加工中心刀具长度补偿应用的探索

数控加工中刀具补偿的应用朱卫峰[中国长江动力公司(集团)]摘要:刀具补偿是数控机床的主要功能之一,他分为:刀具长度补偿、刀具半径补偿、刀具偏置补偿种。

它们基本上能解决加工过程中根据刀具几何形状尺寸产生零件轮廓轨迹等问题,从而保证加工出符合图纸尺寸要求的零件。

关键词:刀具半径补偿,刀具长度补偿,刀具几何补偿,磨损补偿引言:刀具补偿的理论及其实现,在各类数控系统中都已经是比较成熟的技术。

在使用数控机床加工零件的过程中,刀具的运动轨迹不等同于工件的轮廓。

为了保证工件轮廓形状,加工时数控系统必须根据工件轮廓和刀具的几何形状尺寸计算出刀具中心运动轨迹。

在建立、执行刀补后,数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹从而加工出符合图纸尺寸要求的形状。

当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须更改程序中刀具补偿的数值。

刀具补偿使用简单方便，能极大提高编程的工作效率。

下面就刀具补偿在一般数控加工中的应用进行探讨:一.刀具半径补偿1.刀具半径补偿的概念A.在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。

在进行轮廓加工时，刀具中心偏离零件的实际轮廓表面(图纸中所要加工对象的轮廓)一个刀具半径值。

这种偏移，称为刀具半径补偿。

B.采用刀具半径补偿的作用和意义数控机床一般都具备刀具半径补偿的功能。

在加工中，使用数控系统的刀具半径补偿功能，就能避开数控编程过程中的繁琐计算，而只需计算出工件加工轮廓轨迹的起始点坐标值即可。

同时，利用刀具半径补偿功能，还可以实现同一程序的粗、精加工以及同一程序的阴阳模具加工等功能。

C.刀具半径补偿指令的使用方式根据ISO 标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为右刀补，用G42表示；注销刀具半径补偿时用G40表示。

2 刀具半径补偿过程A.刀具半径补偿建立：当输入的程序段包含有G41/G42命令时，系统认为此时已进入刀补建立状态。

数控加工中心刀具长度补偿的研究加工中心刀具补偿的研究摘要:数控加工中心加工一个零件往往需要数把刀，为了简化编程，CNC系统采用刀具长度补偿可使在备制零件的加工程序时，不必考虑刀具的实际长度.阐述了刀具长度补偿的原理，研究了数控系统使用长度补偿旨令G43(G44)和H完成长度补偿功能，提出了刀具运行的实际位呈与编程中指令位置的计算方法.论述了刀具民数在CNC系统中的内存分配，分析了刀具长度补偿的方式、特点及CNC 系统中刀具长度补偿功能与其他指令的关系.结果表明:使用刀具长度补偿功能提高了加工效率。

加工中心是一种综合加工能力较强的设备，加工中心设置有刀库和自动换刀装置，在加工过程中由程序自动选刀和换刀，由于加工中心常用来加工形状复杂、工序多、精度要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具、夹具且经多次装夹和调整才能完工的零件，因而加工一个零件需用十几把刀具甚至更多，由于每把刀具的长度都是不同的，在对被加工零件设置工件坐标系零点(一般为工件的卜表面)后，如果更换的刀具比编程时的标准刀具稍长则将使零件产生过切的现象Ul，反之使零件产生欠切的现象.利用数控系统的刀具长度补偿功能，可以解决上述问题.刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向(Z向)的补偿，它使刀具在Z方向上的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏置值t2]，这样在编制零件的加工程序时，不必考虑刀具的实际长度以及各把刀具不同的长度尺寸.另外，当刀具磨损、更换新刀或刀具安装有误差时，也可使用刀具长度补偿指令，以补偿刀具在长度方向上的尺寸变化，而不需要重新编制加工程序、重新对刀或重新调整刀具.大大简化了编程，减少了工时，提高了效率。

