长度补偿指令（G43、G44、G49）

刀具长度偏置指令用来补偿假想的刀具长度与实际的刀具长度之间差值的指令。数控机床规定传递切削动力的主轴为数控机床的Z轴，所以通常是在Z轴方向进行刀具长度补偿。在编写工件加工程序时，先不考虑实际刀具的长度，而是按照标准刀具（假想刀具）长度或确定一个编程参考点进行编程，如果实际刀具长度和标准刀具长度不一致时，只要通过操作面板把实际刀具长度与编程标准刀具长度之差作为偏置值存入刀具参数存储器里即可，如图2-39所示。