数控车削中的刀尖圆弧半径补偿
刀尖圆弧补偿(详细介绍)
刀尖圆弧补偿数控车削加工是以假想刀尖进行编程，而切削加工时，由于刀尖圆弧半径的存在，实际切削点与假想刀尖不重合，从而产生加工误差。
为满足加工精度要求，又方便编程，需对刀尖圆弧半径进行补偿。
本文对刀尖半径补偿的概念，刀尖方位的确定、补偿方法和参数设置进行了介绍。
同时阐述了刀尖半径补偿的过程并分析了实例，就应用过程中出现的问题加以介绍。
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。
刀尖圆弧半径补偿在数控车中的运用
Ｇ０ Ｚ ： １ 一８
Ｘ１ ： ｌ
Ｎ２ ＧＯ１ ３ ； ０ Ｚ一 ８
翦Ｉ 刀蘩
后量 刀槊
Ｇ ０ １ Ｑ ０ ７Ｐ ０ ２；
Ｇ Ｇ Ｘ１ ０ ０ ； ４０ Ｏ０ ０ Ｚ１ ０ Ｍ０ ； ５
图 ３ 车削 圆弧面产生的误差
ｌ ６ ２
科技信息
０机械 与电子 ｏ
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｏ ＹＩ Ｆ Ｒ ＴＯＮ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ ＯＬ Ｇ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ
２１ ０ １年
第２ ０ ： Ｘ１ Ｚ－１ ５ ４； Ｚ－１ ７；
Ｇ９ Ｍ ０ Ｓ ００ ９ ３５ ；
差。
１ 在车削内外 圆柱 、 ． １ 端面时无形状误差产生 ， 际切削刃的轨迹与 实 工件轮廓轨迹一致 １ 刀尖半径对锥 面切削 的影响ｆ 图 ２ ． ２ 如 ）
图 ４ 半径 补偿后 的刀尖轨迹
３ 刀具 圆弧半径补偿在编程中的运用
３Ｉ 刀尖半径补偿 的建立指令 ． Ｇ １ 刀具半径左补偿 ； 站在第三轴指 向上 ， ４： （ 沿刀具运动方 向看 ， 刀具位 于工件左侧时补偿 ） ： Ｇ ２ 刀具半径右补偿 （ ４： 站在第 三轴指 向上 ， 刀具运动方 向看 ， 沿 刀具位 于工件右侧时 的补偿 ） 。 Ｇ １Ｇ ２ ４ 、 ４ 指令一般放在刀具接近工件 的程序段 中。（０ 或 Ｃ Ｏ Ｇ１ Ｏ 程序段、 ３ 刀尖半 径补偿 的取消指令 Ｇ ０ ． ２ ４ 般放在 刀具远离工件 的程序段 中 （０ 或 Ｇ ０ Ｇ１ ０ 程序段）
２１ ０ １年
第２ ３期
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ ＯＧ Ｎ Ｏ ＭＡＴＯＮ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ ＯＬ ＹＩＦ Ｒ Ｉ
刀尖圆弧半径补偿功能在数控车削中的应用策略与技巧
序段 刀具 中心 轨 迹 的转 接 ， 刀 具 在 工 件 轮 廓 拐 角 处 采 用 使 直线 过 渡 的方 式 ， 程 人 员 可 完 全 按 照 工 件 轮 廓 来 编 程 ， 编 简化程序 ， 克服 尖 角 工 艺 性 差 的 缺 陷 。 现 在 绝 大 多 数 数 控 机 床 都 采 用 ｃ功 能 刀 具 半 径 补偿 。
制 刀 具 轨 迹 进 行 切 削 加 工 ， 除 了 由 刀 尖 圆弧 半 径 引 起 的 消
刀 尖 圆弧 半 径 补 偿 的 偏 置 方 向 由 刀 尖 圆 弧 半 径 补 偿 指 令 Ｇ １ Ｇ ２Ｇ４ ４ 、 ４ 、 Ｏ来 实 现 。
（ ） 程 格 式 ： １Ｇｏ ／ Ｏ Ｕ） （ ） ； 示 刀 尖 １编 Ｇ４ ｏ Ｇ ｌＸ（ Ｚ ｗ Ｆ 表 圆弧 半 径 左侧 补偿 。Ｇ ２ Ｇ ０ Ｇ ｌ Ｘ（ ４ ０ ／ Ｏ Ｕ）Ｚ ｗ ）Ｆ ； 示 （ 表