1 CNC系统执行刀具长度补偿功能分析1.1刀具长度补偿功能的运行分析刀具长度补偿是通过执行含有G43 ( G44)和H指令来实现，其指令格式为G43Z_H_或G44Z_H_,即把编程的Z坐标值加上(或减去)H_代码所指定的偏置寄存器中预设的偏置值或补偿值a后作为CNC实际执行的Z坐标值使用G43,G44指令时，无论用绝对坐标还是用增量坐标编程，程序中指定的Z轴移动的终点坐标值，都要与H所指定寄存器中的偏置量a进行运算，然后把运算结果作为终点坐标值进行加工当执行程序段G43Z_ H_时，刀具移动到的实际位置的Z坐标值为Z实际值=Z指令值+H中的偏置值;当执行程序段G44Z_ H_时，刀具移动到的实际位置的Z坐标值为Z实际值=Z指令值一H_中的偏置值.式中偏置值可以是正值，也可以是负值(6]当偏置值(补偿值)的士号与Z坐标指令值的士号相一致时:用G43指令时，刀具移动到的实际位置的Z坐标值等于:程序中Z坐标指令值+刀具长度补偿值;用G44指令时，刀具移动到的实际位置的Z坐标值等于:Z坐标指令值一刀具长度补偿值.当偏置值(补偿值)的士号与Z坐标指令值的士号相反时:用G43指令时，刀具移动到的实际位置的Z坐标值等于:程序中Z坐标指令值十符号相反的刀具长度补偿值;用G44指令时，刀具移动到的实际位置的Z坐标值等于:程序中Z坐标指令值一符号相反的刀具长度补偿值.零件加工完后，用G49或H00指令取消刀具长度补偿.当换刀时，用G43(G44)H_指令赋予了当前所用刀的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿.图1表示CNC中长度补偿指令G43的运行情况.图中Zo平面为工件的上表面，即工件坐标系的Z坐标原点位置.1.2刀具长度参数在CNC中的内存分配刀具长度补偿值可通过数据输人接口输入计算机.在CNC系统中，开辟一全程变量区，以存储刀具参数.可采用如下所示的用C语言描述的结构作为刀具参数的通用格式.Struct_OFFSETInt T_NUM;Int T_TYPE;Float几几L1;Float T_G_L2;Float T_G_R;Float TW_L1;Float T_WL2;Float毛WR;Float T_Time_life;其中T NUM表示刀具号;Tes TYPE为刀具的类型;T_G_L1,T_G_L2,T_G_R表示刀具的标准几何参数(单位为mm ) ; T_W_ L1, T_W_L2表示刀具的实际尺寸，是用于长度刀具补偿的量.2 CNC中刀具长度补偿的方式2.1本卜偿方式分析2.1.1机上测量方式采用Z向设定器(或用试切法)依次确定每把刀具与工件在机床坐标系中的相互位置关系，即利用刀尖(或刀具前端)在:方向上与工件坐标系原点的距离值作为长度补偿值(如图2所示).加工前分别调用刀库中的每把刀具，让Z轴回到机床参考点，再让刀具(或刀具前端)接触Zo平面，此时机床坐标系的Z坐标值直接作为每把刀的刀具长度补偿值.2.1.2机外刀具预调仪或自动测长装置十机内对刀方式具体方案有2种:其一是在刀具预调仪上测出的主轴端面至刀尖的距离输人计算机的刀具长度偏置寄存器中作为刀长补偿值(如图3所示)CNC系统中运行刀具长度补偿指令后，刀尖(或刀心)走程序要求的运动轨迹，这是因为数控系统假设的是刀尖(或刀心)相对于工件运动，而在刀具长度补偿有效之前，刀具相对于工件坐标系原点的坐标是机床上刀具长度定位基准点E点相对工件坐标系原点的坐标.试比较下列两个程序段运行后刀具的位置:G90G54GOOZ0G90G54GOOG43ZOH01显然如果程序段中没有运行刀具长度补偿指令时，会造成严重的撞击事故.其二是设标准刀具的长度补偿值为零，把在刀具预调仪上测出的各刀具长度与标准刀具的长度之差分别作为每刀把的刀具长度补偿植.