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摘 要：刀具半径补偿指令是数控铣床编程与加工中应用最广最重要的指令，正确、合理地使用刀具半径补偿对于复杂零件简化编程计算和提高零件精度具有举足轻重的作用。
关键词：刀具半径补偿；刀具中心；数控铣床
在数控铣床进行轮廓加工中，由于铣刀有一定的半径，刀具中心轨迹与工件轨迹不重合。数控铣床的刀具半径补偿指刀具运动轨迹的计算由数控铣床刀补指令执行，编程人员先假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，而实际的刀具半径则存放在一个刀具半径偏置寄存器中，在加工过程中，数控铣床根据编程轨迹和刀具半径自动计算正确的刀具实际运动轨迹，完成对零件的加工。
一、刀具半径补偿功能的应用
1.改变刀补值适应刀具的变化
在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换经常发生，应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。假设原来设置的刀补值为某一值，经过一段时间的加工后，刀具半径变为另一值，此时，可仅修改刀具的刀补值，由原来的改为变化后的，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。
2.改变刀补值实现零件的粗、精加工
刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途就是实现零件的粗、精加工。在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、精加工采用同一个程序，同一尺寸的刀具。
3.采用同一程序段加工同一公称直径的凸、凹模型面
在模具加工中，可以利用刀具半径补偿功能，利用同一个程序，加工同一个公称尺寸的凸、凹模型面。在加工凸模型面外轮廓时，将偏置设为+D，刀具中心将沿轮廓的外侧切削。如图1.1所示：
当加工凹模型面内轮廓时，偏置量设为-D，这时刀具中心将沿轮廓的内侧切削，如图1.2所示。
4.利用刀补值控制轮廓尺寸的精度
在铣削力的作用下，刀具在实际切削过程中存在让刀现象，最终导致实际轮廓尺寸与理论轮廓尺寸的偏差。通常在粗加工、半精加工时，由于切削余量较大且不均匀，让刀量较大；在进行精加工时，加工余量相对较稳定，可方便地通过实测获取精加工时的让刀量，此后可根据所得让刀量修改刀具半径偏置寄存器中的刀补值。这样，可完全依据零件的理论轮廓尺寸编写精加工程序，用刀补值来补偿加工中由于工艺系统的让刀所引起的误差，提高轮廓的加工精度。
5.使用刀具半径补偿功能时的过切现象及解决方法
由于使用了刀具补偿功能，在执行某些指令时，出现或可能出现刀具过度切削零件的现象，即我们平时所说的过切。通常情况下在数控程序中使用刀具半径补偿功能时，可能会产生下面几种情况的过切现象。
（1）建立刀补时的程序结构。在自动刀具补偿建立后，如果连续插入两个或两个以上与刀补平面内运动坐标无关的程序段时将可能造成过切现象。如加工工件外轮廓时，因刀具半径补偿启动后的下两段程序段中没有指定平面轴的运动指令段，会产生过切现象，加工程序如下：
N10 G90 G17 G00 X0 Y0 Z50.；N20 G41 X20. Y10. D01；
N30 Z48.；N40 G01 Z-10.；N50 Y50.；N60 X40.；
这是因为当从N20段进入刀补启动阶段后，下两段程序段N30、N40由于Z轴是非刀补平面，也就作不出矢量，确定不了进刀的方向。此时，尽管用G41进入了刀补状态，到刀具中心却并未加上刀补，此时就产生了进刀超程。为避免上述过切发生，可对程序修改如下：
N10 G90 G17 G00 X0 Y0 Z50.；N20 G41 X20. Y9. D01；
N30 Y10.；N40 Z48.；N50 G01 Z-10.；
N60 Y50.；N70 X40.；
按此程序运行时，N30和N60的指令是相同方向的，故从N20开始刀补启动后，在点（X20，Y9）上即作出了与N30前进方向垂直向左的矢量，刀具中心也就向着该矢量终点移动，当执行N30时，由于N40和N50是Z轴移动的原因而不知道下段的前进方向。此时，刀具中心就移向在N30段终点（X20，Y10）处所作出的矢量的终点。在执行完N40和N50后，再移向交点。在进行刀具半径补偿的撤销时，也要注意刀具半径补偿的终点应安排在刀具切出工件后，以免发生碰撞。
