數控車刀具半徑補償及刀尖方位號的應用淺析

摘要：數控車加工零件時，如遇到圓錐面、圓弧面、非圓曲線，由于數控車刀刀尖都帶有圓角，零件加工后會有不同程度的欠切或過切。現通過對零件的加工部位進行分析，找出欠切及過切的原因，并詳細闡述數控車刀具半徑補償指令的含義及如何添加刀具半徑補償，介紹了正確使用刀尖方位號實現零件形狀加工的方法。

關鍵詞：數控車;半徑補償;刀尖方位號;應用

1? ? 零件加工時欠切及過切產生的原因

為了保證數控車刀刀尖部分有一定的強度及韌性，刀具的刀尖都會有一定的圓角。根據粗精加工及零件加工部位具體形狀的具體要求，一般圓角在R0.2～R3。加工零件時刀具X向和Z向的交點沒有在刀具的刀尖上，而是一個虛擬點，我們稱為“假想刀尖”（圖1黑點位置），是編程時刀尖運動的數據點。加工時數控系統控制刀具的刀尖沿該點的軌跡運動，加工出零件的輪廓。然而，實際加工時決定零件外形的是刀具刀尖圓角型面與零件型面相接觸的點，這些點運動連起來就切出零件的實際外形。由于假想刀尖點與加工的切削點是不同點，所以在用帶有刀尖圓弧的刀具加工零件時，與零件的實際尺寸會有一定的偏差。

2? ? 零件具體部位的加工誤差分析

車削刀具在加工外圓、內孔或是與零件外圓及內孔垂直的端面時（加工零件時機床僅單一軸運動，即只有X或Z軸運動，而不是X、Z軸聯動），加工后形狀和尺寸與實際相同，沒有偏差;加工圓錐面、圓弧面及非圓曲面等需要X、Z軸聯動的零件型面時，會產生過切或欠切現象，此類零件加工時，需用刀具半徑補償功能，解決零件加工中的過切及欠切問題。

3? ? 刀具半徑補償指令及其應用

3.1? ? 刀具半徑補償命令的方向判斷和格式

3.1.1? ? 刀具半徑補償的方向判斷

如圖2所示，順著刀具運動方向看，刀具在工件左側時，稱為刀具半徑左向補償（G41），刀具在工件右側時，稱為刀具半徑右向補償（G42）。

3.1.2? ? 指令格式

G41/G42指令：G41/G42 G01（G00） X（U）? ?Z（W）? ?F;

撤銷刀具半徑補償：G40 G01（G00） X（U）? ?Z（W）;

3.1.3? ? 說明

G41和G42指令不可以同時出現在一個程序中，只有先用G40撤銷前一個，才能使用另一個;沒有撤銷，程序的補償就會出錯;不能在有G02或G03的程序行中添加或撤銷刀具補償，只能在G0或G1指令下添加和撤銷;補償號由T指令指定，如T0101或T0102前兩位代表刀具號，后兩位代表刀具補償號，補償值要輸入補償號指定的位置;補償值為正時，刀具遠離工件，補償值為負時，刀具切入工件;G41/G42指令在靠近工件前添加，在離開工件后撤銷;使用刀具補償時，不可以有兩行以上相鄰的轉速S、輔助指令M、換刀指令T、輔助指令G（如G90、G91）及程序暫停（G04 X5.0），否則容易造成零件過切。

3.2? ? 刀具半徑補償的添加與撤銷過程

添加刀補，刀具R中心由程序的數據點所形成的形狀，過渡到與程序形狀相差一個刀具補償值的軌跡形狀;刀補的執行：執行G41或G42指令的程序段后，刀具刀尖R圓心保持與實際加工面相距所給定的刀補值的距離;撤銷時，刀具從圓弧中心軌跡過渡到與程序軌跡型面重合。

3.3? ? 刀尖方位號

刀具半徑補償執行時，除了和刀尖圓弧半徑大小有關外，還和刀尖方位號有關。不一樣的刀具，刀尖的形狀不同，刀尖方位號也不同，刀具自動偏離零件輪廓的方向就不同。如圖1所示，車刀方位號有10個，分別用參數0～9表示。

3.4? ? 常用刀具刀尖方位號的對刀過程

3.4.1? ? 2、3號刀尖方位號的對刀過程

對Z零原點：將機床調到手動模式→主軸旋轉→車削見光工件端面→保持Z軸坐標不動，刀具沿X軸離開工件→主軸轉動停止→切換到機床刀補輸入界面→切換到補正界面→形狀→調整光標到1號刀補位置→輸入Z0→測量→完成T01刀具Z0對刀。

對X零原點：主軸旋轉→車削外圓（或內孔）見光→保持X軸坐標不動，刀具沿Z軸離開工件→主軸轉動停止→量得工件實際直徑→切換到機床刀補輸入界面→切換到補正界面→形狀→調整光標移1號刀補位置→輸入測量的直徑→測量→完成T01刀具X0對刀。

3.4.2? ? 6、8號刀尖方位號的對刀過程

對Z零原點：前面的步驟與2、3號刀尖方位號對刀方法相同，但輸入的Z值為刀尖圓弧R，如R為1，則Z輸入Z1→測量→完成T01刀具Z0對刀。

X零原點對刀與2、3號刀尖方位號對刀方法相同。

3.4.3? ? 7號刀尖方位號的對刀過程

Z零原點對刀與2、3號刀尖方位號對刀方法相同。

對X零原點：前面的步驟與2、3號刀尖方位號對刀方法相同，但輸入X值不同：內孔對刀時，X值為實測直徑值減去2倍的刀尖圓弧半徑值;外圓對刀時，X值為實測直徑值加上2倍的刀尖圓弧半徑值→測量→T01刀具X方向對刀完成。

3.4.4? ? 0、9號刀尖方位號的對刀過程

Z零原點對刀方法與6、8號刀尖方位號對刀方法相同，X零原點與7號刀尖方位號對刀方法相同。

3.5? ? 如何正確使用刀具半徑補償

根據零件的具體加工部位，按3.3所述選擇合適的刀具刀尖方位號→按3.4所述對刀方法對刀→在刀具刀補列表對應的序號中填入刀補R值→在相應刀具的T位置輸入對應的刀具刀尖方位號→按3.1所述確定需要用刀具左補償還是右補償→按零件實際輪廓尺寸編程→按3.2所述在程序中添加刀具補償指令和撤銷指令→加工零件。

4? ? 結語

數控車床系統的刀具半徑補償是很有效、很實用的功能，在實際的零件加工中熟練掌握刀具半徑補償功能，并能根據零件形狀及加工部位正確使用刀尖方位號，正確添加刀具半徑補償，將使程序的編制過程更簡單，零件的加工質量和效率更高。

[參考文獻]

[1] 楊有君.數字控制技術與數控機床[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2] 許祥泰，劉艷芳.數控加工編程實用技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

收稿日期：2020-08-25

作者簡介：鄧剛偉（1983—），男，陜西旬陽人，工程師，從事機械加工工藝及數控編程工作。