第一篇：刀具长度补偿的理解与应用
数控加工中心刀具补偿的研究与应用
谢民雄
万向钱潮(桂林)汽车底盘部件有限公司
摘要: 刀具补偿是一个很重要的数控功能;数控加工中心加工一个零件通常需要数把刀，CNC系统通过补偿指令完成各把刀具补偿功能，以保证在加工过程中各把刀移动到正确的位置和下降到正确的高度。理解领会刀具补偿的方式特点和正确应用刀具补偿各项功能，对于在工作生产中提高工作效率，保证安全生产具有十分重要的意义。关键词:刀具补偿;方式特点；安全生产
加工中心本质上就是数控铣床,但是相对于数控铣床则多增加了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、精度要求较高的零件,因而加工一个零件需用几把或十几把刀具甚至更多.由于每把刀具的直径大小和长度都是不同的，在对被加工零件确定工件坐标系零点后,有必要引入刀具补偿功能，以保证在加工过程中各把刀下降到正确的高度和以正确的刀具路径进行切削加工。刀具补偿可分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。长度补偿是指主轴轴向的补偿,也就是铣刀轴向的补偿，而对于铣刀径向的补偿,也就是每把铣刀直径大小不一样,在直径方向的补偿叫半径补偿。
一． 刀具半径补偿
1．刀具半径补偿意义:
数控加工中心在程序运行时将刀具当做一个点做轨迹运动。比如用刀具R3铣边长100的正方形凸台时，程序按边长100的正方形尺寸输入，而刀具轴心的轨迹是边长106的正方形，则工件上铣削的是符合图纸尺寸的100的正方形。假如不用刀具半径补偿功能，则加工时刀具轴心的轨迹是边长100的正方形，则工件上铣削出的是边长为94的正方形凸台，不符合图纸尺寸的要求。
2．指令格式
G17/G18/G19 G00/G01 G41/G42 IP_D_ G41：刀具半径左补偿 G42：刀具半径右补偿
半径补偿仅能在规定的坐标平面内进行，使用平面选择指令G17、G18或G19可分别选择XY、ZX或YZ平面为补偿平面。半径补偿必须规定补偿号，由补偿号D存入刀具半径值，则在执行上述指令时，刀具可自动左偏(G41)或右偏(G42)一个刀具半径补偿值。由于刀补的建立必须在包含运动的程序段中完成，因此以上格式中，也写入了GOO(或GO1)。在程序结束前应取消补偿。3．刀具半径补偿的应用
刀具半径补偿有B功能和C功能两种补偿形式。由于B功能刀具半径补偿只根据本段程序进行刀补计算，不能解决程序段之间的过渡问题，要求将工件轮廓处理成圆角过渡，因此工件尖角处工艺性不好；C功能刀具半径补偿能自动处理两程序段刀具中心轨迹的转接，可完全按照工件轮廓来编程，因此现代CNC数控机床几乎都采用C功能刀具半径补偿
刀具半径补偿的方向怎么样判断呢？判断的方法：“顺着刀具运行的方向”上看去刀具在工件的左面为左补偿，刀具在工件的右面为右补偿。补偿可以为“负”，当刀具半径补偿取负值时，G41和G42的功能互换。
刀具的半径值预先存入存储器Dxx中，xx为存储器号，当一个程序需用到几把刀时，建议刀具号Txx和存储器Dxx相对应，即T1号刀具半径补偿值相应地使用D01号存储器，这样加工时不容易搞错。执行刀具半径补偿后，数控系统自动计算，并使刀具按照计算结果自动补偿。在加工的过程中，如果零件轮廓尺寸与图纸尺寸有差别，就可以通过修正存储器Dxx中的半径补偿值，再重新运行程序以达到要求。取消刀具半径补偿用G40，也可用D00取消刀具半径补偿。使用中需注意：建立、取消刀补时，G41、G42、G40指令必须与G00或G01指令共段，即使用G41、G42、G40指令的程序段中必须同时使用G00或G01指令，而不得同时使用G02或G03，并且建立、取消刀补时所运行的直线段的长度要大于所要补偿的刀具半径值，否则补偿功能不起作用；而在补偿方式中，写入2个或更多刀具不移动的程序段（辅助功能，暂停等等），刀具将产生过切或欠削。
二．刀具长度补偿
1．刀具长度补偿的意义
例如，要镗一个φ40mm的孔，确定要用到两把刀,先用钻头钻到φ38，再用镗刀镗到φ50mm，此时机床已经设定工件零点，而编程时一般都是让刀具快速下降到Z3.的高度开始切削,若是以钻头对刀确定工件座标系的Z原点，则钻头钻削时不会撞刀。当换上镗刀时，如果没有设定刀具长度补偿而程序中同样设定快速下降到Z3.这时当镗刀比钻头短时，就会出现镗孔镗不通的现象，而当镗刀比钻头长时就会出现撞刀。不设定刀具长度补偿而在程序中通过修改Z地址值来保证加工零点的正确将会很容易出错,因为程序长了各段地址代码值不统一是很难检查出错误的，而且在加工的过程中若刀具磨损了需要修改程序,若一个零件加工过程中同一把刀要加工几个不同的面,那当这把刀磨损之后则要修改所有与这把刀相关的程序。而在编制程序中用上了刀具长度补偿指令之后，当刀具磨损后，只需在相应的刀具长度补偿号中修改长度补偿值就可以了，不需要再修改程序，提高了工作效率，也保证了程序的安全运行。2． 刀具长度补偿G43、G44、G49 系统规定除Z轴之外，其他轴也可以使用刀具长度补偿，但同时规定长度补偿只能同时加在一个轴上，要对补偿轴进行切换，必须先取消对前面轴的补偿。
2．1 指令格式：
G43α___H___；(α指X、Y、Z任意一轴)，刀具长度补偿“＋”。G44α___H___；刀具长度补偿“－”。G49或H00：取消刀具长度补偿。指令中用G43、G44指令偏移的方向，用H指令偏置量存储器的偏置号；G43指令叫正向补偿，即当用G43对刀具长度补偿值指定一个正值时，刀具按照正向移动。G44指令叫负向补偿，即当用G44对刀具长度补偿值指定一个正值时，刀具按照负向移动。G43和G44是模态G代码。它们一直有效，直到指定同组的G代码为止。执行程序前，需在与地址H所对应的偏置量存储器中，存入相应的偏置值。以z轴补偿为例，若指令 GOO G43 Z100.0 H01；并于H01中存入“-200.0”，则执行该指令时，将用Z坐标值100.与H01中所存“-200.”进行“+”运算，即100.0+(-200.0)=-100，并将所求结果作为Z轴移动值。加工程序每调用不同的刀具的时候，都要先取消掉原先的刀具补偿，再把新调用的刀具长度补偿进去；而在程序结束前也要记得插入取消指令Ｇ49或H0.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 GOOG41X20Y20D02 N60 GOOG43Z10 数控系统不执行刀具半径补偿若改为: N50 GOOG43Z10 N60 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独立的插补运动(GOO,GO1,G81,G83等)才能有效;4．刀具长度补偿值的确定
