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1、数控加工中刀具补偿应用研究 指导老师： 魏保立 姓 名： 屠姬飞 学 号： 090323012 系 别： 机电工程系 专业班级: 机电一体化09A1 前 言刀具补偿是数控加工系统的一个基本功能，在手工编程轮廓铣削加工中广泛使用，如何深人掌握和应用此功能，在数控加工中有非常重要的意义，在进行轮廓加工中，由于刀具有一定的半径，刀具中心轨迹与工件 轨迹常不重合。通过刀具补偿功能指令，CNC 系统可以根据输入补偿量或者实际 的刀具尺寸，使机床自动加工出符合程序要求的零件。目前，刀具半径补偿功能 已广泛应用在数控加工中，对数控技术的发展有很大的指导意义。 刀具半径补偿即根据按零件轮廓编制的程序和预先设定

2、的偏置参数，实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。 从国内外研究现状来看， 刀具半径补偿功能已广泛应用在数控加工中。 目前， 在我国刀具半径补偿得到了很好的发展。 但是在加工中， 还是存在一定的问题。 如： 刀具的合理选择、 加工中正确的走刀轨迹、 正确使用刀具半径补偿的指令等。 在国外，刀具半径补偿有了非常成熟的发展。主体现在：加工零件的精度，加工质量及生产率。 鉴于国外刀具半径补偿的成熟应用，我国仍需有待提到，这对制造将会产生积极的影响。- 2 -摘要刀具补偿功能广泛应用在数控加工中。实际加工过程中，由于不同刀具 的半径各不相同，在加工中会产生很大的加工误差。因此，实际加工时

3、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，如果能合理建立和灵活运用刀具补偿，对简化编程和提高数控加工质量 会带来很大的帮助。本文就加工中如何应用刀具补偿作一些探讨。 针对刀具补偿功能在数控铣削中的应用， 研究其在加工中存在的问题并对此进行解决，尽量避免此类问题的发生。关键词：刀具半径补偿；功能；数控；工艺；程序；指令。- 3 -目录绪论5第一章 数控加工中刀具补偿概念7一、 刀具半径补偿概念、意义二、 刀具长度补偿概念、意义第二章 刀具补偿功能在数控加工中的应用9一、数控车床中刀尖圆弧半径补偿的应用二、刀具半径补偿在数控铣削中的应用1.应用刀具半径补

4、偿2.利用刀具半径，实现零件粗精加工3.利用刀具补偿，提高加工精度三、刀具长度补偿在数控加工中心的应用1.利用刀具长度补偿，进行分层铣削2.利用刀具长度补偿，空运行程序四、加工举例第三章 数控车床刀具半径、长度补偿分析13一、刀尖圆弧引起误差分析1 刀尖圆弧误差原因2 刀具圆弧半径补偿计算二、刀具半径补偿实现1 刀具半径补偿方法2 刀具半径补偿注意事项三、刀具长度补偿分析四、合理把握刀具长度补偿时机进刀过切及其解决方案五、确定刀具长度补偿的三种方法第四章 数控铣床编程中刀具半径补偿使用技巧分析19一、使用直径不同的刀具，可以不改变加工程序，只改变刀具表中的直径值即可二、对工件进行粗、半精、精加

5、工时，也可以不改变加工程序，改变刀具表中的刀具偏置值即可三、工粗、精电极可以用同一加工程序而选择不同的刀具补偿结论21致谢22参考文献22绪论刀具补偿功能的研究目前已被广泛应用于数控加工中，同时 也是提高数控加工精度，产品质量的一个重要的研究课题。迄今为止，刀具补偿功能的研究非常普遍，但是在实际的加工中，却存在很多的问题，因此，还有很大的探索空间。鉴于此，本课题的提出主要是根据在数控加工中，刀具补偿应用所存在的问题进行研究，探讨出原因及提出解决方法 研究条件：数控铣削机床、刀具、及编程软件 应用环境：数控加工中车床、铣床、加工中心及 Mastercam、Proe 等编程软 件 工作目的：通过对

