关于刀具半径补偿应用的探讨Word格式文档下载.docx
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3.刀具半径补偿的程序格式
（1）刀具半径补偿功能分为取消刀具半径补偿（G40）及刀具半径左补偿（G41）和刀具半径右补偿（G42）两种方式，如（图2）所示。
图2刀具半径补偿方向
在（图2）中所示的G41是相对于刀具前进方向左侧进行补偿，也称左刀补；
G42是相对于刀具前进方向的右侧进行补偿，也称右刀补；
G40取消刀补，F为进给方向。
（2）刀具半径补偿的格式
格式：
N—（G17/G18/G19）G41/G42α–β-D-；
N—G40α-β-；
其中：
G41—为左刀补，G42—为右刀补，G40—为取消刀补；
α、β∈（X、Y、Z、U、V、W），为指令的终点坐标数值；
D—为刀补地址号，一般地址号为D01～D99。
注意：
在使用刀具半径补偿功能中，必须要把刀具半径补偿值输写到刀具补偿的地址参数中。
通常T01即第一号刀，对应的刀补地址参数为D01,依此类推，其它刀具的补偿地址便可以轻易确定。
（3）刀具半径补偿的编程思路
通常，刀具半径补偿在编程使用中要明确几个关键点。
如图所示。
4.刀具半径补偿常见故障问题
根据以上刀具半径补偿的知识点，看起来刀具半径补偿功能似乎简单，其实不然的。
以下列举几个加工个例，进行说明。
例1．下面是一个外轮廓（如图3）的加工程序，材料为LY12,使用直径φ10的平刀加工，数控系统为Fanuc0I-MB。
O0501;
M03S1000;
G90G54G00Z30;
G01X35Y-55F800;
Z0F200;
M98P0502L8;
G90G00Z30;
M05;
M30;
O0502；
G90G42G01X35Y-26D01F500;
G91G01Z-2F200;
G90G01Y30F500;
G01X-35;
Y-25;
G03X-30Y-30R5;
G01X31;
G03X35Y-26R4;
G40;
M99;
在运行以上程序时机床会出现034报警，程序无法进行加工。
例2.接刀痕，看下面加工实物图4
例3．外轮廓过切现象，比较以下两个加工实物图5和图6
例4．内轮廓过切现象，看以下两个加工实物图7和图8
三、故障检查与分析排除
1．刀具半径补偿故障问题1（如例1）——程序无法运行。
出现此类问题，通常是对刀具半径补偿的编程格式没能理解清楚。
例1中的问题是比较典型的。
在调用子程序加工编程中，要找出程序的故障问题，要从两个方面着手，一方面要分析主程序是否存在使用刀具半径补偿功能；
另一方面分析子程序中是否存在使用刀具半径补偿功能。
很明显这是一个子程序使用刀具补偿的问题。
然后根据刀具半径补偿的编程思路查看各个关键点是否存在问题。
刀具起点：
通常该点是在轮廓外侧或内侧的一个坐标点。
刀具补偿点：
该点是轮廓外的一个坐标点。
刀具切入/退出点：
通常是在轮廓外侧或内侧的一个过渡点。
取消刀具补偿点：
该坐标点与刀具起点重合，既回到刀具起点取消刀具补偿功能。
可见例1中的刀具退出点和取消刀具补偿点没有设定,因此修改刀具退出点和取消刀具补偿点便可解决问题。
2．刀具半径补偿故障问题2——接刀痕。
出现这种问题，大多数是没有考虑编程工艺性的问题而造成的。
看下面修改后的程序，并看（图9）所示的编程思路。
O0001；
（直径φ16的平刀）
M03S700；
G90G54G00Z50；
X0Y-70；
（刀具起点）
G01Z0F300；
M98P0002L4；
G90G00Z50；
M05；
M30；
O0002；
G91G01Z-2F300；
G90G42G01X-20Y-55D01F500；
（刀具补偿点）
G02X0Y-35R20；
（圆弧辅助切入）
G01X-42Y-35；
（刀具切入点）
G03X50Y-27R8；
G01X50Y27；
G03X42Y35R8；
G01X-42Y35；