不同的设备系统, 有不同的对刀方式, 而不同的对刀方式，刀具长度补偿的含意是不一样的。如小巨人公司VTC-20B加工中心马扎克系统,配上自动测量仪,它的长度补偿是补偿刀具的真正长度,即主轴锥孔端面中心至刀具刃口最底端的长度;而法兰克系统中机上手动对刀时长度补偿是指补偿刀具从某一Z轴向基准高度下降到工件座标原点的距离,它补偿的不是刀具的真正长度,而是刀具下降的距离。不同的刀具有不同的长度补偿值；而机内手动对刀时同一把刀加工不同工件编程原点的零件时也有不同的长度补偿值，这些不同的补偿值可以分别寄存在不同的长度补偿号H里面, 以备机床运行时程序随时调用。
（1）机内手动对刀测量方式
让Z轴回到机床参考点，这时机床座标系中X，Y，Z轴数值都为零，选择一个工件座标系（G54～G59任选一个都可），这时把Z值输为零，再把刀具装入主轴依次确定每把刀具与工件在机床坐标系中的Zo平面相接触，即利用刀尖(或刀具前端)在Z方向上与工件坐标系原点的距离值作为长度补偿值，即主轴下降后此时机床坐标系的Z坐标值直接作为每把刀的刀具长度补偿值，注意数值的正负号不能漏。
（2）机外刀具自动预调仪测量方式
是在刀具预调仪上测出的主轴端面至刀尖的距离，输入CNC的刀具长度偏置寄存器中作为刀长补偿值，此时的刀长补偿值是刀具的真正长度，是正值。
（3）自动测长装置十机内对刀方式
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把刀的刀具长度补偿值.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.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Z轴方向与工件坐标系原点的距离，并输入工件编程座标系中。
5．刀具长度补偿值测量方式的比较
用机上手动测量方法测量刀具长度补偿值麻烦且需要很多占机调试时间，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，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，可以同一把刀具加工不同工件而不需修改刀具长度补偿值。
三．G10可编程参数输入指令在刀具补偿中的应用
G10允许用户在程序中设置偏置，用G10代替手工输入刀具长度偏置、半径补偿、工件坐标系偏置等；G10的功能如下：
1、改变工件坐标系，G10L2P__IP__;
2、刀具寿命管理，G10L3P__;
3、在附加工件坐标系中设置工件零点偏移，G10L20P__IP__;
4、改变刀具补偿值，G10L10(11/12/13)P__R__;
5、参数的输入，G10L50;: l“ E” }2 b* ^9 e（1）P: 选择的特殊偏置，由于P是跟随在L后面的选项，在不同的L种类中P的含义不同。
G10L10/L11 P__R__中：P__用来指定刀具长度补偿H代码。如：G10 L10 P1 „ P1表示H01 G10L12/L13 P__R__中：P__用来指定刀具半径补偿D代码。如：G10 L12 P1 „ P1表示D01 G10L2 P__IP__中：P0、P1-P6用来表示基本偏置EXT、G54-G59工件坐标系。（P1=G54、P2=G55、P3=G56、P4=G57、P5=G58、P6=G59）如 G10 L2 P0 „P0表示EXT基本坐标系。G10 L2 P1 „P1表示G54工件坐标系。7 G10L20 P__IP__中：P__用来表示附加工件坐标系。（2）R:长度或直径偏置量的绝对值或相对量。L10中：R用来表示长度偏置的绝对值。G10 L10 P1 R100.3 表示长度H01里面输入100.3 L11中：R用来表示长度偏置的增量值。& i F(V“ n(m8 k9 C& ] G10 L11 P1 R2.1 表示在原有的长度H01里面增加2.1 L12中：R用来表示半径偏置的绝对值。
G10 L12 P1 R4.1 表示半径补偿D01里面输入刀补4.1(K-@9 }6 j” L13中：R用来表示半径偏置的增量值。
G10 L13 P1 R-0.1 表示在原有的半径D01里面减去0.15 Q% q8 }8（3）R值可以叠加使用，例如： G10 L10 P1 R100.3 G10 L11 P1 R2.1 运行该程序段后刀具长度补偿偏置里面实际值为102.4 G10 L12 P1 R4.1 G10 L13 P1 R-0.1" y(@, b0 z9 j% w7 t(j!?.k
运行该程序段后刀具半径补偿偏置里面实际值为4.00 F8 g& A: ^+ `(];Z$ p' 充分理解和掌握刀具补偿的含意，熟练运用加工中心刀具各项补偿功能，对于在工作中优化程序编制，程序安全运行和提高生产郊率具有重要的意义。
第二篇：加工中心刀具长度补偿的应用探讨2
技师论文
工种:加工中心
加工中心刀具长度补偿的应用分析 姓名:徐祥飞
身份证号码:***215 等级:二级(技师)准考证号码: 培训单位:衢州市技师学院
鉴定单位:衢州市技师学院培训中心鉴定处 2008年11月20日
加工中心刀具长度补偿的应用分析
作者:徐祥飞开山集团凯文螺杆机械有限公司 时间:2008年11月20日
摘要:在加工中心的加工过程中通常会进行换刀 ,针对不同的刀具长度 ,需要使用刀具长度补偿功能来提高编程效率。本文结合应用实例对刀具长度补偿的概念、执行过程、使用技巧进行了深入的探讨。
关键词：加工中心;刀具补偿;应用；编程;坐标;一.刀具长度补偿的概念
刀具长度补偿是数控机床一项非常重要的概念。一般在使用数控机床尤其是加工中心的加工过程中 ,通常会用换刀指令选择不同的刀具 ,这就使刀具的长度发生变化,造成了非基准刀的刀位点起始位置和基准刀的刀位点起始位置不重合。在编程过程中,若对刀具长度的变化不作适当处理,就会造成零件报废、甚至撞刀。为此,在数控加工中入了刀具长度补偿的概念,以提高编程的工作效率。我们在对一个零件编程的时候,首先要指定零件的编程中心,然后才能建立工件编程坐标系,而此坐标系只是一个工件坐标系,零点一般在工件上。长度补偿只是和Z坐标有关,它不象X、Y平面内的编程零点,因为刀具是由轴锥孔定位而不改变,对于Z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的,例如,我们要钻一个深为50mm的孔,然后攻丝深为45mm ,分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。先用钻头钻孔深50mm ,此时机床已经设定工件零点,当换上丝锥攻丝时,如果两把刀都从设定零点开始加工,丝锥因为比钻头长而攻丝过长,损坏刀具和工件。此时如果设定刀具补偿,把丝锥和钻头的长度进行补偿,此时机床零点设定之后,即使丝锥和钻头长度不同,因补偿的存在,在调用丝锥工作时,零点Z坐标已经自动向Z +(或Z-)补偿了丝锥的长度,保证了加工零点的正确。由此可见,在建立、执行刀具长度补偿后,由数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后,加工程序不变,只须更改程序中刀具长度补偿的数值即可。度补偿方向由G43或G44确定,在原来的程序中Z坐标的基础上伸长或缩短一个刀具长度补偿值。二.刀具长度补偿功能的执行过程刀具长度补偿的执行过程一般分三步。
