数控车床的刀尖半径补偿分析及应用

李益平

（江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212006）

引言

采用尖角车刀对加工及编程都很方便，但由于刀具越尖就越容易磨损，并且当刀具太尖而进给速度又较大时，一般的轮廓车削将产生车螺纹的效果即使减小进给速度，也会影响到加工表面的粗糙度。为此，在数控切削加工中，一般把刀尖磨成圆弧形的切削刃。

1 刀具半径补偿的原因

为简化编程，通常将车刀刀尖看作是一个点—假想刀尖点P（见图1）。在车端面时，用B点切削，刀尖圆弧的实际切削点与理想刀尖点的Z坐标值相同；车外圆柱表面和内圆柱孔时，用A点切削，实际切削点与理想刀尖点的X坐标值相同。刀尖圆弧不影响工件尺寸及形状，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。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，如图2所示。以理想刀尖点P编程的进给轨迹为图中轮廓线，圆弧刀尖的实际切削轨迹为图中斜线所示，会造成少切或过切现象，造成了加工误差。刀尖圆弧半径R越大，加工误差越大。刀尖半径补偿的目的就是为了解决刀尖圆弧可能引起的加工误差。

2 刀具半径补偿的实现

2.1 补偿指令

为了规范零件编程，ISO标准规定：当刀具沿编程轨迹前进方向左侧运动时，称为左刀补，用G41表示；反之，沿编程轨迹前进方向右侧运动时，称为右刀补，用G42表示，如图3所示。取消刀具半径补偿用G40表示。G40必须和G41或G42成对使用。

刀具半径补偿的工作过程：

（1）刀补的建立：就是当刀具从起点接近工件时，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。

（2）刀补进行：在 G41，G42 程序段执行后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量，直到刀补取消。

（3）刀补的取消：即刀具离开工件，刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程。

2.2 刀尖方位的确定

假想刀尖的方位有8种位置可以选择（见图3）。如果按刀尖圆弧中心编程，则选用0或 9。

2.3 FANUC OI数控车床刀具半径补偿功能的设置

以FANUC OI数控系统车床为例说明设置刀尖半径补偿值的方法，按MDI键盘上的OFFSET/SETING键，调整到几何形状补偿对话框，如图4所示：

如1号刀具的刀尖半径为0.2，刀尖方位编号为3，设置刀尖半径补偿时先将光标调整到R下面的位置，在数据输人缓冲区输人0.2，按INPUT键输人数据，然后再将光标调整到T下面的位置，在数据输人缓冲区输人刀尖方位编号3，按INPUT键，完成刀尖圆角补偿设置，编程时通过调用半径补偿指令来执行刀具半径补偿功能。

3 刀具半径补偿在圆弧加工中的应用

加工图5所示的零件，设刀尖圆角半径为0.2，车床刀架为前置刀架，刀尖方位角为3。根据以上方法设置刀具半径补偿参数，加工程序如下：

O0001；

N10 M03 S600；

N20 T0101；

N30 G00 X50 Z100；

N40 G00 X0 Z5；

N50 G01 G42 Z0 f0.1；

N60G03U24W-24 R15；

N70 G02 X26 Z-31 R5；

N80 G01 Z-40；

N90 G00 X30；

N100 G42 X50 Z100；

N110M05；

N120M02；

在调用半径补偿指令后，加工精度达到了设计要求。由于在加工中应用了刀尖半径补偿功能，零件圆弧部分的误差都大大地减小了。

4 结语

刀具补偿功能的主要作用在于简化零件的数控编程加工，即编程者无需考虑刀具的形状尺寸，按零件的轮廓尺寸编程。在加工前，操作者把圆弧半径作为补偿参数输人数控系统。加工时，通过调用刀补值，自动进行补偿，从而保证零件的加工精度。

[1]高风英主编.数控机床编程与操作切削技术.南京：东南大学出版社，2009.3

[2]蔡兰，王霄主编.数控加工工艺学.北京：化学工业出版社，2005.3

[3]李家杰主编.数控机床编程与操作实用教程，南京：东南大学出版社，2005年