（2）加工小于刀具半径的沟槽尺寸。加工沟槽时，如果槽底宽小于刀具直径，则在加工中会产生过切。随着刀具的进给，刀具首先与槽左侧面相切，随着刀具的继续进给左侧槽面已产生过切。加工直线轮廓时，刀具中心轨迹与编程轨迹方向相反，因此将产生过切。
（3）加工小于刀具半径的内圆弧面。当程序指令中的圆弧半径小于切削刀具的半径时，如果进行内圆弧切削会产生过切。对于加工内圆弧面，在圆角半径大于刀具半径的情况下，才能确保正常切削。
二、刀具半径补偿建立与撤销及使用中的注意事项
在实际使用时必须注意以下几个事项：
（1）在G41、G42、G40必须在G00或G01模式下使用，不能使用G02、G03，否则会产生报警。
（2）为保证工件、刀具安全，建立和取消刀补应采用G01方式，若用G00，则应先建刀补再下刀，先抬刀再取消刀补，并且补偿方向与进、退刀位置在同一侧。
（3）G41、G42不能重复使用，并且在使用时不允许有两句连续的非移动指令。
（4）G41、G42与G40之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。
（5）D00～D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补偿。刀具补偿值必须在加工或运行之前设定，并存放在补偿存储器中。
（6）使用G41、G42时应指定G17、G18、G19平面，尤其是XZ平面和YZ平面，必须指定G18、G19，但XY平面G17可以省略，因为它是系统缺省的平面。
（7）补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行，否则会出现补偿错误。
（8）在工件要求较高时应当考虑切入、切出问题，采用直线或四分之一圆弧切入、切出方式。
三、结论
刀具半径补偿指令是数控编程中非常重要并且应用最广泛的指令，正确应用刀具半径补偿对复杂零件加工来说，既可以简化编程计算，又可以保证零件精度，同时还可以提高效率，对数控加工具有举足轻重的作用。
参考文献：
[1]张景霞、李泉海.《刀具半径补偿在数控铣床加工中的应用》.农业科技与装备，2011年第12期杂志.
[2]黄耀新.《数控铣削实训教程》.中国劳动社会保障出版社，2007年6月
关键词：刀具半径补偿；刀具中心；数控铣床
在数控铣床进行轮廓加工中，由于铣刀有一定的半径，刀具中心轨迹与工件轨迹不重合。数控铣床的刀具半径补偿指刀具运动轨迹的计算由数控铣床刀补指令执行，编程人员先假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程，而实际的刀具半径则存放在一个刀具半径偏置寄存器中，在加工过程中，数控铣床根据编程轨迹和刀具半径自动计算正确的刀具实际运动轨迹，完成对零件的加工。
一、刀具半径补偿功能的应用
1.改变刀补值适应刀具的变化
在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨甚至更换经常发生，应用刀补值的变化可以完全避免在刀具磨损、重磨或更换时重新修改程序的工作。假设原来设置的刀补值为某一值，经过一段时间的加工后，刀具半径变为另一值，此时，可仅修改刀具的刀补值，由原来的改为变化后的，而不必改变原有的程序即可满足加工要求。
2.改变刀补值实现零件的粗、精加工
刀具半径补偿功能还有一个很重要的用途就是实现零件的粗、精加工。在粗加工时，可将刀具实际半径再加上精加工余量作为刀具半径补偿值输入，而在精加工时只输入刀具实际半径值，这样可使粗、精加工采用同一个程序，同一尺寸的刀具。
3.采用同一程序段加工同一公称直径的凸、凹模型面
在模具加工中，可以利用刀具半径补偿功能，利用同一个程序，加工同一个公称尺寸的凸、凹模型面。在加工凸模型面外轮廓时，将偏置设为+D，刀具中心将沿轮廓的外侧切削。如图1.1所示：
当加工凹模型面内轮廓时，偏置量设为-D，这时刀具中心将沿轮廓的内侧切削，如图1.2所示。
4.利用刀补值控制轮廓尺寸的精度
