數控銑床刀具半徑補償功能的運用

吳小風

（福州第二技師學院，福建 福清）

一、刀具半徑補償的作用

在數控銑床加工中，銑刀的刀位點在刀具中心線上，編程的基準是銑刀的中心，零件的輪廓是由銑刀加工后而形成的。以銑刀為例，刀位點位于刀具端部中心，而切削點位于銑刀外圓，這使得銑刀的切削點和刀位點不重合，并且相差一個半徑值。如果以零件輪廓為編輯軌跡，那么在實際加工時單邊將被切掉一個半徑值。為了加工出符合圖樣要求的零件輪廓，刀心軌跡必須偏移工件輪廓一個半徑值，我們把這種偏移叫作刀具半徑補償，刀具中心和圖樣輪廓之間的距離我們稱之為偏置量。綜上所述，刀具半徑補償的作用就是讓刀心軌跡和工件實際輪廓從重合到偏移的過程。

二、刀具半徑補償功能的運用

（一）采用同一段程序可以對零件進行粗、精加工

1.刀具磨損半徑變小后，用磨損后的刀具值更換原刀具值即可，即用手工輸入方法將磨損后的刀具半徑值輸入原D代碼所在的存儲器中即可，而不必修改程序。

2.利用刀具半徑補償功能，通過修正刀偏值，完成粗、精加工。

3.案例分析：如圖1所示，按實際輪廓ABCD進行編程，在粗加工中時，將D偏置量設為D=R+Δ，其中R為刀具，Δ為精加工余量、修正量，粗加工后，形成的工件輪廓尺寸比圖樣輪廓ABCD每邊大Δ。精加工將偏置量設為D=R，零件加工后得到圖樣所要求的輪廓ABCD。當工件加工后，若實際測量尺寸比圖樣要求尺寸大，采用同樣的辦法進行修整。

圖1 粗、精加工余量

4.實例運用：使用Φ10立銑刀對工件進行粗、精加工，精加工余量為0.2mm，銑削深度為5mm。粗加工和精加工只是除了存儲在D01里面的偏置量不一樣外，程序相同，所以精加工的時候只需把存儲地址D01的數值由5.2改為5就可以使用原先的程序對工件輪廓進行精加工。

（二）采用正/負刀具半徑補償加工凸和凹輪廓

1.同一程序能加工零件公和母兩個形狀（型芯和型腔），并且他們之間可以通過選擇偏置量進行調整。

2.在內工外輪廓時，將偏置量設為+D，刀具中心將沿輪廓的內側切削。一般情況下偏置量是正值，將偏置量設為-D，刀具中心將沿輪廓的內側切削。

3.這種編程與加工方法，在模具加工中運用較多。

4.實例運用。在實際使用過程中，要注意以下兩點：第一，凸、凹模型加工時刀具的走刀方向一致，都是順時針或者逆時針，如果加工凹件時使用順銑方式，那么凸件加工就會變成逆銑方式。我們可以看出，加工凹件時刀具采用G41的方式進行順銑，凸件實際上是以G42方式進行逆銑。第二，使用此方法必須在工件上表面先建立刀補，然后再下刀，否則切削深度較大時，不利于使用子程序分層切削。如果先下刀，后建立刀具，那么就會造成工件的過切，此時必須更改下刀點，下刀點分別在凹件內部和凸件外部。根據零件的大小和實際加工區域，我們選擇Φ12的銑刀對其進行加工。

圖2 實例圖

實例程序如下：

以上是凹件的加工程序。加工凸件時，若采用先建立刀補后下刀，只需要把N7程序段的D01里面的數值改為-6.0即可。若先下刀后建立刀補，需要把N4 G00 X0 Y0由凹件內部下刀改為在凸件外部合適位置下刀，同時把N7程序段中的G41改為G42即可，這也是我們在實際教學過程中經常使用的方法之一。

