如何在车削加工中正确应用刀尖半径补偿功能

数控机床是按照程序指令来控制刀具运动的。众所周知，我们在编制数控车床加工程序时，都是把车刀的刀尖当成一个点来考虑，即假想刀尖，如图1所示的A点。编程时就以该假想刀尖点A来编程，数控系统控制A点的运动轨迹。但实际车刀尤其是精车刀，在其刀尖部分都存在一个刀尖圆弧，这一圆角一方面可以提高刀尖的强度，另一方面可以改善加工表面的表面粗糙度。由于刀尖圆弧的存在，车削时实际起作用的切削刃是圆弧各切点。而常用的对刀操作是以刀尖圆弧上X、Z方向相应的最突出点为准。如图1所示，这样在X向、Z向对刀所获得的刀尖位置是一个假想刀尖。按假想刀尖编出的程序在车削外圆、内孔等与Z轴平行的表面时，是没有误差的，即刀尖圆弧的大小并不起作用;但当车右端面、锥面及圆弧时，就会造成过切或少切，引起加工表面形状误差，如图2所示为以假想刀尖位置编程时的过切及少切现象。

编程时若以刀尖圆弧中心编程，可避免过切和少切的现象，但计算刀位点比较麻烦，并且如果刀尖圆弧半径值发生变化，还需改动程序。

数控系统的刀具半径补偿功能正是为解决这个问题所设定的。它允许编程者不必考虑具体刀具的刀尖圆弧半径，而以假想刀尖按工件轮廓编程，在加工时将刀具的半径值R存入相应的存储单元，系统会自动读入，与工件轮廓偏移一个半径值，生成刀具路径，即将原来控制假想刀尖的运动转换成控制刀尖圆弧中心的运动轨迹，则可以加工出相对准确的轮廓。这种偏移称为刀尖半径补偿。如图3所示。

一、刀尖半径补偿的方式

现代机床基本都具有刀具补偿功能，为编程提供了方便。

刀尖圆弧半径补偿是通过G41、G42、G40代码及T代码指定的假想刀尖号加入或取消的，如表所示。

应用刀尖半径补偿，必须根据刀架位置、刀尖与工件相对位置来确定补偿方向，具体如图4所示。为快速判断补偿方向，可采用以下简便方法：

从右向左加工，则车外圆表面时，半径补偿指令用G42，镗孔时，用G41;

从左向右加工，则车外圆表面时，半径补偿指令用G41，镗孔时，用G42。

使用刀尖半径补偿指令时应注意下列几点：

(1)刀尖半径补偿只能在G00或G01的运动中建立或取消。即G41、G42和G40指令只能和G00或G01指令一起使用，且当轮廓切削完成后要用指令G40取消补偿。另外，刀具建立与取消轨迹的长度距离还必须大于刀尖半径补偿值，否则，系统会产生刀具补偿无法建立的情况。

(2)工件有锥度或圆弧时，必须在精车锥度或圆弧前一程序段建立半径补偿，一般在切入工件时的程序段建立半径补偿。

(3)当执行G71～G76固定循环指令，在循环过程中，不执行刀尖半径补偿，暂时取消刀尖半径补偿，在后面程序段中的G00、G01、G02、G03和G70指令，CNC会将补偿模式自动恢复。

(4)建立刀尖半径补偿后，在Z轴的移动量必须大于其刀尖半径值;在X轴的移动量必须大于2倍刀尖半径值，这是因为X轴用直径值表示的缘故。

二、刀尖半径补偿量的设定

1.假想刀尖方向

假想刀尖即刀位点是刀具上用于作为编程相对基准的参照点，当执行没有刀补的程序时，假想刀尖正好走在编程轨迹上;而有刀补时，假想刀尖将走在偏离于编程轨迹的位置上。实际加工中，假想刀尖与刀尖圆弧中心有不同的位置关系，因此要正确建立假想刀尖的刀尖方向(即对刀点是刀具的哪个位置)。假想刀尖号就是对不同形式刀具的一种编码。从刀尖中心往假想刀尖的方向看，由切削中刀具的方向确定假想刀尖号。如图5所示，分别用参数0～9(T0～T9)表示，共表达了9个方向的位置 关系。图中说明了刀尖与起刀点的关系，箭头终点是假想刀尖，需特别注意，即使是同一刀尖方向号在不同坐标系(后刀座坐标系与前刀座坐标系)表示的刀尖方向也是不一样的。T0与T9是刀尖圆弧中心与假想刀尖点重叠时的情况。此时，机床将以刀尖圆弧中心为刀位点进行计算补偿。