6、刀具补偿功能在数控加工中的应用研究，尽量避免在 实际加工中问题的出现。期望可以达到提高切削加工中的生产效率，提高产品 的质量及精度，并对数控加工产生积极的指导意义的目标。 主要内容和要求： 此论文的主要研究内容是： 1，刀具半径补偿功能的应用 （1） ，在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换经常发生，应 用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。 在零件加工过程中，刀具由于磨损而使其半径变小，若造成工件误差超出其工件公差，则不能满足加工要求。假设原来设置的刀补值为某一值，经过一段时间的加工后，刀具半径的变为另一值，此时，可仅修改该刀具的刀补值：由原来的改

7、为变化后的，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。 （2）改变刀补值实现零件的粗、精加工。刀具补偿功能还有一个很重要的用途就是实现零件的粗、精加工。如果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，同一尺寸的刀具。此文将详细介绍其补偿方法。 2，刀具补偿功能在铣削应用中所产生的问题 （1）刀具补偿产生过切的几种情况：指定平面内存在二段或二段以上 非移动指令段； 在两个运动指令之间有两个辅助功能程序段， 也可能造

8、成过切等。 (2)在补偿开始时，只能用G01或Goo，不能用圆弧插补指令(G02或G03)，否 则会产生报警。 (3)在补偿进行时， 在指定的平面内如果连续有两个或以上的非移动指令(辅 助机能或暂停等)。则会产生过切或切削不足。 (4)在补偿撤消时，只能用G01或GoO，不能用圆弧插补指令(G02及G03)，否 则会产生报警且刀具停止；在“单程序段”方式下，执行一个程序段后停止，再 一次按起动按扭，执行下一个程序段而不再读取下一个程序段。 3，刀具补偿的指定，建立与撤销及使用中的注意事项 如在使用事项中应注意以下几点： 1）G41( 或 G42) 必须与 G40 成对使用； 2）编入 G41、

9、G42、G40 程序段，必须用和 G01(G40 程序段亦可用 G00，但 一般用 G01) 功能配合使用，且在使用时不允许有两句连续的非移动指令； 3）G41( 或 G42) 与 G40 之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子 程序加工等； 4）D00 - D99 为刀具补偿号，D00 意味着取消刀具补偿。刀具补偿值在加工或运行之前必须设定在补偿存储器中； 5）刀具补偿的建立与取消，应在辅助程序段中进行，不能编程在轮廓 加工的程序段上。- 5 -二、数控刀具补偿的含义 由于程序所控制的刀具刀位点的轨迹和实际刀具切削刃口切削出的形状并不重合，它们在尺寸大小上存在一个刀具半径和刀具长短的差

10、别，为此就需要根据实际加工的形状尺寸算出刀具刀位点的轨迹坐标，据此来控制加工。加工中刀具尺寸及精加工余量间的调适问题，可由刀具半径补偿( 以下简称刀补) 功能予以解决。刀补功能可实现刀具中心偏置，从而使刀刃切削点的尺寸，即为工件要求加工的尺寸。粗加工时，为考虑保留精加工余量，一般设置刀具中心补偿量为:刀具半径加精加工量。这样，刀具中心会在程序编制的工件轮廓的基础上按预设补偿量自动偏置。而精加工时，根据粗加工后测量尺寸的结果，计算还剩多少加工余量，再调整刀具中心补偿量。在程序中设定刀补方向和调用相应补偿量，实际刀具切削形成的加工轮廓轨迹是在编程轨迹基础上按补偿量和补偿方向作放大或缩小，形成外轮廓

11、或内轮廓加工。由于数控系统软件具有自动计算刀补、完成插补运算、生成加工轨迹等功能，给编程、加工带来极大方便。- 6 -第一章 数控加工中刀具补偿概念一、刀具半径补偿 刀具半径补偿的概念。因为有了刀具半径补偿，我们在编程时可以不要考虑太多刀具的直径大小。以铣刀铣削外轮廓为例，在没有使用半径补偿时，编程人员必须依次算出刀具中心各点的坐标，然后才能进行编程。当刀具直径发生变化时，各点的坐标必然也会发生变化，程序中的坐标点需重新进行计算，这样使得每一次刀具变化都要重新计算重新编程，大大增加了编程工作量。同样的情况如果使用了刀具半径补偿，编程人员不必计算刀具的实际中心轨迹，只需根据工件的轮廓计算出图纸上