(!)建立刀具长度补偿。刀具由起刀点接近工件,刀具长在刀具补偿进行期间 ,刀具中心 Z坐标始终偏离程序中 Z坐标一个刀具长度补偿值的距离。
(2)进行刀具长度补偿。一旦建立了刀具长度补偿,则一直维持该状态,直到取消刀具长度补偿为止。
(3)撤消刀具长度补偿。刀具撤离工件 ,回到退刀点 ,用 G49命令取消刀具长度补偿。三.刀具长度补偿功能的应用图 1 孔加工 如图所示
我们要加工两个Φ20mm的孔(用 1号刀)和一个Φ10mm(用 2号刀)的孔 ,分别用一把长度 50mm直径 20mm的 1号刀(基准刀)和长度100mm直径 10mm的 2号刀加工。在该工件的加工过程中需要用两把不同的刀具 ,而此时机床已经设定了工件零点当换刀加工另一个孔时 ,如果 2号刀也从设定零点开始加工 ,2号刀因为比 1号刀长 ,所以会导致刀具和工件相撞。此时如果设定刀具补偿,把 1号刀和 2号刀的长度进行补偿 ,此时机床零点设定后 ,即使是 1号刀和 2号刀长度不同 ,因补偿的存在 ,在调用 2号刀工作时 ,零点 Z坐标已经自动向 Z+(或 Z-)补偿了 2号刀的长度 ,保证了加工零点的正确。具体的加工程序如下 :(以主轴轴端作为起刀点 ,设置 H01 = 50mm ,H02 = 100mm ,)N10 G90 G10 L2 P1 X-250.0 Y-200.0 Z-150.0;N20 T01 M06;
N30 G90 G00 G54 X60.0 Y70.0;N40 G43 H01 Z50.0 M8;N50 M3 S500;N60 G98 G82 R3.0 Z-18.0 F120 P2000;
N70 X140.0 Y50.0;N80 G80 M9;N90 M5;
N100 G91 G28 Z0;N110 G91 G28 Y0;N120 T02 M06;
N130 G90 G00 G54 X90.0 Y30.0;N140 G43 H02 Z50.0 M8;N150 M3 S800;N160 G98 G81 R3.0 Z-35.0 F200;
N170 G80 M9;N180 M5;
N190 G91 G28 Z0;N200 G91 G28 Y0;N210 M30 在上述程序中 ,我们不难发现 ,在编程中坐标值是完全按工件的轮廓尺寸编写的 ,而编程的零点并不是刀位点 ,那么为何在加工过程中没有发生撞刀呢 ?这是因为我们使用了刀具长度补偿指令 G43 ,执行该指令后会使刀具的位置发生变化 ,从而避免了事故的发生 ,也使我们的编程得以简化。
四 刀具长度补偿指令的使用技巧
1．刀具长度补偿的方式
(1)用刀具的实际长度作为刀长的补偿。用对刀仪测量刀具的长度 ,然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中作为刀长的补偿。用该方式进行刀具补偿,可以避免在加工不同工件时不断地修改刀长偏置,事实上许多大型的机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用建立刀具档案的办法,既用一个小标牌写上每把刀具的相关参数,包括刀具的长度、半径等资料。这样即使受刀库容量限制,需取下刀具而重新安装时,只需根据刀具标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而无需再测量,可节省辅助工作时间。另外,用刀具实际长度作为刀长补偿可以在机床运行加工的同时,在对刀仪上进行其他刀具的长度测量,不必占用机床运行时间,可充分发挥加工中心的效率。
（2）采用刀尖在Z方向上与编程零点的距离值(有正负)作为补偿值。这种方法适用于一个人操作机床而没有足够时间来用对刀仪测量刀具长度的工作环境。采用这种刀具长度补偿方式,其补偿值即是主轴从机床Z坐标零点移动到工件编程零点时的刀尖移动距离,因此补偿值总为负值且很大。当用同一把刀加工其它工件时就需要重新设置刀具长度补偿值。2．刀具长度补偿指令在长度补偿指令中出现了两个指令 G43和 G44 ,其中 G43指令为加补偿值 ,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 ,此时 ,刀具的移动趋势是离开工件。相应的 , G44指令是减去预设的补偿值 ,也叫负向补偿 ,而刀具的移动是趋向工件的。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_);为了便于掌握刀具长度补偿指令的用法 ,而不混淆 G43、G44造成错误。可使用其中一个指令如 G43 ,以通过补偿值 H正、负数值量的设定 ,而达到用一个长度补偿指令实现两个指令的功能。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。另外 ,如果将 H只设正值 ,用指令 G43或 G44 ,也可以达到同样的效果。两种方法的灵活运用 ,更好地理解刀具长度补偿指令的使用技巧。至于具体采用那种方式 ,可根据操作者的习惯决定。
3．注意事项
(1)在编程格式中 ,刀补的建立与取消只能在 G00或 G01指令下进行 ,否则无效。其 Z后跟的坐标值为终点坐标值。
(2)在编程与机床调试时 ,一定要清醒地注意到刀具长度补偿与工件坐标系的变化关系 ,以免机床发生事故。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 ,机床首先执行的是刀具长度补偿指令 ,然后再执行运动指令。如程序段 : N40 G43 Z50.0 H01;机床首先执行的是 G43指令 ,即把工作坐标系 YZ向 Z方向上移动一个刀具长度补偿值 ,如 H01刀具补偿值为-50,就是平移一个 H01中所寄存的代数值 ,相当于重新建立了一个新的坐标系 YZ′在执行 N40 G43 Z50.0 H01 时 ,刀具实际是在新的坐标系中运动 ,运动了一个 Z轴方向-30mm距离。在编程过程中 ,一定要了解刀具长度补偿与工件坐标系的变化关系 ,以免产生工件报废和机床安全事故。五.结论
综上所述 ,正确合理的使用刀具长度补偿功能 ,可以使编程人员直接按照工件的轮廓尺寸进行程序编制 ,极大的提高了编程的工作效率 ,具有较大的实用性和高效性。六.参考文献
[1] 王爱玲.现代数控编程技术及应用.北京国防工业出版社 , 2002.[2] 郑军 ,秋实 ,雪艳.加工中心刀具长度补偿功能应用技巧现代制造工程.2003.[3] 魏兴.数控机床加工中的刀具补偿.机械制造与自动化.
