浅析刀具半径补偿功能的正确使用
【摘 要】主要讲述了刀具半径补偿功能在数控加工中的使用。
【关键词】B类补偿；C类补偿；刀补的建立；刀补的进行；刀补的取消
【正 文】
随着数控技术的不断发展，数控机床越来越广泛地被运用到各类机械制造行业。数控机床的运行必须按事先编制好的加工程序运行。因此，程序编制的质量将直接影响到加工零件的质量要求。零件程序的编制，除根据零件图的形状、尺寸、材料及技术要求确定加工工艺过程、工艺参数、切削用量及位移数据外，还应考虑各基点的计算繁易及数控系统的功能，尤其对数控铣床等使用带有半径的刀具的机床，为简化计算，其编程往往要以刀具中心为编程轨迹，但计算各轨迹基点又会带来大量的、复杂的计算过程。为解决这一问题，数控机床大多备有刀具半径补偿功能，以减轻计算难度。但是，刀具半径补偿在使用方面有着许多特殊的要求，具体分析如下（以FANUC系统为例）：
在数控编程前，正确选择刀具和确定刀具路径是制订加工工艺的重要环节。因为刀具有半径，所以刀具中心的轨迹相对于工件的实际轮廓总是偏移一个刀具的半径，加工时，刀具可偏移加工零件形面为刀具半径的轨迹移动，该功能就是刀具半径补偿。
数控装置大都具有刀具半径补偿功能，这为程序编制提供了方便。当编制零件加工程序时，可利用刀具半径补偿功能，直接按零件轮廓进行编程，而不需要进行大量的刀具中心运动轨迹的计算。采用刀具半径补偿后，数控系统能自动计算出刀具中心的偏移向量，进而得到偏移后的刀具中心轨迹，并使系统按中心轨迹运行。
刀具半径补偿分为B类补偿和C类补偿。B类补偿只能实现在本程序段内的刀具半径补偿，而对程序段间的过渡不予处理。只有B类刀具半径补偿功能的数控系统，使用时，对有外轮廓（外拐角）部分，必须增加尖角过渡辅助程序段；对内轮廓（内拐角），则会产生过切现象，因此，不能使用B类刀具半径补偿。刀具半径C类补偿功能可实现自动尖角过渡，只要给出零件轮廓的程序数据，数控系统就能自动地进行拐角处的刀具中心轨迹交点的计算，C类补偿功能可用于内、外拐角轮廓的加工。
C类刀具半径补偿的运动轨迹分为形成刀具半径补偿的建立补偿程序段、零件轮廓切削程序段和补偿撤消程序段三个组成部分。
一、刀具半径补偿的建立
当电源接通时，数控系统处于刀偏取消方式，刀具中心轨迹和编程一致，此时，可通过刀具半径补偿指令G41（或G42）和D0以外的D代码，令数控系统进入偏置状态，用此指令移动刀具就称为刀具半径补偿的起刀。
起刀时，必须通过定位指令G00或直线插补指令G01，在偏置平面内任意一轴上的移动而完成。在建立补偿的程序段中，不能使用圆弧插补指令G02（或G03），否则将出现P/S报警。在建立刀具半径补偿过程中，G41、G42用于指定半径补偿的方向，当偏置方向取正值时，G41为刀具半径左补偿，G42则为刀具半径右补偿；当偏置方向取负值时，则G41、G42进行互换。实现偏置方式的改变一般应在偏置取消方式下进行，而D代码指定刀具半径补偿量，由地址D和后面的1--3位数组成，D代码一直有效，直至指定另一个D 代码为止。
二、刀具半径补偿的轮廓切削
当建立起正确的刀具半径补偿量后，数控系统就将按程序要求实现刀具中心的运动，在刀具半径补偿状态中，由定位指令G00、直线插补指令G01或圆弧插指令G02（或G03）实现补偿，若在偏置状态中，处理2个或更多个刀具不移动的程序段，刀具将产生过切或欠切现象。在刀具半径补偿状态中，应特别注意零件拐角处的刀具运动情况，当刀具半径大于所加工的工件内轮廓转角、刀具直径大于所加工的沟槽、加工小于刀具半径的台阶以及补偿起动和沿Z轴切削时，都会产生过切现象，编程时应经过相应的处理。
在使用刀具半径补偿功能过程中，也可以改变补偿偏置量，此时，在程序段终点的向量值要根据该程序段所指定的偏置量，即新的刀具半径补偿值来进行计算。
在半径补偿过程中改变补偿偏置量，可有效地提高工作效率。例如：在加工过程中，当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，此时，只需手工输入改变后的刀具半径，而不必修改己编好的程序。在用同一把半径为R的刀具进行粗、精加工时，可设精加工余量为Δ，则粗加工的偏置量取R+Δ，而精加工的偏置量改为R即可。
三、刀具半径补偿的撤消
在加工结束时，为使刀具返回到开始位置，须取消刀具半径补偿方式。刀具半径补偿的撤消可通过指令G40或指定刀具半径补偿偏置号为0的程序段来完成，刀具半径补偿的取消程序段也要通过指令G00或G01进行，且不能使用G02或G03指令，否则也将产生报警，并且刀具停止运行。在进行刀具半径补偿的撤消时，还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。
刀具半径补偿除自身功能外，还可与G28、G29、G53等其它指令组合使用，形成一些特殊功能，从而进一步方便数控程序的编制。正确使用刀具半径补偿功能，可有效地减轻数控编程的计算强度和编程难度，从而大大提高编程的效率和加工精度。
参考文献
1、董献坤 《数控机床结构与编程》 北京 机械工业出版社 1997年
2、劳动和社会保障部 中国就业培训技术指导中心 组织编写 《加工中心操作工（基础知识 高级技能）》 北京 中国劳动社会保障出版社 2001年
3、全国数控培训网络天津分中心 《数控编程》北京 机械工业出版社 1996年
4、全国数控培训网络天津分中心 《数控机床》北京 机械工业出版社 1996年