12、各点的坐标值然后编出程序，再把刀具半径作为补偿量放在半径补偿寄存器里。数控装置能自动计算出刀具中心轨迹，不管刀具半径如何变化，我们只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小，对上述程序基本不用作修改。 刀具半径补偿的指令。刀具半径补偿是通过指令G41、G42来执行的，基本格式为G41/G42 G00/G01 X_ Y_ H_；其中H为补偿量代码。补偿有两个方向：当沿着刀具切削方向看，刀具在工件轮廓的左侧是刀具半径左补偿用G41，反之则是刀具半径右补偿用G42。取消补偿用G40；刀具半径补偿的应用。在应用G41、G42进行半径补偿时，应特别注意使补偿有效的刀具移动方向与坐标。刀具半径补

13、偿的起刀位置很重要，如果使用不当刀具所加工的路径容易出错，将会影响加工的零件形状。正确的走刀应该是在刀具没有切削工件之前让半径补偿有效，然后再进行正常的切削。同样的道理在取消刀具半径补偿时，也应该是在切削完毕离开工件之后。 二、刀具长度补偿 刀具长度补偿的概念。数控铣床上刀具长度补偿只是和Z坐标有关，对于X、Y平面内的编程零点，由于刀具是由主轴锥孔定位决定，因此X、Y平面内的编程零点位置是固定不变的。对于Z坐标的编程零点就不一样了。在铣床上应用的每一把刀具长度都是不同的，例如，我们要钻一个深度为40mm的孔，然后将其进行攻丝，攻丝深度设为30mm，加工刀具假设为一把长为250mm的钻头和一把长

14、为350mm的丝锥。首先用钻头钻削出40mm深的孔，机床以其为基准设定了相应的工件零点，当采用丝锥攻丝时，如果按照设定的工件零点开始加工，则由于两把刀具长度不同，从而使得攻丝过长，损坏了刀具和工件。此时如果采用刀具长度补偿，那么当工件零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z-）补偿了丝锥与钻头的长度差，保证了加工零点的正确，这样就不会损坏刀具和工件了。 刀具长度补偿的指令。刀具长度补偿一般通过含有G43（G44）和H指令来实现的，格式为指令格式为G43 G01 Z_H_；或G44 G01 Z_H_。其中G43表示刀具长度正补偿，即把编程的Z值加上H

15、代码指定的偏值寄存器中预设的数值后作为CNC实际执行的Z坐标移动值，也就是说实际执行的Z坐标值为Z=Z_+(H_)；而G44则正好相反，实际执行的Z坐标值为Z=Z_-(H_)。其中H可设正值或负值，我们可以将这两个指令通过H的正负值设定进行统一，即只用G43和G44其中之一。加工结束后要取消刀具长度补偿，用指令G49实现；刀具长度补偿的- 7 -应用：(1)用刀具的实际长度作为刀具长度的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀具的实际长度作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把测量出来的数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀具长度补偿。以避免加工不同的工件时不断地修改刀具长度偏置值，减少由此产生的

16、操作失误。（2）以其中一把较长的刀作为标准刀具，这个标准刀具的长度补偿值为0，其余刀具实际长度与标准刀具长度的差值作为这些刀具的长度补偿数值，输入到其所采用的H代码地址内。（3）利用每把刀具到工件坐标系原点的距离作为各把刀的刀长补偿，该值一般为负；此时用于设定工件坐标系偏置的G54的Z值为0。- 8 -第二章 刀具补偿功能在数控加工中的应用 刀具补偿功能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化（如刀具更换、刀具磨损）时，可对刀具半径或长度做相应的补偿，而不需要修改程序。刀具补偿有半径补偿和长度补偿，编程指令有：G40取消刀具半径补偿，沿程序路径进给；G41左偏刀

17、具半径补偿，按程序路径前进方向，刀具偏在零件左侧进给；G42右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向，刀具偏在零件右侧进给；G43刀具长度正补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相加，按其结果进行Z 轴运动；G44刀具长度负补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相减，按其结果进行Z 轴运动；G49取消刀具长度补偿，沿程序指定的Z 坐标进行Z 轴运动。在实际数控加工中正确应用刀具补偿是提高加工质量的关键，下面对刀具补偿功能在各种数控加工的应用进行分析。一、数控车床中刀尖圆弧半径补偿的应用编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，