第三篇：数控车床加工中刀具补偿的应用
刀具半径补偿在数控车削中的应用 摘要：
全面介绍了数控车床加工过程中的刀具补偿，并且对数控车床不具备刀具半径补偿功能时的刀具补偿计算方法进行了阐述。数控车削刀具半径补偿是数控系统中的重要功能, 正确地使用该功能, 在数控车削加工实践中能起到保证产品质量和提高生产效率的作用。通过刀具半径补偿的矢量分析和应用, 介绍刀具半径补偿在数控车削编程加工中的正确使用方法。关键词：数控车床；加工；刀具补偿 Abstract:
A comprehensive introduction of CNC lathe machining process, and the blade compensating for CNC lathe tool radius compensation function does not have the blade compensating calculation method is discussed in this paper.The numerical control turning tool radius compensation is the important function of CNC system, correctly use the function, in the numerical control turning processing practice can play to ensure the product quality and improve production efficiency.Through the compensation for the tool radius vector analysis and application is introduced, and the tool radius compensation in the numerical control turning processing the correct use of programming method.Keywords: CNC lathe, Processing;Blade compensating
前言
数控车床通常连续实行各种切削加工，刀架在换刀时前一刀具刀尖位置和新换的刀具位置之间会产生差异，刀具安装也存在误差、刀具磨损和刀尖圆弧半径等误差，若不利用刀具补偿功能予以补偿，就切削不出符合图样要求形状的零件。此外，合理利用刀具补偿还可以简化编程。数控车床的刀具补偿可分为两类，即刀具位置补偿和刀具半径补偿。在车削过程中，刀尖圆弧半径中心与编程轨迹会偏移一个刀尖圆弧半径值r,用指令补偿因刀尖半径引起的偏差的这种偏置功能，称为刀具半径补偿。
具有补偿功能的数控车，编程时，不用计算刀尖半径中心轨迹，只要按工件轮廓编程即可(按照加工图上的尺寸编写程序)；在执行刀具半径补偿时，刀具会自动偏移一个刀具半径值；当刀具磨损，刀尖半径变小；刀具更换，刀尖半径变大时，只需更改输入刀具半径的补偿值，不需修改程序。补偿值可通过手动输入方式，从控制面板输入，数控系统自动计算出刀具半径中心运动轨迹。
第一章 刀具半径补偿的简介
一.刀具半径补偿
1.刀具半径补偿的概念
正像使用了刀具长度补偿在编程时基本上不用考虑刀具的长度一样，因为有了刀具半径补偿，我们在编程时可以不要考虑太多刀具的直径大小了。刀长补偿对所有的刀具都适用，而刀具半径补偿则一般只用于铣刀类刀具。当铣刀加工工件的外或内轮廓时，就用得上刀具半径补偿，当用端面铣刀加工工件的端面时则只需刀具长度补偿。因为刀具半径补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令，所以在编程中很多人不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它，使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。当编程者准备编一个用铣刀加工一个工件的外形的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径进行细致的计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。此时所用的刀具半径只是这把铣刀的半径值，当辛辛苦苦编完程序后发现这把铣刀不太适合要换用其他直径的刀具，编程员就要不辞辛劳地重新计算刀具中心所走的路线的坐标值。这对于一个简单的工件问题不太大，对于外形复杂的模具来说重新计算简直是太困难了。一个工件的外形加工分粗加工和精加工，这样粗加工程序编好后也就是完成了粗加工。因为经过粗加工，工件外形尺寸发生了变化，接下来又要计算精加工的刀具中心坐标值，工作量就更大了。此时，如果用了刀具半径补偿，这些麻烦都迎刃而解了。我们可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里。临时更换铣刀也好、进行粗精加工也好，我们只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，对程序基本不用作一点修改。2.刀具半径补偿的使用
刀具半径补偿的使用是通过指令G41、G42来执行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则;G41是左补偿，符合左手定则;G42是右补偿，符合右手定则，如图3所示。图3刀具半径补偿使用的左右手定则在使用G41、G42进行半径补偿时，应特别注意使补偿有效的刀具移动方向与坐标。刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不当刀具所加工的路径容易出错，如图4所示。图4刀具半径补偿的起刀位置如果使G42补偿有效的过程为刀具从位置1到2，则铣刀将切出一个斜面如图4中所示的A-B斜面。正确的走刀应该是在刀具没有切削工件之前让半径补偿有效，然后进行正常的切削。如图4所示，先让铣刀在从位置1移动到位置3的过程中使补偿有效，然后从位置3切削到位置2继续以下的切削，则不会出现A-B斜面。因此，在使用G41、G42进行半径补偿时应采取以下步骤：☆设置刀具半径补偿值;☆让刀具移动来使补偿有效(此时不能切削工件);☆正确地取消半径补偿(此时也不能切削工件)。记住，在切削完成而刀具补偿结束时，一定要用G40使补偿无效。G40的使用同样遇到和使补偿有效相同的问题，一定要等刀具完全切削完毕并安全地推出工件以后才能执行G40命令来取消补偿。
二．刀具半径补偿的方法
把实际的刀具半径存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中D ##；(可编程刀具半径偏置寄存器号。)假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程;CNC系统将该编号(寄存器号)对应的刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹。2.刀具半径补偿指令
a)刀具半径左补偿 b)刀具半径右补偿
刀具半径补偿分为：
(1)刀具半径左补偿：用G41定义，刀具位于工件左侧；(2)刀具半径右补偿：用G42定义，刀具位于工件右侧；(3)取消刀具半径补偿：G40。
(4)刀具半径偏置寄存器号：用非零的D## 代码选择；
对于车削数控加工，由于车刀的刀尖通常是一段半径很小的圆弧，车床而假设的刀尖点(一般是通过对刀仪测量出来的)并不是刀刃圆弧上的一点。因此，加工中心在车削锥面、倒角或圆弧时，可能会造成切削加工不足(不到位)或切削过量(过切)的现象。切削锥面时因切削加工不足而产生的加工误差。
