數控銑床刀具補償功能的應用
數控機床的操作能力是中職數控專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力，教學(xué)應圍繞這一核心能力，夯實(shí)操作功底，提高學(xué)生操作能力。
數控銑床刀具補償功能的應用【1】
摘 要：數銑加工是職業(yè)培訓中重要的培訓項目。本文就數控銑削加工中刀具補償功能在實(shí)際使用中要注意的問(wèn)題和精加工補償值的確定，進(jìn)行了總結和探討。
關(guān)鍵詞：數控銑 刀具 補償 注意事項 精加工 公式
數控機床的操作能力是中職數控專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力，教學(xué)應圍繞這一核心能力，夯實(shí)操作功底，提高學(xué)生操作能力。教師應該如何開(kāi)展教學(xué)，讓學(xué)生掌握好知識，并獲得實(shí)際的操作能力呢?筆者感覺(jué)比較重要的是，要善于總結和歸納，把復雜的情況化成淺顯易懂的規律。
下面就數控銑床加工中半徑補償的功能，展開(kāi)一些總結和歸納。
一、數控銑床刀具補償的原理
在數控銑床上進(jìn)行加工，由于刀具有一定的半徑，所以刀具中心(刀尖)軌跡和工件輪廓不重合，如不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程是比較方便的，而加工出的零件尺寸比圖樣要求小了一圈(加工外輪廓時(shí))，或大了一圈(加工內輪廓時(shí))，為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個(gè)量。
運用刀具補償功能可直接按照工件輪廓進(jìn)行編程，不用考慮刀具半徑。
而在刀補表中設置一定的合適數值，系統會(huì )自動(dòng)計算刀具中心軌跡，進(jìn)行刀具半徑補償，從而加工出符合要求的工件形狀，當刀具半徑發(fā)生變化時(shí)也無(wú)須更改加工程序，使編程工作大大簡(jiǎn)化。
刀具半徑補償是通過(guò)指令G41、G42來(lái)執行的。補償有兩個(gè)方向，即沿刀具切削進(jìn)給方向垂直方向的左面和右面進(jìn)行補償，符合左右手定則：G41是左補償，符合左手定則;G42是右補償，符合右手定則。當取消刀具半徑補償時(shí)，使用G40指令。
二、刀具補償功能使用應注意的問(wèn)題
一是補償建立指令G41，G42必須與G40成對使用。
二是G41、G42、G40指令應在G00或G01程序段中加入執行，不可在G02、G03等指令中加入執行。
三是加入G41、G42、G40指令的G00或G01程序段，移動(dòng)的距離不能等于零，也不能小于銑刀的半徑。否則無(wú)法實(shí)現刀具補償的功能。
四是使用刀具補償功能必須經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：建立刀具補償、刀具補償執行、取消刀具補償，缺一不可。
五是刀具補償功能建立以后，加工平面不能改變。
六是在刀具半徑偏置方式下，應在指定的偏置平面上進(jìn)行連續的刀具運動(dòng)軌跡描述，如果在偏置起始指令G41/G42和偏置結束指令G40之間，有連續兩個(gè)以及兩個(gè)以上的非指定的偏置平面上的移動(dòng)指令或非移動(dòng)指令，則刀具的軌跡就會(huì )發(fā)生偏離。例如：
G00 G90 G17 G42 Y-70.0 D01
G01 X120.0 F100
Y-30.0
G04 P500
G91 Z0.2
G90 X80.0 Y40.0
X0
Y-110.0
G00 G40 X-40.0
在本例中的程序段G04 P500 是非移動(dòng)指令，程序段G91 Z0.2是非指定的偏置平面上的移動(dòng)指令。這兩個(gè)連續的程序段的指令，導致系統無(wú)法正確判斷刀具下一個(gè)的偏置位置而發(fā)生過(guò)切現象。
