刀具半径补偿和长度补偿在数控铣削中的应用

李丽萍

(华侨大学 厦门工学院，福建 厦门 361021)

刀具半径补偿和长度补偿在数控铣削中的应用

李丽萍

(华侨大学 厦门工学院，福建 厦门 361021)

在数控铣削加工中，灵活应用刀具补偿对难解决的工程实例问题有着重大意义.从提高数控铣削编程效率和减少编程存放内存出发，探讨刀具补偿的使用方法.在数控铣削加工中，刀具半径补偿和刀具长度补偿的灵活应用，对零件质量和加工效率有非常重大的影响.关键词：刀具半径补偿；刀具长度补偿；数控铣削

数控铣削加工中，如果编程人员根据刀具的理论路线和实际路线[1]之间的对应关系进行编程，在很大程度上增加了计算的负担，而且很容易出错.直到刀具半径补偿和刀具长度补偿概念的出现和应用，这个问题才得到有效的解决.刀具补偿在数控铣削加工中占有非常重要的地位，有效地提高了编程的工程效率.

1 刀具半径补偿的应用

1.1 刀具半径补偿指令

其中：G41是建立左刀补；G42是建立右刀补；G40是取消刀补.

1.2 刀具半径补偿的意义

在数控铣床上对工件轮廓进行加工的过程中，由于刀具半径的影响， 导致零件轮廓和刀具中心的轨迹不重合.假如不考虑刀具半径，而直接按照零件轮廓进行编程，对于外轮廓加工来说，加工后的零件尺寸会比图样尺寸小一个刀具半径值；而对于内轮廓加工来说，加工出来的零件尺寸会比图样尺寸大一个刀具半径值.因此，在进行编程的过程中，必须使刀具沿工件轮廓偏移一个刀具半径值[2].在数控铣削加工中，应用刀具半径补偿功能，只需要按照零件图样尺寸进行编程，再将刀具半径补偿值输入数控系统的刀具偏置补偿表中即可.

1.3 刀具半径补偿在数控铣削中的典型实例

在加工零件的过程中，一般需要经过粗加工和精加工两个基本阶段，这两个基本阶段中工件前后的尺寸发生了变化，此时可以根据工件尺寸要求选择合适的刀具半径补偿值[3]，而在加工的过程中不必对程序进行修改.

1.3.1 圆孔的加工

如图1所示的圆孔，选择 12的三刃立铣刀来完成粗加工和精加工两个工序.精加工和粗加工采用同一程序，但是必须选择合适的刀具半径补偿值来实现.

同时，必须注意的另一个问题是刀补轨迹的建立过程.图2为编程的路径图，这种情况下，必须采用圆弧切向切入和切向切出的方式完成.

图1 圆孔的加工

图2 编程的路径图

粗加工程序描述如下：

在粗加工的过程中，刀具半径补偿值设定为刀具半径与精加工余量之和.精加工余量如果是0.5 mm，则补偿值设定为6.5 mm；而在精加工的时候，只需要将刀具半径补偿值改为刀具半径6 mm即可.

由此可知，通过调整刀具半径补偿值的大小，就能快速、高效、准确地加工出类似的孔类零件.

1.3.2 内外型面零件的加工

如图3所示的零件图，属于典型内外型面的加工，该零件要求在一个平面上加工出一条封闭的环形槽，而且环形槽还有一定的精度要求.

图3 内外型面零件的加工

在数控铣床上可选择一把φ12的硬质合金三刃立铣刀来完成图3的零件加工.在加工内壁的时候，刀具半径补偿值设为刀具半径，而在外壁加工中，则把槽宽与刀具半径之差作为刀具半径补偿值.

粗加工程序描述如下：

同样，该零件的精加工只需要改变补偿值的大小即可.另外，内外壁在加工中，要注意刀具半径补偿值的设置.

1.3.3 刀具半径补偿指令应用结果

1） 可以实现不同平面内的半径补偿.例如选择G17命令执行后进行补偿的话，刀具半径补偿仅仅影响χ、y移动，而对z轴不起作用.

2） 可以实现同一程序的粗加工和精加工.在应用的过程中，可以通过改变补偿值的大小来实现不同的精度要求.一般而言，粗加工的补偿值等于刀具半径加上精加工余量，而精加工的补偿值等于刀具半径.

3） 阴阳模具加工可以用同一个程序来完成.加工阴阳模具时，只需要分别使用G41和G42命令，即可利用同一程序实现阴阳模具的加工.

2 刀具长度补偿的应用

2.1 刀具长度补偿指令

其中：G43是刀具长度正补偿；G44是刀具长度负补偿；G49是取消刀具长度补偿.