18、通常将刀尖磨成半径不大的圆弧(一般圆弧半径为0.41.6mm之间)，所以实际切削时起作用的是切削刃圆弧与被加工表面所形成的两个切点，它们是实际切削加工时形成工件表面的点。很显然，假想刀尖点与实际切削点是不同的点，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。现代机床基本都具有刀具补偿功能，对于具有刀尖圆弧半径补偿功能(G41左补偿和G42右补偿功能) 的数控车床，对应每一个刀具补偿号，都有一组偏置量X 、Z ，刀尖半径补偿量R 和刀尖方位号T 。编程人员可直接根据零件轮廓形状进行编程，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号

19、输入刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀具补偿号的圆弧半径值即可。而实际加工中，用圆头车刀进行车削加工时，实际的两个切削点分别决定了X 向和Z 向的加工尺寸。为了简化编程和操作，加工前往往根据装刀位置、刀具形状确定刀尖方位号，直接通过机床面板上的功能键O F F S E T分别设定各刀具的X 向和Z 向的补偿值，在加工时调用相应刀具的补偿号即可。最后根据所加工零件的尺寸精度，修改所用刀具的X 向和Z 向的补偿值，以提高零件的加工精度。二、刀具半径补偿在数控铣削中

20、的应用1.应用刀具半径补偿铣削零件的内轮廓和外轮廓铣削零件的内轮廓和外轮廓时，按零件的轮廓来编程，程序中应用T指令和G41或G42指令，在加工之前，通过机床面板的功能 键OFFSET将刀具的半径设定为刀具半径补偿值，就可以实现刀具半径自动补偿，完成内（外）轮廓的铣削了。- 9 -2.利用刀具半径，实现零件粗精加工在实际加工中，为了简化程序，零件的粗精加工都采用一个程序和同一把刀具来完成，粗加工时把刀具半径补偿值增加一个精加工余量，精加工时将刀具半径补偿值设为刀具实际半径值，或者根据零件的实际轮廓编成子程序，分别把粗精加工的刀具补偿值设在不同刀具补偿号里，粗加工和精加工时分别调用子程序并调用不同

21、的刀具补偿号即可。3.利用刀具补偿，提高加工精度当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，根据磨损量，修改相应刀具的半径补偿值，减少由于刀具磨损等造成的误差，提高加工精度。在首件试时，为了不浪费材料，也采取增加刀具补偿值的方法，根据实际测量值，再计算修改刀具补偿值，进行生产加工。三、刀具长度补偿在数控加工中心的应用加工中心具有自动换刀装置，在加工过程中可以实现自动换刀。由于所用的刀具长度不同，每次换刀后，刀具在Z向运动时，需对刀具进行长度补偿。1.利用刀具长度补偿，进行分层铣削在实际加工中，由于刀具的有效切削长度有限，机床的承载能力有限，在铣削Z 向深度尺寸较大的零件时，需要分层铣削。利用刀具长度

22、补偿，以零件实际轮廓编程，加工前根据加工深度，分层设置刀具长度补偿值，加工时调用相应层的刀具长度补偿号即可进行分层铣削了。2.利用刀具长度补偿，空运行程序在实际加工中，为了检验程序的正确性与合理性，在加工之前，要对程序进行空运行，这时，给一个较安全的刀具长度补偿值，使刀具抬起在工件上方较安全的高度上空运行程序，通过加工轨迹来检验程序正确与否。四、加工举例加工如图所示的内外轮廓（以FANUC-0i 系统加工中心编程）。外轮廓加工采用刀具半径左补偿，沿P 1P 2切入，沿P 3P 4切出，内轮廓加工采用右补偿，切入段为P 5P 7，切出段为P 6P 5。外轮廓加工完毕取消刀具半径左补偿，刀具至P

23、4点，抬刀后至P 5，再建立刀具半径右补偿。内外轮廓均采用半径为10m m的平底铣刀加工，内轮廓加工前先钻孔，钻头为T01，铣刀为T02。下面是所编制的数控程序。- 10 -O0010N0010 G54 G90 G00 X0 Y0Z100 M03 S1000 T01N0020 G00 X63 Y50N0030 G01 G43 Z10 F2000N0040 G01 Z-15 F200 N0050 G00 G49 Z10N0060 G91 G30 X0 Y0 Z0 T02N0070 M06；N0080 M03 S1000N0090 G00 X11 Y-10N0100 G01 G43 Z10 H01

