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摘要：为了提高编程人员的工作效率和零件的加工质量，文章对刀具半径补偿的指令和判别方法进行了详细的介绍，研究了刀具半径补偿的过程，并对其在加工中需要注意的事项进行了总结，最后着重论述了其在实际加工中的应用。
关键词：数控铣床；刀具半径补偿；应用
本文引用格式：李红娟等.数控铣床刀具半径补偿的研究与应用[J].教育现代化，2019，6（80）：310-311.
在数控铣床编程时，通常是把刀具看成是一个点在移动，但实际加工过程中，铣刀是具有一定直径的。为了保证工件加工的合格，需要在工件轮廓上加上或减去铣刀的半径值，这样就导致编程人员的工作量增大，工作效率降低。同时，随着刀具磨损也会使刀具半径减小，编程人员必须对刀具磨损量重新进行计算并且编写新的加工程序。如果使用刀具半径补偿，编程人员只需在程序中输入刀具补偿号，就可以根据图纸直接编程。加工时，数控系统会根据刀具补偿值自动计算刀具移动轨迹,从而加工出合格的零件。
一刀具半径补偿指令简介
刀具半径补偿分为：刀具半径左补偿G41指令（简称左刀补）、刀具半径右补偿G42指令（简称右刀补）和取消刀具半径补偿G40[1]。
（一）指令格式
指令格式如下：
G41
G42 G00/G01 X_Y_D__G40
其中，X，Y：终点坐标值；D：刀具补偿号。
（二）左、右刀补的判别方法
左、右刀补的判别方法如图1所示。以零件作为参考点，沿着铣刀移动的方向，通过铣刀与零件轮廓的相对位置来判断刀补。铣刀在零件轮廓左侧为左刀补，反之为右刀补。
二 刀具半径补偿功能的研究
（一）刀具半径补偿过程
刀具半径补偿过程如图2所示：
刀具半径补偿过程主要包括三个方面：
1.建立刀补
从刀具起点，刀具中心轨迹移动到与编程轨迹相距一个刀具半径值的过程。刀补建立段的长度L要大于铣刀半径r，否则会出现过切现象。
2.刀补进行
刀具中心轨迹与编程轨迹始终相差一个刀具补偿值直到刀补取消指令生效。
3.取消刀补
G40必须在刀具离开加工表面后执行，避免已加工表面被二次铣削。
（二）使用刀具半径补偿功能的注意事项
（1）使用刀具补偿之前必须把补偿值输入进刀补存储器中。
（2）补偿指令与取消指令必须成对使用，如果使用刀具补偿而不取消，那么对于其他程序刀具补偿功能也是有效的。
（3）G41/G42/G40指令必须和G01/G00指令共用，并且不能出现在加工程序段，只能出现在辅助程序段。
（4）旋转、缩放、镜像等功能指令不允许出现在G41/G42与G40之间的程序中。
（5）加工内部轮廓时,过度处的尺寸不能小于刀具半径，否则会出现过切现象,系统将报警并停止加工。
（6）G41/G42与G40的进行必须在刀具远离工件的地方，切入点和进刀方式协调好，才能保证刀具补偿功能的有效。
三 刀具半径补偿功能的应用
（一）适应刀具的变化
由于刀具长时间使用，尺寸会因为磨损而变小，这样加工出来的零件，尺寸可能会不符合公差要求。同样，如果更换新的刀具，零件尺寸也会发生改变，可以通过改变刀具的补偿量来适应零件的加工要求，具体如图3所示。在图3中，铣刀半径为r，磨损量为∆，那么磨损后的半径可以表示为r-∆。由于存在刀具磨损，实际加工时如果刀具补偿值依然设置为r，那么实际尺寸>零件尺寸，加工零件肯定不符合标准。
为了解决上述问题，实际加工时需要把刀具补偿值变为r-∆，这样不需要改变程序，就能达到加工要求，从而提高加工的精度。
（二）工件的粗加工和精加工
通常，刀具的补偿值与半径值并不一定相等。实际中，针对同一个程序，如果想在使用同一刀具或不同刀具的情况下对零件都可以进行粗加工和精加工，那么就需要在刀补偏置存储器中输入不同的补偿值。使用同一刀具进行加工如图4所示：
在图4中，虚线为粗加工轮廓，粗实线为精加工轮廓，即零件实际尺寸。在这里，零件粗加工时，可以把刀具的补偿值设为r+Δ；零件精加工时，再把补偿值设为r，从而运行程序，实现零件的精确加工。
使用不同刀具进行粗、精加工时，在粗加工中刀具半径补偿量要大于刀具实际半径，换另一把刀进行精加工时，需要把刀具补偿值改成实际刀具半径值。
（三）零件的加工修正
利用刀具补偿值可以对加工零件进行修正，控制零件的尺寸精度。
加工外轮廓尺寸时，经过测量如果大了1mm，那么设置刀具补偿值就要小0.5mm。加工内轮廓尺寸时，经过测量如果小了1mm，那么设置刀具补偿值就要大0.5mm。
（四）同一公称尺寸的凹、凸型面的加工
通过对刀具补偿值的设置，可完成同一公称尺寸的凹、凸型面的加工。
当刀具补偿值为负值时，G42指令相当于G41指令，内外轮廓可用同一程序来加工，具体如图5所示。
在图5（a）中，公称直径为d，刀补指令用G42，将刀具补偿值设为D，刀具将沿轮廓的外侧铣削；在图5（b）中，还用同一程序，将刀具补偿值设为-D，G42指令就相当于G41指令，这时刀具将沿轮廓的内侧铣削。在模具加工中，常用这种编程和加工方法。
四 结论
刀具半径补偿功能在数控铣削加工中具有重要的意义，熟练掌握并灵活运用，不仅能简化编程，避免由于刀具半径发生变化对零件加工程序的影响，同时还能提高程序的重复利用率，使数控加工达到高效率、高精度。
参考文献
[1]顾京.数控机床加工程序编制[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]何平主编.数控加工中心操作与编程实训教程[M].北京：国防工业出版社，2006.
[3]李龙海，季广中.刀具半径补偿指令在数控铣床编程中的应用[J].煤矿机械，2008(06)：99-100.
[4]钟祥爱，王小玲.刀具半径补偿功能的几点使用技巧[J].机械设计与制造，2010(02)：266-267.
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