G03X-50Y27R8；
G01X-50Y-27；
G03X-42Y-35R8；
G01X0Y-35；
G02X20Y-55R20；
（圆弧辅助退出）
G01X42Y-35；
（刀具退出点）
G40G01X0Y-70；
（取消刀具补偿点）
M99；
该程序在切入点和退出点上引入了辅助圆的方法，从而使刀具可以离开工件，进行二次循环时避免了重复直接下刀而形成接刀痕的问题。
3．刀具半径补偿故障问题3——过切。
这种情况是由于没有考虑合理的切入和切出点或者是忘记设定刀具半径补偿，因此在加工时很容易产生过切的现象。
看下面修改后的程序。
外轮廓切削程序：
O5200;
（直径φ16平刀）
G40G49G80G17G21;
G54G90G00X60Y-60;
G01Z0F300;
M98P5201L5;
G00Z50;
O5201;
N10G91G01Z-2F300;
N20G90G42X49Y0D01F500;
N30Y34;
N40G03X44Y39R5;
N50G01X-44;
N60G03X-49Y34R5;
N70G01Y-34;
N80G03X-44Y-39R5;
N90G01X44;
N100G03X49Y-34R5;
N110G01Y0;
N120X60;
N130G40X606-60;
N140M99;
内轮廓切削程序：
O1234;
（直径φ10平刀）
G90G40G49G17G21;
G00X0Y0;
G01Z0F500;
M98P1235L4;
G00Z30;
O1235;
N20G90G41G01X30Y0F500;
N30Y26;
N40G03X24Y32R6;
N50G01X-24;
N60G03X-30Y26R6;
N70G01Y-26;
N80G03X-24Y-32R6;
N90G01X24;
N100G03X30Y-26R6;
N120X6;
N130G40X0Y0;
根据上面修改后的程序，现总结以下结论：
在运用刀具半径补偿功能加工内外轮廓类零件时，常常发生过切现象，归根揭底主要是出现在切入和切出时没有注意到刀具补偿的运动过程，通常情况下刀具半径补偿的运动补偿过程有以下几个阶段：
加工内外轮廓，如图10和图11所示的刀具路径图示。
1刀补建立阶段
刀具接近工件，根据G41或G42所指定的刀补方向，控制刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径。
看上图外轮廓的子程序O5201，当N20程序段中写上G42和D01指令后，运算装置立即同时先读入N30、N40两段，在N30段的终点（N40段始点），作出一个矢量，该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向右（G42右刀补），大小等于刀补值（即D01的值）。
刀具中心在执行这一段（N30段）时，就移向该矢量的终点。
在该N20段中，动作指令只能采用G00或G01，不能使用G02或G03,否则机床产生034报警，程序无法运行下去。
②执行刀补阶段控制刀具中心的轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。
从N30开始进入刀补状态，在此状态下，G01、G02、G03、G00都可用。
2刀补撤消阶段
在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中，根据刀补撤消前G41或G42的情况，刀具中心轨迹与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。
当N130程序段中用到G40指令时，则在N120段的终点（N130段的始点），作出一个矢量，它的方向是与N120段前进方向的垂直向右、大小为刀补值。
刀具中心就停止在这矢量的终点，然后从这一位置开始，一边取消刀补一边移向N130段的终点，此时也只能执行G01或G00，而不能执行G02或G03等。
