数控铣床刀具半径补偿的应用探讨

Application of Cutter Radius Compensation inNumerical Control M illing MachineChen Song(Anhui Food Engineering Vocational Colege，Hefei Anhui 23001 1)Abstract：Tile cutter radius compensation command is a very important technique in the operation of numericalcontrol miling machine.also known as”culter compensation”.It is only after mastering the instructions on thebasis of correct and flexible applications and deternfining its value that the programming and processing of partsCall therefore be completed，which is essential to guarantee the accuracy of the contour of the machining part。

Key words：cutler radius compensation；compensation numerical commands；computer-aided manufacturing在数控铣床 编程 中，刀具半径补偿指令G41、G42、G40，可以使刀具中心的运动在所选择的平面内向左或向右偏置-个数值，编程时只需按零件轮廓编程，而不需要计算刀具中心运动轨迹 ，从而简化了计算和程序编制，这是刀具半径补偿指令的重要功能。在编程加工的实践中，我们发现要保证零件加工轮廓的准确性及加工精度，还需要正确和灵活地应用刀具半径补偿的功能及指令 G41和 G42。

1 刀具半径补偿值的灵活应用在带有环形槽零件的编程加工 中，当槽两边曲线形状不同，就应分别进行编程加工。由于环形槽的宽带-般较小 ，所以我们在编程加工中使用刀具半径补偿 的过程顺序及加工起始点的位置确定与-般凹槽的编程加工不同。

在对-般 凹槽进行编程加工时，我们编写的程序是在直线移动过程 中建立或取消 G41、G42指令。在建立刀具半径补偿 G41或 G42(又称建刀补”)的程序段之后 ，紧接着是工件轮廓加工的第 1个程序段，而且-定是直线插补的程序段。-般凹槽编程加工的主要过程是先进给下刀，接着在直线移动过程中建立刀具半径补偿，然后是工件轮廓加工的第 1个程序段，再逐段轮廓加工，直至整个轮廓加工完毕。

收稿日期：2013-05-18作者简介：陈松(1962- )，女，安徽合肥人，高级讲师，本科，研究方向：机械制造、数控加工。

8 湖 北 理 工 学 院 学 报 2013年最后，在直线移动过程中取消刀具半径补偿 ，抬刀完成加工过程。

在对环形槽编程加工时，由于环形槽的宽带较小，对铣刀而言 ，受其直径的限制 ，往往只比槽宽小 1～2 mm。如果在槽宽的中心点进给下刀 ，以直线运动接近工件轮廓，建立刀具半径补偿 G41或 G42，并在轮廓起 始点处于轨迹切向垂直时，这个刀具半径补偿路径长度- 般就只有 0.5～1 mm，这么短的刀补路径很容易使轮廓的形状发生偏差。为了解决这个问题，通过摸索，发现针对环形槽编写加工程序时建立刀补的过程顺序及轮廓加工起始点位置应与-般凹槽不同。

我们使用-种空间建立刀补的方法。编程时 ，先建立刀具半径补偿 ，然后再进给下刀，后面的过程与-般凹槽的编程加工相同，这样可 以避免因刀补路径短而使加工轮廓发生偏差。其次 ，在这个编程中，由于建立刀具半径补偿 G41或 G42后，接着是进给下刀 ，而不是工件轮廓加工的第 1个程序段。所以，建立刀具半径补偿后接近轮廓的起始点就不能是起始点的常规位置，即按零件的轮廓编程时的位置，而是要在轮廓起始点处于刀具进给轨迹垂直的方 向相距-个 刀具半径 补偿 值的位置。

否则 ，零件轮廓加工完成后，在轮廓加工 的起始点处会有偏差。环形槽数控铣削加工有偏差件如图 1所示。

图 1 环形槽数控铣削加工有偏差件下面以图 2所示环形槽零件的编程加工为例作进-步说明。该零件上环形槽宽带为 6 nlnl，选用直径为 5 mm的铣刀〖虑到编程方便 ，将环形槽的外 、里侧轮廓加工分别编写成 2个子程序 L100和 L200。

