刀具半径补偿功能在数控加工中的应用
摘要本文描述了数控加工中刀具半径对零件加工与编程的影响，分析了刀具半径补偿功能在数控加工中的正确使用方法，并针对刀具半径补偿功能在数控车削加工、数控铣削加工中的应用进行了介绍。
关键词半径补偿；数控加工；轮廓；程序
随着现代数控成型刀具的普及使用，大大提高了企业的加工能力，但由于刀具总是具有一定的半径，刀具中心运动轨迹并不是加工零件的实际轮廓。
若用刀具中心轨迹来编制加工程序，则程序的数学处理工作量大，当刀具半径发生变化时，则又还需重新修改或编制程序。
这样，编程会很麻烦。
利用刀具半径补偿功能，当编制零件加工程序时，只需按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上用键盘（CRT/MDI）方式，人工输入刀具半径值，数控系统便会根据零件程序和刀具半径自动计算出刀具中心的偏移量，进而得到偏移后的中心轨迹，并使系统按刀具中心轨迹运动，完成对零件的加工。
1 数控车削加工中刀尖圆弧半径补偿的应用
1.1 刀尖圆弧半径补偿的分析
数控车床编程时可以将车刀刀尖看作一个点，按照工件的实际轮廓编制加工程序。
但实际上，为保证刀尖有足够的强度和提高刀具寿命，车刀的刀尖均为半径不大的圆弧。
一般粗加工所使用的车刀的刀尖圆弧半径R为0.8 mm或1.2 mm；精加工所使用车刀的圆弧半径R为0.4 mm或
0.2 mm。
切削加工时，刀具切削点在刀尖圆弧上变动。
在切削内孔、外圆及端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但在切削锥面和圆弧时，会造成过切或欠切现象。
因此，当使用车刀来切削加工锥面和圆弧时，必须将假设的刀尖的路径作适当的修正，使之切削加工出来的工件能获得正确尺寸，这种修正方法称为刀尖圆弧半径补偿。
1.2 刀尖圆弧半径补偿的方法
对于采用刀尖圆弧半径补偿的加工程序，在加工前要把刀尖半径补偿的有关数据输入到刀补存储器中，以便执行加工程序时，数控系统对刀尖圆弧半径所引起的误差自动进行补偿。
刀尖圆弧半径补偿是通过G41、G42、G40代码及T代码指定的刀尖圆弧半径补偿值来加入或取消。
其程序段格式为：
其中：G40为取消刀尖圆弧半径补偿；G41为建立刀具圆弧半径左补偿；
G42为建立刀具圆弧半径右补偿。
图1表示了根据刀具与工件的相对位置及刀具的运动分析如何选用G41或G42指令。
图2 刀具补偿设定画面
刀尖圆弧半径补偿值可以通过数控系统的刀具补偿设定画面设定。
以广州数控GSK980T系统为例，如图2所示，T指令要与刀具补偿编号相对应，并且要输入假想刀尖位置序号。
假想刀尖位置序号是对不同形式刀具的一种编码，如图3所示。
2 数控铣削加工中刀具半径补偿的应用
2.1 刀具半径补偿的目的
在数控铣床/加工中心上进行轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心的轨迹与工件轮廓不重合。
如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是很方便，但加工出的零件尺寸会比图样尺寸要求小一个铣刀直径值（加工外轮廓时）或大一个铣刀直径值（加工内轮廓时），为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是刀具半径补偿。
2.2 刀具半径补偿的方法
2.2.1 建立刀具半径
建立刀具半径补偿的指令格式：
X Y D ；
式中：G41是建立刀具半径左补偿指令；
G42是建立刀具半径右补偿指令；
X、Y为建立刀具半径补偿时G00或G01运动的目标点坐标；
D为刀具半径补偿地址，其范围为D00~D99，其值可在
（CRT/MDI）方式输入。
2.2.2 取消刀具半径补偿
取消刀具半径补偿指令格式：G40X Y ；
其中：G40是取消刀具半径补偿指令。
使用该指令后，G41、G42
指令无效；