因此在运用刀具半径补偿功能加工内外轮廓时，要严格遵从以下原则：
（1）外轮廓补偿问题
在主程序中“刀具起点”要在轮廓延长线上或轮廓外的一点（注意距离要≥使用的刀具半径值）。
在子程序中“刀补点”是轮廓上的起点，注意在使用G41/G42后的第一段必须用G01定位，定位点就是刀补点，之后的第二段才可以使用G02/G03做圆弧插补，在程序结束时，必须用G01退离工件（或者可以仿照图9使用过渡圆弧切入或切出，再使用G01退离工件），方可使用G40G01走回到“刀具起点”结束刀具半径补偿功能，如图10所示。
（2）内轮廓补偿问题
在主程序中“起刀点”要离开内轮廓一定距离，通常取≥使用的刀具半径值。
在子程序中“刀具补偿点”比起刀点≥使用的刀具半径值，注意在使用G41/G42时必须先使用G01定位后，才能执行G02/G03圆弧插补指令，在程序结束时，必须使用G01走过刀补点（叫退刀点），因为这样可以避免出现接刀痕迹，之后方可使用G40G01走回到“起刀点”结束刀具半径补偿功能。
如图11所示。
（3）刀具补偿值的确定应根据刀具直径大小和加工余量而确定。
刀具补偿值应输入到对应的刀具地址中，如下图（图12）所示。
否则因为忘记赋值到刀补地址中而造成过切现象。
四、应用和启发
如果要把图11圆柱毛坯加工成如图12所示的一个半球面，要求使用fanuc0I-MB系统，用直径φ12的平刀粗加工，留余量0.3mm精加工，该怎么样运用刀具半径补偿功能分别去进行粗精加工呢？
根据题意，现构建如图13所示的参数模型，并编写如下宏程序。
O1234；
G40G49G80G21G17；
M03S1800；
G54G90G00Z50；
X0Y0；
#1=12；
（直径12的平刀）
#2=10；
（半径10的半球）
#3=0；
#4=90；
G42G01X[#2]Y0D01F500（D01--刀补设为6.3）；
Z0F200；
N1WHILE[#3GE#4]DO1；
#5=#2*sin[#3]；
#6=#2*cos[#3]；
G01X[#6]F500；
Z[-#2+#5]F200；
G03X[#6]Y0I[-#6]J0F500；
#3=#3+1；
END1；
G01Y6；
（辅助退刀点）
G01Z50F800；
G40G01X0Y0；
M5；
较平底铣刀和球刀刀位点的分布情况如图14所示，可发现平底铣刀和球刀刀位点都是在刀具的底部的，但不同的是，平底铣刀的刀位点可以通过刀具半径补偿移动至刀具边缘上，而球刀则不可，因此如果要用球刀进行球面的精加工就不能使用刀具半径补偿功能进行编程，通过分析球刀结构可建立如图15所示的球刀加工轨迹模型。
因此可以使用R4的球刀编写以下的半球面精加工程序:
O1235；
M03S2000；
#1=4（R4的球刀）；
#2=10+#1（半径10的半球+球刀半径4）；
G01X[#2]Y0F500；
（无需使用刀补,因为半径10+4就是一个辅助的球面）
Z0F300；
Z[-#2+#5]F300；
五、结束语
刀具半径补偿是数控机床上应用最多、最重要的指令，离开该指令，数控铣床就不可能加工出复杂和高精度的零件。
要想在数控加工中心和数控铣床上编制出更合理，更完善的铣削程序，最重要的就是要很好地掌握和利用刀具补偿功能并能正确地使用指令，掌握数控编程的一些技巧，本文是根据实际应用过程中的一些技巧和常用方法，结合其使用原理，详细讨论和总结了数控机床上的刀具半径的补偿情况，提出了简单明了的使用方法。
参考文献
（1）董科.数控加工中心刀具半径补偿的运用.山东:
山东水利职业学院院刊,2006年02期
（2）罗瑞琳.数控铣削加工中刀具半径补偿的应用及注意事项.广西:
装备制造技术,2006年04期
（3）Fanuc0i-MB维修说明书.北京：
北京发那科机电有限公司，2004
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