彭群

摘 要：刀具半径补偿在数控车床加工中发挥着极其重要的作用，不仅对保证零件轮廓的准确性和加工精度至关重要，还可以提高生产效率，降低技术人员的劳动强度。简要探讨了数控车床加工中刀具半径补偿的应用，详细介绍和分析了有关刀具半径补偿各类型的应用，以期为其更好的应用提供参考。

关键词：刀具半径补偿；数控车床加工；编程；环形槽

中图分类号：TG659 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.098

刀具半径补偿是数控车床上的重要组成部份，合理使用刀具半径补偿功能在数控加工中有非常重要的作用。所谓“刀具半径补偿”，就是指在数控车床加工的过程中，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序。为了加工所需的零件轮廓，在加工内轮廓时，刀具中心必须向零件的内侧偏移一个刀具半径值；在加工外轮廓时，刀具中心必须向零件的外侧偏移一个刀具半径值。刀具半径补偿在数控车床的应用，在极大地方便了零件加工程序编制的同时，还能提高生产效率，降低技术人员的劳动强度。本文简要探讨了数控车床加工中刀具半径补偿的应用，以期为其更好地应用提供参考和借鉴。

1 刀具半径补偿值的应用分析

在带有环形槽零件的编程加工中，如果槽两边的曲线形状有差异，就应对它们进行编程加工。一般来说，环形槽的宽带是比较小的，因此，在编程加工中，刀具半径的补偿顺序和加工起始点的位置确定都应与一般凹槽的编程加工有所不同。

以编程方式加工一般凹槽时，应先进给下刀，再在直线移动的过程中为道具建立相应的半径补充，接着再进入工件轮廓加工中第1个程序段，然后再对轮廓逐段加工，直至轮廓加工完毕。最后，在直线的逐渐移动过程中，慢慢有效取消刀具半径的补偿，抬刀后即可完成整个加工过程。

通常情况下，环形槽的宽带都比较小，而对其进行编程加工时，铣刀会在一定程度上受到其直径的限制（槽宽通常仅比铣刀大1～2 mm）。如果在槽宽中心点所在位置进给下刀，并采取直线运动方式向工件的轮廓靠近，那么，建立刀具半径补偿G41或G42，并在轮廓起始点处于轨迹切向垂直时，此刀具半径的补偿路径通常为0.5～1 mm。但是，这个长度无法保证轮廓形状的准确性。为了有效解决这个问题，实践发现，在编写

环形槽的加工程序时，应使其轮廓加工的起始点所在位置和建立刀补的过程顺序与一般凹槽有所区别。

在具体工作中，采取的是在空间为刀具建立补偿的方法，具体措施是：编程时，先给刀具建立半径补偿，接着再进给下刀，接下来的程序与一般凹槽编程的加工相同。采取这样的方法可以在很大程度上防止加工轮廓因刀补路径短而发生偏差。在此编程过程中，为刀具建立半径补偿G41或G42后，不是进入工件轮廓加工的第1个程序段，而是进给下刀。因此，建立刀具的半径补偿后，为了保证零件轮廓加工完成后其在轮廓加工的起始点所在位置的正确性，接近轮廓的起始点不能是起始点的常规位置，而应是在轮廓起始点处于刀具进给轨迹所在的垂直方向并与之相距一个刀具半径补偿值的位置。

下面，结合图1详细分析环形槽零件的编程加工过程。在此零件中，上环形槽的宽带为6 mm，所选择铣刀的直径为5 mm。为了使编程加工更加便利，分别将环形槽的外侧轮廓和里侧轮廓的加工编写成2个子程序L200和L100。

以下为环形槽加工过程中最主要的加工程序（以SIEMENS数控系统为例，下同）：

……；

G0Z5；抬刀；

G41G0X-17.5Y0.0D1；空间建立刀具半径补偿至环形槽外侧轮廓加工起始点；

G1Z-4.0F50；下刀；

L100；调用子程序精加工环形槽外侧面；

G0Z5；抬刀；

G40G0X0.0Y0.0；取消刀具半径补偿；

G42G0X-16.5Y0.0D1；空间建立刀具半径补偿至环形槽里侧轮廓加工起始点；

G1Z-4.0F50；下刀；

L200；调用子程序精加工环形槽里侧面；

G0Z5；抬刀；

G40G0X0.0Y0.0；取消刀具半径补偿；

……；

上述程序为环形槽中精加工中部分比较重要的程序，其中，零件中心点是整个工件坐标系的原点，D1是刀具半径的补偿值，长度为2.5 mm。在加工环形槽的里侧面、外侧面时，不是以零件的轮廓点（里侧X-14.0，Y0.0，外侧X-20.0，Y0.0）所在的常规位置作为加工的起始点，而是以与之相距2.5 mm的位置，即刀具半径补偿值（里侧X-16.5，Y0.0，外侧X-17.5，Y0.0）的位置为实际起始点。

详细分析上述例子可知，在改变刀具半径补偿的过程中，按照刀补值对零件加工起始点在建立刀补后的常规位置进行修订后，能够有效解决零件加工轮廓中所发生的偏差问题。但需注意的是，在此过程中，必须结合实际情况灵活应用刀具半径补偿值。

