刀尖圆弧半径补偿加工优化技巧

1.刀具补偿功能的定义

在数控编程过程中，一般不考虑刀具的长度与刀尖圆弧半径，只需考虑刀位点与编程轨迹重合。但在实际加工过程中，由于刀尖圆弧半径与刀具长度各不相同，在加工中会产生很大的加工误差。因此，实际加工时必须通过刀具补偿指令，使数控机床根据实际使用的刀具尺寸，自动调整各坐标轴的移动量，确保实际加工轮廓和编程轨迹完全一致。数控机床根据刀具实际尺寸，自动改变机床坐标轴或刀具刀位点位置，使实际加工轮廓和编程轨迹完全一致的功能，称为刀具补偿功能。

刀具补偿分为刀具偏置和刀尖圆弧半径补偿两种。在FANUC系统CRT显示为“刀具补正”。

2.刀具的偏置

刀具偏置是用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之差的功能。车床数控系统规定X轴与Z轴可同时实现刀具偏置。

刀具偏置分为刀具几何偏置和刀具磨损偏置两种。由于刀具的几何形状不同和刀具安装位置不同而产生的刀具偏置称为刀具几何偏置；由于刀具刀尖的磨损产生的刀具偏置则称为刀具磨损偏置（又称磨耗）。以下叙述的刀具偏置主要指刀具几何偏置。

刀具偏置示例如下图所示。以1号刀作为基准刀具，工件原点采用G54设定，则其他刀具与基准刀具的长度差值及转刀后刀具从刀位点到A点的移动距离见下表。

▲刀具偏置补偿功能示例

▼刀具偏置补偿示例

图中是FANUC数控系统的刀具几何偏置参数设置。如果要进行刀具磨损偏置设置，则只需按下软键即可进入相应的设置画面。

▲FANUC数控系统刀具补偿参数设定

在图的代码“T”不是指刀具号，也不是指刀具补偿号，而是指刀具切削沿类型。

3.刀尖圆弧半径补偿

（1）刀尖圆弧半径补偿的定义 在数控实际的加工中，由于刀具产生磨损以及精加工时的需要，常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，而应与工件轮廓偏置一个半径值，这种偏置称为刀尖圆弧半径补偿。圆弧形车刀的切削刃半径偏置也与其相同。

（2）假想刀尖与刀尖圆弧半径 在理想状态下，尖形车刀的刀位点成一个假想点，该点即为假想刀尖，如图中的O点。在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但车刀在实际加工中，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（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（图中的r）。实际加工中，所有车刀均有大小不等或近似的刀尖圆弧，假想刀尖是不存在的。

▲假想刀尖示意图

（3）未使用刀尖圆弧半径补偿时的加工误差分析

用圆弧刀尖的外圆车刀切削加工时，圆弧刃车刀的对刀点分别为B点和C点，所形成的假想刀位点为O点，但在实际加工过程中，刀具切削点在刀尖圆弧上变动，从而在加工过程中可能产生过切或欠切现象。因此，采用圆弧刃车刀在不使用刀尖圆弧半径补偿功能的情况下，加工工件时就会出现几种误差情况。

▼未使用在圆弧补偿功能时的误差情况

（续）

（4）刀尖圆弧半径补偿指令 刀具半径补偿一般必须通过准备功能指令G41/G42建立，刀具半径补偿建立后，刀具中心在偏离编程工件轮廓一个半径的等距上运动。

1）刀尖半径左补偿指令G41。顺着刀具运动方向看，刀具在工件左侧，称为刀尖半径左补偿，用G41代码编程。

▲刀尖半径左补偿

刀尖半径左补偿指令G41书写格式为：

G41 G00/G01 X_Z_F_；

2）刀尖半径右补偿指令G42。顺着刀具运动方向看，刀具在工件右侧，称为刀尖半径右补偿，用G42代码编程。(www.xing528.com)

▲刀尖半径右补偿

刀尖半径左补偿指令G42书写格式为：

G42 G00/G01 X_Z_F_；

3）取消刀尖半径左右补偿指令G40。如需要取消刀尖半径左右补偿，可编入G40代码。这时，使假想的刀尖轨迹与编程轨迹重合。

取消刀尖半径左右补偿指令G40书写格式为：

G40 G00/G01 X_Z_F_；

提示：

使用刀尖半径补偿时应注意：

1）G41、G42、G40不能与圆弧切削指令写在同一个程序段内。

2）在调用新刀具前或要更改刀具补偿方向时，中间必须取消刀具补偿。目的是为避免产生加工误差或干涉。

3）在G41方式中，不要再指定G42方式，否则补偿出错，同样，在G42方式中，不要再指定G41方式。当补偿取负值时，G41和G42或互相转化。

4）G41和G42之后的程序段，不能出现连续两个或两个以上的不移动指令，否则G41和G42会失效。

（5）圆弧车刀刀具切削沿位置的确定 采用刀尖圆弧半径补偿进行加工时，如果刀具的刀尖形状和切削时所处的位置（即刀具切削沿位置）不同，那么刀具的补偿量与补偿方向也不同。根据各种刀尖形状与刀尖位置的不同，数控车刀的刀具切削沿位置共分为9种。

▲刀具切削沿位置

P—假想刀尖点 S—刀具切削沿圆心位置 r—刀尖圆弧半径

除9号刀具切削沿外，数控车床对刀均是以假想刀位点来进行的。也就是说，刀具偏置存储器中或G54坐标系设定的值是通过假想刀尖点进行对刀后得到的机床坐标系中的绝对坐标值，如图c所示中的P点。

提示：

刀尖圆弧半径补偿的过程分为三步：即刀补的建立、刀补的进行和刀补的取消。刀补建立时，车刀圆弧刃的圆心从与编程轨迹重合到与编程轨迹偏离一个偏置量。在进入补偿模式后，车刀以刃的圆心与编程轨迹始终相距一个偏置量，直至取消刀补。当刀具离开工件后，车刀圆弧刃的圆心过渡到与编程轨迹重合。

练一练：

利用刀具补偿，完成下图所示端面与台阶的车削。

（1）加工过程分析 将工件坐标原点设为零件右端面与轴线的交点O。采用后置刀架，刀具装在1号刀位。快速定位点设置在（85，10）处。工件图中AB段为刀补建立；BCDE段为刀补进行；EF段为刀补取消。

▲刀具补偿加工图样

▲ 刀尖圆弧半径补偿过程

（2）加工程序

▼刀尖圆弧半径补偿过程加工程序