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简述刀具补偿在数控加工中的作用
刀具补偿是一种在数控加工中常用的技术,旨在纠正加工过程中刀具的偏斜和长度不足等问题,保证加工质量和效率。
本文将简要介绍刀具补偿的基本原理和作用。
刀具补偿的基本原理是通过测量刀具的偏斜和长度不足,来调整数控加工中的刀具参数,使刀具沿着正确的轨迹运动,达到高质量的加工效果。
刀具补偿的主要工具是刀具补偿器,它可以通过改变刀具的偏斜和长度来补偿刀具的误差。
刀具补偿的作用包括:
1. 提高加工精度:刀具补偿可以帮助数控加工中心实现高精度加工,减少加工误差,提高产品的质量和一致性。
2. 降低加工成本:通过刀具补偿,可以实现刀具的精确定位,降低刀具的磨损和损坏,延长刀具的使用寿命,降低加工成本。
3. 改善加工过程的稳定性:刀具补偿可以帮助数控加工中心实现稳定的加工过程,降低加工过程中的噪声和震动,保证加工过程的一致性和稳定性。
刀具补偿在数控加工中的应用非常广泛,是实现高质量、高效率加工的重要技术之一。
随着数控加工技术的不断发展和进步,刀具补偿技术也在不断更新和改进,以适应不同的加工环境和需求。
刀具的长度补偿功能教学目的和要求：要求学生了解长度补偿功能的作用，以及如何使用刀具的长度补偿功能。
教学重、难点：如何正确的使用刀具的长度补偿指令。
相关知识：刀具的长度补偿功能是在加工中心中才使用的，在加工时刀具定位基准是相同的，都是以机床的主轴锥孔进行定位，但刀具的长度是各不相同的，在做加工时是由刀具的端面与零件接触的。
在换刀加工时，就必须改变程序中的数值，这样就会很麻烦。
有了刀具的长度补偿功能刀具的长度在发生改变时就只需改变刀具长度的补偿值，而不需要去修改程序值。
这就是刀具的长度补偿。
一、刀具长度补偿的指令格式取消长度补偿的指令G49其中G43是刀具的正向偏置G44是刀具的负向偏置二、刀具长度补偿的指令格式1、G43 刀具的正向偏置后的偏置结果在G43指令时是把H地址中的偏置值与Z轴指令的终点值相加做为Z轴的最终指令值。
例：G00 G43 H01 Z50 其中设H01的设定值为-100（Z轴的指令值）+（H01的设定值）=50+（-100）=-502、G44 刀具负向偏置后的偏置结果在G44指令时是把Z轴指定的终点值减去H地址中的偏置值做为Z轴的最终指令结果。
例：G00 G44 H01 Z50 其中设H01的设定值为100（Z轴指定的值）—（H01的设定值）=50—100=-50注意：可以发现在G43中负的和在G44中用正值偏置结果是相同的。
三、刀具长度补偿的方法刀具长度补偿的补偿方法通常有两种。
1、刀具的补偿值即为刀具的长度值这种方法必须在有对刀仪的前提下才能使用，这种方法只需要对刀仪测出长度后，输入相对的H地址栏中即可。
但工件坐标系中Z 轴的偏置值应为在机床坐标系中的实际值。
如图那么A刀G00 G43 H01 Z0的偏置结果就是如B图所示。
如方法不正确或没有偏置，即G00 Z0的位置则如图中C刀所示与工件发生了碰撞。
2、刀具的补偿值为刀尖到Z向零点的距离没有对刀仪的情况下常用这种方法。
即把工件坐标系中Z轴的偏置值设为0，用对刀的方法测出刀具的刀尖到Z向零点的距离，并输入H地址中如图。
刀具补偿功能概述刀具补偿是数控加工中一项关键的技术，它可以有效地提高加工精度和效率。
本文将对刀具补偿功能进行概述，介绍其原理、应用和优势。
一、刀具补偿的原理刀具补偿是通过在数控系统中对工具轨迹进行校正来实现的。
由于刀具的尺寸、形状和磨损等因素，工件的加工结果可能会与预期有所偏差。
刀具补偿基于工具几何和轨迹偏差的关系，通过调整数控程序中的刀具路径，使实际切削轨迹与期望轨迹保持一致，从而实现精准加工。
二、刀具补偿的应用领域刀具补偿广泛应用于各种数控加工领域，如铣削、车削、钻削等。
在这些加工过程中，刀具补偿能够提高零件的尺寸精度、表面质量和加工效率。
1. 铣削中的刀具补偿：在铣削过程中，刀具补偿可以根据刀具直径和偏移量来自动调整切削轨迹，确保切削结果符合要求。
同时，通过刀具补偿，还可以实现铣削过程中不同刀具的自动更换，提高生产效率。
2. 车削中的刀具补偿：车削过程中，刀具补偿可以针对工件的尺寸偏差进行调整，使加工后的工件尺寸与期望尺寸保持一致。