三、精加工補償值獲得公式討論
筆者所在學(xué)校使用的是華中HNC-21M數控銑床。運用G41/G42刀具補償指令，可以實(shí)現對零件加工的粗精加工分離。
當放出余量，進(jìn)行粗加工后，需要對零件進(jìn)行測量，然后根據所獲得的尺寸，對第二次的精加工補償值進(jìn)行修正，從而保證所加工的零件獲得所要求的尺寸精度。由于零件的內外表面的加工，對補償值的方向要求是不一樣的，就很容易在精加工的時(shí)候弄錯補償方向。
如果可以分情況，把補償值的計算總結成淺顯易懂的公式，那么在加工實(shí)習的過(guò)程中，只要熟記公式，把測量的數據直接代入，就能獲得精加工時(shí)所需要的補償數據。
下面以一個(gè)簡(jiǎn)單零件的加工情況分析，如下圖所示。
1.加工外輪廓六邊形
選用18mm的鍵槽銑刀，不考慮加工精度，直接設置刀補值為使用刀具的半徑值9mm即可。但是為保證加工精度，往往需要進(jìn)行粗精加工兩次切削。
粗加工時(shí)，刀具半徑補償值可放出一定的余量，然后進(jìn)行粗加工的走刀。在精加工階段中，理論上只需要把刀補值改為9mm，再一次走刀即可。
但是由于存在著(zhù)大量的加工誤差和不確定性，而且零件目標尺寸往往帶有公差，在粗加工結束后，需要對六邊形對邊的尺寸進(jìn)行測量，并通過(guò)測量值對精加工的刀補值進(jìn)行修正�？偨Y公式如下：
δ2=δ1-(A-B)/2 (1)
式中，δ2為精加工刀補值;δ1為粗加工刀補值;A為實(shí)際測量值;B為目標尺寸公差中間值。
實(shí)際加工中，選用18mm的鍵槽銑刀，假設粗加工刀補值選為10mm，粗加工后，對六邊形尺寸進(jìn)行測量，測得實(shí)際值為72.085mm，那么，在精加工時(shí)，只要把獲得的數據代入公式(1)，即可獲得需要的精加工刀補值。
δ2=10-(72.085-69.063)/2=8.489
(如圖中所示，六邊形尺寸為70-00.074，其尺寸公差中間值為69.063)。
2.加工內輪廓腰圓槽
同樣選用18mm的鍵槽銑刀進(jìn)行加工，假設粗加工刀補值選為10mm，粗加工后，對腰圓槽尺寸進(jìn)行測量，測得實(shí)際值為24.012mm。那么，在精加工時(shí)同樣可以利用公式(1)計算需要獲得的精加工刀補值。只是由于內輪廓的余量方向與外輪廓相反，總結公式如下：
δ2=δ1-(B-A)/2 (2)
進(jìn)一步計算可得：
δ2=10-(25.026-24.012)/2=9.493
(如圖中所示，腰圓槽尺寸為25+00.052，其尺寸公差中間值為25.026)。
3.總結
由公式(1)和公式(2)可以進(jìn)一步獲得：
δ2=δ1-|(A-B)/2| (3)
由此我們可以獲得，不管是外輪廓還是內輪廓的加工，粗加工時(shí)，先選擇δ1值，令此值略大于我們選用的刀具半徑0.5～1.0mm。然后對零件進(jìn)行粗加工。
加工完畢后，根據零件圖對所要求的尺寸進(jìn)行測量，獲得實(shí)際測量值A，然后計算目標尺寸公差中間值B，最后把所獲得的值代入公式(3)，即可獲得精加工所需要的刀補值δ2，對零件實(shí)現精加工。
當然，在實(shí)際使用過(guò)程中，絕大部分的數銑加工零件尺寸情況是上述的雙邊尺寸情況，但是也有很特殊的單邊尺寸的情況。那么公式(3)只要變?yōu)?/p>
δ2=δ1-|(A-B)| (4)
也是完全適用的。
數控銑床中刀具半徑補償的應用【2】
摘要：隨著(zhù)我國社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展，綜合國力得到提升，我國的數控機床技術(shù)也得到了一定程度的推動(dòng)，在數控銑床當中刀具中心與切割工件無(wú)法有效結合。
