赵为军

摘要：在我国日益繁荣昌盛，科技不断创新发展的今天，数控车削加工中，刀具补偿功能是用来补偿刀具实际安装位置及实际刀尖圆弧半径与理论编程位置及假想刀尖之差的一种功能，包含刀具外形补偿、刀具磨损补偿和刀尖圆弧半径补偿三方面。使用刀具补偿功能后，不改变原程序，仅通过改变刀具补偿值就能实现刀具位置的改变，从而实现零件的高效加工。

关键词：数控车削;加工;刀具补偿;应用

引言

我们通常情况下所阐述的数控系统中常用刀具补偿是来修正刀具具体半径或长度与其程序规定的值之差。机床对刀具的控制是以刀架中心为基准的，但零件加工程序却仅给出了零件轮廓轨迹，它们之间的转换就涉及到刀具长度补偿（刀架中心与刀尖圆弧中心间的轨迹转换）及刀具半径补偿（零件轮廓与刀具刀尖圆弧中心间的轨迹转换。对刀具的磨损进行精密补偿，才能进一步提高加工精度。因此，精密锁削和精密车削加工过程中的误差补偿技术是机械加工工艺装备研究中的重要课题。

1数控车削中刀具半径补偿的原因

在数控车削中，为了提高刀尖的强度，降低加工表面粗糙度，延长车刀使用寿命，通常所选用的刀具的刀尖处有一个圆弧过渡刃（一般圆弧半径为0.2—1.6）。X向和Z向的交点P称为假想刀尖，该点是编程时确定加工轨迹的点，数控系统控制该点的运动轨迹。然而实际切削时起作用的切削刃是圆弧的A、B之间的圆弧切点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。用圆头车刀进行车削加工时，实际切削点A和B分别决定了X向和Z向的加工尺寸。因此，车端面和内外圆柱表面时不需要对刀尖圆弧半径进行补偿。但是当加工轨迹与机床轴线不平行（斜线或圆弧时），则实际切削点与理想刀尖点之间在X、Z轴方向都存在位置偏差。在数控系统中预先设定偏置参数，数控系统会自动计算刀具中心轨迹，使刀具偏离图形轮廓一个刀具半径值，从而使刀具能加工到图形的实际轮廓，这种功能即为刀具半径补偿功能。

2数控车床刀具补偿

刀具偏置补偿

数控车床加工零件时，安装刀具手动方式操作使数控车床回机床参考点，机床的原点和工件的原点是不重合的，也不可能重合。这时车刀的关键点（刀尖或刀尖圆弧中心）处于一个具体位置上，然后将刀具的关键点移动到工件原点上（这个过程叫对刀）。刀具偏置补偿是用来补偿位置之间的距离差异，可分为刀具几何偏置补偿和刀具磨损偏置补偿，几何补偿是指实际刀具与标准刀具在X方向和Z方向的差值，磨损补偿是指刀具磨损以后和实际值之间的偏差。不同数控系统刀具偏置补偿指令格式有所区别，一般用T功能指令来实现，程序中位置补偿指令格式为T功能及后面的数字代码。

2.2刀具外形补偿

刀具外形补偿有绝对补偿和相对补偿2种方式。绝对补偿方式中，刀具外形补偿值是机床回到机床零点、各车刀旋转至加工工位时，工件坐标系零点相对于刀架当前加工工位上各车刀刀尖位置的有向距离，也称为刀具偏置值。目前，国内使用的数控车系统如FANUC0iT、HNC21-T、HNC8-T等均使用绝对补偿。图1刀具外形补偿早期的数控车系统也有采用相对补偿方式，在对刀时，假定1号刀为标准刀，其刀具外形补偿值是机床回到机床零点、1号车刀旋转至加工工位时工件坐标系零点相对于1号车刀刀尖位置的有向距离。当其他各车刀转到加工位置时，其刀尖位置相对于标准刀具刀尖位置会出现偏差，因此，将此有向偏差值ΔX、ΔZ作为其外形补偿值。