理 ， 着零件轮廓 复杂 程度 的增加 将会 给计算 带来 困难 ， 随 尤其 在 刀具 磨 损 、 磨 或 更 换 新 刀 具 时 ， 尖 半 径 发 生 变 重 刀
化 ， 具 轨 迹 必 须 重新 计 算 ， 对 程 序 作 相 应 的修 改 ， 繁 刀 并 既
数控车床刀具 补偿功 能包 括刀 具位置 补偿 和刀 尖 圆 弧半 径 补 偿 两 方 面。在 加 工 程 序 中用 Ｔ 功 能 指 令， Ｔ ＸＸ 中前 两 个 Ｘ 为 刀 具 号 ， 两 个 Ｘ 为 刀 具 补 偿 Ｘ Ｘ Ｘ 后 Ｘ 号 ， Ｔ ２２ 如 ０ ｏ 。如 果 刀 具 补 偿 号 为 Ｏ ， 表 示 取 消 刀 补 。 ０则
工 质 量 ， 缓 刀 具 磨 损 ， 长 刀 具 使 用 寿命 ， 常将 车 刀 刀 减 延 通
数控加工中刀尖半径补偿的应用
数控加工中刀尖半径补偿的应用作者：伊洪彬来源：《职业·中旬》2009年第06期编制加工程序时，一般将刀尖看做一个点，然而在实际车削加工中，所使用的车刀无论刀尖如何锐利都不可能是绝对尖的，都存在一定的圆角。
这个圆角一方面可以提高刀尖的强度，另一方面可以改善工件加工的表面粗糙度。
由于刀尖圆角的存在，X向、Z向（图1）对刀所获得的刀尖位置是一个假想刀尖。
当加工锥面或圆弧面时，实际切削点与理想刀尖点之间在X、Z轴方向都存在位置误差。
理想刀尖点P编程的进给轨迹为实线P1~P9，圆弧刀尖实际切削轨迹为图1中虚线所示，有少切或过切现象，造成加工误差。
在切削圆锥面时，刀尖实际切削点也始终是一个点，但这个切削点和理想刀尖点不是同一个点，因此切削圆锥面时，刀尖圆弧半径会使被加工表面产生等量的误差，影响圆锥面的尺寸精度。
在切削圆弧面时，刀尖实际切削点是一个变化的点，它会使被加工表面的圆弧半径发生变化，并且影响圆弧面的轴向尺寸精度。
因此，必须通过数控车床的刀尖半径补偿功能来补偿刀尖圆角带来的加工误差。
一、刀尖半径补偿指令1.刀尖方位假想车刀刀尖P相对圆弧中心的方位与刀具移动方向有关，它直接影响圆弧车刀补偿计算结果。
图2是圆弧车刀假想刀尖方位及代码。
从图2可以看出，刀尖P的方位有八种，分别用数字代码1～8表示，同时规定，刀尖取圆弧中心位置时，代码为0或9，可以理解为没有圆弧补偿。
2.刀尖半径自动补偿目前，绝大多数数控机床都具有刀具半径自动补偿功能，根据刀具运动方向以及刀具与工件的相对位置，半径补偿指令可分为刀具半径左补偿指令G41和刀具半径右补偿指令G42。
判断方法是沿着刀具前进的方向看，刀具位于工件的左侧，补偿指令为G41，刀具位于工件的右侧，补偿指令为G42，取消刀具半径补偿指令为G40。
二、刀尖半径补偿在加工中的应用在切削外圆及端面时，刀尖圆弧几乎不影响加工尺寸和形状，但在切削锥面和圆弧时，则会导致刀具的行走轨迹与编程轨迹不相吻合。
数控车床刀尖圆弧半径补偿
数控车床刀尖圆弧半径补偿真实的刀具刃是由圆弧构成的（刀尖半径）就像右图所示，在圆弧插补和攻螺纹的情况下刀尖半径会 带来误差。
偏置功能命令切削位置刀具路径 G40取消刀具按程序路径的移动 G41右侧刀具从程序路径左侧 移动G42左侧刀具从程序路径右侧移动补偿的原则取决于刀尖圆弧中心的动向，它总是与切削表面法向里 的半径矢量不重合。
因此， …不会发生问题。
不过，真实的刀具刃是由圆弧构成的 （刀尖半径）就像右图所示，在圆弧插补和攻 螺纹的情况下刀尖半径会带来误差。
2.偏置功能命令切削位置刀具路径G40取消刀具按程序路径的移动 G41右侧刀具从程序路径左侧移动 G42 左侧刀具从程序路径右侧移动 补偿的原则取决于刀尖圆弧中心的动向， 它总是与切削表面法向里 的半径矢量不重合。
