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加工中心技师论文
加工中心操作工论文
（国家职业资格二级）
论文题目：
浅谈数控铣削中刀具半径补偿的应用
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数控铣削中刀具半径补偿的应用
摘要
刀具半径补偿在数控机床加工编程中应用非常广泛，在零件加工的程序编程时能够合理的应用刀具半径补偿，是简化被加工零件程序的重要方法。
特别是对二维图形编程时，不需要考虑加工时刀具实际直径的大小及零件的实际轮廓轨迹进行编程。
在程序中使用刀具半径补偿功能，当在加工过程中刀具出现磨损，实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致时，可以通过更改刀具半径补偿值使机床加工出符合技术要求的零件，同时还可以在同一加工程序中实现零件的粗加工、半精加工、精加工，简化了程序，节省加工前的准备工作，提高了生产效率，降低了技术人员的劳动强度。
本文就数控铣床（华中世纪星系统）加工中如何运用刀具半径补偿做一些探讨。
［关键词］数控机床刀具半径补偿编程
前言
现代数控加工技术将机械制造技术、微电子技术和计算机技术等有机地结合在一起，使传统的机械制造方法和生产工艺发生了革命性的变化。
数控机床在各行各业中已经得到了广泛的应用，社会生产中对机械产品的生产效率、精度、性能等要求不断提高。
因此，能够正确、灵活的运用每一项指令，对零件的加工生产至关重要。
一、刀具半径补偿的概念
在数控铣床上，由于程序所控制的刀具刀位点的轨迹和实际刀具切削刃口切削出的形状并不重合，它们在尺寸大小上存在一个刀具半径和刀具长短的差别，为此就需要根据实际加工的形状尺寸算出刀具刀位点的轨迹坐标，据此来控制加工。
按刀具半径补偿偏置位置可分为两类：
1、刀具半径左补偿G41，即刀具沿工件左侧运动方向时的半径补偿；2、刀具半径右补偿G42，即刀具沿工件右侧运动时的半径补偿。
G40为刀具半径补偿取消，使用该指令后，G41、G42指令无效，G40必须和G41或G42成对使用。
选择刀具半径补偿类型，应依据加工工件的形状、位置以及刀具切削方向等要素来确定。
二、刀具半径补偿在数控加工中的应用：
1、圆孔的加工
如图1所示
工艺及编程分析：
（1）、刀具的选择：
对于此类的零件，可选用硬质合金立铣刀，刀具的直径根据以下方法选择：
D/3＜d＜D/2。
其中孔径为φD、刀具直径为φd
此类零件如果刀具选择直径太小，那么工件残料不易铣削，费时；刀具直径选择太大，可能无法建立刀补或产生过切等现象。
计算后发现刀具直径可以在φ12和φ14中选择，根据去除残料及刀补建立的可能性，最终确定选φ14的三刃立铣刀。
（2）、加工工艺选择：
对于现代数控铣床在传动方面具有传动效率高，磨损小，运动平衡，无爬行现象、转动精度高等优点，不存在反向窜刀的现象。
从提高刀具的使用寿命和表面精度的角度考虑，采用顺铣。
按传统的加工工艺，加工内腔零件需先钻工艺孔、再钻孔，这样钻孔、换刀、对刀、编程等会浪费相应的时间。
对于此类零件我们可以采用分层铣削、降低吃刀量、提高铣削速率来完成，即每次下刀深度0.5mm、提高主轴转速及走刀速度（此时的切削要素主要由刀具性能决定），这样可以适当的减少对刀具的磨损，也可以减少在加工过程中产生的振动，同时可以有效的节省的加工时间及省去了大部分的辅助工作时间。
（3）、编程路径的确定：
如图2所示
根据图形轮廓采用圆弧过度切向切入切出，圆弧的半径r必须大于刀具半径且小于圆孔的半径，否则会程序报警或者产生过切现象。
因此选择r=8mm，刀具的中心轨迹如图2（b）所示。
（4）、粗精加工的程序处理：