三、運用刀具半徑產生的報警、過切及解決策略

（一）刀補建立和取消時產生的報警及過切

1.機床出現P/S報警034號，這是刀補建立和取消時運用G02、G03指令造成的，大部分數控系統不支持使用G02、G03指令建立和取消刀補。

解決策略：改用G01、G00指令來建立或取消刀補。若運用G00指令來建立刀補，為了安全起見，需先建立刀補后再下刀。

2.刀補建立和取消時起動點和切入點不在同一側造成的過切。OM路線建立刀補，造成過切，AM路線取消刀補，造成過切。

解決策略：建立刀補時讓起動點和切入點在同一側（如OA路線），取消刀補時也應該在同一側（如AN路線），這樣就可以避免過切。

3.連續兩段非XY平面內移動指令造成的過切。如G90、M05、G04 X10.0、G17（G18、G19）平面內的Z（Y、X）軸移動指令等都屬于非移動指令。當補償從N3開始建立時由于機床只預讀兩句，而N4、N5都為Z軸移動，沒有XY軸移動，機床無法判斷下一步補償矢量，若機床不報警，刀補會照常進行，只是N3的目的點發生了變化。刀具中心將會運動到P1點，其位置是N3的目的點與原點連線垂直方向左偏D01值，于是發生過切。起始點在X0Y0處,高度為100mm處，若刀具半徑補償由起始點開始，由于接近工件及切削工件時要有Z軸移動，這時容易出現過切現象，以下是一個過切程序實例。

解決策略：把N3放在N4或者N5后面，這樣就可以避免連續兩段程序是非XY平面移動指令。

（二）刀補使用過程中產生的報警及過切（G41/G42干涉）

1.內圓弧半徑小于刀具半徑造成的報警及過切。

當偏置量大于加工輪廓的內圓弧半徑時，機床會產生報警現象。

若偏置量等于內圓弧半徑，同時刀具半徑大于內圓弧半徑，這時機床不會報警，但圓弧會產生過切。若偏置量剛好等于刀具半徑，同時內圓弧半徑小于刀具半徑，向圓弧內側的半徑補償將會導致過切，這時機床報警，并停止在將要過去語句的起點上。

解決策略：

（1）滿足內圓弧半徑R≥刀具半徑+精加工余量。

（2）增大內圓弧半徑值。粗加工為了加工效率不得不選用直徑較大的刀具，而內圓弧的半徑又較小，這時可以通過程序增大內圓弧的半徑來滿足粗加工刀具半徑，精加工時通過程序把內圓弧半徑改回圖樣要求。使用Φ20銑刀進行粗加工，內圓弧為6mm改為10.2mm，從A點運動到B點的粗加工程序為：G03 X-16.341 Y23.350 R10.2,精加工時選用半徑小于或等于6的銑刀，程序為：G03 X-16.341 Y23.350 R6.0，這樣既提高了效率又保證了精度。

2.加工小于刀具半徑的溝槽產生的過切。

由于刀具半徑補償功能使刀具中心軌跡以編程方向相反的方向移動，將引起過切。開始刀具沿AB輪廓加工，當刀具與BC線相切時，此時刀心位置停在O1點，CD輪廓被過切。為了滿足刀具補償矢量關系，刀具沿著BC輪廓的反方向運動，并且與CD輪廓相切，刀具中心在O2點停止，AB輪廓被過切，此時機床顯示報警，并且在該程序段的開始處停止。

解決策略：選擇直徑比槽最窄處還小的刀具。

3.加工小于刀具半徑的臺階。

數控銑床在刀補模式下加工直線性轉接且夾角≥90°的外輪廓時，在交點的過渡模式有圓弧和直線兩種，一般由M96和M97指定。如果在圓弧過渡下加工小于刀具半徑臺階時，因為使用了刀具半徑補償功能，刀心軌跡和被加工輪廓為了保證刀補的矢量關系，將會導致被加工零件的過切。

解決策略：

（1）使用半徑小于臺階高度的刀具。

（2）使用直線過渡模式。

四、結論

曾有人斷言，隨著計算機CAD/CAM技術的發展和普及，數控手動編程和刀具半徑補償功能將會被淘汰。不可否認，自動編程技術的發展，使數控加工提升到一個新高度，但手動編程作為數控編程的基礎有著不可撼動的地位，它可以讓學生認識數控指令、理解程序結構、掌握編程的原理。刀具半徑補償功能更是數控加工中的經典，功能再強大的CAD/CAM軟件都具有后置程序加入刀具半徑補償的功能，刀具半徑補償功能的使用是數控加工編程者必須掌握的必修課，永遠不會被淘汰，只是形式發生了改變，由自動化向智能化轉變。掌握刀具半徑補償的作用和使用技巧、禁忌，為產品的程序編制、工藝安排提供可靠依據，可以更好地處理好程序、刀具半徑補償功能、機床之間的關系，更好地為教學和生產服務。