数控铣削加工中刀具补偿应用

田林红



数控铣削加工中刀具补偿应用

田林红

（河南工业职业技术学院 河南南阳 473009）

阐述了数控铣床加工中刀具半径与长度补偿功能，结合典型数控系统应用经验，详细叙述刀具补偿的输入方法和步骤，提出了刀具补偿应用中注意的问题。

刀具补偿 数控铣床 补偿值输入

1 刀具补偿的提出

在数控铣床上进行轮廓加工时，由于刀具总有一定的半径，刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，如图1所示。在进行内轮廓加工时，刀具中心偏移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，如图2所示。对于钻头、铣刀等刀具的直径和长度的不同，安装时刀具的基准位置也不一致，在加工时要进行长度调整补偿，使刀具基准移到正确位置。

有了刀具补偿功能后，我们仍可按工件实际轮廓编程，而把刀具补偿量在“刀具参数设定”界面内输入数控系统，寄存在与刀具编号相对应的存储器中，这样在执行程序时，数控系统按预先存入的补偿量、零件轮廓尺寸和补偿方式指令自动计算出刀具中心轨迹，而且在磨损或重磨后，只须改变补偿量，而不必修改已编好的程序。故补偿在数控加工技术中占有非常重要的地位。

图1 刀具铣削加工

图2 刀具长度补偿

2 数控铣床刀具补偿

2.1 长度补偿

加工同一个零件可能需要多把刀具，相同或不同的刀具安装在刀柄上其长度不可能相等，因此要使用的每一把刀具都需要对刀操作。当然，也可以通过自动测长仪和基准刀，实现机外对刀。刀具的长度补偿非常重要，如果不使用，将发生严重的撞车事故。不同系统指令格式稍有差异，FANUC 6M长度补偿指令格式如下：

G43

G90 G44 G00

G91 G49 G01

指令说明：

（1）刀具补偿指令要在刀具运动指令的程序段进行，但G00速度快，常用G01。

（2）Z为刀具运动指令的终点坐标。

（3)H为存放刀具半径补偿量的存储器的地址。存储器中的值可以是正值或者是负值。

（4)G43是刀具长度正补偿，即Z实际值等于Z指令值+(Hxx)。G44是刀具长度负补偿，即Z实际值等于Z指令值−(Hxx)。当刀长补偿量取负值时，G43和G44的功效将互换。G49是取消刀具长度补偿值的指令。

（5)刀具长度补偿指令通常用在下刀及提刀的直线段程序G00或G01中，使用多把刀具时，通常是每一把刀具对应一个刀长补偿号，下刀时使用G43或G44，该刀具加工结束后提刀时使用G49取消刀长补偿[1]。

2.2 刀具半径补偿

编程时不需要计算刀具中心轨迹，只需按照零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令，数控系统就能自动地计算出刀具中心轨迹，从而准确地加工出所需要的工件轮廓。一般使用格式如下：

G17 G41

G18 G42

G19 G40

指令说明：

（1）刀具补偿指令要在刀具运动指令的程序段进行，但G00的路线往往是折线，不易控制，易打刀，一般也不用，所以常用G01。

（2）X、Y、Z为刀具运动指令的终点坐标。

（3）D为存放刀具半径补偿量的存储器，有的CNC系统刀具半径值在D存储器中设定，有的在H设定，D后面紧跟存储器地址编号，由于D00的偏置值总是零，故D00往往不设定刀补。

（4）G41刀具半径左补偿(左刀补)，如图3所示，即站在刀具运动方向的对面(让箭头射向你)刀具偏移在运动方向的左边(一定要强调在运动方向的左边而不是轮廓的左边)；G42刀具半径右补偿(右刀补)，即站在刀具运动方向的对面(箭头射向你)刀具偏移在运动方向的右边[2]。

（5）无论是插补直线还是圆弧，刀具半径补偿的建立，刀具半径补偿的执行过程分为：刀具半径补偿的建立、刀具半径补偿的进行和刀具半径补偿的撤消三个步骤，图3所示。在刀具半径补偿的建立与撤销过程中不能进行零件加工。