因此，补偿的基准点是刀尖中心。
通常，刀具 I'-度和刀尖半径的补偿是按一个基准点来测量刀具长度刀尖半径i- i r i 1R ，以及用于假想刀尖半径补偿所需的刀尖形式数 （0-9）。
洋3这些 内容应当事前输入刀具偏置文件。
论这个命令是不是带圆弧插补， “刀尖半径偏置” 应当用 G00或者G01功能来下达命令或取消。
不 刀不会正确移动，导致它逐渐偏离所执行的路径。
因此，刀尖半径偏置的命令应当在切削进程启动之前完成； 并且能够防止从工件外部起刀带来的过切现象。
反之，要在切削进程之后用移动命令来执行偏置的取消过。
刀尖半径补偿编程原则一、 将刀具的刀尖圆角半径值及刀具的指向编码数存入刀具偏置文档的相应偏置序号处，偏置序号必须先于刀尖半径补偿激活。
二、 为了激活刀尖半径补偿，再一个或两个坐标轴都处于非 切削状态的直线运动段中编入 G41或G42至少其中一个坐标轴的移动编程量大于或等于刀尖圆角半径值。
三，进入和退岀工件切削时必须垂直于工件表面。
四，刀尖半径补偿在下列的工作模式中不起作用： G32 G34 G71、G72、G73 G74 G75 G76 G92 五，若在G90 G94固定循环中使用刀尖半径补偿，刀尖半径补偿必须先于在刀具刃国三 尖利时, 切削进程按照程序指定的形状执行假想的刀刃为基准，因此为测量带来一些困难。
刀尖圆弧半径补偿指令在数控车削中的应用
ｌ ６ ０ ｍｍ Ｘ ３ ５ ｍｍ，等离子切割成 形。 图２ 所示 的
凸轮 ，材 料 为 ４ ５ 钢， ８ ５ ｍｍ ×２ ５ ａ ｍ冷 轧 棒 料 锯 ｒ
割 成 形 ，加 工 数 量 均 为 ３ ０ 件 。其 工 件 的 圆 弧 轮 廓 在 普 通 车 床 上 使 用双 手 控 制 加 工 ，加 工 效 率 低 、 圆 弧 形 状 和 尺 寸 不 易 保证 。使 用样 板 刀 （ 或 称 为 成形 车 刀 ）加 工 ， 刀尖 的 圆弧 半 径 与绳 轮 的 圆弧 半 径一
消耗。
线及 中心线 一龙门镗铣床上用燕尾盘铣 刀加 工尺 寸
。
下 表 面 一 工件 翻 个 ，用 燕 尾 盘 铣 刀加 工尺 寸Ｌ。 及
４ ． 结语
燕尾盘铣刀的应用 ，改进了管磨机滑履支撑平 底板的加工工艺 ，实践检验证 明，有效提高 了加工 精 度，降低了制作成本。此种加工工艺亦可用于其
程。
车 削 时 进 行 刀尖 半 径 补 偿 的注 意 事 项 （ 以
Ｄ ＡＳ Ｅ Ｎ 一 ３ ｉ 系统 为 例 ） ：
（ １ ）在进行 刀尖 圆弧半径 补偿时 ，程序 中有 下 列指令时 ，系统 将报警 ：①Ｇ１ ７ Ｇｌ ９ （ ： ￣ ｂ 偿中的 平面与指定 的平 面不 同时） 。②复合指 令Ｇ ７ ４ Ｇ ７ ５ Ｇ７ ６ 。③刀具半径补偿指令 的建立 与取消 的程序有 Ｇ ０ ２ 、Ｇ ０ ３ 圆弧 插补 指令时 。④在处理干涉单节程 序 中 ，有一 个单节程 序执行 跳步时 ，交 点无法求 出。⑤预读 了有错误的单节程序时 。⑥在无干涉 回 避情况下有干涉产生时 。⑦在没有刀具半径补偿功 能下指定 刀具半径补偿时。 （ ２ ）确定 刀尖进行 圆弧半径 补偿时需要考 虑
数控车床刀尖圆弧半径补偿课件
02
G41
刀尖圆弧半径左补偿。
03
04
G42
刀尖圆弧半径右补偿。
G43
刀尖圆弧半径补偿取消，同时 补偿值清零。
G40/G41/G42/G43指令的使用方法
1. 补偿的启动与取消
使用G40、G41、G42、G43等指令启动或取消刀尖圆弧半径补偿。
2. 补偿的输入
在补偿启动前，需要输入补偿值（即刀尖圆弧半径），补偿值可以 通过刀补画面输入或手动输入。