因此，当使用车刀来切削加工锥面时，必须将假设的刀尖点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的尺寸，这种修正方法称为刀尖半径补偿(ToolNoseRadiusCompensation，简称TNRC)。
(1)车刀形状和位置 车刀形状和位置是多种多样的，车床形状还决定刀尖圆弧在什么位置。此车刀形状和位置亦必须输入计算机中。
车刀形状和位置共有九种。车刀的形状和位置分别用参数T1—W输入到刀具数据库中。典型的车刀形状、位置与参数的关系。(2)刀尖半径和位置的输入 刀具数据库(TOOL DATA)数据项目。加工中心X、Z为刀具位置补偿值(mm)(车床r值不用)；R为刀尖半径(mm)：T为刀尖位置代码。如果在程序中输入下面指令GOO G42 X100．0 Z3．0 TOl01；那么数控装置按照01刀具补偿栏内X、Z、及、了的数值自动修正刀具的安装误差(执行刀位补偿)，车床还自动计算刀尖圆弧半径补偿量，把刀尖移动到正确的位置上。(3)刀具半径的左右补偿
1)C,41刀具左补偿。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边，称为刀具左补偿，用C,41代码编程。
2)C,42刀具右补偿。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的右边，称为刀具右补偿，用C．42代码编程。
3)C．40取消刀具左、右补偿。车床如需要取消刀具左、右补偿，可编人C-40代码。这时，车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动。(4)刀具补偿的编程方法及其作用 加工中心如果根据机床初始状态编程(即无刀尖半径补偿)，车刀按理论刀尖轨迹移动，产生表面形状误差6。
如程序段中编人G42指令，车刀按车刀圆弧中心轨迹移动，无表面形状误差。可看出当编人G42指令，到达户：点时，车刀多走一个刀尖半径距离。
(5)刀具半径补偿的编程规则 加工中心车床刀具补偿必须遵循以下规则：
1)G40、G41、G42只能用GOO、G01结合编程。车床不允许与G02、G03等其他指令结合编程，否则报警。
2)在编人G40、G41、G42的GOO与G01前后的两个程序段中，X、Z值至少有一个值变化。否则产生报警。
3)在调用新的刀具前，必须取消刀具补偿，否则产生报警。
二、刀具刀尖圆弧半径补偿 G40、G41、G42指令
数控程序是针对刀具上的某一点即刀位点进行编制的，车刀的刀位点为理想尖锐状态卜的假想刀尖A点或刀尖圆弧圆心O点（见图1 43）但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一理想尖锐点，而是一段圆弧。当切削加土时刀具切削点在刀尖圆弧上变动（见图1-44），造成实师切削点与刀位点之问的位置有偏差，故造成过切或少切（见图 1一44）。这种由于刀尖不是一理想尖锐点而是一段圆弧，造成的加工误差，可用刀尖半径补偿功能来消除。系统执行到含有T代码的程序段时，是否对刀共进行刀尖半径补偿，以及以何种力式补偿，由G代码中的G40、G41、G42决定。G40：取消刀尖半径补偿，刀尖运动轨迹与编程轨迹一致； G41：刀尖半径左补偿，洽进给方向，刀尖位置在编程轨迹左边时 G42：刀尖半径右补偿，错进给方向．刀尖位置在编程轨迹右边时。刀尖半径补偿G41/G42是在加工平面内，沿进给方向看，根据刀尖位置在编程轨迹左边／右侧判断来区分的。加工平而的判断，与观察方向即第而轴方向有关。图1一45（b）为CJK6032数控机床的刀尖半径补偿方向。
由于数控程序是针对刀具上的刀位点即A点或O点（见图1一43）进行编制的，因此对刀时使该点与程序中的起点重合。在没有刀具圆弧半径补偿功能时，按哪点编程，则该点按编程轨迹运动，产生过切或少切的大小和方向因刀尖圆弧方向及刀尖位置方向而异。当有刀具圆弧半径补偿功能时须定义上述参数，其中刀尖位置方向号从0至9有10个方向号。当按假想刀尖A点编程时，刀尖位置方向因安装方向不同、从刀尖圆弧中心到假想刀尖的方向，有8种刀尖位置方向号可供选择，并依次设为1一8号：当按刀尖圆弧中心O点编程时，刀尖位置方向则设定为O或9 号。该方向的判断也与第三轴有关，图1一46（b）所示的方向为CJK6032数控车床的刀尖安装方向。刀尖半径补偿的加入是执行G41或G42指令时完成的，当前面没有G41或G42 指今时，可以不用G40指令，而且直接写入G41或G42指令即可；发现前面为G41或 G42指令时，则先应指定G40指令取消前面的刀尖半径补偿后，在写入G41或G42指令，刀尖半径补偿的取消是在G41或G42指令后面，加G41指令完成。
注：1）当前面有G41、G42指令时，如要转换为G42、G41或结束半径补偿时应先指定G40。指令取消前面的刀尖半径补偿。2）程序结束时，必须清除刀补。
3）G41、G42、G40指令应在GOO或G01程厅段中加入。4）在补偿状态下，没有移动的程序段（M 指令、延时指令等），不能在连续2 个以上的程序段中指定，否则会过切或欠切。
5）在补偿启动段或补偿状态下不得指定移动距离为0的G00、G01等指令。
6）在G40刀尖圆弧半径补偿取消段，必须同时有X、Z两个轴方向的位移。
刀具补偿量的设定，是由操作者在CRT/MDI面板上用“刀补值”功能键，置人刀具补偿寄存器，共中对应梅个刀其补偿号，都有一组刀补值：刀尖圆弧半径R 和刀尖位置号T %1047N1 G92 X60 Z40 N2 T0101N3 G90 G01 G42 X30 Z37 F300 M03 N4 Z25N5 G02 X46 Z17 18 N6 G01 X50 N7 Z0 N8 X54 N9 G00 G40 X60 Z40 T0100 N10 M05 N11 M30 第二章 刀具位置补偿和刀具半径补偿 刀具位置补偿
加工过程中，若使用多把刀具，通常取刀架中心位置作为编程原点，即以刀架中心!为程序的起始点，如图1所示，而刀具实际移动轨迹由刀具位置补偿值控制。由图1（a）可见，刀具位置补偿包含刀具几何补偿值和磨损补偿值。
图1 刀具位置补偿
由于存在两种形式的偏移量，所以刀具位置补偿使用两种方法，一种方法是将几何补偿值和磨损补偿值分别设定存储单元存放补偿值，其格式为：
另一种方法是将几何偏移量和磨损偏移量合起来补偿，如图（b）所示，其格式为：
总补偿值存储单元编号有两个作用，一个作用是选择刀具号对应的补偿值，并执行刀具位置补偿功能；另一个作用是当存储单元编号00时可以取消位置补偿，例如T0100，表示消去+号刀具当前的补偿值。图2表示位置补偿的作用，图2中的实线是刀架中心A 点的编程轨迹线，虚线是执行位置补偿时A 点的实际轨迹线，实际轨迹的方位和X、Z轴的补偿值有关，其程序为： N010 G00 X10 Z-10 T0202； N020 G01 Z-30； N030 X20 Z-40 T0200；
图2 刀具位置补偿作用 数控车床系统刀具结构如图3所示，图3中P为假想刀尖，S为刀头圆弧圆心，r为刀头半径，A为刀架参考点。
图3 车刀结构
车床的控制点是刀架中心，所以刀具位置补偿始终需要。刀具位置补偿是用来实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架参考点之间的转换，对应图3中A与S之间的转换，但是实际上我们不能直接测得这两个中心点之间的距离矢量，而只能测得假想刀尖!与刀架参考点$ 之间的距离。为了简便起见，不妨假设刀头半径r=0，这时可采用刀具长度测量装置测出假想刀尖点P相对于刀架参考点的坐标参数表中。