根据图2（a）所示的刀具轨迹编程，利用子程序里、每次慢下刀深度0.5mm、子程序调用24次、刀补值为7，即可完成粗加工；精加工时只需将程序段N5中“L24”删掉，N10中改为“Z-12”,调用一次子程序、一次下刀到孔底，选择合理的S、F值及将刀补值设定为理论值，即可完成精加工。
（5）、参考加工程序：
粗加工程序：
%0001
程序名
N1
G54G90G40G17G94
建立工件坐标系，程序初始化
N2
M03S2000
主轴正转，转速2000r/min
N3
G00X0Y0Z10M07
快速定位，切削液开
N4
G01Z0F100
刀具下到加工起点
N5
M98P0002L24
调用子程序24次
N6
G01Z10F300
加工完成抬刀
N7
G00Z100M09
抬刀至安全距离，切削液关
N8
M30
程序结束并复位
N9
%0002
子程序名
N10
G91G01Z-0.5F50
增量切削下刀0.5mm
N11
G90G01G41X8Y-8D01F500
绝对编程，建立左刀补（刀补值7mm）
N12
G03X16Y0R8
圆弧过度切向切入
N13
I-16J0
铣削整圆R16mm
N14
X8Y8R8
圆弧过度切向切出
N15
G01G40X0Y0
取消刀补，回到下刀起点
N16
M99
子程序完
通过上述例子可以看出巧妙的应用刀具半径补偿、选择合理的刀具及走刀路径，就能快速、高效地加工出类似的孔类零件。
2、内外壁的加工
（1）、图形分析及刀具选择：
如图3所示，要在一个平面上铣出一条封闭的沟槽，槽宽15±0.02mm,槽深5mm,表面粗糙度为1.6。
通过零件图，根据刀具直径的选择方法确定刀具直径为φ12。
通过图形可知内沟槽中各圆弧圆心重合，且内外轮廓存在对称等比关系。
因此我们可以利用一个程序，通过更改刀具半径补偿值的方法完成沟槽的加工，而不需要把内外壁轮廓上各点坐标计算出来，再分别编写加工内壁程序和外壁程序，然后分别加工。
根据尺寸标注计算得出图4中所示内壁上各坐标点为：
A（-40,10）、B（-24,18）、C（24,18）、D（40,10）、E（40，-10）、F（24，-18）、G（-24，-18）、H（-40，-10），确定O点为下刀点。
（2）、确定加工工艺：
当加工内壁时，把刀补值设为刀具的实际半径，此时走刀路线就如图5（a）所示；加工外壁时，刀补值设为槽宽与刀具半径的差值，此时走刀路线就如图5（b）所示。
需要注意的是粗加工内外壁时要预留有精加工余量，而且内壁是在补偿值上加上余量，外壁是在补偿值上减去余量。
采用此方法加工内外壁的特点就是只需编写一个程序，通过不断修改刀补值来完成内外壁的粗精加工。
需要注意的是精加工内壁时采用的是顺铣，精加工外壁时采用的是逆铣，所以加工过程中还需要合理调整切削加工参数，以获得最好的加工效果。
（3）、参考加工程序：
粗加工程序：
%0003
程序名
N1
G54G90G40G17G94
建立工件坐标系，程序初始化
N2
M03S3000
主轴正转，转速3000r/min
N3
G00X-47.5Y0Z10M07
快速定位，切削液开
N4
G01Z0F100
刀具下到切削起点
N5
M98P0004L10
调用子程序10次
N6
G01Z10F300
加工完成抬刀
N7
G00X0Y0Z100M09
抬刀至安全距离，切削液关
N8
M30
程序结束并复位
N9
%0004
子程序名
N10
G91G01Z-0.5F50
增量切削下刀0.5mm
N11
G90G01G41X-40Y10D01F500
绝对编程，建立左刀补
N12
G02X-24Y18R10
A→B圆弧进给
N13
G03X24R40
B→C圆弧进给
N14
G02X40Y10R10
C→D圆弧进给
N15
G01Y-10
D→E直线进给
N16
G02X24Y-18R10
E→F圆弧进给
N17
G03X-24R40
F→G圆弧进给
N18
G02X-40Y-10R10
G→H圆弧进给
N19
G01Y10
H→A直线进给
N20
