刀具半径补偿在CNC编程中的错误及正确应用

刀具半径补偿在CNC编程中的错误及正确应用

李荣辉

（广东长盈精密技术有限公司广东东莞523000）

摘要：在CNC编程中，合理地引入刀具半径补偿，可以使刀具轮廓轨迹的处理变得更简单。但是，由于使用刀具半径补偿要遵循很多相应法则，因此造成一些编程员刻意避开使用刀具半径补偿。本文将从以下几个方面对刀具半径补偿在实际应用中出现的错误加以分析，并给出一些有益的建议，希望能够提供解决此类问题的一些基本方法和思路。

关键词：刀具半径补偿；编程；应用

随着数控技术的不断发展，数控机床越来越广泛地运用到各类机械制造行业。数控机床的运行必须按事先编制好的加工程序运行。因此，程序编制的质量直接影响到加工零件的质量要求。零件程序的编制，除根据零件图的形状、尺寸、材料及技术要求确定加工工艺过程、工艺参数、切削用量及位移数据外，还应考虑各基点的计算繁易以及数控系统的功能，尤其对数控铣床、加工中心等使用带有半径的刀具的机床，为简化计算，其编程往往要以刀具中心为编程轨迹，但计算各轨迹基点又会带来大量的、复杂的计算过程.为解决这问题，数控机床大多备有刀具半径补偿功能，以减轻计算难度.但是，刀具半径补偿在使用方面有着许多特殊的要求，本文总结多年来的实际经验，从以下几个方面进行简单分析。

一、刀具半径补偿含义

数控机床在加工过程中，它所控制的是刀具中心的轨迹，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序，因而为了加工所需的零件轮廓，在进行内轮廓加工时，刀具中心必须向零件的内侧偏移一个刀具半径值；在进行外轮廓加工时，刀具中心必须向零件的外侧偏移一个刀具半径值。如图3-25所示。这种根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。在图中，实线为所需加工的零件轮廓，虚线为刀具中心轨迹。根据ISO标准，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓）前进方向的右边时，称为右刀补，用G42指令实现；反之称为左刀补，用G41指令实现。

二、常用方法

1．B刀补

特点：刀具中心轨迹段间都是用圆弧连接过渡。

优点：算法简单，实现容易。

缺点：

（1）外轮廓加工时，由于圆弧连接时，刀具始终在一点切削，外轮廓尖角被加工成小圆角。

（2）内轮廓加工时，必须由编程人员人为的加一个辅助的过渡圆弧，且必须保证过渡圆弧的半径大于刀具半径。这样：一是增加编程工作难度；二是稍有疏忽，过渡圆弧半径小于刀具半径时，会因刀具干涉而产生过切，使加工零件报废。

2．C刀补

特点：刀具中心轨迹段间采用直线连接过渡。直接实时自动计算刀具中心轨迹的转接交点。

优点：尖角工艺性好；在加工内轮廓时，可实现过切自动预报。

两种刀补在处理方法上的区别：

B刀补采用读一段，算一段，走一段的处理方法。故无法预计刀具半径造成的下一段轨迹对本段轨迹的影响。

C刀补采用一次对两段并行处理的方法。先处理本段，再根据下一段来确定刀具中心轨迹的段间过渡状态，从而完成本段刀补运算处理。

三、工作原理

（一）刀具半径补偿的过程

刀具半径补偿的过程分三步。

1．刀补建立

刀具从起点接近工件，在编程轨迹基础上，刀具中心向左（G41）或向右（G42）偏离一个偏置量的距离。不能进行零件的加工。

2．刀补进行

刀具中心轨迹与编程轨迹始终偏离一个偏置量的距离。

3．刀补撤消

刀具撤离工件，使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点（如起刀点）重合。不能进行加工。

（二）C机能刀具半径补偿的转接形式和过渡方式

转接形式

随着前后两段编程轨迹线形的不同，相应的刀具中心轨迹有不同的转接形式。CNC系统都有直线和圆弧插补功能，对这两种线形组成的编程轨迹，有四种转接形式：

（1）直线有直线转接；

（2）直线与圆弧转接；

（3）圆弧与直线转接；

（4）圆弧与圆弧转接

四、刀尖圆弧半径补偿意义

刀尖圆弧半径补偿在数控车床加工工件的过程中，大大提高了工件的数值精确度。在编写程序的时候更为简单和容易，节省了大量的时间。生产同样规格的工件，采用了刀具位置补偿的生产企业能够节省更多的时间，对于加强企业的竞争了来说是尤为重要的。株洲硬质合金集团作为我国刀具企业的佼佼者在这一方面一直做得很好，通过与时俱进，引进最先进的技术来克服生产中的问，将生产效率提高了几倍。在数控车床中进行刀具补偿，减少了人力物力，给车间管理也带来了很大的益处。简化的程序帮助刀具在磨损的情况下仍然能够加工出规格一致的工件。