和，并存入刀具
式中：——— 假想刀尖P点坐标；
（X，Z）——— 刀架参考点A的坐标。至此很容易写出刀具位置补偿的计算公式为
式中假想刀尖P的坐标
实际上即为加工零件轨迹点坐标，可从数控加工程序中获得。此时，零件轮廓轨迹经式（2）补偿后，即能通过控制刀架参考点A来实现。
对于图3中r≠0的情况，在进行刀具位置补偿时，不但需要考虑到刀头圆弧半径的补偿，而且还要考虑到刀具的安装方式（具体见2.2）。2 刀具半径补偿
编制加工程序时，一般是将刀尖看作是一个点，然而实际上刀尖是有圆弧的，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，则会导致刀具的行走轨迹与编程轨迹不相吻合，而有一差值。图4表示圆弧刀尖有半径补偿和无半径补偿时的轨迹。从图中可以看出，采用假想刀尖P编程时，刀具圆弧中心轨迹如图4中双点划线所示，刀具实际加工轨迹和工件要求的轮廓形状存在误差，误差大小和圆弧半径r有关。若采用刀具圆弧中心编程并使用半径补偿功能时刀具圆弧中心的轨迹是图4中的细实线，加工轨迹和工件要求的轮廓相等。
图4 圆弧刀尖有半径补偿和无半径补偿时的轨迹
因为车刀的安装和几何形状较复杂，下面通过几个方面作进一步阐述。2.1 假想刀尖P的方位确定
假想车刀刀尖P相对圆弧中心的方位与刀具移动方向有关，它直接影响圆弧车刀补偿计算结果。图5是圆弧车刀假想刀尖方位及代码。从图中可以看出，刀尖P的方位有八种，分别用1~8八个数字代码表示，同时规定，刀尖取圆弧中心位置时，代码为0或9，可以理解为没有圆弧补偿。
图5 圆弧车刀假想刀尖方位及代码
2.2 圆弧半径补偿和位置补偿的关系
如果按照刀架中心A点作为编程起始点，不考虑圆弧半径补偿，则车刀在X轴和Z轴补偿值按照图1（b）所示方法确定。既要考虑车刀位置补偿，又要考虑圆弧半径补偿，此时车刀在X轴和Z轴的位置补偿值可以按照图6所示方法确定，而将刀具的圆弧半径r值放入相应的存储单元中，在加工时数控装置自动进行圆弧半径补偿。在刀具代码T中的补偿号对应的存储单元中，存放一组数据：X轴Z轴的长度补偿值，圆弧半径补偿值和假想刀尖方位（0~9）。操作时，可以将每一把刀具的四个数据分别输入刀具补偿号对应的存储单元中，即可实现自动补偿（表1）。
图6 圆弧车刀位置补偿 表1 刀具补偿值
2.3 圆弧半径自动补偿轨迹
刀具半径是否补偿以及采用何种方式补偿，是由G指令中的G40、G41、G42决定的：
G40———刀具半径补偿取消，即使用该指令后，使G41、G42指令无效。
G41———刀具半径左补偿，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件左侧时的刀具半径补偿。
G42———刀具半径右补偿，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件右侧时的刀具半径补偿。
图7是使用圆弧半径补偿时刀具补偿过程。图7中刀具补偿的程序格式为： G40__； 消除补偿；
G41__； 半径补偿起始程序段； __；
图7 刀具补偿过程
从图7可以看出，在起始程序段中，刀具在移动过程中逐渐加上补偿值。当起始程序段结束之后，刀具圆弧中心停留在程序设定坐标点的垂线上，距离是半径补偿值。
第三章 数控车床不具备刀具半径补偿功能时的刀具补偿计算
当数控车床没有刀具半径补偿功能时，用圆头车刀加工工件时，就要用计算的方法来求解刀具半径补偿量。一．按假想刀尖编程加工锥面
如图8所示，若假想刀尖沿工件轮廓AB移动，即
与AB重合，并按AB尺寸编程，则必然产生图8（a）中ABCD残留误差。因此按图8（b）所示，使车刀的切削点移至AB，并沿AB移动，从而可避免残留误差，但这时假想刀尖轨迹
与轮廓在Z方向相差了△z。
式中：r为刀具圆弧半径；θ为锥面斜角。因此可直接按假想刀尖轨迹以补偿△z即可。的坐标值编程，在x方向和z方向予
图8 车锥面刀补偿示意图
二． 按假想刀尖编程加工圆弧
当车削圆弧表面时，会出现如图9所示的情况。图9（a）为车削半径为R的凸圆弧，由于P的存在，则刀尖# 点所走的圆弧轨迹并不是工件所要求的圆弧形状。其圆心为“”，半径为“R+r”，此时编程人员仍按假想刀尖P点进行编程，不考虑刀尖圆弧半径的影响，但要求加工前应在刀补值上给Z向和X向分别加一个补偿量r。同理，在切削凹圆弧，如图9（b）时，则在X向和Z向分别减一个补偿量r。
图9 车圆弧刀补示意图
三．按刀尖圆弧中心轨迹编程
图10所示零件是由三段凸圆弧和凹圆弧构成的，这时可用虚线所示的三段等距线进行编程，即圆半径为圆半径为
圆半径为，三段圆弧的终点坐标由等距的切点关系求得。这种方法编程比较直观，常被采用。
图10 按刀尖圆弧中心编程 第四章 数控车削中刀具半径补偿的矢量
分析和应用 刀具半径补偿的矢量
刀具半径补偿计算的主要工作是根据刀具的方向矢量和半径矢量计算各种转接类型转接点的坐标值,即根据相邻编程轮廓段的起止点坐标值判断转接类型, 调用相应的计算程序计算出转接点坐标值。了解计算机软件关于刀具补偿转接点的坐标值计算, 对生产实践具有指导作用。为了正确地理解数控车削刀具半径补偿的过程,下面引入矢量的概念(数控车床的编程为G18平面,以上手刀为例)。(1)直线方向矢量: 指与运动方向一致的单位矢量, 用L d 表示。(2)圆弧方向矢量: 是指圆弧上某一动点的切线方向上的单位矢量, 用L d 表示。
(3)刀尖圆弧半径矢量: 是指垂直于编程轨迹且大小等于刀尖圆弧半径、方向指向刀尖圆弧中心的矢量, 用rd 表示。
根据以上的矢量描述, 数控系统能够正确判断各种转接类型并计算各转接点的坐标值。2 刀具半径补偿过程
刀具半径补偿是数控车床的重要功能之一。通常采用的对刀方法都是将刀尖作为刀位点, 然而在实际应用中, 为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度,一般将车刀刀尖磨成半径0.2～2 的圆弧, 这样按零件轮廓编程运行后, 实际起切削作用的是圆弧的各切削点, 这样势必会造成加工误差。消除由刀尖圆弧引起的加工误差必须进行刀尖圆弧半径自动补偿, 补偿参数包括刀尖半径R 值和刀尖方位T 值。将刀补参数输入数控系统之后, 刀具半径补偿的
方向要在执行G41(或G42)之后方可生效。刀具半径补偿的执行过程分为以下3 个步骤:(1)起动偏置: 从取消偏置方式变为偏置方式的程序段称为起动偏置程序段。在起动偏置的程序段进行刀具偏置的过渡运动, 在起动程序段的终点, 刀尖R 中心位于下个程序段起点, 并在与下个程序段垂直的位置上, 同时满足刀具方向矢量和半径矢量的条件。起动偏置的程序段必须是G00 或G01, 如图1 所示。
图1 起动偏置
(2)执行偏置: 在执行了G41(或G42)的程序段中, 刀位点发生了变化, 由理论刀尖偏移至刀尖R 中心, 而刀尖R 中心轨迹始终垂直于方向矢量且偏离编程轨迹一个刀尖圆弧半径矢量, 依靠刀尖圆弧外缘来加工零件轮廓。(3)取消偏置: 在执行偏置的方式中如果指令了G40, 则这个程序段被称为取消偏置程序段。取消偏置如图2 所示, 从图2 中可以看出, 在取消偏置程序段的前一个程序段, 刀尖不在该程序段的终点, 这个变化是由刀位点造成的, 生产实践中应特别注意, 取消偏置的程序段必须是G00 或G01。3 刀具半径补偿的应用
在数控车削加工中, 如果被加工零件的轮廓是正交面(柱面和端面)组成的, 则建立刀具半径补偿与否, 所加工的零件轮廓都是完全一致的, 这样很容易造成部分操作人员忽视了刀具半径补偿的应用。但在加工非正交面(弧面和锥面)轮廓时, 不进行刀具半径补偿就会发生过切和余切现象, 这样势必造成零件的不合格或报废。在实际应用中要注意以下几个方面的 问题:(1)加工小于刀尖半径的内圆弧时, 由于偏置的刀尖圆弧中心找不到正确的圆心轨迹将导致过切, 如图3 所示。
