三大刀具参数补偿

3.3.1　三大刀具参数补偿

通常数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这一问题。

1．刀具半径补偿指令（G40、G41、G42）

编程人员在编程时，假设刀具半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程。但在实际加工过程中，刀具半径是存在的，同样的程序，使用不同半径的刀具，加工出的零件会出现比例变化。为此将实际的刀具半径值存放在刀具半径偏置寄存器中，加工时，数控系统便自动地计算出刀具中心偏移量，从而得到偏移后的刀具中心轨迹，在程序不变的情况下，使系统按刀具中心轨迹运动。

G41：左偏刀具半径补偿。是指沿着刀具运动的方向向前看（假设工件不动），刀具位于零件左侧的刀具半径补偿，如图3-23所示。

G42：右偏刀具半径补偿。是指沿着刀具运动的方向向前看（假设工件不动），刀具位于零件右侧的刀具半径补偿，如图3-23所示。

图3-23　刀具半径补偿的方向判断

刀具半径补偿的建立有以下三种方式：

如图3-24（a）所示方式是先下刀后，再在x、y轴移动中建立刀具半径补偿；

如图3-24（b）所示方式是先建立刀具半径补偿后，再下刀到加工深度位置；

如图3-24（c）所示方式是x、y、z三轴同时移动建立刀具半径补偿后再下刀。一般取消刀具半径补偿的过程与建立的过程正好相反。

建立刀具半径补偿指令格式为：

图3-24　刀具半径补偿的三种建立方法

取消刀具半径补偿指令格式为：

其中，α、β为x、y、z三轴中配合平面选择指令（G17、G18、G19）中的任意两轴；D代号中存放刀具半径值作为偏置量，以1～2位数字表示。例如D01，表示刀具半径补偿号码为1号，执行G41或G42指令时，控制器会到D所指定的刀具补偿号内撷取刀具半径补偿值，以作为刀具半径补偿的依据。

如图3-25所示，刀具由O点至A点，采用刀具半径左补偿指令G41后，刀具将在直线插补过程中向左偏置一个半径值，使刀具中心移动到B点，其程序段为：

G41　G01　X50　Y40　F100　H01

D01刀具半径偏置代码，偏置量（刀具半径）预先寄存在D01指定的寄存器中。

如图3-26所示建立和取消刀具半径补偿示例，程序如下：

使用刀具半径补偿注意事项如下：

① 机床通电后，为取消半径补偿状态。

图3-25　刀具半径补偿过程

图3-26　刀具半径补偿举例

② G41、G42、G40不能和G02、G03一起使用，只能与G00或G01一起使用，且刀具必须要移动。

③ 在程序中用G42指令建立右刀补，铣削时对于工件将产生逆铣效果，故常用于粗铣；用G41指令建立左刀补，铣削时对于工件将产生顺铣效果，故常用于精铣。

④ 一般情况下，刀具半径补偿量应为正值，如果补偿值为负，则G41和G42正好相互替换。通常在模具加工中利用这一特点，可用同一程序加工同一公称尺寸的内外两个型面。如图3-27所示为用同一加工程序加工阳模和阴模的情况。

图3-27　刀具补偿在模具加工中的应用

⑤ 在建立刀具半径补偿以后，不能出现连续两个程序段无选择补偿坐标平面的移动指令，否则数控系统因无法正确计算程序中刀具轨迹交点坐标，可能产生过切现象。如图3-28所示铣外轮廓时，在G17坐标平面建立刀具半径补偿后因连续出现三个程序段没有产生x、y坐标平面移动指令，加工中出现过切现象；如图3-29所示示在铣内轮廓建立刀具半径补偿后，在程序中出现连续两个程序段没有x、y平面移动指令，加工中将出现过切现象。非xy坐标平面移动指令示例如下：

图3-28　铣外轮廓时的过切

图3-29　铣内轮廓时的过切

⑥ 在补偿状态下，铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要大于或等于刀具半径，否则补偿时会产生干涉，系统在执行相应程序段时将会产生报警，停止执行。图3-30（a）表示直线移动量小于铣刀半径发生过切的情况，图3-30（b）表示刀具半径大于加工沟槽宽度，如图3-30（c）所示为刀具半径值大于加工内圆弧半径的情况。

图3-30　三种过切现象

⑦ 刀具半径补偿功能为续效代码，在补偿状态时，若加入G28、G29、G92指令，当这些指令被执行时，补偿状态将暂时被取消，但是控制系统仍记忆着此补偿状态，因此在执行下一程序段时，又自动恢复补偿状态。

⑧ 若程序中建立了刀具半径补偿，在加工完成后必须用G40指令将补偿状态取消，使铣刀的中心点回复到实际的坐标点上。亦即执行G40指令时，系统会将向左或向右的补偿值，往相反的方向释放，这时铣刀会移动一铣刀半径值。所以使用G40指令时最好是铣刀已远离工件。

（3）刀具半径补偿的应用

① 编程时直接按工件轮廓尺寸编程。刀具在磨损、重磨或更换后直径会发生改变，但不必修改程序，只需改变刀具半径补偿参数。

② 刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值，同一加工程序，采用同一刀具可通过修改刀补的办法实现对工件轮廓的粗、精加工，同时也可通过修改刀具半径补偿值获得所需要的尺寸精度。

【实例3-2】按如图3-31所示走刀路径铣削工件外轮廓，试编制加工程序。已知立铣刀半径为φ16mm，半径补偿号为D01。

图3-31　刀具走刀路线

建立如图3-31所示工件坐标系，编制加工程序如下：

2．刀具长度补偿指令（G43、G44、G49）

数控铣床或加工中心所使用的刀具，每把刀具的长度都不相同，同时，由于刀具的磨损或其他原因也会引起刀具长度发生变化，使用刀具长度补偿指令，可使每一把刀具加工出来的深度尺寸都正确。

建立刀具长度补偿指令格式为：

其中，G43表示刀具长度正补偿，G44表示刀具长度负补偿，Z指令z轴移动坐标值；H指令长度补偿号（H00～H32）。例如H01，表示刀具半径补偿号码为1号，执行G43或G44指令时，控制器会到H所指定的刀具补偿号内撷取刀具长度补偿值，以作为长度补偿的依据，长度补偿值由CRT/MDI操作面板在对应的偏置寄存器中设定，可设定值范围为0～±999.999mm。

取消刀具长度补偿指令格式为：

G49（Z__）；

使用刀具长度补偿功能时应注意以下几点：

① 机床通电后，为取消长度补偿状态。

② 使用G43或G44指令刀具长度补偿时，只能有z轴的移动量，若有其他轴的移动，则会出现报警。

③ G43、G44为续效代码，如欲取消刀具长度补偿，除用G49外，也可以用H00的办法，这是因为H00的偏置量固定为0。