图3 刀具半径补偿

3 数控铣床刀具补偿的应用

3.1 长度补偿应用

（1）在编写工件程序时，按标准刀具长度编程，若实际刀具长度和标准刀具长度不一致时，可通过长度补偿功能实现刀具长度差值的补偿，而不必修改加工程序；

（2）加工过程中，为了控制切削深度或试切加工，也经常使用刀具长度补偿。

（3）以零件实际轮廓编程，加工前根据加工深度，分层设置刀具长度补偿值，加工时调用相应层的刀具长度补偿号即可进行分层铣削。

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刀具长度补偿应避免干涉，防止碰撞。应注意以下几个方面：

（1）每换一次刀，都必须加长度补偿，编程时不能忽略。

（2）在加长度补偿时，G43(G44)指令后面没有长度补偿号，等同于没加长度补偿。

（3）G43(G44) 指令后面的H 长度补偿号与刀具号不对应，或刀具长度值测量不正确。

（4）工件坐标系在机床坐标系里位置设定错误，导致刀具与工件相对位置错误。

（5）在程序结束或者换刀前必须取消刀具长度补偿。由于长度正补偿使刀具抬高了一把刀具的长度，取消时导致刀具下行碰撞到工件或者夹具。

3.2 半径补偿应用

（1）在零件的自动加工过程中，应用刀具半径补偿可以避免在刀具磨损、重磨或更换时，重新修改程序的工作。

（2）改变刀具中心与工件轮廓偏置值，如图4所示，在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、精加工采用同一个程序，极大减少计算工作量，提高加工效率[3]。

图4 粗、精加工半径补偿

（3）将刀具半径补偿与子程序结合应用，不但可简化编程，进行粗、精加工，而且可以进行加工的修正，以保证加工精度和质量。

（4）改变刀具半径左补偿和右补偿，或者改变刀具半径偏置量的正负值，可用同一程序加工同一个公称尺寸的内外两个型面，如阴阳模具的编程加工。

使用刀具半径补偿应避免过切削，包括以下几种情况：

（1）使用刀具半径补偿和取消刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，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。一般刀具半径值取过渡圆角半径的0.8倍至0.9倍，只有过渡圆角半径大于刀具半径及精加工余量之和的情况下才能正常切削。

（3）被铣削槽底宽小于刀具直径时或加工小于半径的台阶将产生过切削。

（4）在刀具补偿建立后的刀具补偿状态中，如果存在有连续两段以上没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段,则有可能产生过切。

（5）刀具补偿建立的轨迹和随后加工轨迹之间的夹角选择不当也有可能发生过切。

4 典型数控铣床刀具补偿的输入

4.1 华中数控铣床

1）刀尖半径补偿参数输入

按软键F3进入刀补表参数设定页面；用方向键和翻页键将光标移到对应刀补号的半径栏中，按Enter键后，此栏可以输入字符，可通过控制面板上的MDI键盘输入刀尖半径补偿值；修改完毕，按Enter键确认。

2）输入长度补偿参数

长度补偿参数在刀具表中按需要输入，输入方法同输入半径补偿参数。

4.2 广州数控铣床

（1）进入参数设置菜单，如果当前处于系统主菜单，按下参数设置进入按钮参数状态，如果当前处于自动方式、空运行方式或手动方式，按下操作面板上的参数按钮可以进入参数设置。

（2）定位要修改的参数，选择要修改的参数，如果当前光标在某一页的最后一个参数，则使用向下光标键将引起向下翻页，光标在新页的第一行，如果当前自某一页的第一行，则使用向上光标键将引起向上翻页，光标在新页的最后一行。

（3）修改当前参数，按下回车键，输入数据，再次按回车键修改生效，输入的数据由相对值和绝对值之分（用翻页键进行切换，如果在输入区之前显示D则表示输入的是相对值）。

4.3 三菱数控铣床

（1）点击系统面板上的刀具参数按键，进入“刀具补正”界面。

（2）选择输入方式，在#()里输入“A”或“I”，可转换为“绝对”或“增量”方式输入。如果当前为“绝对”输入方式，新的刀补数据等于输入的数据，如选择当前输入方式为“增量”，刀补数据等于旧数据与输入数据之和。