刀具补偿可以通过修正刀具位置或调整进给速度来实现，大大提高了车削加工的精度和稳定性。
3. 钻削中的刀具补偿：在钻削过程中，刀具补偿可以根据刀具尺寸和磨损情况来调整刀具的位置和轨迹。
通过刀具补偿，可以有效控制钻孔的直径误差和圆度误差，提高钻削加工的质量。
三、刀具补偿的优势刀具补偿具有许多优势，使其在数控加工中得到广泛应用。
1. 提高加工精度：刀具补偿可以消除工具尺寸和磨损等因素对加工精度的影响，实现更加精确的加工结果。
2. 提高加工效率：通过刀具补偿，可以使切削轨迹与工件的实际形状相匹配，减少加工过程中的空刀时间，提高生产效率。
3. 增强加工稳定性：刀具补偿可以对工具的位置和轨迹进行校正，减少切削力的变化，有助于提高加工过程的稳定性。
四、结论刀具补偿功能在数控加工中起到至关重要的作用，它通过调整刀具路径，确保加工结果与期望一致，提高加工精度和效率。
刀具补偿在铣削、车削、钻削等加工过程中广泛应用，并具有诸多优势，如提高加工精度、效率和稳定性。
【四】刀具长度补偿和半径补偿数控加工中，刀具实际所在的位置往往和编程时刀具理论上应在的位置不同，这是我们需要重新根据刀具位置来修改程序，然而正如大家知道的，修改程序是一件多么繁杂而易错的环节，因此，刀具补偿的概念就应运而生。
所谓刀具补偿就是用来补偿刀具实际安装位置与理论编程位置之差的一种功能。
使用刀具补偿功能后，改变刀具，只需要改变刀具位置补偿值即可，而不必修改数控程序。
刀具补偿中我们经常用的有长度补偿和半径补偿，一般初入数控行业的人很难熟练的使用这两种补偿，下面我们就这两种补偿方式详细讲解一下。
一、刀具长度补偿1、刀具长度补偿的概念首先我们应了解一下什么是刀具长度。
刀具长度是一个很重要的概念。
我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。
长度补偿只是和Z坐标有关，它不象X、Y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于Z坐标的零点就不一样了。
每一把刀的长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为50mm的孔，然后攻丝深为45mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。
先用钻头钻孔深50mm，此时机床已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻丝过长，损坏刀具和工件。
此时如果设定刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确。
2、刀具长度补偿指令通过执行含有G43（G44）和H指令来实现刀具长度补偿，同时我们给出一个Z坐标值，这样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为Z的地方。
另外一个指令G49是取消G43（G44）指令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用G43（G44）H指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿。
浅谈刀具补偿功能张莉(江苏联合职业技术学院徐州机电工程分院，江苏徐州221011)雾‘睛要】在数控车削加工中，／为了提高刀尖的强度，降低加工表面粒崧渡，／／刀尖处成圆掀蠛刃，在车削内乳、外田或端面时，刀尖圆菝”；t i}…’．t…i?一l{f。
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’；”j i-?{o毽辑qrl l f f’t14L 亭不影响其尺寸、形状，但是在切l l,l锥面或圆弧对，斌会造成j童切或少切的现象。
因此，在实际的加工中，一般数控装置都有．n-Jl-i l J,<t．功I I。
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““翻善}≮j”||{：㈡I照j申|l氇在数控车削加工中，为了提高刀尖的强度，f,l f f f．／，口工表面粗糙度，刀尖处成圆弧过渡刃，在车削内孔、外圆或端面时，刀尖圆弧不影响其尺寸、形状，但是在切削锥面或圆弧时，就会造成过切或少切的现象。