图2 取消偏置
图3 轮廓半径小于刀尖半径时产生过切(2)加工小于刀尖半径的台阶时, 由于台阶小于刀具半径, 因此在新旧矢量交替时, 偏置的刀尖圆弧中心将向编程的反方向移动, 产生过切, 如图4 所示。
(3)在执行刀补的程序段中, 如果有加工端面的轨迹时应特别注意, 因为有刀尖方位号, 要特别小心切削方向, 右刀补时, 只能允许偏刀从旋转中心往外切削, 否则会多切掉一个刀尖圆弧直径的量, 如图5 所示。
图4 台阶尺寸小于刀尖半径时产生过切
图5 加工端面的切削方向(4)同样在执行刀补的程序段中, 由于刀位号已经确定, 所以用正偏刀加工倒锥的轮廓时, 系统会产生过切报警。
(5)在取消偏置的程序段(G40)中, 刀具刀尖圆弧中心位于前一个程序段终点垂直的位置上, 可能将造成过切, 此时应指令I、K, 即: G40X(U)_ Z(W)_ I_K_。其中, I、K 为增量值, 且I 为半径值。这样指定以后, 刀尖圆弧中心就会从I、K 方向线与前一个程序段轮廓线的角平分线位置运动至终点。
(6)在执行偏置的程序段中, 通过调整刀尖圆弧半径的大小来控制加工余量和加工精度要优于磨耗中的调整, 特别是在非正交平面的余量控制和调整中, 因为在磨耗中X 轴和Z 轴是分别控制的, 而改变刀尖圆弧半径的大小则可以同时控制两个轴的余量, 如图6所示。
图6 在执行偏置中的加工余量控制__ 4 结束语
刀具补偿功能的作用主要在于简化程序，即按零件的轮廓尺寸编程。在加工前，操作者测量实际的刀具长度、半径和确定补偿正负号，作为刀具补偿参数输入数控系统，使得由于换刀或刀具磨损带来刀具尺寸参数变化时，虽照用原程序，却仍能加工出合乎尺寸要求的零件。此外，刀具补偿功能还可以满足编程和加工工艺的一些特殊要求。
实际生产中, 数控车削刀具半径补偿功能基本上应用在非柱面的精加工程序段。在起动偏置和取消偏置的程序段中, 同时要伴有刀具移动的指令, 否则程序轨迹可能会发生变化, 从而造成零件报废。同理, 在起动偏置和取消偏置的程序段中, 也应尽量避免切削工件。一个零件的加工程序不是唯一的, 但是, 正确使用刀具半径补偿是每一个编程员必备的基础知识。
致 谢
感谢我的老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
感谢我的老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的环境.感谢这几年一起走过的同学和朋友，是你们的存在，我才不会那么孤单，多少个共同努力的日子，将会是一生中美好的回忆。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
参考文献
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8吴明友.数控机床加工技术 东南大学出版社.江苏：2000； 9王宝成.现代数控机床.天津：天津科学技术出版社，2000；
第四篇：刀具补偿教案1
刀具补偿
一、复习提问
上一节我们介绍了工件坐标系设定指令G92及圆弧插补指令G02、G03。
1、我们知道G92指令使用时和机床坐标系不发生关系，使用时机床只考察刀尖的位置，这里我想问同学们G92指令使用时机床需不需要回参考点？
2、我们知道G02、G03使用时可分别采用R或I、J、K的编程方式编制圆弧，这里我想问同学们采用I、J、K编程时，I、J、K的具体数值如何确定？ 下面我们介绍刀具补偿指令
二、刀具半径补偿指令
当加工曲线轮廓时，对于有刀具半径补偿功能的数控系统，可不必求出刀具中心的运动轨迹，只按被加工零件轮廓曲线编程，同时在程序中给出刀具半径补偿指令，就可加工出具有轮廓曲线的零件。使编程大大简化（如图4—1）。
图4—1刀具半径补偿
1、编程格式
G41为左偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件左侧的刀具半径补偿（如图4—2）
图4—2左偏刀具半径补偿
G42为右偏刀具半径补偿，定义为假设工件不动，沿刀具运动方向向前看，刀具在零件右侧的刀
具
半径补偿，（如图4—3）。G40 为补偿撤消指令。
图4—3 右偏刀具半径补偿
格式：加刀具半径补偿
G17G00(G01)G41(G42)X—Y—D— G18G00(G01)G41(G42)X—Z—D— G19G00(G01)G41(G42)Y—Z—D—
取消刀具半径补偿 G17G00（G01）G40X—Y— G18G00（G01）G40X—Z— G19G00（G01）G40Y—Z— G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值（G18、G19平面道理相同）G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标。
D为刀具半径补偿代号地址字，后面一般用两位数字表示代号，代号与刀具半径值一一对应。刀具半径值可按MDI（F4）→刀具表（F2），即在设置时，D～ = R。如果用D00也可取消刀具半径补偿。
例4—1：在G17平面（X、Y平面）内，使用刀具半径补偿完成轮廓加工的编程。如图4—4所示（注：长度补偿未加）O0003 N5 T1
调用1号刀（立铣刀）N10 G91 G30 Z0
返回第二参考点（换刀点）N15 M06
换刀 N20 G90 G54 G00 X0 Y0 M03 S500 F50
N25 G00 Z50.0
起始高度（仅用一把刀具可以不加长度
补偿）
N30 Z10
安全高度
N35 G41 X20 Y10 D01
加上刀具半径补偿 N40 G01 Z-10
落刀 N45 Y50 N50 X50 N55 Y20 N60 X10 N65 G00 Z50 抬刀到起始高度 N70 G40 X0 Y0 M05取消补偿 N75 M30
图4—4
2、刀具半径补偿过程的描述
例4—2：如图4—5所示，起始点在（X0，Y0），高度在50mm处，使用刀具半径补偿时，由于接近工件及切削工件要有Z轴的移动，这时容易出现过切削现象，切削时应避免过切削现象。以下是一个过切削的实例。
图4—5 O0004 N10 G90 G54 G00 X0 Y0 M03 S500
N15 G00 Z50.0
起始高度（仅用一把刀具可以不加长度偿）N20 G41 X20.0 Y10.0 D01
加上刀具半径补偿 N25 Z10.0 N30 G01 Z-10.0 F50
连续两句Z轴移动（只能有一句非补偿平面移动的语
句，此时会产生过切削）
N35 Y50.0 N40 X50.0 N45 Y20.0 N50 X10.0 N55 G00 Z50.0
抬刀到安全高度 N60 G40 X0 Y0 M05
取消补偿 N65 M30 当补偿从N20开始建立的时候，系统只能预读两段，而N25、N30都为Z轴的移动，没有
X、Y轴的移动，系统无法判断下一步补偿的矢量方向，这时系统不会报警，补偿照常进行，只是N20的目的点发生变化。刀具中心将会运动到P1点，其位置是N20目的点与原点连线垂直方向左偏D01值，于是发生过切。
3、刀具半径补偿的注意事项
1）使用刀具半径补偿时应避免过切削现象
①使用刀具半径补偿和去除刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，且移动距离应大于刀具补偿值。
