数控车床加工中刀具半径补偿的应用
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【摘 要】刀具半径补偿在数控车床加工中有着及其重要的作用，不仅对保证零件轮廓的准确性及加工精度至关重要，还可以提高生产效率，降低技术人员的劳动强度。本文就数控车床加工中刀具半径补偿的应用进行了探讨，详细介绍和分析了有关刀具半径补偿各类型的应用，以期能为更好的对其进行应用提供参考借鉴。
【关键词】刀具半径补偿；数控车床加工；应用
刀具半径补偿是数控车床上重要的组成部份，合理使用刀具半径补偿功能在数控加工中有着非常重要的作用。所谓的刀具半径补偿，就是指在数控车床加工过程中，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。通过刀具半径补偿在数控车床的应用，在极大方便零件加工程序编制的同时，还能提高生产效率，降低技术人员的劳动强度。本文就数控车床加工中刀具半径补偿的应用进行了探讨，以期能为更好的对其进行应用提供参考借鉴。
1 刀具半径补偿值的应用分析
1.1 运用刀补值来适应刀具的变化
在零件的自动加工中，刀具的磨损、重磨或更换新刀是经常发生的，运用刀具半径补偿值就完全可以避免当刀具磨损、重磨或更换时需要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r1，经过一段时间的加工后，刀具半径的减小量为Δ，此时可仅修改该刀具的刀补值由原来的r1改为r2（ r2= r1-Δ） （ 如图1） ，而不必改变程序。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具半径补偿值代替原有程序的刀具半径补偿值进行加工。由此可见，正是由于刀具半径补偿值改变适应了刀具的变化。由此编程人员还可在未知实际使用刀具尺寸的情况下，先假定刀具的大概尺寸来进行编程，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； 对于长度补偿，将实际使用刀具长度值输入到寄存器中即可。
图1 刀具磨损、重磨或更换后加工程序不变
图2 利用刀具半径补偿进行粗、精加工
1.2 运用刀具半径补偿值来完成工件的粗、精加工
运用刀具半径补偿值可以实现同一程序，同一刀具的粗加工和精加工，其补偿方法为（如图2）：设刀具半径为r，精加工余量为Δ。粗加工时，输入刀具直径D=2（r+A），加工出虚线轮廓完成粗加工；精加工时，同一程序，同一刀具只需输入刀具直径D=2r，则加工出实线轮廓，完成精加工。若还需半精加工，只要定好半精加工量，也可效仿此法。
1.3 运用刀具半径补偿值来控制尺寸加工精度
零件在自动加工的过程中，通常都是使用同一（子）程序，且还会以先粗后精的顺序进行加工。粗加工的过程中，一般都需留0.2～0.3mm的加工余量，因此，应在刀具半径的基础上加0.2～0.3mm，以把之作为刀具半径的补偿值，开展精加工时，可直接把刀具半径作为刀具半径补偿值。一般而言，精加工的过程中，需先把刀具半径延长0.1～0.2mm，再把之作为刀具半径补偿值，当精加工结束后，再按照轮廓的具体尺寸对刀具半径补偿值进行适当修改，接着再重新运行精加工程序，从而使轮廓尺寸能够更好地达到设计标准。需注意的是，对刀具半径补偿值进行修改后，必须使用修改后的值重新进行精加工，这样才能在最大程度上保证使所加工出来的轮廓尺寸能够符合相关的设计要求，从而才能使接下来零件的加工精度得到有效保证。
1.4 运用刀具半径补偿值简化对刀操作
数控加工前的对刀工作是一项精细的工作，必须准确无误，在使用多把刀加工同一零件时，必须通过对刀来设置各把刀的刀具半径补偿值。以确定在其工件坐标系中的准确位置。通常是以第1 把刀作为基准，找出其余各把刀相对于第1 把刀的偏移量并输入到相应的刀补寄存器中。但当遇到基准刀（ 即第1 把） 需要更换或刃磨时，则对刀基准点就会随之改变，其余各把刀的刀补值亦会相应发生变化，均需重新对刀，故批量加工生产中直接影响加工效率，带来诸多不便。为此，可在对刀时，以第1 次安装的基准刀位置为理想的对刀基准，更换基准刀后，可以用相对于基准刀位置的偏差值为刀补值，修改第1 把刀的刀补值即可，这样，基准位置没有发生变化，其余各把刀也无须重新对刀。同理，当其余各把刀需要重磨或更换时也只需对刀一次即可完成。编制数控程序前，应根据零件的结构特点，预先确定准确、合理的基准刀，基准刀的正确选择与设定，可给编程、对刀、修改和加工中途换刀、刃磨都带来很多方便。基准刀一般应选择不需经常刃磨、强度高、耐磨好的刀，一般象钻花、中心钻、铰刀或其他复杂刀具不宜作基准刀。
2 应用刀具半径补偿值编程时要防止过切问题
在应用刀补时，应避免由于编程不当而引起的零件过切现象。根据刀补处理原理，在刀补处理过程中一般有3 个程序段在流动，在刀具半径补偿后的程序中应有指定平面轴的移动段指令。否则将出现进刀过切问题，在编程中经常出现以下情况。
图3 加工中的过切现象
（1）两个运动指令之间有2 个辅助功能程序段，那么，在刀补计算时就无法获得2 个相邻轮廓段的信息，有可能造成过切现象，如：
……
N15 G91 X100
N16 M08
N17 M53
N18 G01 Y - 50
N19 X65
……
其对应加工过程如图3 所示，在拐角处的轨迹变为从A B，这是由于在A 处执行N16，N17 两段后产生的过切现象。
（2） 在两个运动指令之间有一个运动为0 的运动指令时，由于运动为0 的程序段没有零件轮廓信息，因此刀补时此会产生过切现象，如：
……
N15 G91 X100
N16 X0
N17 Y - 50
……
其对应加工过程，在顶尖拐角处，其切削轨迹为AB，这是因为在两个运动切削指令之间，有一个位移为0 的运动指令（ N16 X0） ，以致于在系统未获得足够的轮廓信息的情况下，产生过切现象。当然，在两个运动指令之间如果有一条辅助功能指令和一条位移为0 的运动指令时，也会产生过切现象。
（3） 当刀具半径补偿启动后的两段程序段中没有指定平面轴的运动指令段时，同样会产生过切现象，如：
……
N05 G91 G17 G00 M03
N06 G41 X20 Y10 D0l
N07 Z - 98（ 起刀点距工件表面100 mm，刀具快进至工件表面上方2 mm 处）
N08 G01 Z - 12 F600（ 切深10 mm）
N09 Y50
N10 X20
……
其切削的过切现象如图4 所示，其原因是在N05段启动刀具半径补偿后，只能读入下两段N06，N07 程序，而Z 轴不是刀具半径补偿轴，确定不了前进方向，使得刀具中心直接从S 点移动到A 点，从而产生了过切现象。
图4 加工中的过切现象
4 结束语
通过相关实践可知，刀具半径补偿的主要作用是使编程加工的程序得到一定简化，即其主要根据零件的轮廓尺寸进行相关的编程工作，开展加工作业之前，操作人员应先对刀具的实际半径、长度进行有效测量，此外，还需对补偿中的正负号进行有效确定，然后才能把之作为刀具的补偿参数，并把之输入到数控系统中，从而才能使所加工处理的零件能够在一定程度上满足设计要求。
【参考文献】
[1]王凌云，和延立，姚伟.数控系统的刀具半径补偿技术研究[J].浙江工业大学学报，2005（02）.
[2]孟祥坡，耿金良.数控车床加工中刀具半径补偿的应用[J].黑龙江科技信息，2008（18）.