在实际的加工中，～般数控装景都有刀具补偿功能，有刀具半径补偿功能的数控系统，编程的时候不需要计算刀具中心的运动轨迹，只按零件轮廓编程。
使用刀具半径补偿指令，并在控制面板E手工输入刀具半径，数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。
l l P执．t-7-刀具半径补偿后，刀具自动偏离工件轮廓～个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。
操作时还可以用同一个加工程序，通过改变刀具半径的偏移量，对零件轮廓进行粗、精加工。
G41为刀具半径左补偿，即根据右手笛卡尔坐标系，由已知的两个坐标轴，判断出第三坐标轴的方向，沿第三坐标轴的负方向看，刀具沿工僻左侧运勐时的半径补偿，如图1、2所；暴；G42为刀具半径右补偿，epep根据右手笛卡尔坐标系，由已知的两个坐标轴，判断出第三坐标轴的方向，沿第三坐标轴的负方向看，刀具沿工件右侧运动时的半径补偿如图1、2所示：G40为刀具半径补偿取消，使用该指令后，G41、G42指令无效。
刀具补偿功能数控车床在开机默认状态下，控制面板显示器中所显示的坐标是刀架中心或刀具参考点在机床坐标系中的坐标，见图3-11（a）所示为（X A机床；Z A机床），而编程中描述刀具运动的坐标是刀尖点沿工件轮廓加工中所经过的各点在工件坐标系中的坐标，见图3-11（b)所示为（XA工#，ZA工件），这样在加工前就必须进行对力操作；通过数控车床的刀具补偿功能将机床上刀架中心或刀具参考点在机床坐标系中的坐标转换成刀具刀位点在工件坐标系中的坐标，使程序在机床上能够正确运行。
（a）（b）图3-11控制面板上所显示的刀具位置的坐标刀位点是指在程序中用来表征刀具运动位置的刀尖点，是用以表征刀具特征的点。
对车刀，各种车刀的刀位点如图3-12所示。
（a）外圆车刀（b）切槽车刀（c）螺纹刀（d）圆弧车刀图3-12车刀的刀位点数控车床的刀具补偿功能包括刀具位置补偿功能和刀尖圆弧半径补偿功能。
一、刀具位置补偿功能刀具的位置补偿功能又称为刀具偏置补偿功能，在FANUC数控系统中，刀具的位置补偿一般包括刀具形状补偿功能和刀具磨损补偿功能。
数控车床上应用刀具位置补偿功能，其作用一是设定工件坐标系，二是设定刀具的刀位补偿值。
1.刀具形状补偿功能在实际加工中，通常要用多把刀具加工零件轮廓，而每把刀装夹在刀架上的刀位点的位置是不同的，如图313所示。
编程时是以一把刀的刀位点为基准设定工件坐标系的，在加工时，必须将所有万具的刀位点都偏移到此基准点的位置，如图3-14所示，这在FANUC数控系数控车床上就需要通过刀具形状补偿功能来实现。
图3-13刀具装夹在刀架上刀尖点的位置图3-14刀具补偿后的刀尖点重合于一点FANUC数控系统刀具形状补偿功能在加工程序运行中是通过刀具指令（T功能）自动实现的，如T0202，表示调用2号刀具加工，并执行02补偿单元中的力具补偿量。
当加工程序运行至T指令时，刀架会移动一个预先设置到系统中的刀具形状补偿量（即如图3-14中所示的ΔX、ΔZ），自动完成刀具的位置补偿。
在数控编程过程中，为了编程人员编程方便，通常将数控刀具假想成一个点，该点称为刀位点。
刀位点在加工和编制程序时，用于表示刀具特征，也是对刀和加工的基准点。
那么，数控编程中刀具补偿的主要功能有哪些。
数控车刀的刀位点有尖形数控车刀的刀位点通常是指刀具的刀尖、圆弧车刀的刀位点是指圆弧中心、成型刀具的刀位点通常也是指刀尖点。
1、刀具补偿功能在编程时，一般不考虑刀具的长度与刀尖圆弧半径，而只考虑刀位点与编程轨迹重合。
但在实际加工过程中，由于刀具长度与刀尖圆弧半径各不相同，在加工中势必造成很大的加工误差。
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的刀具尺寸，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。
数控机床的这种根据实际刀具尺寸，自动改变坐标轴位置，使实际加工轮廓和编程轨迹完全一致的功能，称为刀具补偿功能。
数控车床刀具补偿分刀具偏移和刀尖圆弧半径补偿两种。