图2 环形槽零件图在加工环形槽时 ，精加工程序部分摘要如下(以 SIEMENS数控系统为例 引，下同)：。。 ；GOZ5；抬刀 ；G4I G0X-17.5Y0.0D1；空间建立 刀具半径补偿至环形槽外侧轮廓加工起始点；G1 Z-4.0F50；下刀 ；L100；调用子程序精加工环形槽外侧面；GOZ5；抬刀；G40GOX0.0Y0.0；取消刀具半径补偿 ；G42GOX-l 6.5Y0.0D1；空问建立刀具半径补偿至环形槽里侧轮廓加T起始点；G1 Z-4.0F50；下 刀 ；L200；调用子程序精加工环形槽里侧面；GOZ5；抬刀 ；G40GOX0.0YO.0；取消刀具半径补偿 ； ：以上程序为环形槽精加工部分程序，工件坐标系原点为零件中心点 ，刀具半径补偿值为D1：2.5 mm。在环形槽外、里侧面加工时，加工起始点不是按零件轮廓点(外侧 x-20.0，Y0.0；里侧 X-14.0，Y0.0)的常规位置 ，而是相差 2.5 HIn，即刀具半径补偿值 ，实际起始点在外侧 X-17.5，Y0.0；里侧 X-16.5，Y0.0的位置。

从以上实例可以看出，通过改变刀具半径补偿的过程顺序，以及对建立刀补后零件加工起始点的常规位置按照刀补值进行修订，就可以解决零件加丁轮廓存在偏差的问题。而这其中的关键就是如何灵活应用刀具半径补偿值。按照此方法编程加工完成的无偏差件如图3所示。

第4期 陈 松：数控铣床刀具半径补偿的应用探讨 9图 3 环形槽数控铣削加工无偏差件2 左、右刀具半径补偿及正负取值的应用刀具半径左、右补偿指令 G41、G42的方向判别是在补偿平面内沿着刀具进给方向看。

刀具在轮廓左边用左补偿 ，又称左刀补”；刀具在轮廓有边用右补偿 ，又称右 刀补”。所以，对于外轮廓 、内轮廓零件加工时，当刀具沿着外轮廓顺时针 、内轮廓逆时针方 向进给加工时，用左补偿 G41；当刀具沿着外轮廓逆时针、内轮廓 顺 时 针方 向进 给 加 工 时，用有 补偿G42。

根据左、右刀补指令的这个功能，在加工有内轮廓和外轮廓的零件且内、外轮廓曲线相同时，当刀具沿轮廓顺时针方 向进给时，用左刀补指令 G41则可以编程加工外轮廓 (轮廓线以外 ，下 同)；用右刀补指令 G42则可 以编程加工内轮廓(轮廓线以内，下同)，而这时也可以用左刀补指令 G41的负值代替右刀补指令 G42。当刀具沿轮廓逆时针方向进给时，用右刀补指令 G42则可以编程加工外轮廓；用左刀补指令 G41则可以编程加工 内轮廓，而这时也可以用右刀补指令 G42的负值代替左刀补指令 G4i 。对于刀补指令的这个特点，在实践中常成 以应用到-些较复杂零件的编程加工之中，效果很好。

凹、凸配合形状的2个零件加工相当于具有同样形状的内、外轮廓加工4]。在编程时，可以将轮廓形状 的加工过程按刀具顺时针方向进给或逆时针方向进给 ，单独编写-个子程序 ，在 2个零件 的内、外轮廓加工编程时分别调用 ，这样可使-个子程序同时用于 2个分别具有内、外轮廓的零件编程加工。只要在调用子程序 之前 选用 正确 的刀具半 径补偿 指令G41或 G42，并决定取值的正或负即可。

具有相同内、外形状轮廓的薄壁件，在加工编程时也可按照上述编程方法 ，只是将薄壁的厚度值合并进刀补值考虑。如以内轮廓编写子程序，则外轮廓加工时的最小刀补值是刀具半径值和薄壁厚度值之和。这 同样也是要求正确应用刀补值。