在實(shí)際的加工過(guò)程當中，刀具半徑補償的應用能夠使得復雜的工作程序簡(jiǎn)化，促進(jìn)工作效率。本文針對數控銑床當中的刀具半徑補償的應用進(jìn)行相應的分析，并針對相應的問(wèn)題提出合理化建議。
前言
在數控銑床的操作過(guò)程中，由于工件與刀具之間存在一定的軌跡差異，這使得在編程過(guò)程中應該注意刀心軌跡，增加了實(shí)際的編程難度。刀具半徑補償的應用在很大程度上緩解了編程難度，提升了工作效率。
1.刀具半徑補償的用法和注意的問(wèn)題
刀具半徑補償的應用，是數控銑床的一大變革，提升了數控銑床的工作效率，并且簡(jiǎn)化了手工編程的繁瑣程度，在一定的程度上創(chuàng )新了數控銑床的加工的模式。在實(shí)際的數控銑床操作過(guò)程中應該注意編程的格式問(wèn)題和有關(guān)使用過(guò)程的注意事項。
1.1編程格式
數控銑床具有手工編程和自動(dòng)編程功能，每一個(gè)編程方式控制的效果都不相同，要根據相應的銑削要求進(jìn)行編程格式的調整。
其中數控銑床當中的銑削刀具半徑補償分為左補償和右補償兩種模式，并且應該根據要求代碼進(jìn)行工具的選擇。據有關(guān)標準要求，道具中心沿著(zhù)前進(jìn)的方向進(jìn)行運動(dòng)，貼近零件的右邊輪廓稱(chēng)之為刀具半徑補償的右補償，當刀具沿著(zhù)前進(jìn)的方向進(jìn)行運動(dòng)的過(guò)程中，貼近輪廓的左邊稱(chēng)之為刀具半徑補償的左補償。
其中左補償用G41定義，右補償用G42定義，在不需要進(jìn)行半徑補償時(shí)用G40進(jìn)行取消補償工作。
1.2注意事項
1.2.1在刀具半徑補償的過(guò)程中，使用刀具補償應該注意在之前刀具半徑補償取消的時(shí)候才能進(jìn)行刀具半徑補償的操作。
1.2.2在進(jìn)行刀具半徑補償的過(guò)程中應該注意在同一平面進(jìn)行補償操作。在相應的補償平面應該有相應的控制。對零件進(jìn)行刀具補償的過(guò)程中，應該以G17控制XY補償平面，以G18控制YZ補償平面，以G19控制Xz補償平面。
通過(guò)相應的指令進(jìn)行操控。
1.2.3在刀具補償的過(guò)程中，其中間必須具有一定的可活動(dòng)范圍。D是存放刀具補償數據的存儲器相應地址，其可控存儲地址為D01-D99，所以對補償數值的存儲應該從D01開(kāi)始進(jìn)行。
刀具補償數值的大小需要人工進(jìn)行輸入，并且要輸入指定的存儲器當中。D01中輸入0即表示使用D01號存儲器，補償數值就是0，以此來(lái)確保刀具補償半徑的正常運行。
1.2.4在刀具半徑補償進(jìn)行操作的過(guò)程中，刀具半徑補償建立指令需要在G00和G01兩個(gè)指令當中進(jìn)行，不能夠在其余G代碼指令中進(jìn)行(如G02、G03等)，否則會(huì )影響刀具半徑補償的正常建立，造成補償上出現問(wèn)題，影響數控銑床刀具補償功能發(fā)揮其效應。
1.2.5在數控銑床的實(shí)際操作當中，其主要補償編程指令由G40、G41、G42進(jìn)行系統的操作和控制。這三者之間的操控應該重視操作的規范性，不能多個(gè)指令同時(shí)出現。
由于數控銑床的系統中只能夠進(jìn)行兩組數值的預判，所以不能夠出現兩個(gè)z軸的同時(shí)出現。這樣的狀況會(huì )直接的影響工作流程和工作效率。
2.數控銑床刀具半徑補償的應用
數控銑床刀具半徑補償的應用能夠有效的簡(jiǎn)化數控銑床的系統繁瑣程度，在實(shí)際的操作過(guò)程中，簡(jiǎn)化了工作流程，提升了工作效率。
在數控銑床的操作過(guò)程中，會(huì )出現多種情況。刀具半徑補償雖然是一項優(yōu)化并且先進(jìn)的技術(shù)，但是也要根據相應環(huán)境進(jìn)行分析和研究，在適當的場(chǎng)合進(jìn)行刀具半徑補償應用。