24、 F2000N0110 G01 Z-5 F1000N0120 G41 G01 Y20 D01N0130 G01 Y65 F300N0140 X16 Y70N0150 X25N0160 G03 X35 Y80 R10N0170 G01 Y84N0180 G02 X45 Y94 R10N0190 G01 X79N0200 G02 X94 Y79 R15- 11 -N0210 G01 Y21N0220 G02 X79 Y6 R15N0230 G01 X45N0240 G02 X35 Y16 R10N0250 G01 Y20N0260 G03 X25 Y30 R10N0270 G01 X16 Y30N

25、0280 X-4 Y50N0290 G40 G01 X-20N0300 G00 Z100N0310 G00 X63 Y50N0320 G01 G43 Z10 F2000N0330 G01 Z-15 F300N0340 G42 X71 Y15 D01N0350 X55N0360 G02 X43 Y27 R12N0370 G01 Y73N0380 G02 X55 Y85 R12N0390 G01 X71N0400 G02 X83 Y73 R12N0410 G01 Y27N0420 G02 X71 Y15 R12N0430 G01 X63N0440 G40 G01 Y50N0450 G00 G49

26、Z100N0460 G00 X0 Y0N0470 M30铣削加工前先建立加工坐标系，并进行刀具半径补偿值和刀具长度补偿值的设定。如精加工余量为1mm，粗铣时设置刀具半径补偿值为11，精加工时刀具半径补偿值设为10。本例中在粗铣时，A 、O 两处还有残余加工余量，为减少编程工作量，也可采取增加刀具补偿值的办法去除。刀具长度补偿值根据刀具长度而设，如刀具的有效切削长度不到15mm，可采取分层切削方式，若第一层刀具长度补偿值设为7.5，则第二层设为15 。在使用刀具半径补偿时需要注意：在建立刀具补偿时，一定要有一段不为零的直线运动，而且一般运动长度要大于刀具半径值。- 12 -第三章 数控车床刀具半

27、径、长度补偿分析数控车削加工回转形圆弧面和锥面零件时,直接按图纸上的尺寸编程,车削加工出的零件尺寸就会存在误差,导致不合格产品,通过刀具半径补偿可以很好的解决这个问题。刀具补偿是补偿实际加工时所使用的刀具与编程时使用的理想刀具或对刀时用的基准刀具之间的差值,数控车床加工中刀具补偿有刀具长度补偿和刀具半径补偿两类,这也是CNC的核心功能之一。本文就数控车床刀具半径补偿问题进行了研究和探讨。一、刀尖圆弧引起误差分析1 刀尖圆弧误差原因编程时我们均是假设车刀有一个刀尖点,以此假设刀尖点切削工件,假设刀尖点为实际上不存在的点。实际上在数控车削加工过程中,为了提高刀尖强度、降低表面粗糙度、提高加工表面质

28、量,如图1所示,通常在假想刀尖H处制有一圆弧过渡刃,一般圆弧半径R有0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm等多种,此半径值由工件材料、刀具材料、切削参数等综合各方面而定。在对刀时,刀尖的圆弧中心不易直接对准起刀位置或者基准位置。在编制加工程序的时候,我们把假想刀尖的切削轨迹作为工件轮廓来进行,实际上,切削刃是圆弧刀具外圆的某一点(比如点A、B),并不是刀尖H。所以我们在实际加工的时候就把这个“误差”补偿给系统,加工出符合零件图纸要求的零件,这个就是半径补偿的缘由。如图1，图2所示。按假象刀尖编出的程序在车削端面、外圆、内孔等平行于Z轴或者X轴的表面时,是没有误差的。但是车削

29、右端面、锥度及圆弧时会发生少切或过切的现象。图2可以显示在切削锥度时的少切现象。现在的数控机床一般都有圆弧半径自动补偿功能,在实际加工前把刀尖圆弧半径值输入系统,就可以避免少切或者过切的现象。2 刀具圆弧半径补偿计算为了便于刀具中心轨迹的交点坐标的计算及对各种编程情况进行分析,将程序段的轮廓轨迹、刀具半径都当作矢量。直线段矢量方向从起点指向终点,而圆弧起- 13 -点及终点的半径为矢量,方向由圆心指向起点或终点,刀具半径的矢量方向由零件加工程序段轮廓指向刀具圆心,其大小等于刀具半径,在加工过程中始终垂直于轮廓轨迹。例如加工圆锥面误差,可以计算得到:其中,r为刀具半径；如图2所示；为X方向误差；