（3）在#()输入补偿号，在“长补正”对应栏的括号里输入长度补正数据；在“长磨耗”对应栏的括号里输入长度磨耗补正数据；在“径补正”对应栏的括号里输入半径补正数据；在“径磨耗”对应栏的括号里输入半径磨耗补正数据。

（4）点击INPUT键，数据即被输入到对应位置。

4.4 西门子802D数控铣床

（1）打开刀具补偿数据窗口，显示所使用的刀具列表。在该列表下通过光标键和“上一页”、“下一页”键选出所要求的刀具。

（2）手动测定刀具补偿数据

在JOG方式下移动该刀具，使刀尖到达一个已知坐标值的机床位置，这可能是一个已知位置的工件。如图5所示，输入参考点坐标X0，Y0或者Z0。铣刀要计算长度1和半径，钻孔刀具则仅须计算长度1。利用F点（机床坐标）和参考点的实际位置，系统可以在所预选的坐标轴方向计算出刀具补偿值长度1或刀具半径。

图5 钻头的长度补偿

（3）选择测量刀具软键，打开手动或半自动测量选择窗口。在X0、Y0或者Z0处登记一个刀具当前所在位置的数值，该值可以是当前的机床坐标值，也可以是一个零点偏移值。按软键“设置长度”或者“设置直径”，系统根据所选择的坐标轴计算出它们相应的几何长度1或直径。所计算出的补偿值被存储。

（4）选择保存，这样便可保存的轴位置值用于长度补偿计算。

4.5 FANUC 0i数控铣床

4.5.1 设定和显示刀具偏移值和刀尖半径补偿值的步骤

(1)按下功能键OFFSET SETING。

(2)按下软键选择键OFFSET或连续按下OFFSET SETING直至显示出刀具补偿画面。

(3)用翻页键和光标键移动光标至所需设定或修改的补偿值处或输入所需设定或修改补偿值的补偿号。

(4)为设定补偿值输入一个值并按下软键INPUT。为改变补偿值输入一个值并按下软键+INPUT，该值与当前值相加(也可设负值)。若按下软键INPUT，则输入值替换原有值。

4.5.2 刀具长度测量

（1）用手动操作移动基准刀具使其与机床上或工件上的一个指定点接触。

（2）按下功能POS键若干次，直到显示具有相对坐标的当前位置界面。

（3）将Z轴的相对坐标值复位为0。

（4）按下功能键OFFSETSETING若干次直到显示刀具补偿界面。

（5）通过手动操作移动要进行测量的刀具使其与同一指定位置接触基准刀具和进行测量的刀具长度的差值就显示在界面的相对坐标系中。

（6）将光标移动到目标刀具的补偿号码上。

（7）按下地址键Z，如果按下了X或者Y键而不是Z键，则X或者Y轴的相对坐标值就被作为刀具补偿值输入。

（8）按下INP.C.软键，则Z轴的相对坐标值被输入并被显示为刀具长度偏置补偿值。

5 结语

在数控机床铣削过程中，利用刀具补偿功能，无论是更换刀具，还是刀具磨损后半径变小长度变化，只需在加工时更换刀具半径、长度补偿值，就可控制工件外形尺寸的大小了，对程序不用作一点修改。这对编程和加工带来很大的方便，大大提高了编程的工作效率。

[1] 法拉克.BEIJING-FANUC OiMA操作说明书[Z].北京法拉克公司,2006.

[2] 西门子.SINUMERIK 802D操作编程铣床[Z].SIEMENS,2005.

[3] 李艳霞.C功能刀具半径补偿中过切的分析与改进措施[J].机床与液压,2010(18):107-109.

[4] 艾建军,李文.数控铣削加工中灵活运用刀具半径补偿[J].机床与液压,2010(12):35-36.