2、刀具长度补偿功能刀具偏移是用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之间差值的功能。
数控车床系统规定X轴与Z轴之间可以同时实现刀具偏移。
刀具偏移可以分为刀具几何偏移和刀具磨损偏移两种，由刀具的几何形状和刀具安装位置不同产生的刀具偏移称为刀具集合偏移，而由刀尖的磨损产生的刀具偏移称为刀具磨损偏移。
3、刀具半径补偿功能（1）不加刀尖圆弧半径补偿加工圆弧和圆锥误差分析在理想状态下，我们总是将数控车床尖形刀具的刀位点假想成一个点，该点即为假想刀尖，在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。
但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖旺旺不是理想点，而是一段圆弧。
（2）刀尖圆弧半径补偿指令在判断刀尖圆弧半径补偿偏置方向时，一定要从Y轴的正方向观察刀具所处的位置，因此要特别注意前置刀架和后置刀架刀补偏置方向的区别。
对于前置刀架，为防止判断过程中出错，可在图纸上将工件、刀具及X轴同时绕Z轴旋转180度后再进行偏执方向的判断，此时Y轴朝外，刀补的偏置方向于后置刀架相同。
福建省鸿源技工学校课时授课计划
（2013 —2014 学年度第2学期）
课程名称：数控机床编程与操作任课教师：王公海
章节内容1-7刀具补偿功能
授课班级12数控授课日期
授课方式讲授作业练习习题册对应部分
目的要求掌握刀具补偿功能原理
重点难点G40/G41/G42
复习题巩固上节课知识点
仪器教具粉笔黑板
审批意见
审批人： 20 年月日
讲授内容和过程方法与指导一、数控车床用刀具的交换功能
1．刀具的交换
指令格式一：T0101；
该指令为FANUC系统转刀指令，前面的T01表示换1号刀，后
面的01表示使用1号刀具补偿。
福建省劳动和社会保障厅制
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讲授内容和过程方法与指导二、刀具补偿功能
1．刀具补偿功能的定义
定义：数控机床根据刀具实际尺寸，自动改变机床坐标轴或刀
具刀位点位置，使实际加工轮廓和编程轨迹完全一致的功能。
分类：刀具偏移（也称为刀具长度补偿）、刀尖圆弧半径补偿。
2．刀位点的概念
概念：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
三、刀具偏移补偿
1．刀具偏移的含义
含义：用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之长度差的功
能。
车床数控系统规定X轴与Z轴可同时实现刀具偏移。
分类：刀具几何偏移、刀具磨损偏移。
刀具偏移补偿功能示例
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讲授内容和过程方法与指导FANUC 系统的刀具几何偏移补偿参数设置
图中的代码“T”指刀沿类型，不是指刀具号，也不是指刀补
号。
FANUC 系统的刀具几何偏移补偿参数设置
图中的代码“T”指刀沿类型，不是指刀具号，也不是指刀补
号。
2．利用刀具几何偏移进行对刀操作
（1）对刀操作的定义
定义：调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点。
（2）对刀操作的过程
1）手动操作加工端面，记录下刀位点的Z向机械坐标值。
2）手动操作加工外圆，记录下刀位点的X向机械坐标值，停
机测量工件直径，计算出主轴中心的机械坐标值。
3）将X、Z值输入相应的刀具几何偏移存储器中。
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讲授内容和过程方法与指导
数控车床的对刀过程
（3）利用刀具几何偏移进行对刀操作的实质
利用刀具几何偏移进行对刀的实质就是利用刀具几何偏移使
工件坐标系原点与机床原点重合。
3．刀具偏移的应用
利用刀具偏移功能，可以修整因对刀不正确或刀具磨损等原因
造成的工件加工误差。
例加工外圆表面时，如果外圆直径比要求的尺寸大了0.2mm，
此时只需将刀具偏移存储器中的X值减小0.2，并用原刀具及