补偿方法：刀尖圆弧半径补 偿通过编程指令实现，无需 手动设置
补偿效果：补偿后可提高加 工精度和表面粗糙度Βιβλιοθήκη 刀尖圆弧半径补偿的示例程序三
01
刀尖圆弧半径补偿指令： G41.1、G40
02
补偿过程：通过G41.1指令 对刀尖圆弧半径进行补偿， 补偿过程为刀尖沿圆弧方向 移动，补偿结束后通过G40 指令取消补偿
02
刀尖圆弧半径的大小对切削过程 和工件质量有重要影响。
刀尖圆弧半径补偿的重要性
消除刀尖圆弧对切削轨迹的影响，提 高工件的精度和表面质量。
补偿刀尖圆弧对切削力、切削热和切 削振动的影响，提高切削过程的稳定 性和效率。
刀尖圆弧半径补偿的类型
刀尖圆弧半径左补偿（G41）
01
在切削过程中，刀具左侧的圆弧半径产生影响，需要补偿。
03
补偿方法：刀尖圆弧半径补 偿通过编程指令实现，无需 手动设置
04
补偿效果：补偿后可提高加 工精度和表面粗糙度
05
刀尖圆弧半径补偿的注意事项
刀尖圆弧半径补偿的误差来源
刀具半径测量误差
刀具半径的测量值与实际值之间可能存在误差，导致补偿值不准 确。
刀具磨损
浅谈刀尖圆弧半径补偿功能
Ｌ 正 转 ，转 速 １ ０ 转／ 轴 ２ ０ 分
Ｎ ００ Ｚ １ ． Ｏ ７ － ５ ； Ｎ００Ｘ０Ｚ４ ． Ｏ ８ ４ ． － ５ ；
Ｎ ０ ０ Ｚ５ ． Ｏ ９ － ９ ；
图 ４ 零 件 图
牟 削 ２ 外 圆 ０ ￣ ｆ 锥 度 ａ， Ｊ
车 削 中４ ＃ 圆 ０ｂ 车 ｆ Ｒ 圆 弧 Ｊ ￣６
４ 使用刀尖半径补偿指令时的注意事项
（ ）尖 半 径 补 偿 只 能 在 Ｇ ０ Ｇ １ 运 动 中 建 立 或 取 １ Ｏ 或 Ｏ的 消 。 ｇＧ １ ４ 和 Ｇ ０ 令 只 能 和 Ｇ ０ Ｏ 指 令 一起 使 用 ， ［ ４ 、Ｇ ２ ４ 指 Ｊ Ｏ 或Ｇ １ 且 当轮 廓 切 削 完 成 后 要 用 指 令 Ｇ ０ 消 补 偿 。 另 外 ， 刀 具 建 ４取
的区别。
７
．
７
、 Ｚ
１
５ 尖 半 径 补 偿 的应 用举 例
考 虑刀尖 圆弧半径补偿 ，编制 图４ 所示零件的精加工程
序 。己知用
０． ｍ。 ８ｍ
・ ９ 。 右 偏 刀 ，安 装 在 １位 ， 刀 尖 圆 弧 半 径 把 ０ ＃
２
Ｘ
６
Ｉ
图３ 车 刀刀尖方位示 意图（前 置刀架）
３ ８ ４
堕旦
令 ，？ Ｇ １ Ｕ Ｏ ５ 、Ｇ ６ ９ 、Ｇ １ 。 （ ）在 加 工 ￣ Ｏ Ｏ Ｗ 、Ｇ ０ ９ 、６ ７ ２ 等 Ｉ Ｊ ５
小 于 刀 失 半 径 的 凹 圆 弧 时 ， 机 床 可 能 产 生 报 警 。 （ ）在 选 ６ 择 刀 尖 圆 弧 半 径 补 偿 时 ， 要 特 别 注 意 前 置 刀 架 和 后 置 刀 架
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数控车削中刀尖圆弧半径对加工的影响
唐思远（湖南郴州技术学院423000）
【摘要】系统分析了数控车削加工中刀尖圆弧半径对工件尺寸、形状的影响，并通过举例加以说明，提出相应的解决措施。
关键词：数控；刀尖圆弧半径补偿；刀尖方位；存储器
一问题的提出
数控加工中刀具功能又称为T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能指令。
数控车床的刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两个方面。
对于刀具位置补偿，一般地，操作者都比较重视，在加工前通过建立刀具偏置值来实现。
但对于刀尖圆弧半径补偿则比较容易忽视；而在数控仿真操作或实际加工过程中，往往因为这一点造成工件尺寸超差、形状异样，工件报废。
