刀具半径补偿方法不当引起的问题及解决对策

陈鑫烨

摘 要：正确的理解和使用刀具半径补偿功能，能够减少数控编程中的繁琐计算，会对手工编程和加工带来很大的方便。然而，在实践操作过程中，如果刀具半径补偿方法使用不当就会引起工件过切等常见问题。该文借助生产加工实例，分析说明了由于刀具半径补偿方法使用不当产生零件加工过切，影响工件加工质量形成废品的原因，并提出避免产生该问题的解决对策，确保了工件的尺寸和形状精度，为刀具半径补偿方法更恰当的应用提供了依据。

关键词：数控铣床 刀具半径补偿 过切 对策

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0071-02

刀具半径补偿使用不当会引起过切等现象，影响到零件加工质量，甚至造成零件废品[1]。该文借助生产加工实例，分析说明了由于刀具半径补偿方法使用不当引起过切等现象形成废品的原因并给出了解决对策。

1 刀具半径补偿

1.1 刀具半径补偿的目的

当数控系统具备刀具半径补偿功能时，编程只需按工件轮廓线进行，数控系统会自动计算刀心轨迹坐标，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行半径补偿[2]。根据数控系统规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为刀具半径左补偿，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为刀具半径右补偿，用G42表示；取消刀具半径补偿用G40表示[3]。

1.2 使用刀具半径补偿不当常见的问题

（1）在指定平面G54～G59（如XY平面）内的半径补偿，若有另一坐标轴（Z轴）移动。如：刀具起始点O点，高度为100mm处，加工轮廓深度为10mm，刀具半径补偿在起始点处开始，若接近工件及切削工件时有Z轴移动，将会出现过切现象。

（2）加工半径小于刀具半径补偿的内圆弧：当程序给定的内圆弧半径小于刀具半径补偿时，向圆弧圆心方向的半径补偿将会导致过切。所以只有“过度内圆角R≥刀具半径+加工余量（或修正量）”情况下才可正常切削。

（3）被铣削槽底宽小于刀具直径。如果刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。在这种情况下，机床会报警并停留在该程序段的起始点。

（4）无移动类指令。在补偿模式下使用无坐标轴移动类指令有可能导致两个或两个以上语句没有坐标移动，出现过切现象。

（5）建立刀补和取消刀补的位置和时机的设置错误。建立刀补不能在加工轮廓上执行，只能在切线切入工件前完成，如果在轮廓上执行就有可能产生过切。加工凸模时在轮廓外执行；加工凹模时在轮廓内执行。取消刀补则在切线切出后才执行，如果在轮廓上执行取消刀补就有可能产生过切[4]。

2 生产实例分析

2.1 零件结构分析

零件主要包括凸台、平面、凹槽、凸凹圆弧及圆孔等。在加工该类复杂零件时， 正确采用刀具半径补偿编程， 可以防止零件表面产生过切或欠切现象， 确保工件的尺寸和形状精度。

2.2 产生过切现象

该零件的底板部分如图1所示。在加工该外轮廓过程中采用刀具半径左补偿，为了提高表面质量，保证零件曲面的平滑过渡，刀具沿零件轮廓延长线切入与切出。

数控程序如下：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

G00X-100Y-90；

…

M30；

但加工后，由于刀具半径补偿方法不当引起了过切现象，成为废品。

2.3 分析解决对策

（1）分析原因。

产品检验：加工轨迹（即A-B-C-D-E-F-G-H-I）如图2所示，铣掉了阴影部分，在零件表面形成了过切，使零件造成废品。

观察过切现象出现在该加工工件的B-D段和 H-I段，推测出现该过切现象的原因是：①刀具半径补偿在起始点处开始，接近工件及切削工件时有Z轴移动；②建立刀补和取消刀补的位置和时机的设置错误。经查看加工程序发现：

O0001

…

G00X-100Y-90；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01； 在切入工件前完成建立刀补

Z5.0；

G01Z-4.0F100；

接近工件时有Z轴移动

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

G40G01X-80；

取消刀补过早

G00X-100Y-90；

…

M30；

分析研究表明：刀具虽然在切入工件前已完成刀补的建立，但“在接近工件时有Z轴的移动”，所以引起过切现象，铣掉了B-D段的阴影面积，而H-I段的阴影面积被铣掉的原因是“取消刀补过早”，使零件造成废品。

（2）解决措施。

修改数控程序如下：

O0002

…

G00X-100Y-90；

Z5.0；

G01Z-12.0F100；

G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；

Y30；

G02X-40Y50R20；

G01X40；

G02X60Y30R20；

G01Y-50；

X-80；

G40G01X-100Y-90；

…

M30；

实践证明：可采用O2程序加工零件，刀具半径补偿加工轮廓如图3所示，避免了过切现象的产生。

解决该轮廓加工中引起过切现象的措施是：

①只需把刀补程序段：“G41G01X-60.0Y-70.0F120D01；”放置在Z轴移动程序段：“G01Z-12.0F100；”之后，就能避免B-D段过切现象；②取消刀补时，刀具必须在完全离开毛坯件I点后方可取消刀补，可避免退刀时引起的 H-I段过切现象。

3 结论

数控机床加工中， 有刀具半径补偿功能的数控系统，编程时不需要计算刀具中心的运动轨迹，只按零件轮廓编程。使用刀具半径补偿功能，能减少数控编程中的繁琐计算，为程序编制提供方便。然而，在加工中使用刀具半径补偿功能时，可能造成加工过切等现象，影响到工件加工质量。该文通过工件加工过程中，刀具半径补偿使用不当出现过切现象的实例，对其形成废品的原因进行了分析并提出避免产生过切问题的对策，以提高工件的加工精度。

参考文献

[1] 王甫，岳宏梅.建立和取消刀补引起的过切现象及对策[J].制造业信息化，2009（11）：108-109.

[2] 杨卫群.数控工艺员培训教程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3] 顾京.数控加工编程与操作[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4] 罗斐.数控铣削加工中过切现象浅析[J].机械管理开发，2010（6）：76-77.

[5] 王朝翔.利用刀具半径补偿功能编程与加工实例[J].吕梁教育学院学报，2010（9）：101-103.