数控车床刀尖半径补偿的应用分析

杨美娟

【摘 要】分析了数控车削中因刀尖圆弧产生误差的原因，介绍了纠正误差的思路及半径补偿的工作原理，明确了半径补偿的概念。结合实际，系统介绍了刀具半径补偿的应用方法，及使用中的注意事项。在实际工作中，应该有目的的应用和掌握它，不应局限于工件基本尺寸的要求，要从加工中反映的提高分析能力，真正提高数控车床的操作水平。

【关键词】数控车床 假想刀尖 半径补偿 程序轮廓 应用

在学习数控车床的过程中，一直有一个难点——刀尖半径补偿。一方面，因为它的理论知识性复杂，应用条件的严格性，使一些学生感觉无从下手；另一方面，在台阶轴类的加工过程中，通过几何补偿也能达到精度要求，刀尖半径补偿的特点就不能有效体现，从而使得一些学生对它不够重视。事实上，在现代数控加工系统中，刀尖半径补偿，对于提高工件综合加工精度具有非常重要的作用，是一个必须熟练掌握的功能。下面从以下几方面进行分析：

1 刀尖圆弧半径补偿的定义

在加工过程中，由于刀具产生磨损及精加工的需要，常将车刀的刀尖修磨成半径较小的圆弧，这时的刀位点为刀尖圆弧的圆心。为确保工件轮廓形状，加工时不允许刀具刀尖圆弧的圆心运动轨迹与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏移一个半径值，这种偏移称为刀尖圆弧半径补偿。

2 假想刀尖与刀尖圆弧半径

在理想状态下，我们总是将车刀的刀位点假想成一个点，该点即为假想刀尖。

在对刀情况下，也是以假想刀尖进行对刀。但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一个理想的点，而是一段圆弧（如图中的BC圆弧）。所谓刀尖圆弧半径是指车刀刀尖圆弧所构成的假想圆半径。实践中，所有车刀均有大小不等或近似的刀尖圆弧，假想刀尖在实际加工中是不存在的。

3 未使用刀尖圆弧半径补偿时的加工误差分析

（1）加工台阶面或端面时，对加工表面的尺寸和形状影响不大，但在端面的中心位置和台阶的清角位置会产生残留误差，如图1所示。

（2）加工圆锥面时，对圆锥的锥度不会产生影响，但对锥面的大小端尺寸会产生较大的影响，通常情况下，会使外锥面的尺寸变大，而使内锥面的尺寸变小，如图2所示。

（3）加工圆弧时，会对圆弧的圆度和圆弧半径产生影响。加工外凸圆弧时，会使加工后的圆弧半径变小，其值=理论轮廓半径R-刀尖圆弧半径r，如图3所示。加工内凹圆弧时，则相反。

4 刀补的加入

在系统的刀具参数中，即使已经赋值刀尖半径，但是在执行刀具补偿号调用时，系统没有半径补偿的同步性，而是必须借助相应的指令才能同步执行，刀具补偿指令-G41、G42。必须注意的是，应用刀具补偿指令时，必须根据刀架位置、刀尖与工件相对位置来确定补偿方向，是依据第三坐标轴的方向判定的。（图4）

G41：沿着刀具运动方向看，刀具位于工件左侧时，称为刀具半径左补偿，使用G41指令（后置刀架）。

G42：沿着刀具运动方向看，刀具位于工件右侧时，称为刀具半径右补偿，使用G42指令（后置刀架）。

在使用第三轴判断刀补方向是一件困难的事，为了方便，我们可以这样记忆：

后置刀架，所见即所得（看到的是左补偿，用G41，看到的是右补偿，用G42）；

前置刀架，所见非所得（看到的是左补偿，用G42，看到的是右补偿，用G41）。

5 刀具进行半径补偿时应注意的事项

（1）刀具圆弧半径补偿模式的建立与取消不能与圆弧切削指令G02或G03写在一个程序段中，只能用G00或G01移动指令，即它是通过直线运动来建立或取消刀具半径补偿的。

（2）在使用G41/G42之后的程序段，不能出现连续两个不移动的指令，否则G41/G42会失效，会产生过切或少切。

（3）在调用新刀具或更换刀具补偿方向时，中间必须取消刀具补偿，目的是为了避免产生加工误差。

（4）如果在补偿模式中，改变补偿量，只有在换刀后新的补偿量才有效。

（5）在录入（MDI）方式下，不能执行刀具半径补偿。

（6）在调用子程序前（即执行M98前），系统必须在补偿取消模式，进入子程序后，可以启动补偿，但在返回主程序前（即执行M99前），必须为补偿取消模式，否则报警。

6 结语

刀尖圆弧半径补偿是一个独特的概念，是一个非常实用的功能。它能有效解决圆弧面和锥面加工中由于刀尖圆弧引起的加工误差。在实际工作中，我们应该有目的的应用和掌握它， 真正提高数控车床的操作水平。

参考文献：

[1][美]斯密德著，罗学科，等译.数控编程手册[M].北京：化学工业出版社，2005，4.

[2]沈建峰编.数控机床编程与操作[M].中国社会劳动出版社，2012年4月.