浅谈车床加工刀具半径补偿与应用

石益良

摘 要：笔者在文中对刀具补偿的概念进行了阐述，分析了刀具补偿的原因以及具体补偿功能的方法和应用，并提出了数控车床中刀具半径补偿应用的注意事项，以期为提高工件的加工精度和加工效率起到促进作用。

关键词：刀尖圆弧半径补偿；刀具位置补偿；数控车床；应用；注意事项

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.028

0 引言

在实际加工过程中，车床的刀尖要呈半径不大的圆弧，这样才能提高刀具的使用寿命和工件表面的加工精度。但是在编制程序时，刀尖被看作是个理想的假想点，对圆弧车刀而言，刀位点即圆弧的圆心。如果不使用补偿功能，编程时必须要计算出圆弧刀刃的实际运动轨迹中心，这样会让系统计算量大，运算复杂，而且无法保证工件的加工精度。另外，如果刀尖的强度小、磨损快，那么刀刃很容易向圆弧形方向转变，造成加工的偏差现象。在近几年，随着国内诸多生产线将刀具补偿技术大范围应用，使车床提高了加工精度和编程效率，并且使用刀尖圆弧半径补偿和刀具位置补偿功能，能够消除加工过程中对零件切削形状误差的影响，因此值得在生产一线推广。

1 刀具半径补偿概述

在实际加工中，当刀尖半径发生变化后，如刀具磨损、刃磨、更换刀具等，编程人员会首先通过对工件的外形尺寸和刀具半径的计算，然后才能得出刀具中心运动轨迹的中心，实际操作过程耗费人力、物力，且计算结果的精确性性不高。当操作人员需要更换刀具时，要重新计算刀具半径，找到刀具的运动轨迹中心，如果工件外形简单则工作量不大，但是若遇到外形复杂的，加工难度将变得非常大。实际生产加工时，根据加工精度要求，在不同的阶段必须求出刀具相应的轨迹运动中心，这样加工成本也进一步提高。面对这样的种种问题，我们提出一种刀具半径补偿的方法，不用修改原来的编程，只需改变刀具参数中的R值就可以解决这一问题，并且操作非常方便。在数控车床中，编制刀具半径补偿的程序具有一定的难度，但是在其加工应用中将带来很多便利，补偿的实际效果也非常有效，具有便于操作，节约成本等优势。

2 车床加工刀具半径补偿应用

2.1 刀尖圆弧半径补偿

为了保证刀尖的强度，降低加工表面的粗糙度，所以多数车床中刀具的刀尖不可能是一个点，而是一段半径为0.4—1.6mm圆弧。但是在数控编程中，通常都会针对刀具上的一个点（即刀位点），根据工件的轮廓尺寸编制相应的程序，而较为理想的刀位点一般是假想的理想点或者刀尖的圆弧中心的位置。当加工端面或者圆柱面时，刀尖的圆弧不会影响加工尺寸和形状，但是清角处会有残留物质；在加工锥面时，刀尖会对锥面的大小端有一定影响，可能会出现过切或者少切现象，而这些都是刀尖圆弧半径引起加工误差的原因。

针对这些误差状况，我们要选择相应的刀具半径补偿指令来避免带来的损失。通常刀具半径补偿指令有G40、G41、G42三个，其中，G40是取消刀具半径补偿，G41是刀具半径左补偿（在刀具前进方向左侧补偿），G42是刀具右补偿（在刀具前进方向左侧补偿），G41/G42不带任何参数，刀尖圆弧补偿号和刀具偏置补偿号一一对应，一般我们可以用G00/G01指令建立或者取消刀尖圆弧补偿。在补偿过程中，数控机床会根据半径补偿指令（G41/G42）和刀具圆弧半径值等信息，自动计算出刀位点的移动轨迹，并且按照计算结果偏移一个补偿量，来达到加工精度。

2.2 刀具位置补偿

实际加工时，车床会存在多把刀具，因为一把刀具是根本无法满足加工要求的。在补偿过程中，系统会找出多个刀尖相对于基准刀尖点的偏移量，与此同时程序会将这一信息存入相应的刀补地址中。接着通过T指令，刀具的位置补偿从非基准刀尖偏移到基准刀尖位置，其中T XX XX为刀具位置补偿指令，前两位是目前的刀具补偿号，后两位是刀补地址号；如果补偿完毕则要立即取消指令，取消指令为T XX 00。另外，若刀具磨损或者安装刀具引起的位置变化则不需要重新编程，因为其车床程序可以自动建立和执行位置补偿功能。

具体补偿流程中，程序会利用T指令使补偿号和补偿量相对应，操作相应的磨损补偿动作，进而补偿X、Z的磨损补偿量，让各程序的终点相加得到位置。

在程序段中，单独使用T指令功能，可使刀架移动以便控制磨损补偿量，但在G00方式中，刀架是快速移动的，不易被控制。因此，在移动磨损量后，刀架在参考点位置很有可能引起坐标超程。

另外，针对刀具出现几何形状的补偿动作，笔者在实际操作中得出两种处理方法：一种是变更坐标值，不移动刀具，在基准点位置加上或者减去T指令指定的几何形状对应的补偿量，以改变刀位点的坐标值，然后让系统从该点移动刀具；另外一种是对参数设定，直接加上或者减去补偿量对其进行补偿。

3 数控车床中刀具半径补偿应用的注意事项

为了使刀具更好地在数控车床中刀具补偿应用，我们必须注意以下几个问题：

首先，刀具补偿的建立和取消必须在之前的辅助程序就应该完成，不可以在加工零件时完成这个指令，这一点非常关键。

其次，如果需要我们修改刀具半径值时，只要储存刀具半径的值，而不需要修改原来的程序，即可将刀具半径的补偿值储存在数控车床系统中。

第三，一般情况下，工件静止，刀具运动，顺着刀具前进方向左侧补偿为左补偿，顺着刀具前进方向右侧补偿为右补偿。

第四，在加工过程中，刀具半径必须小于进刀线和退刀线的长度，这样才能防止过切现象的发生。

4 结语

在数控车床加工中，刀尖是圆弧形状的，工件轮廓和和刀位点的轨迹并不是重合的，虽然可以根据工件轮廓和刀位点计算出实际的运动轨迹，但是计算过程非常复杂。因此在生产中，引入刀尖圆弧半径补偿和刀具位置补偿技术，是提高工件的加工精度和加工效率的重要保证。

参考文献：

[1]付承云.数控车床编程与操作应知应会[M].北京：机械工业出版社，2007：112-114.

[2]孙德茂.数控机床车削加工直接编程技术[M].北京：机械工业出版社，2005：45-47.