2.3刀尖圆弧半径补偿

数控车床编程和对刀操作时，是以理想尖锐的车刀刀尖点为基准进行的.为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度，实际加工中的车刀刀尖不是理想的尖点，总是有一个半径不大的圆弧，刀尖的磨损还会改变小圆弧的半径.刀尖半径补偿的目的就是解决刀尖圆弧可能引起的加工误差.数控编程时假设固定的刀尖点沿零件轮廓移动进行车削，而实际上刀尖圆弧上的各个点都有可能是切削点.在加工端面或圆柱面时，切削刃的移动轨迹与零件轮廓重合，不会产生加工误差.而在加工圆弧面或锥面时，车床的两个轴联动，切削刃的移动轨迹与零件轮廓不重合，则会造成欠切削或过切削的现象，采用刀具半径补偿功能，刀具运动轨迹指的不是刀尖，而是刀尖上刀刃圆弧中心位置的运动轨迹.编程者以假想刀尖按零件实际轮廓编程，数控系统利用刀尖半径补偿功能自动计算出刀尖的实际运动轨迹，使车刀偏离零件轮廓一个刀具半径值，使刀刃与工件轮廓相切，从而消除了刀尖圆弧半径对工件形状的影响，加工出所要求的工件轮廓.

3数控车床刀具补偿的应用及注意事项

3.1应用

（1）改变刀补值实现零件的粗、精加工若人为地使刀具中心与工件轮廓偏置值不是一个刀具半径，而是某一给定值，则可以用来处理粗、精加工问题。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，其补偿方法为：设精加工余量为Δ1，刀具半径为r，微量调整量为Δ2，首先，人工输入刀具的半径补偿为r+Δ1，即可完成粗加工;在精加工时，输入刀具的半径补偿值为r+Δ1+Δ2，即可完成最终的轮廓精加工。调整量为Δ2视实际情况而定，粗加工完了测量加工尺寸，如果实际尺寸比所要尺寸大则Δ2就为正值，比实际尺寸小则为负值。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。改变刀补值对零件进行加工修正，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。（2）保证工件位置不变的措施：首件试切完端面后，用钢尺测量工件距三爪自定心卡盘端面的伸出长度。当更换工件时，用钢尺检测，保证下次装夹后的伸出长度略长，并在程序中添加端面车削简单循环指令（如G94X-0.5Z0F0.2）即可确保后续零件和试切件在Z向的相对位置不改变。由于三爪自定心卡盘的自动定心功能，重新装夹后，零件在X向的相对位置不改变。

3.2刀具补偿应用注意事项

（1）正确判断工件相对于刀具的位置。（2）G41、G42指令应和G01、G00一起调用，并在切削完轮廓后用G40指令取消刀尖半径补偿。（3）在有锥面或圆弧加工时，必须在精车锥面或圆弧前一程序段或之前添加刀具半径补偿。（4）必须在刀具补偿界面对应位置准确填入刀尖半径值，作为CNC装置自动计算移动补偿量的依据。（5）正确判断刀尖形状方位参数，并在刀具补偿界面对应位置准确填入假想刀尖的补偿号，作为刀具半径准确方位补正的依据。（6）指令刀尖半径补偿G41、G42后，刀具路径必须单方向递增或递减，即指定刀具路径为Z轴负方向就不可向Z轴正方向走刀。如必须正向走刀，必须提前取消刀尖半径补偿。（7）建立刀尖补偿后，需注意在Z向移动量必须大于刀尖半径，在X轴方向的移动量必须大于二倍刀尖半径才能保证不欠切。（8）切削工件右端面时，无需指令G41、G42进行刀尖半径补偿，但是X轴进给的终点坐标应为-2R，即刀尖越过工件中心线的距离恰好是刀尖圆弧半径，这样才能够保证加工面的质量。

结语

随着数控车床在生产实际中的广泛应用，在数控程序的编制过程中，编程人员必须熟悉刀具的选择方法以及刀具的补偿参数的处理.正确合理使用刀具的补偿功能，能够减少加工误差，保证工件的加工质量，切实提高企业的生产效率.

参考文献：

[1]焦红卫.基于FANUC-OiTD的刀尖圆弧半径补偿应用研究[J].机床与液压，2013，41（4）：56-57.

（作者單位：皖西经济技术学校）