在铣削力的作用下，刀具在实际切削过程中存在让刀现象，最终导致实际轮廓尺寸与理论轮廓尺寸的偏差。通常在粗加工、半精加工时，由于切削余量较大且不均匀，让刀量较大；在进行精加工时，加工余量相对较稳定，可方便地通过实测获取精加工时的让刀量，此后可根据所得让刀量修改刀具半径偏置寄存器中的刀补值。这样，可完全依据零件的理论轮廓尺寸编写精加工程序，用刀补值来补偿加工中由于工艺系统的让刀所引起的误差，提高轮廓的加工精度。
5.使用刀具半径补偿功能时的过切现象及解决方法
由于使用了刀具补偿功能，在执行某些指令时，出现或可能出现刀具过度切削零件的现象，即我们平时所说的过切。通常情况下在数控程序中使用刀具半径补偿功能时，可能会产生下面几种情况的过切现象。
（1）建立刀补时的程序结构。在自动刀具补偿建立后，如果连续插入两个或两个以上与刀补平面内运动坐标无关的程序段时将可能造成过切现象。如加工工件外轮廓时，因刀具半径补偿启动后的下两段程序段中没有指定平面轴的运动指令段，会产生过切现象，加工程序如下：
N10 G90 G17 G00 X0 Y0 Z50.；N20 G41 X20. Y10. D01；
N30 Z48.；N40 G01 Z-10.；N50 Y50.；N60 X40.；
这是因为当从N20段进入刀补启动阶段后，下两段程序段N30、N40由于Z轴是非刀补平面，也就作不出矢量，确定不了进刀的方向。此时，尽管用G41进入了刀补状态，到刀具中心却并未加上刀补，此时就产生了进刀超程。为避免上述过切发生，可对程序修改如下：
N10 G90 G17 G00 X0 Y0 Z50.；N20 G41 X20. Y9. D01；
N30 Y10.；N40 Z48.；N50 G01 Z-10.；
N60 Y50.；N70 X40.；
按此程序运行时，N30和N60的指令是相同方向的，故从N20开始刀补启动后，在点（X20，Y9）上即作出了与N30前进方向垂直向左的矢量，刀具中心也就向着该矢量终点移动，当执行N30时，由于N40和N50是Z轴移动的原因而不知道下段的前进方向。此时，刀具中心就移向在N30段终点（X20，Y10）处所作出的矢量的终点。在执行完N40和N50后，再移向交点。在进行刀具半径补偿的撤销时，也要注意刀具半径补偿的终点应安排在刀具切出工件后，以免发生碰撞。
（2）加工小于刀具半径的沟槽尺寸。加工沟槽时，如果槽底宽小于刀具直径，则在加工中会产生过切。随着刀具的进给，刀具首先与槽左侧面相切，随着刀具的继续进给左侧槽面已产生过切。加工直线轮廓时，刀具中心轨迹与编程轨迹方向相反，因此将产生过切。
（3）加工小于刀具半径的内圆弧面。当程序指令中的圆弧半径小于切削刀具的半径时，如果进行内圆弧切削会产生过切。对于加工内圆弧面，在圆角半径大于刀具半径的情况下，才能确保正常切削。
二、刀具半径补偿建立与撤销及使用中的注意事项
在实际使用时必须注意以下几个事项：
（1）在G41、G42、G40必须在G00或G01模式下使用，不能使用G02、G03，否则会产生报警。
（2）为保证工件、刀具安全，建立和取消刀补应采用G01方式，若用G00，则应先建刀补再下刀，先抬刀再取消刀补，并且补偿方向与进、退刀位置在同一侧。
（3）G41、G42不能重复使用，并且在使用时不允许有两句连续的非移动指令。
（4）G41、G42与G40之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。
（5）D00～D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补偿。刀具补偿值必须在加工或运行之前设定，并存放在补偿存储器中。
（6）使用G41、G42时应指定G17、G18、G19平面，尤其是XZ平面和YZ平面，必须指定G18、G19，但XY平面G17可以省略，因为它是系统缺省的平面。
（7）补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行，否则会出现补偿错误。
（8）在工件要求较高时应当考虑切入、切出问题，采用直线或四分之一圆弧切入、切出方式。
三、结论
刀具半径补偿指令是数控编程中非常重要并且应用最广泛的指令，正确应用刀具半径补偿对复杂零件加工来说，既可以简化编程计算，又可以保证零件精度，同时还可以提高效率，对数控加工具有举足轻重的作用。
参考文献：
[1]张景霞、李泉海.《刀具半径补偿在数控铣床加工中的应用》.农业科技与装备，2011年第12期杂志.
[2]黄耀新.《数控铣削实训教程》.中国劳动社会保障出版社，2007年6月