30、为Z方向误差。其它情况读者可以自己进行分析。二、刀具半径补偿实现1 刀具半径补偿方法刀尖圆弧半径补偿指令如下:G41/G42/G40 G1/G0_ X(U)_ Z(W)。顺着刀具运动方向看,刀具在工件的左边,称为刀具半径左补偿,用G41；顺着刀具运动方向看,刀具在工件的右边,称为刀具半径右补偿,用G42。取消刀具补偿用G40。在刀具切削之前,要把该刀尖半径输入到系统。(比如华中系统)从控制软件菜单表中按F2、F3、F4等键任选一种工作方式,都会出现“刀具参数”菜单项,按F2键切入到“刀具菜单”下层菜单,即可看到其中的“刀具偏置”、“几何补偿”和“磨耗补偿”等功能设定项。再按下F2键选择“刀具偏

31、置”,就可以在对应的位置输入有关参数即可。2 刀具半径补偿注意事项(1)G41、G42或G40,必须跟在直线段上(G0或G1),不能跟在G2、G3等其它指令后,否则会出现语法错误,系统会报警。(2)当工件有锥度、圆弧时,必须在精车锥度和圆弧前一程序中建立半径补偿,一般在切入工件时的程序段建立半径补偿。(3)在刀尖半径补偿指令G41或G42后,刀具路径必须是单向递减或单向递增。(4)指令刀尖半径补偿G41或G42的过渡直线段长度必须大于刀尖圆弧半径；在X轴的切削移动量必须大于2倍刀尖半径值。(5)当用假想刀尖圆弧中心编程时,假想刀尖号设为0或9。编程时要用刀具半径补偿,对刀时要考虑刀尖圆弧半径。

32、(6)刀具半径补偿的应用。在刀具磨损或刀具重磨后,刀具半径变小,这时只需改变刀具半径补偿值,不需改变程序。三、刀具长度补偿分析为了简化零件的数控加工编程，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸无关。现代数控系统除了具有刀具半径补偿功能外，还具有刀具长度补偿（toollength compensation）功能。刀具长度补偿使刀具垂直于进给平面偏移一个刀具长度修正值，因此在数控编程过程中，一般无需考虑刀具长度。刀具长度补偿要视情况而定。一般而言，刀具长度补偿对于二坐标和三坐标联动数控加工是有效的。有的数控系统补偿的是刀具的实际长度与标准刀具的差（见图1 a），有的补偿的是刀具相对于相关点的长度（见图1b

33、、c）。- 14 -ab c图1 刀具长度补偿一个工件在加工的过程中如果需要多把刀，即中间需要换刀的话，那么前一把刀的抬刀高度对后一把刀有影响。如果抬刀的高度不够的话，还会破坏工件的形状，从而达不到图纸的要求。下面以图2 所示零件的编程为例介绍如何编程来满足足够的抬刀高度。四、合理把握刀具长度补偿时机生产中使用配置FANUC 数控系统的XD40 数控铣床加工工件，正确设置并调用了刀具长度补偿相关参数，但在应用刀具长度补偿加工工件型腔时出现了过切现象。检查程序结构，符合语法要求，坐标尺寸计算正确。仔细分析程序、观察刀具走刀路线和试加工，发现与刀具长度补偿建立时机有关。生产案例分析如下: 进刀过切

34、及其解决方案( 1) 问题陈述加工如图3 所示工件，用平面铣刀( T01) 铣削工件上平面，用10 mm 键槽铣刀( T02)预加工10 mm 深三角形状型腔。用T01 对刀以工件上表面中心作为工件坐标系原点，T01 刀具加工完毕。换成T02 刀具从Z 方向接近工件( 进刀) 时，先往Z 轴负方向“过冲”一段距离，然后才回升到程序指定Z 坐标位置，造成工件进刀过切而报废。针对这台机床经过试验和观察发现，这种情形往往发生在后续使用刀具长度( 非标准刀具T02、T03 等) 大于第一把刀具( 标准刀具T01) 长度情形。T02 加工三角型腔进刀部分加工程序如下:O0001- 15 -T02; /1