其中，比标准刀具长的记为正值，比标准刀具短的补偿值记为负值(如图4所示)先通过机内对刀法测量出基准刀在返回机床参考点时刀位点在:轴方向与工件坐标系原点的距离，并输人偏置寄存器中.2.2刀具长度补偿方式的比较采用机上测量方法测量麻烦且误差大，需要很多占机调试工时，因此效率低，但投资少.当用同一把刀加工其它的工件时就要重新设置刀具长度补偿值.用机外刀具预调仪或自动测长装置测量不占用有效机时，把刀具调整工作事先在刀具预调仪上完成，而且机床在加工运行时，还可在对刀仪上测量其它刀具的长度，不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间，提高效率，增加零件加工精度，充分发挥加工中心的作用，但是需添置刀具预调仪设备，成本较高.使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免同一把刀具加工不同工件需修改刀具长度偏置.为了对刀具准备和管理更有效，可以按照一定的规则给每把刀具编号，作档案，把各刀具的相关参数，如长度、半径、刀具形状和角度等写在小标牌上;或者对每个刀柄都设置编码，如贴到每个刀柄的条形码或磁卡，刀具预调仪与管理计算机相连，计算机自动保存每把刀具调整完后的相关数据，也可以写人该刀柄的磁卡上，纳人计算机管理系统.这样即使是因刀库容量原因而取下来的刀具在下一次安装使用时，只需根据标牌上的刀长数值作为长度补偿值而不需再进行测量3 CNC系统中刀具长度补偿功能与其他指令的关系3.1刀具长度补偿与半径补偿功能的关系如果在零件的数控加工程序中，既有刀具长度补偿又有刀具半径补偿(在控制器中补偿)指令时，必须把含有长度补偿的程序段写在含有半径补偿的程序段前面，否则半径补偿无效例如:在下面的程序段中:N50 GOOG41X20Y20D02N60 GOOG43Z10数控系统不执行刀具半径补偿若改为:N50 GOOG43Z10N60 GOOG41X20Y20D02则数控系统既执行刀具半径系统又执行刀具长度补偿指令.3.2刀具长度补偿与其它指令的关系a.G43,G44指令只能用于直线运动之中，在非直线运动语句中使用时会产生报警;b.G43,G44为同组模态指令，它们会自动取消上次刀具长度补偿而不需要用专门的G49指令，为了安全起见，在一把刀加工结束或程序段结束时，都应取消刀具长度补偿;c.刀具长度补偿必须伴随相立的插补运动(GOO,GO1,G81,G83等)才能有效;d.对于立式两轴半数控系统不需要预先确定加工平面;e.在同一程序段内如果既有运动指令又有刀具长度补偿指令，机床首先执行刀具长度偿指令，然后再执行运动指令如:N100 GO1G43Z-IOHOSF100;4结论a.提出了采用刀具长度补偿指令G43比及G44 H，加工中心的刀具在所编制的零件加工程序控制下在Z方向上的实际位置的计算方法;b.论述了用C语言描述的结构作为刀具参数的通用格式，在CNC 系统中，开辟一全程变量区，以存储刀具参数;c.对刀具长度补偿的三种方式进行了分析比较;d.分析了CNC系统中刀具长度补偿功能与刀具半径补偿功能及其他指令的关系;注释：一般而言，刀具长度补偿对二轴和三轴联动数控加工有效，但对刀具摆动的四、五坐标联动数控加工则无效.刀具长度在进行刀位计算时可以不考虑，但后置处理计算过程中必须要考虑.文章中提出的刀具长度补偿在数控加工中中易于实现.在生产实际中可根据各个厂家的能力灵活选用刀具长度补偿方式.参考文献1刘雄伟.数控机床操们与编程,训教程.机械工业出版利2胡育辉.数控铣床加工中心.辽宁利技出版社3杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社，2001.4王叶萍.数控加工工艺的设计要点f川.新技术新工艺， 2005.5制虹.数控加工工艺与编程.北京:人民邮电出版子土，2004.。

