铣削加工中心刀具半径补偿的应用
基于MasterCAM在加工中心上刀具半径补偿功能应用
基于MasterCAM在加工中心上刀具半径补偿功能的应用摘要:挖槽加工和外形铣削的尺寸精度通过mastercam的刀具半径补偿功能可以方便的得以控制。
mastercam刀具半径补偿功能主要包括“电脑”、“控制器”和“不补正”三种补偿方式的补偿过程,文章对每种补偿方式的应用特点进行了重点分析。
关键词:mastercam刀具半径补偿电脑补偿控制器补偿中图分类号:tg659 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2012)06(b)-0077-011 前言刀具半径补偿指的是在对工件的外形轮廓进行加工时,零件实际轮廓与刀具中心的偏移量。
数控加工中心机床可根据刀具补偿指令在进行刀具半径尺寸补偿操作。
在mastercam中,以前在设计程序的时候,计算程序数据主要依据刀具中心,当轮廓的尺寸需要改变或者刀具发生磨损现象时,程序就需要重新设计,就需要增加更多的工作量,不利于批量生产的有序进行。
如果将刀具半径补偿应用在程序中,发生了以上情况,则不必重新编程或者更换刀具,只需在数控机床上将刀具半径的补偿量进行修改就可以了。
mastercam9.0半径补偿功能包括“计算(电脑)”、“控制器”、“wear(两者)”、“reverse wear(两者反向)”以及“关闭”五种方式。
本文从便于程序的设计、保证轮廓的尺寸精度以及避免发生过切现象等方面来说明如何选择合适的补偿方式。
2 “电脑”补正(1)电脑补正过程在刀具半径补偿功能对话框中选择“计算”叫电脑补正过程。
在进行对刀具中心轨迹计算时,将刀具中心沿加工路径方向向左或右偏移刀具半径的距离,在零件轮廓和刀具中心之间有所偏移,见图1(a)。
电脑补正轨迹是按指定刀具半径计算出刀具走刀的实际路线,设计出nc程序,并让其在数控机床上得以实现。
但有一个现实存在且不可忽视的问题:在加工过程中,难以避免刀具磨损现象的发生,会导致直径的变小,在这时候,如果依然按照原来计算的刀具路径进行加工,零件的尺寸将发生变化(内孔尺寸变小,外形尺寸变大),如果公差值过大,零件就会被报废。
铣削加工中刀具半径补偿的运用
铣削加工中刀具半径补偿的运用作者：贺林来源：《卷宗》2013年第10期摘要：刀具半径补偿是现代数控机床控制系统的一种基本功能。
在数控车铣床、加工中心加工工件时，特别是二维平面工件的轮廓加工，如果不考虑刀具的实际直径大小，加工出来的工件尺寸与实际要求的尺寸将不符（大一圈或小一圈）。
如果加入刀具半径补偿，刀具会自动偏移刀具半径值，这样就可以正确加工。
因此，理解刀具半径补偿并能正确灵活地使用刀具补偿功能，将简化编程，起到事半功倍的效果。
将刀具补偿和变量编程结合使用，还可实现一些复杂曲面的加工，在数控切削加工中有较强的实用价值。
关键词：轮廓加工；刀具；半径；应用；补偿1 对刀具半径补偿的认识1.1 刀具半径补偿的基本概念在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径（如铣刀半径或线切割的电极丝半径等），刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。
在进行内轮廓加工时，刀具中心偏离零件的内轮廓表面一个刀具半径值。
在进行外轮廓加工时，刀具中心又偏离零件的外轮廓表面一个刀具半径值。
这种偏移称为刀具半径补偿。
1.2 刀具半径补偿指令刀具半径补偿指令有G41、G42和G40共3个指令。
当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，右刀补，用G42表示；取消刀具半径补偿时用G40表示。
1.3 刀具半径补偿执行过程（1）设置刀具半径补偿值：程序启动之前，在刀具补偿参数区内设置补偿值。
（2）刀具半径补偿的建立：刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点（起刀点位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓切入点较近）以进给速度接近工件时，刀具中心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的过程。