35、0 mm 键槽铣刀M03 S1000;G00 X0 0 Y0 0;G43 Z5 0 H02; /建立刀具长度补偿G01 Z 10 0 F80 0;( 2) 进刀过切原因分析工件加工时所使用刀具参数如表1 所示。按照上面O0001 程序进刀，程序运行到“G43Z5. 0 H02; ”语句时，观察刀具运行状况发现刀具刀位点先运行到Z5 0 坐标值下方并已经进入工件内部然后再回升至Z5 0 坐标处。分析原因，执行刀具长度补偿语句时，有一个“建立补偿”过程。系统先按照未建立长度补偿运行，即按照第一把刀具长度到达Z5. 0 指定位置( 起始加工平面R) ，但实际使用的是T02，且T02 比T01 长出2

36、0 mm，第二把刀具刀位点在建立长度补偿前先处于在R 平面下方20 mm 位置，而型腔深度为10 mm，虽然刀具按照长度补偿方式马上往上回退了，但是已经造成了过切，所观察到的进刀过切过程如图4 所示。( 3) 解决方案避免进刀过切的方法是正确把握刀具长度补偿建立时机。具体做法是: 在工件轮廓外建立刀具长度补偿; 建立刀具长度补偿语句中Z坐标值- 16 -应大于T02 与T01 长度差值。将上面语句“G43 Z5 0 H02; ”改为“G43 Z25. 0H02; ”，实际运行时就避免了进刀过切并保证了加工安全。 五、确定刀具长度补偿的三种方法首先要明确: 刀具长度补偿值和G 5 4（工件坐标系

37、)中的Z 值有关。 用刀具的实际长度作为刀长的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀长作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度,然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀长补偿。使用刀具长度作为刀长补偿的理由如下：首先，使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀长偏置。在这种情况下，可以按照一定的刀具编号规则，给每一把刀具作档案，用一个小标牌写上每把刀具的相关参数，包括刀具的长度、半径等资料，事实上许多大型的机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用这种办法。这对于那些专门设有刀具管理部门的公司来说，就用不着和操作工面对面地告

38、诉刀具的参数了，同时即使因刀库容量原因把刀具取下来等下次重新装上时，只需根据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而不需再进行测量。其次，使用刀具长度作为刀长补偿，可以让机床一边进行加工运行，一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量，而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间，这样可以充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程Z 坐标点时，就是主轴坐标加上(或减去)刀具长度补偿后的Z 坐标数值。如下图5 所示,即:H01=L1,H02=L2，H 0 3 = L 3 。此时G54 中的Z 值应为主轴回零后,主轴锥孔底面至工件上表面的距离 (工件上表面一般为工件坐标系的Z0 面)。G54 中的Z=L(负值)。

39、- 17 -图5以其中一把长刀作为标准刀具,这个标准刀具的长度补偿值为0，实际刀具长度与标准刀具长度的差值作为该刀具的长度补偿数值设置到其所使用的H 代码地址内。如上图5 所示,即:H01=0,H02=L2-L1，H 0 3 = L 3 - L 1 。此时G54 中的Z 值应为主轴回零后,基准刀刀尖至工件上表面的距离。G54 中的Z=N1(负值)。 利用每把刀具到工件坐标系原点的距离作为各把刀的长度补偿,该值一般为负;如上图5所示,即:H01=N1,H02=N2，H03=N3( 都为负值）。此时用于设定工件坐标系偏置的G54的Z=0。- 18 -第四章 数控铣床编程中刀具半径补偿使用技巧分析在

40、数控铣床上对工件进行轮廓加工时，由于铣刀半径的存在，使得刀具中心（刀心）轨迹和被加工工件轮廓不重合，如不考虑刀具半径的存在，而直接按照工件轮廓编程，虽然编程比较方便，但加工出的零件尺寸会比图样要求小了一个刀具半径（加工外轮廓时），或大了一个刀具半径（加工内轮廓时）不符合加工要求。因此在进行数控加工时，必须使刀具沿工件轮廓偏移一个刀具半径值，如图所示，这一功能就是刀具半径补偿功能。应用刀具半径补偿功能，在进行数控铣削加工时，只需按工件轮廓轨迹进行编程，然后将刀具半径值输入数控系统中的刀具偏置表中，执行程序时，系统会自动计算刀具中心轨迹，进行刀具半径补偿，从而加工出符合要求的工件形状。当刀具半径发