五、参考参数

1、刀尖半径补偿刀尖圆弧半径大小后，刀具会自动偏离零件轮廓半径距离。因此必须将刀尖圆弧半径尺寸输入系统的存储器中。一般粗加工取0.8mm，半精加工取0.4mm，精加工取0.2mm。

2、车刀形状和位置车刀形状不同，决定刀尖圆弧所在的位置不同，执行刀具补偿时，刀具自动偏离零件轮廓的方向也就不同。因此也要把代表车刀形状和位置的参数输入到存储器中。

六、解决刀具半径补偿错误的基本思路

解决问题的关键是要知道问题出现的原因，即在问题解决前必须知道或找出真正的原因。对于CNC程序使用刀具半径补偿在启动或加工时出错，失败的原因往往是相同的，即存储的刀具半径不能适应分派的空间。因为现代控制系统使用的是“向前看”形式的刀具半径补偿功能，因此不论问题是与参数的设定有关，还是与程序本身有关，任何可以被检测的补偿错误，都可以在造成破坏之前被检测到。

七、刀具半径补偿错误的具体分析及解决办法

1.补偿在圆弧上开始或结束

G41、G42和G40不能与圆弧模式共同编程，仅允许在G00和G01模式下完成，否则会导致系统报警。这是一条非常特殊的法则，意味着：刀具切入运动必须在轮廓线圆弧运动前被编程，而刀具切出运动必须在轮廓线圆弧运动后被编程。解决办法如图1和图2所示，即只有在直线模式下的刀具导入和导出，刀具半径补偿才可以正常应用。

2.编程时刀具半径补偿作用得太晚或太早

（1）如果刀具补偿是在刀具已经完成朝第一个实体轮廓运动之后开始的，此时补偿启动将过晚，并且轨迹也将不正确。

2）如果刀具补偿是在刀具朝最后一个实体轮廓运动之后就开始取消，则补偿取消过早，并且轨迹也将不正确。

3.内轮廓拐角过切

（1）在对封闭的内轮廓拐角编程时，可能引起与刀具半径补偿有关的错误

（2）对封闭的内轮廓正确的编程方法是：选择轮廓单元的中心或类似的位置开始，图7表示了两种正确的方法。图7所示的两种情况下，开始和结束是在矩形的中心位置，然而，为了节省不必要的切削，当然这个位置也不是唯一固定的。

4.轴运动缺失

在刀具半径补偿过程中，刀具下一步如何运动是基于读取下一个程序段但不去执行它的原则，也就是说，补偿过程是“向前看”的。

在示例中，N7程序段没有沿轴向的直线运动，此时控制系统将会继续查看下一个程序段N8，如果找到了一个沿轴向的直线运动，它就会正确地进行补偿；如果N8程序段依然没有沿轴向的直线运动，此时控制器不会做出适当的补偿，这是因为大多数控制系统只有向前预读两个程序段的功能。

5.存储的刀具半径不能适应分派的空间

（1）加工半径小于刀尖半径的内拐角。当拐角的半径小于刀具半径时，因为刀具内偏将导致过切，系统将显示报警且CNC停在程序段起点。在单程序段执行后，刀具停止而产生过切。

（2）加工小于刀尖半径的沟槽。由于刀尖半径补偿迫

使刀具中心轨迹向着与编程轨迹相反的方向运动，将产生过切，在这种情况下，系统将显示一个报警，CNC停止在该程序段的起点。

（3）加工内圆弧轮廓时，设定刀具半径不应大于工件轮廓的半径，否则系统将给出警报提示。此外，下面的两法则也要在半径补偿编程中要加以注意：

铣削加工时，半径补偿地址D不要在G41/G42程序段之后的程序段使用。

车削加工时，刀尖方向号T只能在G41/G42模式下有效，并且必须在程序进行之前设定。

结语

刀具半径补偿指令是CNC编程应用中最重要的指令之一。对于应用中出现的问题，只有在深入理解刀具半径补偿原理之后，才能真正找到解决问题的关键所在，更好地应用刀具半径补偿特性，优化程序，提高编程效率和零件加工精度。

参考文献：

[1]http：//www.idnovo.com.cn/magazine/2011/1030/article_1927.html.

[2]https：//baike.sogou.com/