2.1刀具的正常使用
在實(shí)際的操作過(guò)程中，刀具半徑補償的應用對于刀具的磨損會(huì )非常嚴重，這與刀具的正確使用和刀具本身的質(zhì)量有著(zhù)重要的關(guān)系。在刀具磨損嚴重的情況之下，更換刀具的過(guò)程就顯得尤為重要。
在刀具的更換過(guò)程不重視操作會(huì )導致刀具的直徑受到影響，打亂設定好的編程程序，所以這樣的方式應該進(jìn)行規避。
在原有的基礎之上進(jìn)行更換刀具，在系統之上輸入刀具的準確參數，并進(jìn)行相應設置，這樣就避免了刀具更換帶來(lái)的編程的變化，影響銑床的正常工作，影響工作效率。由此可見(jiàn)，在實(shí)際的操作過(guò)程中，刀具的正常使用和更換尤為重要。
這就要求數控操作人員應該進(jìn)行刀具半徑補償參數實(shí)際操作的掌握，理解刀具半徑補償的相關(guān)知識。
只有這樣，才能夠順利的進(jìn)行數控銑床的使用和生產(chǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。
2.2增強刀具使用效率
刀具的使用具有一定的消耗，頻繁的更換刀具會(huì )造成一定程度的繁瑣和影響工作效率，在刀具的使用過(guò)程中應該重視其使用效率。在數控銑床進(jìn)行加工的時(shí)候，人為地操作改變刀具半徑的補償值至關(guān)重要。
在實(shí)際操作中，刀具磨損后，相應操作人員可以通過(guò)變更半徑的方式進(jìn)行刀具的再次使用，在刀具相同的情況下達到精細加工的效果。刀具的效率能夠提升機床的工作效率，對于刀具半徑的調整，能夠減少編程程序的繁瑣程度。
因此，操作人員對于數控銑床刀具半徑補償的理解程度對整個(gè)生產(chǎn)有著(zhù)重要的影響，并確保了數控銑床工作的正常進(jìn)行。
2.3型面不同時(shí)的應用
在實(shí)際的銑床操作中能夠遇到各種型面的加工物件。在加工過(guò)程中的刀具半徑補償的應用也十分重要。在實(shí)際的操作當中可以根據指令達到一定要求，使用G42指令得到A軌跡運動(dòng)，根據G41指令控制B軌跡。也就是說(shuō)明，A軌跡加工模型凸點(diǎn)，B軌跡加工模型凹點(diǎn)。根據下圖可以看見(jiàn)相應的原理。
3.結論
綜上所述，數控銑床刀具半徑補償的應用，使得數控銑床的工作效率得到了一定程度的提升，并簡(jiǎn)化生產(chǎn)的繁瑣程度，對數控技術(shù)的發(fā)展有一定的推動(dòng)作用，并且推動(dòng)了我國工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。
刀具半徑補償在數控銑床中的應用【3】
摘 要：刀具半徑補償是數控銑床中非常重要的功能，它使得編程人員減少繁瑣計算，只需按零件的輪廓編程。不但簡(jiǎn)化了編程，還可以在加工時(shí)進(jìn)行修正，完成零件的粗、精加工，控制輪廓尺寸精度，保證加工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：刀具半徑補償;數控銑床;編程
1 刀具半徑補償指令的作用
數控銑床編程時(shí)，是以刀具中心作為編程軌跡， 利用刀具半徑補償功能，編程只需按零件的實(shí)際輪廓進(jìn)行， 在執行刀具補償指令后， 數控系統計算出刀具中心的軌跡，使刀具中心自動(dòng)偏離工件輪廓一個(gè)刀具半徑值， 加工出所需輪廓。 使用刀具補償功能后，刀具磨損或改變刀具，只需要改變刀具半徑補償值，而不必變更零件加工程序。
2 刀具半徑補償指令方向判定
刀具半徑補償分左補償G41和右補償G42兩種方式。ISO規定：沿刀具前進(jìn)方向(假定工件靜止)觀(guān)察，刀具中心軌跡位于切削輪廓左側為左補償，位于右側則為右補償;取消刀具半徑補償用G40。
3 刀具半徑補償使用注意事項