下面以图 4所示薄壁 凸台零件的编程加工为例来说明 。该零件是-个壁厚为 3 111的薄壁件 ，选用直径为 10 mm的铣刀。

"-2图 4 薄壁凸台零件图将 内轮廓形状的加工过程按刀具顺时针方向进给编写-个子程序 L300。.该零件精加工部分程序摘要如下 ： ：GOZ5；抬 刀 ；GOX0.0Y0.0；刀具空间移动；G1 Z-3.0F50；下刀 ：G42G1X-21.21Y7.07Dl；建立刀具右半径补偿至内轮廓加工起始点，刀补值 D15.0 mm ；L300；调用子程序精加工内轮廓；G40Gl X0.0Y0.0；取消刀具半径补偿；GOZ5.0；抬刀；X-60.0Y-60.0；刀具空间移动 ；C41 G1 X-40.0Y-1 1.72D2；建立刀具左半径补偿至外轮廓加工起始点，刀补值 D2 8.0 mm ；或 ：G42G1 X-40.0Y-1 1.72D3；或：建立刀具右半径补偿至外轮廓加工起始点 ，刀补值 D3-8.0 mm；G1 X-21.21 Y7.07；延长线方向切入至10 湖 北 理 工 学 院 学 报 2013年调用子程序点 ；L300；调用子程序精加工外轮廓；GlXl1.72Y40.0；切线方向切出；G40GOX60.0Y60.0；取消刀具半径补偿；GOZ5.0；抬刀； 。。。：以上程序为该薄壁零件的精加工部分程序。工件坐标系原点为零件 中心点。当内轮廓用右刀具半径补偿 G42指令编程加工完成后 ，加工外轮廓时有 2种建立刀补的方式可选择 ，-种用左刀具半径补偿 G41指令 ，刀补值为正值 ；另-种用右刀具半径补偿 G42指令，刀补值为负值。刀补值分别为刀具半径 5 mm和薄壁厚度 3 mm之和 ，即 8 mm和 -8 mm。

图5 薄壁凸台数控铣削加工3 刀具半径补偿值在控制尺寸加工精度方面的应用在零件自动加工时，-般总是用同-(子)程序按先粗后精的顺序进行加工。粗加工-般留0.2-0.3 mm的加工余量，故最后粗加工刀具半径补偿值 就取刀具 半径加上 0.2～0.3mm，到精加工时刀具半径补偿值取刀具半径即可。这样就由程序用刀具半径补偿值控制了零件尺寸 ，当然，这是理想情况。通常，在运行精加工程序时，首先把刀具半径补偿值设置为刀具半径加 0.I～0.2/lnl，运行完精加工程序后，根据轮廓实测尺寸再修改刀具半径补偿值，又称修刀补”，重新再运行精加工程序，这样可以更加保证轮廓尺寸符合图样要求。

以图2为例，环形槽里、外侧加工用直径为5 mm的立铣刀。粗加工 留加工余量 0.3 mm后，第 1次用刀具半径补偿值 2.7 mm运行精加工程序。如果环形槽里侧的图样要求尺寸是28- mm，用游标卡尺测得实际尺寸为28.55nlm，比图样要求尺寸大 0.55～0.65 mm，单边大 0.275-0.325 mm，取中间值0.30 mm，则再次精加工时刀具半径补偿值应修改为 2.7l/lm-0.30 mm2.40 mm。如果环形槽外侧的图样要求是 40±0.1 mm，用游标卡尺测得实际尺寸为 39.45 mm，比图样要求尺寸还小0.45-0.65 mm，单边小 0.225～0.325 mm，取中间值 0.275 mil，则再次精加工时刀具半径补偿值修改为 2.7 mm-0.275 mm2.425innl。按修改后的刀具半径补偿值重新运行精加工程序 即可保证轮廓尺寸符合图样尺寸要求，提高了零件尺寸的加工精度。

4.结束语如何正确 、灵活应用数控铣床刀具半径补偿 ，是本人在长期教学及编程加工的操作实践中总结 出来的-些经验和体会。应用上述方法 ，能解决数控铣削加工中-些较复杂零件的加工问题。同时，也希望通过对数控铣床刀具半径补偿的应用探讨 ，能够把数控铣床编程及操作课程的教学工作做得更好。