刀具从起刀点接近工件，刀具中心轨迹的终点不在下一个程序段指定的轮廓起点，而是在法线方向上偏移一个刀具补偿的距离。
在该段程序中，动作指令只能用G00或G01。
（3）刀具补偿进行：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。
刀具半径补偿功能
铣削外
G01G40X-70Y0 G41X-65Y-25D11
层，D11=8.3 G03X-40Y0R25 G02X-34.64Y20R40 G03X0Y40R40 G02X34.64Y20R40 G03Y-20R40 G02X0Y40R40 G03X-34.64Y-20R40 G02X-40Y0R40 G03X-65Y25R25 G01G40X-70Y0 Z1 G00Z100 M05 M30
消（G40）成对使用，且一般放在子程序中。 4、在运行程序加工前，须将刀补值输入到
参数表中刀补号对应位置处。 5、在下刀后切入材料前指定，切出材料后
Байду номын сангаас提刀前取消。
实例（精加工）
刀路设计
程序
O1；（FANUC）
程序号
G54G17G90G40 化
程序初始
G01Z100F2000
提刀
M03S800
刀具半径补偿的应用
1、可以直接按照轮廓或走刀路线编程。 2、避免复杂的数学处理。 3、使用同一加工程序完成轮廓的粗加工、半精加工、精加
工。 4、使用同一加工程序完成轮廓在XY平面内的分层铣削。 5、使用同一加工程序完成阴阳模具、薄壁类零件的加工。
刀具半径补偿值的含义
指加工中刀具中心偏离编程轮廓的法向距离。
刀具半径补偿值的确定
双边铣削外轮廓，已知理论值为100mm，测量值为 100.24mm，半精加工的刀具半径补偿值为6.1，求该刀具 精加工时的刀具半径补偿值。
解：修正值=（100.24-100）/2=0.12 精加工时的刀具半径补偿值为： offset值=6.1-0.12=5.98
刀具半径补偿方向的确定及其指令
G01Z-5F100
刀具半径补偿功能的应用
钻0孔的中心孔 钻1孔的中心孔 钻2孔的中心孔 钻3孔的中心孔 钻4孔的中心孔 钻5孔的中心孔 钻6孔的中心孔 Z轴提高
“十三五”规划教材 机电类
数控铣削
项目五 孔加工
任务 数控铣床钻孔加工
孔类零件数控铣削加工程序
M05 M09 M00； G90 G54 M03 S600 M08；
加工程序（FANUC系统
参考程序
子程序 子程序名 1→2（见图8-5），建立刀具半径补偿 2→3 3→4 4→5 5→6 6→7 7→8 8→9 9→10 10→11 11→3 3→12 12→1，取消刀具半径补偿 子程序结束
“十三五”规划教材 机电类
数控铣削
任务 子程序的应用
项目四 相同形状轮廓铣削
子程序的概念 1、子程序的定义：数控加工一个工件时若有几处形状相同，或刀具运 动轨迹重复时，在编写加工程序中会反复出现几处内容完全相同的程序 段。把重复出现的程序段单独编成一个程序，存储在数控系统中，被其 它程序反复调用。这个程序称为子程序。 2、子程序的结构：子程序的格式与主程序相似，由子程序名、加工内 容程序段、结束指令组成。
N40 G00 Z5 M08 N50 G01 Z0 F60 N60 G03 X-4 Y-7 Z-1 I-3 N70 G03 X-4 Y-7 Z-2 I-3 N80 G03 X-4 Y-7 Z-3 I-3 N90 G03 X-4 Y-7 Z-4 I-3 N100 G03 X-4 Y-7 Z-4 I-3 N110 G01 X-10 Y-10 F100 N120 X10 N130 Y-3 N140 X-10 N150 Y3 N160 X10 N170 Y10 N180 X-10 N190 G01 X-10 Y0 N200 M98 P8002 D01 F120 N210 M98 P8002 D02 F60 S600 N220 G00 Z50 M09 N230 M05 N240 M30
项目七刀具半径和长度补偿指令的应用
项目七刀具半径和长度补偿指令的应用任务描述：1、重点掌握使用刀具半径补偿功能和长度补偿功能。
2、理解刀具半径补偿和长度补偿在加工中心的应用。
任务分析：在加工中心中使用刀具补偿功能中要注意的事项。
一、刀具半径补偿1.1刀具半径补偿的作用：是把以刀具中心为编程轨迹转变为以工件轮廓为编程轨迹，即要求数控系统根据程序中的工件轮廓和刀具半径值自动计算出刀具中心轨迹。
