數控加工具有加工精度高、效率高和質量穩(wěn)定等特點，而合理掌握刀具補償方法，靈活應用刀具補償功能，合理設置刀具半徑補償值，是保證精度和質量穩(wěn)定的重要因素。但是在數控編程加工編程的過程中，還經常出現一些刀具半徑補償功能應用上的錯誤，因此，有必要對數控加工的刀具半徑補償方法進行探討。

　　一、刀具半徑補償原理

　　數控機床在加工過程中，其所控制的是刀具中心的軌跡。因此在數控編程時，可以根據刀具中心的軌跡進行編程，這種編程方法稱為刀具中心編程。粗加工中由于留有余量，對零件的尺寸精度影響不大，對簡單圖形可采用刀具中心軌跡編程。但是當零件加工部分形狀較為復雜時，如果選用刀具中心編程，就會給計算關鍵點帶來很大工作量，而且往往由于關鍵點的計算誤差影響機床的插補運算，進而產生報警，使加工無法正常進行。因此可以利用理論輪廓編程，即按圖形的輪廓進行編程。采用理論輪廓編程，需要在系統(tǒng)中預先設定偏置參數，數控系統(tǒng)會自動計算刀具中心軌跡，使刀具偏離圖形輪廓一個刀具值，從而使刀具能加工到圖形的實際輪廓，這種功能即為刀具半徑補償功能。

　　二、刀具補償的過程

　　數控系統(tǒng)的刀具補償是將計算刀具中心軌跡的過程交由CNC系統(tǒng)執(zhí)行，編程時不考慮刀具半徑，直接根據零件的輪廓形狀進行編程，而實際的刀具半徑則放在一個可編程刀具半徑的偏置寄存器中。在加工過程中，CNC系統(tǒng)根據已編好的程序和刀具偏置寄存器中的刀具半徑，自動計算刀具中心軌跡，完成對零件的加工。當刀具半徑發(fā)生變化時，不需要修改零件程序，只需修改刀具半徑寄存器中的刀具直徑值即可。

　　現在的CNC系統(tǒng)一般都設置有16、32、64或更多個可編程刀具偏置寄存器，并對刀具進行編號，專供刀具補償之用。進行數控編程時，只需調用刀具補償參數所對應的寄存器編號即可加工。在加工時，CNC系統(tǒng)將該編號對應的刀具半徑值從寄存器中取出，對刀具中心軌跡進行補償計算，生成實際的刀具中心軌跡。刀具半徑補償執(zhí)行時，采用交點運算方式，即每段程序執(zhí)行開始前，系統(tǒng)會先行讀入兩段，并計算其交點，然后自動按啟動階段的矢量在每個前進方向的左側或右側加上刀補矢量路徑。

　　三、錯誤應用刀具半徑補償的分析

　　1.刀具半徑補償指令的正確使用方法

　　建立刀具補償指令用G41或G42，取消刀具補償指令用G40。格式為：

　　G01 G41(G42)G17(G18，G19)X___Y___D___，

　　G01 G40 X___Y___

　　其中G41為左刀補，在加工外輪廓時為順時針加工，加工內輪廓時為逆時針加工;G42為右刀補，在加工外輪廓時為逆時針加工，加工內輪廓時為順時針加工。

　　首先應指明補償平面，數控系統(tǒng)一般默認為G17，可省略，若要在YOZ或XOZ平面進行補償時，需指明，不可省略，而且刀具半徑補償平面的切換必須在補償取消方式下進行。刀具半徑補償的建立與取消只能用G00或G01，而不能用G02或G03。

　　如圖1所示的切削外輪廓，如采用下面程序則會報警。

　　34

　　N10 G54 G90 G00 X20 Y0 S800 M03

　　N20 G41 G03 X20 Y20 R10 D01 F200

　　N30 G02 X20 Y60 R20

　　N40 G01 X50 Y60

　　N50 G02 X50 Y20 R20

　　N60 G03 X50 Y0 R10

　　N70 G40 G00 X0 Y0 M05

　　N80 M30

　　產生錯誤的原因，是在N20程序段中，半徑補償指令中用G03希望使零件表面不產生進刀痕跡，但此程序將報警且終止運行。

　　2.刀具補償設置的撤消

　　刀具補償撤消時，同樣不能用G02或G03取消刀具補償，如將上述程序中的N60段改為“N60 G40 G03 X50 Y0 R10”，程序執(zhí)行到此條時仍會報警。

　　3.空運行到達刀具補償位置時注意進刀位置

　　從直線邊切入工件進行加工時，刀具補償指令應注意將終點坐標與被加工段設置在同一直線上，以避免由于過切現象而報警。此處的所謂過切，是指刀具在空行程運行中，系統(tǒng)會認為切削內輪廓產生刀具干涉的現象。例如加工圖2所示軌跡，如果按照程序“g89”加工，系統(tǒng)就會報警。因為在此程序中，加工的軌跡為OEAB，由于OE和EA(如圖2所示)構成了小于90°的角，則系統(tǒng)會認為刀具產生干涉。若將N20和N30改為一條程序段“G41 G00 X20 Y20 F200D01”(即加工軌跡為OAB)，或將N20改為“G41 G00 X20 Y10”，N30和N40改為“G01 X20 Y60 F200”，則程序能夠正確執(zhí)行。

　　g89

　　N10 G54 G90 G00 X0 Y0 S800 M03

　　N20 G41 G00 X30 Y10 D01

　　N30 G01 X20 Y20 F200

　　N40 Y60

　　N50 X60

　　N60 Y20

　　N70 X20

　　N80 G40 G00 X0 Y0 M05

　　N90 M30

　　4.內輪廓刀補的過切

　　在加工內輪廓時，若內輪廓的兩直線夾角小于90°，當刀具半徑選用過大，采用半徑補償指令進行手工編程時，會產生過切現象。如圖3所示，編程軌跡為AB →BC →CD，為對應 于AB、BC的刀具中心軌跡交點，當讀入編程軌跡CD時，就要對上段軌跡進行修正，確定刀具中心應從點移到點，這時必將產生如圖陰影部分所示的過切。

　　5.內圓弧刀補設置

　　加工內圓弧輪廓時，設定的刀具半徑不應大于所需加工的圓弧半徑，否則系統(tǒng)將提示“過切或有碰撞危險，刀具干涉”等。

　　三、實例分析

　　毛坯為120mm×60mm×10mm板材，5mm深的外輪廓已粗加工過，周邊留2mm余量，要求加工出如圖4所示的外輪廓及Ф20mm的孔，工件材質為鋁(在此只以加工外輪廓為例)。

　　U66(零點在0點)

　　N10 G54 G90 G00 X0 Y-20 S800 M03

　　N20 Z-5

　　N30 G01 G41 Y-10 D01 F200

　　N40 Y30

　　N50 X10 Y40

　　N60 X21.8

　　N70 G02 X52.3 Y35 R20

　　N80 G03 X69.6 Y25 R20

　　N90 G01 X80 Y25

　　N100 Y0

　　N110 X-10

　　N120 G40 G00 X0 Y0 Z50 M05

　　N130 M30

　　四、結束語

　　刀具半徑補償指令是數控編程中應用最廣最重要的指令，正確應用刀具半徑補償對復雜零件簡化編程計算和提高零件精度具有舉足輕重的作用。本文對刀具半徑補償用法作出總結，供廣大數控加工編程人員參考，希望能幫助用戶更好地應用刀具補償編程，優(yōu)化程序，提高編程效率和零件加工精度。