(1)在編程時(shí)，刀具半徑補償的建立和取消要求用G00或G01指令來(lái)實(shí)現，不得用G02/G03圓弧插補指令，否則執行到此程序段時(shí)系統報警，程序無(wú)法執行。如：
N30 G17 G41 G01 X0 Y0 D01 F150;
或N60 G17 G40 G01 X0 Y0;
(2)刀具半徑補償平面XY、YZ、XZ產(chǎn)生變化時(shí)，必須先取消刀具半徑補償才能進(jìn)行切換。
(3)D00-D99為刀補號地址，用來(lái)調用刀補表中相對應刀具補償值。執行刀具半徑補償指令后，數控系統自動(dòng)運算，使刀具自動(dòng)補償，不要因為忘記或者輸錯刀具補償值而造成過(guò)切現象。
(4)在建立或取消刀具半徑補償時(shí)，刀具在平面內的移動(dòng)距離，必須大于刀具半徑值，如D01賦值為8：
N30 G00 X10 Y0;
N40 G17 G41 G01 X15 Y0 D01 F150;
從(10，0)移動(dòng)到(15，0)小于8mm，執行到該程序段時(shí)系統報警，程序無(wú)法執行。
(5)為保證零件輪廓的完整性和表面質(zhì)量，加工外輪廓時(shí)，應在刀補建立完成之后，以切線(xiàn)切入的方式切入工件，執行刀補后，應在切線(xiàn)方向切出工件后再取消刀補;如國無(wú)法沿切線(xiàn)切入切出時(shí)(如型腔)，可采用過(guò)渡圓弧切入和切出的方式，否則容易產(chǎn)生切除不完全、過(guò)切或刀痕。
(6)為避免在建立刀補和取消刀補時(shí)產(chǎn)生過(guò)切現象，刀具半徑補償建立與取消程序段的起點(diǎn)與終點(diǎn)最好與補償方向位于同側。
(7)內輪廓刀補的建立和取消。在銑削內輪廓的時(shí)候，刀具移動(dòng)受到限制，可先建立刀具半徑補償，然后下刀、取消刀具半徑補償時(shí)應先提刀再取消補償。
但須注意的是，在建立刀補時(shí)，控制系統要連續讀入兩段平面位移指令，才能計算出正確的刀具中心的偏置，即在建立刀補后的程序段中不能插入兩個(gè)或兩個(gè)以上沒(méi)有XY坐標移動(dòng)的程序段，否則會(huì )造成過(guò)切。如：
……
N20 G00 X-50 Y-50;
N30 G17 G41 G01 X-30 Y-30 F150 D01;
N40 Z5;
N50 Z-5;
N60 Y30;
……
程序從N30開(kāi)始建立刀補，N30和N40都為Z方向的位移，XY均未移動(dòng)，應將程序改為：
……
N20 G00 X-50 Y-50;
N30 G17 G41 G01 X-30 Y-30 F150 D01;
N40 Z-5;
N50 Y30;
……
4 應用技巧
(1)由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化時(shí)，不必重新編程，只需修改相應的刀補值即可。刀具在磨損的情況下仍然能夠加工出規格一致的工件。
(2)利用刀具半徑補償實(shí)現粗、精加工。刀補表中的半徑值是確定刀具補償量的，可用同一程序通過(guò)修改刀補值對零件實(shí)現粗、精加工。按零件輪廓編程后，將刀補表中D賦值，設為R+Δ，R為刀具半徑，Δ為精加工余量。在精加工時(shí)，將D賦值為R，完成對零件的粗、精加工。
(3)控制輪廓尺寸精度。在實(shí)際加工中材料存在讓刀現象，對精度要求高的尺寸在精加工之后可能還存在偏差，達不到公差要求，通過(guò)檢測計算出修正值，然后修改刀補值進(jìn)行補償加工，從而提高加工精度。
5 結論
刀具半徑補償在數控銑床中有著(zhù)十分重要的作用和地位，是應用最廣最重要的指令。正確、靈活地使用刀具半徑補償功能，是簡(jiǎn)化編程和提高零件精度的有效保證。
參考文獻：
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