②加工半径小于刀具半径的内圆弧时，进行半径补偿将产生过切削，如图4—6所示，只有过渡圆角R≥刀具半径r＋精加工余量的情况才能正常切削。③被铣削槽底宽小于刀具直径时将产生过切削，如图4—7所示。
④G41、G42、G40必须在G00或G01模式下使用，既加刀具补偿和取消补偿必须在直线运动段实现，而不能在圆弧段实现
图4—6
图4—7
4、利用刀具半径补偿值实现零件粗精加工
刀具半径补偿除方便编程外，还可利用改变刀具半径补偿值的大小的方法，实现利用同一程序进行粗精加工。既：
粗加工刀具半径补偿=刀具半径+精加工余量
精加工刀具半径补偿=刀具半径+修正量
三、刀具长度补偿指令 1．什么是刀具长度补偿？
2、长度补偿偏置方向判断及编程格式
G43 为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。G44 为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。
G49为撤消补偿。采用取消刀具长度补偿G49指令或用G43 H00和G44 H00可以撤消补偿指令。格式： G43G44 Z___H___
四、练习件的程序编制应注意的问题(零件图见实习工件图)
1、练习件只加工外形轮廓、ф30孔及20×30方形内腔。
2、加工外形时应从外侧靠近工件加刀具半径补偿，并从零件实际轮廓向工件外侧退刀，并取消补偿。
3、加刀具半径补偿及取消刀具半径补偿应在非切削段。
4、由于在数控铣上加工，最好一把刀编一个程序。
5、加工内腔时应先去余量。
第五篇：刀具半径补偿教案
课题：项目7 刀具半径补偿指令
教学目的：
1、正确理解刀具半径补偿的作用和概念；
2、掌握刀具半径补偿判别、指令格式和应用方法；
3、熟练掌握刀具半径补偿指令G41、G42及G40的使用及程序编制；
4、掌握刀具半径补偿功能编制铣削轮廓的程序。
5、在生产实习中能够充分利用刀具半径补偿指令功能从而缩短辅助时间，提高生
产效率。
教学重点：刀具半径补偿判别、指令格式和应用方法 教学难点：刀具半径补偿功能编制铣削轮廓的程序 教学方法：演示法、讲解法、讨论法、示例法 教学场所：10数控班教室 授课学时：1课时 教学过程：
一、导入新课（4分钟）
在前面的内容中我们已经学习了G01/G00/G02/G03的用法及其编程，我们运用到编程里面去加工后会发现，加工出来的工件尺寸怎么比我们图纸上规定的尺寸少了一个半径值呢？这问题我们该如何解决呢？
二、讲授新课
1、刀具半径补偿的作用（3分钟）
在数控铣床上进行轮廓铣削时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹与工件轮廓不重合。 人工计算刀具中心轨迹编程，计算相当复杂，且刀具直径变化时必须重新计算，修改程序。 当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿，2、刀具半径补偿的含义及过程（3分钟）
用铣刀铣削工件的轮廓时，由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等)，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。如在图中，粗实线为所需加工的零件轮廓，点划线为刀具中心轨迹。由图可见在进行内轮廓加工时，刀具中心偏离零件的内轮廓表面一个刀具半径值。
在进行外轮廓加工时，刀具中心又偏离零件的外轮廓表面一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。若用人工计算刀具中心轨迹编程，计算相当复杂，且刀具直径变化时必须重新计算，修改程序。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。
刀具补偿过程分为刀补的建立、刀补进行、刀补的取消。其中1——2阶段是建立刀具补偿阶段;
2——7五个阶段是维持刀具补偿状态阶段;
7——8阶段是撤消刀具补偿阶段
3、刀具半径补偿指令
刀具半径补偿指令G41、G42、G40
（一）刀具半径补偿的格式：（3分钟）
执行刀补G17/G18/G19 G41/G42 G01/G00 X_Y_Z_ D_ F_； 取消刀补G40 G00/G01 X_Y_Z_；
G41：刀具半径左补偿；G42刀具半径右补偿；G40取消刀补
X、Y、Z值是建立补偿直线段的终点坐标值；D为刀补号地址，用D00~D99来制定，它用来调用内存中刀具半径补偿的数值。
（二）刀具半径补偿方向的判断（10分钟）
G41刀具左补偿，沿刀具的运动方向看，刀具在运动方向的左侧见图a G42刀具右补偿，沿刀具的运动方向看，刀具在运动方向的右侧见图b 刀具旋转方向 刀 具 前 在前进方向 右侧补偿 补偿量(a)图示 刀具补偿方向 补偿量 刀具旋 转方向 刀 具 前 进 方 向 进 方 向 在前进方向 右侧补偿(b)(a)左刀补(b)右刀补
（三）使用刀具半径补偿应注意事项（4分钟）
1)在进行刀具半径补偿前，必须用G17或G18、G19指定刀具补偿是在哪个平面上进行。平面选择的切换必须在补偿取消的方式下进行，否则将产生报警。2)G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。3)机床通电后，为取消半径补偿状态。
4)G41，G42，G40只能与G00或G01一起使用，不能和G02，G03一起使用。
5)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。
6)一般刀具半径补偿量的符号为正，若取负值时，会引起刀具半径补偿指令G41与G42的相互转化。
注：顺铣和逆铣：切削工件外轮廓时，绕工件外轮廓顺时针走刀即为顺铣，绕工件外轮廓逆时针走刀即为逆铣；切削工件内轮廓时，绕工件内轮廓逆时针走刀即为顺铣，绕工件内轮廓顺时针走刀即为逆铣。
（四)用刀具半径补偿指令应该注意避免加工过程产生过切现象。通常过切有以下几种情况：（5分钟）
a)直线移动量小于铣刀半径时产生的过切。b)刀具半径大于所加工沟槽宽度时产生的过切。c)刀具半径大于所加工工件内侧圆弧时产生的过切。
d)编制加工程序时，未建立好刀补就开始铣削到零件轮廓，或刀具未完全离开零件轮廓就撤销刀补。
e）若程序中建立了半径补偿，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。
4、刀具半径补偿的应用（3分钟）
（1）当实际使用的刀具半径与开始加工时设定刀具半径不符合时，例如刀具重磨或磨损，仅改变D中的半径值即可，不必重新编程。
（2）同一把铣刀，改变键入的半径值，同一程序可进行粗、精加工。
（3）同一把刀具可有不同的D存储器单元，即可有不同的补偿设定值，便于加工。
例3：如图3.7.7所示，已知铣刀半径为5，半径补偿号为D01,铣削深度为2mm，编制边长30mm的正方形外轮廓加工程序。
程序： O0002;G54G90M3S1000;G41G00X20Y10D01;G00Z10;Z1;G01Z-2F150;G01Y50F200;X50;Y20;X10;G00G40X0Y0;Z10;M5;M30;
六、课堂小结（3分钟）
要点：
1、刀具半径补偿的过程
2、刀具半径补偿方向的确定
3、指令在实际运用过程中应注意的事项及其过切情况
4、刀具半径补偿的应用
七、作业布置
应知应会：
1.刀具半径补偿的目的及指令是什么？ 2.使用刀具半径补偿要注意哪些事项？ 拓展提高：
1.用刀具半径补偿的方法编制图示零件的加工程序，刀具半径为10mm。（忽略Z向的深度）.
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