原程序重新加工该零件，即可修整该加工误差。
同样，如出现
Z方向的误差，则其修整办法相同。
四、刀尖圆弧半径补偿（G40、G41、G42）
1．刀尖圆弧半径补偿的定义
为确保工件轮廓形状，加工时不允许刀具刀尖圆弧的圆心运动
轨迹与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏移一个半径
值，这种偏移称为刀尖圆弧半径补偿。
圆弧形车刀的刀刃半径
偏移也与其相同。
2．假想刀尖与刀尖圆弧半径
在理想状态下，我们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（图中的A点）。
假想刀尖示意图
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讲授内容和过程方法与指导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
中的r）。
实践中，所有车刀均有大小不等或近似的刀尖圆弧，
假想刀尖在实际加工中是不存在的。
3．未使用刀尖圆弧半径补偿时的加工误差分析
（1）加工台阶面或端面时，对加工表面的尺寸和形状影响不
大，但在端面的中心位置和台阶的清角位置会产生残留误差，
如图所示。
（2）加工圆锥面时，对圆锥的锥度不会产生影响，但对锥面
的大小端尺寸会产生较大的影响，通常情况下，会使外锥面的
尺寸变大，而使内锥面的尺寸变小，如图所示。
（3）加工圆弧时，会对圆弧的圆度和圆弧半径产生影响。
加
工外凸圆弧时，会使加工后的圆弧半径变小，其值=理论轮廓
半径R–刀尖圆弧半径r，如图所示。
加工内凹圆弧时，会使加工后的圆弧半径变大，
其值=理论轮廓半径R+刀尖圆弧半径r，如图所示。
4．刀尖圆弧半径补偿指令
（1）指令格式
G41 G01/G00 X Y F；（刀尖圆弧半径左补偿）
G42 G01/G00 X Y F；（刀尖圆弧半径右补偿）
G40 G01/G00 X Y；（取消刀尖圆弧半径补偿）
2）指令说明
刀尖圆弧半径补偿偏置方向的判别：
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讲授内容和过程方法与指导
刀尖圆弧半径补偿偏置方向的判别
a）后置刀架，+Y轴向外b）前置刀架，+Y轴向内
5．圆弧车刀刀沿位置的确定
数控车刀的刀沿位置
a）后置刀架，+Y轴向外b）前置刀架，+Y轴向内c）具体
刀具的相应刀沿号
P–假想刀尖点S–刀沿圆心位置r–刀尖圆弧半径
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讲授内容和过程方法与指导
部分典型刀具的刀沿号
a）后置刀架的刀沿位置号b）前置刀架的刀沿位置号
6．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，刀补的
进行和刀补的取消。
刀尖圆弧半径补偿过程
FC—刀补建立CDE—刀补执行EF—刀补取消
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讲授内容和过程方法与指导7．进行刀具半径补偿时应注意的事项
（1）刀具圆弧半径补偿模式的建立与取消程序段只能在G00
或G01移动指令模式下才有效。
（2）G41／G42不带参数，其补偿号(代表所用刀具对应的刀
尖半径补偿值)由T指令指定。
该刀尖圆弧半径补偿号与刀具
偏置补偿号对应。
（3）采用切线切入方式或法线切入方式建立或取消刀补。
对
于不便于沿工件轮廓线方向切向或法向切入切出时，可根据情
况增加一个过渡圆弧的辅助程序段。
（4）为了防止在刀具半径补偿建立与取消过程中刀具产生过
切现象，在建立与取消补偿时，程序段的起始位置与终点位置
最好与补偿方向在同一侧。
（5）在刀具补偿模式下，一般不允许存在连续两段以上的补
偿平面内非移动指令，否则刀具也会出现过切等危险动作。
（6）在选择刀尖圆弧偏置方向和刀沿位置时，要特别注意前
置刀架和后置刀架的区别。
8．使用刀具补偿功能时的加工实例
例试用刀具补偿功能等指令编写图所示工件外轮廓的加工程
序（内轮廓已加工完成, 以内孔定位与装夹）。
刀具补偿功能编程实例
a) 零件图b) 三维立体图
程序参见课本。