41、生变化时也无需更改加工程序，使编程工作大大简化。在数控铣削自动编程中，将所使用的刀具尺寸输入刀具表中，系统会自动计算出刀具半径，从而进行补偿。巧妙使用刀具半径补偿，可以满足数控加工的许多功能。下面，根据我多年的数控实践经验，以实际加工为例，介绍应用半径补偿的几种技巧。一、使用直径不同的刀具时，可以不改变加工程序，只改变刀具表中的直径值即可在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换会经常发生，应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。在零件加工过中，刀具由于磨损而使其半径变小，若造成工件误差超出其工件公差，则不能满足加工要求。假设原来设置的刀补值为，经过一段时

42、间的加工后，刀具半径的减小量为，此时，可仅修改该刀具的刀补值：由原来的改为，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。同样，当刀具重磨后亦可照此处理。当需要更换刀具时可以用新刀具的半径值作为刀补值代替原有程序中的刀补值输入数控系统进行加工。由此可见，正是由于刀补值的变化适应了刀具的变化，在不改变原有程序的情况下，可满足其加工要求。由此，编程人员还- 19 -可在未知实际使用刀具尺寸的情况下，按照一定的标准刀具尺寸来进行编程，实际加工时，对于半径补偿可用实际刀具半径代替假设刀具半径。二、工件进行粗、半精、精加工时，也可以不改变加工程序，改变刀具表中的刀具偏置值即可刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途

43、。如果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，则可以用来实现粗、半精、精加工等问题。例如在粗加工时，可将刀具实际半径再加上加工余量作为刀具半径补偿值输入数控系统，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、半精、精加工采用同一个程序，其补偿方法为：（）粗加工时，设定粗加工余量为，刀具半径为，人工输入刀具偏置值为；（）在半精加工时，设定半精加工余量为，刀具半径为，输入刀具的半径值，即可完成轮廓半精加工；（）在精加工时，设定精加工余量为，输入刀具的半径值，即可完成最终的轮廓精加工。三、工粗、精电极可以用同一加工程序而选择不同的刀具补偿在模具制造业中，特别是中小型注塑模具

44、，它的型腔形状一般较为复杂、尖角较多，用普通的机械加工方法或者是使用先进的高速加工技术也无法完全满足模具型腔的加工要求。如图所示模具型腔，由于铣刀刀具半径的存在，使得模具型腔四周的四个角部用普通的加工方法是很难实现的。因此，电火花加工始终是模具加工中必不可少的一道重要工序，而电极的加工又是决定电火花加工质量的主要因素，电极的质量和精度直接影响模具的制造质量和精度。电极一般又分为粗打电极和精打电极；如图粗打电极，如图精打电极。可以用这两个电极分别对模具型腔的一个角部（左上角）进行粗、精打，即放电加工，得到所要求的尖角形状：- 20 - 图粗打电极（放大图） 图精打电极（放大图模具用电极加工是过切

45、加工，例如铜电极的加工，在设定刀具半径时，编程人员输入刀具偏置器中的刀具半径一般小于实际刀具半径一个数值，那么在实际加工时，用实际的刀具加工就会使得电极过切。而只有电极过切，才能通过一定的放电间隙实现电火花放电加工模具的目的。电极过切量的大小，决定了电火花放电时放电间隙的大小，在加工粗打电极时，电极过切量较大，电火花放电时放电间隙也较大；而在加工精打电极时，电极过切量小，电火花放电时放电间隙也小；巧妙运用刀具的半径补偿功能，可以使粗、精电极采用同一程序，只改变半径补偿值，达到加工电极的作用。其补偿方法为：（）加工粗打电极时，设定粗加工过切量为，即放电间隙为：刀具半径为，首先，人工输入刀具偏置值为，然后完成电极的粗加工；此时所设定的直径比刀具的实际直径小，那么用实际刀具加工出的电极尺寸会过切；（）加工精打时，设定精加工过切量为，即放电间隙为，刀具半径为，输入刀具的半径值，可完成电极的精加工；此时所设定的直径比刀具的实际直径小，同样用实际刀具加工出的电极尺寸会过切。注意：。由于电极在电火花放电加工时要适当留取放电间隙，且粗、精加工的放电间隙值也有区别。因此，巧妙使用半径补偿既节省重复编程时间，也利于避免程序过多而造成混乱出错。结论本文分析了数控编程中刀补的原理和应用，刀具补偿功能的正确选用，可以有