2.2 刀具长度补偿的意义

在数控铣削加工中，刀具安装在主轴上，由于刀具长度不同，装刀后刀尖所在的位置[4]有所差异.即使是同一把铣刀，由于磨损和刃磨等原因，重装后刀尖位置有变化，这给工件坐标系的设定带来了困难.设定图4（a）所示为正常切削，假如工件坐标系不变，换一把稍长的铣刀，如图4（b）所示，零件将产生过切；如换一把稍短的铣刀，如图4（c）所示，零件将产生欠切[5].

若利用数控系统的刀具长度补偿功能，则不需要改变程序，即可解决该问题.通过设定各刀具合适的长度补偿值，即使更换刀具加工，由于长度补偿的存在，也能够加工出合格的零件.刀具长度补偿，实际上就是要找到编程坐标系原点在机床坐标系中的位置.

图4 刀尖位置变化

2.3 刀具长度补偿在数控铣削中的典型实例

如图5所示的零件图，先用铣刀T1加工零件外形，铣削深度为10 mm；后用铣刀T2铣削岛屿型腔，铣削深度为10 mm.分别用两种方式加工.

图5 零件图

方式一：首先用T1对刀，假定工件上表面中心作为工件坐标系的原点，T1加工完毕后换成T2加工.刀具规格及补偿参数如表1所示.铣刀T2加工时，建立刀具长度补偿的部分程序为

表1 刀具规格及补偿参数

方式二：用T2对刀，以工件上表面中心作为工件坐标系的原点，T1加工完毕后换成T2加工.刀具规格以及补偿参数如表2所示.T1加工外形时建立刀具长度补偿的部分程序为

表2 刀具规格以及补偿参数

以上两种方式均可加工出合格的零件.可见，刀具长度补偿在实际加工中也是灵活多样的；只要能把握好长度补偿的原理，就能降低加工难度，提高加工效率.

2.4 刀具长度补偿的应用分析

数控铣削加工中，多把刀具加工同一个零件的情形非常常见，在处理这类问题的时候，首先要选择好标准刀具，其他刀具和标准刀具之间的长度差作为该刀具的长度补偿值.

刀具长度补偿指令用于刀具轴向（z向）的补偿，它使刀具在z向的实际位移量比程序给定值增加或者减少一个补偿值.这样，在编制零件的加工程序中，不必考虑刀具的实际长度以及各刀具之间的长度差.另外，刀具磨损或者刃磨后出现安装误差时，也可以通过修改刀具的长度补偿量的大小，而不必更改程序.

3 结论

刀具补偿是用来补偿刀具实际安装位置与理论编程位置之差的一种功能.运用好刀具补偿功能，只要灵活改变刀具补偿值，就可通过同一程序实现零件多种精度要求的加工，从而为数控加工带来极大的便利性.

使用刀具半径补偿功能时，应该灵活改变补偿值，从而实现零件的粗精加工；同时，在应用半径补偿的过程中，应注意避免出现过切或欠切.在多把刀具的长度补偿应用中，应该精确测量每把刀具的补偿量，提高加工精度.

在数控铣削加工中，正确合理地使用刀具半径补偿功能和刀具长度补偿功能，能够极大地提高编程的效率 ，从而为数控机床零件的加工带来极大的便利性.

[1]吴新腾. 数控铣削[M]. 北京：化学工业出版社，2007.

[2]林翠清. 刀具半径补偿在数控铣削中的应用[J]. 广西轻工业，2010(2)：38-40.

[3]曾珍. 数控铣削中刀具半径补偿的应用[J]. 机电信息，2011（33）：151-152.

[4]朱晓春. 数控技术[M]. 北京：机械工业出版社，2010.

[5]李旭仕. 刀具长度补偿在数控加工中的应用分析[J]. 机电信息，2011(27)：116-118

(责任编辑：李 华)

Application of Tool Radius Compensation and Length Compensation in CNC Milling

LI Li-ping
(Xiamen Institute of Technology，Huaqiao University，Xiamen 361021，China)

The tool compensation of CNC milling machine has a very important role. This paper is to improve the effciency of the numerical control milling programming and reduce the programming of storage memory，and to research and explore the use of cutting tool compensation. In NC milling，flexible application of tool radius compensation and tool length compensation has a very important infuence on parts quality and machining effciency.

tool radius compensation；tool length compensation；CNC milling

TG38

A

1008-5475(2014)03-0044-05

2014-06-02；

2014-06-28

李丽萍（1981-），女，江西赣州人，讲师，硕士，主要从事数控技术研究.