二刀尖圆弧半径补偿的概念（Tool Nose Radius Compensation）
编制数控车床加工程序时，总是将刀尖看作一个点，如图（一）所示。
但是在实际加工中，这种理想的刀具状态是不存在的，因为无论用哪种材料做刀具，主、副切削刃的交点不可能是一个理想的点，而是存在一个圆弧过渡；另一方面，为了提高刀具刚度、延长使用寿命和降低加工表面粗糙度，通常也要将车刀刀尖刃磨成半径不大的圆弧，一般圆弧半径R在0.4~1.6mm之间(一般可通过对刀仪测量出来)。
如图（二）所示，编制加工程序时总是以理论刀尖P点来编程，数控系统通过准备功能指令来控制P点的运动轨迹；而实际切削时，真正起作用的切削刃是圆弧的各切点，这势必造成切削加工不足（不到位）或切削过量（过切）的现象，从而导致工件表面的形状误差和尺寸误差。
刀尖圆弧半径补偿功能就是用来补偿由于刀尖圆弧半径引起的工件误差的。
指令；刀具处于工件的右侧，即为刀尖右补偿，用G42指令；取消刀尖半径的左补偿或右补偿，用G40指令，此时车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动。
四实现刀尖半径补偿功能的参数设置
在加工工件之前，必须将刀尖半径补偿的有关参数输入到数控机床的相应存储器中，以便使数控系统对刀尖的圆弧半径所引起的误差进行自动补偿。
现代CNC系统的补偿功能不仅可以自动完成刀具中心轨迹的偏置，而且还能自动完成直线间转接、圆弧间转接和直线与圆弧转接等尖角过渡。
其计算方法视系统不同而有所区别，且与数控编程关系不大，基于篇幅所限，在此不赘述。
参数的输入进入刀具参数偏置界面，通过移动光标选择刀号，将刀具位置补偿值（X、Z向）、刀尖圆弧半径R以及刀尖方位T输入到刀具偏置寄存器中，如图（五）所示。
若某程序段中编入了补偿指令“N200 G42 G01 X36 Z2 T0101”，则在自动加工过程中，数控系统根据01号刀具补偿栏内的X、Z、R、T的数值，自动修正该号刀具的位置误差和进行刀尖圆弧半径补偿。
值得说明的是，采用刀尖半径补偿时，刀具运动轨迹指的不是理论刀尖，而是刀尖上刀刃圆弧的中心位置，这一点在建立工件坐标系时就需要特别注意。
五编程举例
工件毛坯锻件Φ80×110mm。
在切除余量时的粗车循环使用G71功能，刀具：外圆左偏刀T01，刀尖方位3，刀尖圆弧半径R1.2；精车循环使用G70功能，刀具外圆左偏刀T02，刀尖方位3，刀尖圆弧半径R0.6。
编程零点选择在工件
号刀，01号刀补）
（建立左径补）
（车右端面）
（取消径补）
N80 G71 P90 Q180 U0.5 W0.2 F0.2 N90 G42 G00 X46 Z2（建立右径补）N100 Z0
2×45°）N120 Z－40
N130 X64 Z－56
N140 Z－70
N150 X70
N160 G03 X76 Z－73 R3
N170 G01 Z－90
N180 G40 G01 X80 W10（取消径补）N190 G00 X120 Z150 N200 T0202（换02号刀，02号刀补）N210 G70 P90 Q180 S460 F0.1
N220 G00 X120 Z150
N230 M05
N240 M02
六结束语
用带刀尖圆弧半径的车刀加工工件时，若数控机床不具备刀尖半径补偿功能，也可采用刀尖圆弧中心轨迹编程方法。
此法在实施过程中有两大缺点，一是大大增加了编程人员对坐标参数的计算量，二是一旦车刀刀头磨损或重磨后，必须重新计算编程的地址坐标值。
现代CNC系统大都具备半径补偿功能。
总之，数控车床编程时必须考虑刀尖圆弧半径带来的加工误差，并根据机床的功能特点采取相应的措施。