立式数控铣削刀具半径补偿

在数控铣床零件加工过程中，由于刀具的磨损、现场实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致和更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成加工误差。为了最大限度地减少因刀具尺寸变化等原因造成的误差，目前数控铣床通常都具有刀具半径补偿功能，根据输入的修正补偿量和程序自动地加工出优质零件，否则，很难保证加工精度。同时，使用刀具半径补偿，实现了根据零件轮廓直接编程的巨变，大大简化了编程工作量。因此，理解刀具半径补偿并能正确灵活地使用刀具补偿功能，将起到事半功倍的效果，将刀具补偿和变量编程结合使用，还可实现一些复杂曲面的加工，在数控切削加工中有较强的实用价值。

一、对刀具半径补偿的认识

1.刀具半径补偿作用 在数控铣床上进行轮廓加工时，由于铣刀半径的存在，刀具中心轨迹和工件轮廓不重合，两者相差一个刀具半径值，为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径值，才能保证零件的轮廓尺寸，如图1所示。这种自动偏移计算称为刀具半径补偿。现代数控机床通常都具备完善的刀具半径补偿功能，编程人员只需根据轮廓编程，数控装置就会自动计算刀具中心轨迹，加工出所需要的工件轮廓。需要注意的是，在使用刀具半径补偿指令后，如果具体加工时选用不同半径的刀具，则自动偏移量是不同的，如图1当中就分别选择了半径不同的刀具1和刀具2进行加工，其轨迹偏移量就明显不同。

2. 刀具半径补偿指令 刀具半径补偿指令有G41、G42和G40共3个指令。沿着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的左侧，称为左补偿，用G41指令，相当于顺铣，常在精加工阶段采用，如图1刀具1中心轨迹所示;沿着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的右侧，称为右补偿，用G42指令，相当于逆铣，常用于工件表面硬皮和粗加工，如图1刀具2中心轨迹所示;G40指令是用于取消补偿用。

3. 刀具半径补偿执行过程 刀具半径补偿工作过程分为三步。第一步，建立刀具半径补偿，如图1中的SA段所示，这个工作要在切削工件之前完成。第二步，执行刀具半径补偿。左刀具半径补偿ABCDA段和右刀具半径补偿ADCBA所示。第三步，撤消刀具半径补偿。加工结束后取消刀具半径补偿，刀具回到起始位置S。

二、刀具半径补偿的应用剖析

1. 实现零件的轮廓加工，提高加工精度 使用刀具半径补偿指令可以按零件的内、外轮廓直接编程，实现轮廓加工，这是刀具半径补偿的一般应用。由于刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值，因此在首件加工时，为了不浪费材料，应采取增加刀具半径补偿值的方法，根据加工实测值和理论值之差，修正刀具半径补偿值，从而提高加工精度。同一加工程序，当刀具磨损或重磨后，直径会发生改变，则需要通过修改刀具半径补偿值来获得所需的尺寸精度，增加程序的柔性。

2. 同一程序实现零件粗、精加工 刀具半径补偿除简化编程外，还可以用修改刀具半径补偿值的方法，实现用同一程序进行轮廓的粗、精加工。即在粗加工阶段：刀具半径补偿值=刀具半径+精加工余量;在精加工阶段，刀具半径补偿值=刀具半径+修正值。

3. 设置正负刀具半径补偿值实现零件的等宽壁厚加工 一般情况下，刀具半径补偿值应为正值，若补偿值为负值，则G41和G42相互替换。利用这一特点，当加工相等宽度的、由直线和圆弧或者含有曲线的等距轮廓工件时，只需针对一个轮廓进行编程即可：加工好第一个轮廓后，修改刀具半径补偿值，使“刀具半径补偿值=-(刀具半径+轮廓宽度)”，即可实现对第二个轮廓的加工。 在实际加工时，需要考虑建立刀具半径补偿和撤销刀具半径补偿时的刀轨，会不会引起对加工工件的过切或与工件轮廓相干涉，若影响，只需要修改或者撤消刀具半径补偿的轨迹即可。同理，在模具加工中，利用同一程序也可以加工同一公称尺寸的内外两个型面，且可通过修改刀具半径补偿值保证配合精度。

4. 使用刀具半径补偿和变量编程，实现对轮廓倒圆/倒角的加工 上述刀具半径补偿的应用，一般地，是在加工开始前将刀具半径补偿值输入到数控装置，加工过程中，刀具半径补偿值是保持不变的，称为定刀具半径补偿。另一种情况，刀具半径补偿值在加工过程中需要按一定的规律改变，被称为变刀具半径补偿。变刀具半径补偿需要与变量编程结合才能发挥作用。所谓变量编程，即允许程序中使用变量和给变量赋值，并能进行算术运算、逻辑运算和条件转移，是数控程序编制的高级形式。 FNNUC0i系统的变量编程，可利用G10指令和系统变量按照某种规律改变刀具半径补偿值，在程序同一轨迹的控制下，可实现对具有一定规律的边缘截面复杂曲面的加工，通用性强。如工件任意轮廓的倒圆、倒角加工，或圆孔/圆柱的边缘倒圆、倒角加工等。