2 左、右刀具半径正负取值和补偿的应用

据相关实践可知，应在补偿平面内沿着刀具进给所在方向来判别刀具半径左、右补偿指令G41、G42的方向，在轮廓的左边和右边，刀具使用的分别是左补偿和右补偿。因此，在加工内、外轮廓的零件时，如果刀具沿着内轮廓逆时针、外轮廓顺时针所在方向进给加工时，应使用左补偿G41；如果刀具沿着内轮廓顺时针、外轮廓逆时针方向开展进给加工作业，则应使用右补偿G42。

因此，结合左、右刀补指令的功能特点，在加工有外轮廓与内轮廓且内、外轮廓曲线相同的零件时，如果刀具沿着轮廓的逆时针方向进给，则使用左刀补指令G41（或右刀补指令G42的负值）编程加工内轮廓，并使用右刀补指令G42编程加工外轮廓；如果刀具在进给过程中沿着轮廓顺时针所在的方向，则使用右刀补指令G42（或使用左刀补指令G41的负值）编程加工内轮廓，并使用左刀补指令G41，则可编程加工外轮廓。

从某个角度来说，凹、凸配合形状的2个零件的加工和与之形状相同的内、外轮廓的加工是相同的。在编程过程中，可以按照刀具的逆时针或顺时针方向进给加工轮廓形状，只需单独编写一个子程序，即可把其分别应用于2个零件的内、外轮廓的编程加工中。此时，只需在子程序调用之前正确选择刀具半径补偿指令G41或G42，并决定取正值还是负值，从而实现编程加工。对于内、外形状轮廓都相同的薄壁件，也可通过上述方法对其进行编程加工，但需注意的是，应与进刀补值和薄壁的厚度值进行合理、有效的结合。

图2为薄壁凸台零件的编程加工示意图，此零件的厚度为3 mm，所选择铣刀的直径是10 mm。

根据刀具在顺时针方向的进给情况，把内轮廓形状加工的具体过程编写成一个子程序L300。以下为编程加工过程中比较重要的部分：

……；

G0Z5；抬刀；

G0X0.0Y0.0；刀具空间移动；

G1Z-3.0F50；下刀；

G42G1X-21.21Y7.07D1；给刀具建立右半径补偿至内轮廓加工起始点，刀补值D1=5.0 mm；

L300；调用子程序对内轮廓进行精加工；

G40G1X0.0Y0.0；刀具半径补偿取消；

G0Z5.0；抬刀；

X-60.0Y-60.0；刀具空间移动；

G41G1X-40.0Y-11.72D2；建立刀具左半径补偿至外轮廓加工起始点，刀补值D2=8.0 mm；

G1X-21.21Y7.07；延长线方向切入至调用子程序点；

L300；调用子程序精加工外轮廓；

G1X11.72Y40.0；切线方向切出；

G40G0X60.0Y60.0；取消刀具半径补偿；

G0Z5.0；抬刀；

……；

上述程序都是此薄壁零件中比较重要的加工部分，零件中心点是工件坐标系的原点，通过右刀具半径补偿G42指令对内轮廓进行编程加工后，可选择以下2种方式建立刀补，以对外轮廓进行编程加工：①用右刀具半径补偿G42指令，此时取负值为刀补值；②用左刀具半径补偿G41指令，此时取正值为刀补值。在此需要注意的是，刀补值应为薄壁厚度3 mm与刀具半径5 mm之和，即-8 mm或8 mm。

3 在控制尺寸加工精度方面的应用

在零件自动加工的过程中，通常都是使用同一（子）程序，且还会以先粗后精的顺序加工。在粗加工的过程中，一般都需要留0.2～0.3 mm的加工余量，因此，应在刀具半径的基础上加0.2～0.3 mm，将其作为刀具半径的补偿值。在精加工时，可以直接把刀具半径作为刀具半径补偿值。一般情况下，在精加工的过程中，需先把刀具半径延长0.1～0.2 mm，再将其作为刀具半径补偿值。当精加工结束后，按照轮廓的具体尺寸对刀具半径补偿值进行适当修改，接着再重新运行精加工程序，使轮廓尺寸能够更好地达到设计标准。在此需要注意的是，修改了刀具半径补偿值后，必须使用修改后的值重新进行精加工。只有这样，才能在最大程度上保证所加工出来的轮廓尺寸符合相关的设计要求，从而有效保证零件的加工精度。

4 结束语

由相关实践可知，刀具半径补偿的主要作用是简化编程加工的程序，其主要根据零件的轮廓尺寸进行相关的编程工作。在开展加工作业之前，操作人员应有效测量刀具的实际半径、长度。此外，还需有效确定补偿中的正负号，然后才能将其作为刀具的补偿参数，并输入到数控系统中，使加工处理的零件能够在一定程度上满足设计要求。

参考文献

[1]徐青青.数控铣削中刀具半径补偿功能的应用研究[J].机电产品开发与创新，2011（06）：11-12.

[2]何龙剑.数控车床加工中刀具半径补偿的应用探究[J].装备制造技术，2013（8）：70-71.

〔编辑：白洁〕