X、Y为取消刀具半径补偿时G00或G01运动的目标点坐标。
2.2.3 刀具半径的补偿的判别方法
在处于补偿平面的另一根轴的正方向上，沿刀具的移动方向看，当刀具处于切削轮廓左侧时，即顺着刀具前进方向看（假定工件不动），刀具位于工件轮廓的左边，称左补偿，如图4（a）所示；当刀具处于切削轮廓右侧时，即顺着刀具前进方向看（假定工件不动），刀具位于工件轮廓的右边，称右补偿，如图4（b）所示。
2.2.4 刀具半径补偿值的设定
在MDI面板上，把刀具半径补偿值赋给D代码，地址D所对应的偏置存储器中存入的偏置值通常指刀具的半径值。
若用来粗加工时，可以输入比刀具半径值大的数值，即输入的数值的大小为刀具半径值与加工余量之和。
2.3 刀具半径补偿在加工中的应用
2.3.1 利用刀具半径补偿，简化程序的编制计算量
当使用半径为R的圆柱铣刀加工工件轮廓时，如果数控系统不具备刀具半径补偿功能，那么必须要按照偏离轮廓距离为R的刀具中心运动轨迹的数据来编程，也就是说在加工工件轮廓时，要想得到实际的工件轮廓必须使刀具偏移实际轮廓的一个刀具半径值。
在按等距轮廓线编程后，若刀具半径改变或刀具磨损后，要想加工出满足要求的轮廓尺寸，就必须再次改变等距线宽度重新编程。
这样会给编程加工带来很大的麻烦。
对于有刀具半径补偿功能的数控系统，就不必计算刀具中心的运动轨迹，只要按照被加工工件的轮廓编程，同时在程序中给出刀具半径的补偿指令，数控系统会自动计算后，偏置一定的距离后进行走刀，加工出程序轮廓的工件，大大方便了计算，简化了编程的工作。
2.3.2 应用刀具半径补偿，调用同一程序铣削零件的内轮廓和外轮廓
在加工同一公称尺寸的内轮廓和外轮廓时（即凸、凹型面），可以按零件的轮廓来编程，并将其设置为子程序。
在编制主程序时，充分利用刀具半径补偿功能G41或G42指令，并在加工前将刀具半径设定为刀具半径补偿值输入到对应的补偿地址，然后通过调用子程序的方法，就可实现刀具半径自动补偿，完成内外轮廓的加工。
另外，也可以将内外轮廓编写为同一程序（如统一按外轮廓编程），在加工外轮廓时，将偏置值设为+D，刀具中心将沿轮廓外侧切削；当加工内轮廓时，
将偏置值设为-D，这时刀具中心将沿轮廓内侧
切削。
2.3.3 运用刀具半径补偿，实现零件的粗精加工
在编制程序时，结合子程序调用，只要编制精加工程序，通过改变当前刀具的半径补偿值就可以实现对轮廓的粗加工与精加工。
当把刀具半径补偿值改大，在加工外轮廓时，其外形尺寸就会变大；在加工内型腔时，其内轮廓尺寸就会变小。
如此，可以根据轮廓与加工余量的大小，通过适当修改（放大）刀具半径补偿值来进行轮廓的粗加工与半精加工。
半精加工后对工件进行实际测量，根据测量值与图样尺寸进行比较后，修改精加工时的刀具半径补偿值，再对工件进行精加工。
这样就可以满足加工的要求，加工出合格的产品。
2.3.4 利用刀具半径补偿，提高工件的加工精度
当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径将发生变化，即刀具半径将变小，这时可通过修改对应的刀具半径补偿值，减少由于刀具磨损等造成的加工误差，以提高工件的加工精度。
另外，在进行首件试切时，为保证首件产品质量合格，而不至于浪费材料，也采取改变刀具半径补偿值的方法来实现。
即通过进行试切后，根据实际测量值，再修改对应的刀具半径补偿值，而后进行半精加工与精加工，直到尺寸精度等都符合技术要求，即首件试切合格后转入批量生产。
刀具半径补偿功能有很重要的用途。
在程序编制的过程中若能充分利用刀具半径补偿功能的优势，结合子程序调用或宏程序来综合应用，不仅还可以解决任意的内外轮廓的倒角、倒圆角，而且还降低了编程的难度、节约了时间、简化了编程，大大的提高了生产效率。
参考文献
[1]王荣兴.加工中心培训教程[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]黎向荣.数控机床编程与操作[M].北京:电子工业出版社,2009.。