G01G40X-47.5Y0
取消刀补，回到下刀起点
N21
M99
子程序完
类似这种内外壁、薄壁、阴阳模等零件加工，都是根据尺寸标注，只需计算出一条轮廓上的节点，巧妙的利用刀具半径补偿及切削参数来完成工件的加工。
3、轮廓倒圆角的加工
如图6所示，两圆两边用直线相切连接形成一个封闭轮廓，要在此轮廓周边倒半径为6mm的圆角。
（1）、图形工艺分析：
在数控加工中,对于简单的曲面轮廓编程时可以选用
合理的手工编程或自编程，虽然自动编程越来越有代替手工编程的趋势，但手工
编程仍然是基础，因其前期准备时间短，不受硬件条件的限制，可读性强，易于检查，调整方便而仍被广泛采用。
根据图形计算得出图7各节点坐标为：
A（-30,0）、B（6,29.4）、C（54,9.6）、D（54，-9.6）、E（6，-29.4）。
（2）、工艺确定：
宏程序是在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理达到程序功能。
在轮廓的倒角加工中，通常采用“等高加工”方法来实现，轮廓倒圆角加工则选择旋转角作为控制变量。
如图8分析知道，周边圆角属于曲面加工，选择球头铣刀要比平底立铣刀好的多，我们选择φ8硬质合金球头铣刀。
这里为减少刀具磨损采用由低往高的铣削方向，即在Z方向上的变量是由A点向上铣削到B点（深度由-6到4），Z方向变量值取正直，按照A到B的图形轮廓可知，此时的刀位点向轮廓里面偏置了一个圆角半径量，即0°到90°的圆弧，刀位点在任意一点上对应的角度为＃1，那么，对应的＃1角度下的当前Z轴高度＃2和当前刀补值＃3就可以通过三角函数关系计算出来。
（3）、参考加工程序：
加工程序：
%0001
程序名
N1
G54G90G40G17G94
建立工件坐标系，程序初始化
N2
M03S3000
主轴正转，转速3000r/min
N3
G00X-35Y-20Z10M07
快速定位，切削液开
N4
G01Z-6F100
定位到切削起点
N5
#1=0
设置初始角度
N6
#4=90×PI/180
设置终止角度
N7
#5=2×PI/180
设置每层步距角度
N8
WHILE#1LE#4
循环判别
N9
#2=10×SIN[#1]-6
计算Z轴当前高度
N10
#3=10×COS[#1]-6
计算当前刀具半径补偿值
N11
G01Z[#2]F300
Z轴抬刀
N12
G01G41X-30Y0D[#3]F1000
加入刀补O→A直线进给
N13
G02X6Y29.4R30
A→B圆弧进给
N14
G01X54Y9.6
B→C直线进给
N15
G02Y-9.6R20
C→D圆弧进给
N16
G01X6Y-29.4
D→E直线进给
N17
G02X-30Y0R30
E→A圆弧进给
N18
G01G40X-35Y-20
A→O返回起点并取消刀补
N19
#1=#1+#5
当前角度位置增量步进
N20
ENDW
返回循环，继续判别
N21
G01Z10F300
循环完毕，Z轴抬刀
N22
G00X0Y0Z100M09
抬刀到安全距离，切削液关
N23
M30
程序完结束并复位
其实不单单只是此例，任意图形周边倒圆角、倒方角、倒任意斜角、铣曲面等等，都可以应用刀补设变量的方法编写宏程序进行加工。
结束语
本文通过简单的三个典型案例说明了刀具半径补偿在数控铣削中的三种思想。
掌握好刀具半径补偿的运用可以提高生产效率，降低劳动强度。
刀具半径补偿的应用远远不止这些，还有待于我们继续探讨。
［参考文献］
1、袁锋《全国数控大赛试题精选》机械工业出版社
2、胡涛《数控铣床编程与操作基础》武汉华中数控股份有限公司
3、马有良《数控机床中刀具半径补偿的编程技巧》[J]．机床与液压，2006.2
4、廖效果《数字控制机床》华中理工大学出版社
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