项目七刀具半径和长度补偿指令的应用任务描述：1、重点掌握使用刀具半径补偿功能和长度补偿功能。

2、理解刀具半径补偿和长度补偿在加工中心的应用。

任务分析：在加工中心中使用刀具补偿功能中要注意的事项。

一、刀具半径补偿1.1刀具半径补偿的作用：是把以刀具中心为编程轨迹转变为以工件轮廓为编程轨迹，即要求数控系统根据程序中的工件轮廓和刀具半径值自动计算出刀具中心轨迹。

刀具半径补偿功能的好处：1)简化编程，使编程人员编程时不用考虑刀具半径。

2)当刀具由于磨损、重磨或更换等原因使刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值或者选用存放在另一个刀具半径寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。

1.2刀具半径补偿的过程•刀具半径补偿建立：•刀具半径补偿进行：•刀具半径补偿取消：1.3 建立刀具半径补偿指令1、指令格式：X YG17 G41 G00G18 X Y DG19 G42 G01X Y式中，G41——刀具半径左补偿；G42——刀具半径右补偿；X、Y——建立或取消刀具半径补偿的终点坐标值；Dxx——刀具偏置代号地址字，后面一般为两位数字的代号。

2、左补偿与右补偿的判断：* 刀具半径左补偿G41：沿刀具进刀方向看，刀具在零件左侧时采用左补偿。

* 刀具半径右补偿G42：沿刀具进刀方向看，刀具在零件右侧时采用右补偿。

1.4取消刀具半径补偿指令指令格式G00 X YG40 X ZG01 Y Z式中，G40 为取消刀具半径补偿指令说明：1. 功能：用于取消之前在指定平面上建立的刀具半径补偿。

2. 在刀具补偿前，必须用G17 G18 G19指定径补计算平面，开机默认是G17。

3. 取消刀补时，不用指明刀补号。

1.5刀具半径补偿的目的在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在，刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合。

如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具中心运动轨迹，如图7-1所示的点划线轨迹，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。

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。

Bewise Inc. Reference source from the internet.刀具长度补偿功能，是数控机床的一项重要功能，在准备功能中用G43、G44、G49表示，但是若使用得不好很容易造成撞车和废品事故。

下面以加工中心为例，介绍生产实践中常用的几种刀具长度补偿方法。

1 刀具长度补偿功能的执行过程典型的指令格式为G43 Z_H_；或G44 Z_H_。

其中G43指令加补偿值，也叫正向补偿，即把编程的Z值加上H代码指定的偏值寄存器中预设的数值后作为CNC实际执行的Z坐标移动值。

相应的，G44指令减去预设的补偿值，也叫负向补偿。

当指令G43时，实际执行的Z坐标值为Z’=Z_+(H_)；当指令G44时，实际执行的Z坐标值为Z’=Z_-(H_)；这个运算不受G90绝对值指令或G91增量值指令状态的影响。

偏值寄存器中可预设正值或负值，因此有如下等同情况。

指令G43、H设正值等同于指令G44、H设负值的效果：指令G43、H设负值等同于指令G44、H设正值的效果。

因此一般情况下，为避免指令输入或使用时失误，可根据操作者习惯采用两种方式：只用指令G43，H设正值或负值：H只设正值，用指令G43或G44。

以下介绍使用较多的第一种情况。

指令格式中Z值可以为0，但H0或H00将取消刀具长度补偿，与G49效果等同，因为0号偏值寄存器被NC永远置0。

一般情况下，为避免失误，通过设定参数使刀具长度补偿只对Z轴有效。

例如当前指令为G43X_H_；时，X轴的移动并没有被补偿。

被补偿的偏置值由H后面的代码指定。

例如H1设20.、H2设-30.，当指令“G43 Z100.H1；”时，Z轴将移动至120.处：而当指令“G43 Z100. H2；”时，Z轴将移动至70.处。

G43(G44)与G00、G01出现在一个程序段时，NC将首先执行G43(G44)。

可以在固定循环的程序段中指令G43(G44)，这时只能指令一个H代码，刀具长度补偿同时对Z值和R值有效。