2.补偿参数的设置

刀尖半径补偿量可以通过数控系统的刀具补偿设定画面设定。T指令要与刀具半径补偿号相对应，并且要输入假想刀尖号。以GSK980T系统为例，根据所选的刀具形状及在刀架上的安装刀位，在刀偏设置页面下设置，R为刀尖半径补偿值，T为假想刀尖号。如图6所示。

注意：在进行对刀操作时，当选择了Tn(n =0～9)号假想刀尖时，对刀点一定也要是Tn号假想刀尖点。

三、刀尖半径补偿的实现过程

实现刀尖半径补偿要经过3个步骤：刀补建立、刀补进行和刀补撤销(见图7)。

(1)刀补建立(也称为起刀)。偏置取消方式状态下，刀(具由起刀点开始接近工件，起刀程序段执行刀具半径补偿过渡运动。在起刀段的终点即下一程序段的起点，刀具中心定位于与下一程序段前进方向垂直线上，由刀补方向G41/G42决定刀具中心是往左还是往右偏离编程轨迹一个刀具半径值。注意：起刀程序段不能用于零件加工，动作指令只能用G00或G01。

(2)刀补进行。一旦刀补建立则一直维持，直至G40指令出现。在刀补进行期间，刀尖圆弧中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀尖半径的距离。

(3)刀补取消。即刀具撤离工件，使假想刀尖轨迹的终点与编程轨迹的终点重合。与建立刀补一样，刀具中心轨迹也要比编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离。它是刀补建立的逆过程。需注意：同起刀程序段一样，该程序段也不能进行零件加工，且此时的移动也只能用G00或G01。

四、刀尖半径补偿的应用举例

考虑刀尖圆弧半径补偿，编制图8所示零件的精加工程序。已知用一把90°偏刀，安装在2号位，刀尖圆弧半径0.8mm。

在程序运行之前，要在“刀具偏置”界面中输入刀补号02的R 为0.8，T为3。 数控加工程序： O 0001;

G00 X100 Z100; M03 S01; T0202;

G00 X14.4 Z10;

G42 Z2; (建立刀补) G01 X18 Z-10 F60;

G02 X24 Z-20 R15; G01 X30 Z-30;

G03 X38 W-14 R25; G01 Z-55;

X42;

G40 G00 X100 Z100; (取消刀补) T0200;

M05;

M30;

五、刀尖半径补偿引起的过切

在实际加工中使用刀具半径补偿功能时，可能造成加工过切的现象。如下面所示两种情况，若刀尖半径选择过大，就会造成过切现象。

1.直线轮廓加工时的过切

编程轨迹为ABCD，虚线所示为刀具中心轨迹，左图刀具半径为r时，无过切;刀具半径增大，如图9中剖面线部分所示，产生过切。

2.内侧转角加工小于刀尖半径时

刀具半径补偿中的预设刀尖半径补偿值大于被加工零件轮廓曲线上的最小凹圆半径，此时，刀具的内侧偏置会导致过量切削。在加工过程中控制系统执行到这一语句时，机床停止运动，并给出刀具过切的报警信息，如图10所示。

综上所述，在数控车削加工中，合理使用刀尖圆弧半径补偿，可有效解决圆弧面和锥面加工中由于刀尖圆弧的存在引起的加工误差，既可以保证加工精度，又可简化编程。并且，生产中刀具磨损的情况下，也可以通过修改刀尖R磨损补偿量来调整切削量，从而达到高效加工出合格产品的目的。

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编辑人：刘晶磊

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