刀具半径补偿功能的好处：1)简化编程，使编程人员编程时不用考虑刀具半径。
2)当刀具由于磨损、重磨或更换等原因使刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改存放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值或者选用存放在另一个刀具半径寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。
1.2刀具半径补偿的过程•刀具半径补偿建立：•刀具半径补偿进行：•刀具半径补偿取消：1.3 建立刀具半径补偿指令1、指令格式：X YG17 G41 G00G18 X Y DG19 G42 G01X Y式中，G41——刀具半径左补偿；G42——刀具半径右补偿；X、Y——建立或取消刀具半径补偿的终点坐标值；Dxx——刀具偏置代号地址字，后面一般为两位数字的代号。
2、左补偿与右补偿的判断：* 刀具半径左补偿G41：沿刀具进刀方向看，刀具在零件左侧时采用左补偿。
* 刀具半径右补偿G42：沿刀具进刀方向看，刀具在零件右侧时采用右补偿。
1.4取消刀具半径补偿指令指令格式G00 X YG40 X ZG01 Y Z式中，G40 为取消刀具半径补偿指令说明：1. 功能：用于取消之前在指定平面上建立的刀具半径补偿。
2. 在刀具补偿前，必须用G17 G18 G19指定径补计算平面，开机默认是G17。
3. 取消刀补时，不用指明刀补号。
1.5刀具半径补偿的目的在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在，刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合。
如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具中心运动轨迹，如图7-1所示的点划线轨迹，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。
立式数控铣削刀具半径补偿功能的运用
－ Ｌ勰 — ｆ 、 骚 － 荨 。 １ ４ Ｉ ｊ
４ ． ： ｘ１５ ∞
—
ｔ
＝
Ｌ 一
在 实际加 工时 ，需要 考虑建 立刀具 半径补偿 和撤销 刀具
半 径 补偿 时 的 刀轨 ，会 不 会 引起 对 加 工 工 件 的 过 切 或 与 工 件 轮 廓 相 干 涉 ，若 影 响 ，只 需 要 修 改 或 者 撤 消 刀 具 半 径 补 偿 的 轨 迹 即 可 。 同理 ，在 模 具 加 工 中 ，利 用同 程序也可以加工同 公
２ 刀具 半径 补 偿 的应 用 剖 析
１ 实现零件 的轮 廓加 工，提 高加 工精度 ． 使 用刀具半径补 偿指令 可以按零 件的 内、外轮廓直接 编 程 ，实现轮廓加工 ，这是刀具半径补偿的一般应 用。由于刀具 不浪 费材料 ，应采取增加刀具半径补偿值的方法 ，根据加工实
一 一 一 一
刀具半径补偿 ，实现 了根据零件轮廓直接编程的巨变，大大简
化 了编程工作量 。因此 ，理解刀具半径补偿并能正确灵活地使
用 刀具 补 偿 功 能 ，将 起 到 事 半 功 倍 的 效 果 ，将 刀具 补 偿 和 变量
编 程结合使 用，还可实现一些复杂 曲面的加工 ，在数控切 削加
则 自动偏移 量是不 同的 ，如 图１ 当中就分 别选择 了半径不 同的 半径补偿值不一定等于刀具半径值 ，因此在首件加 工时 ，为 了
测值 和理 论值之 差 ，修 正刀具 半径补 偿值 ，从 而提高 加工精
刀具半径补偿指令有Ｇ １ ４ ￣ Ｇ ０ 个指令 。沿着刀具 度 。同一加工程序 ，当刀具磨损或重磨后 ，直 径会发生改变 ， ４ 、Ｇ ２ Ｉ ４ 共３ ３ 前进方 向看 ，刀具位于工件轮廓的左侧 ，称为左补偿 ，用Ｇ １￣ 则需要通过修改刀具半径补偿值来获得所需的尺寸精度 ，增加 ４ ｝
刀具半径补偿在数控加工中的应用
刀具半径补偿在数控加工中的应用作者：朱道景来源：《文存阅刊》2017年第21期摘要：对于现代数控系统一般都有刀具补偿功能，刀具半径补偿作为数控铣削加工中的基本功能，在建立、使用刀补后，数控系统将自行计算、自行调整刀位点到刀具的实际运动轨迹。
文章以FANUC数控系统为例就其G17平面刀具半径补偿的建立和取消在数控铣削加工中及其刀具半径补偿量的设定等方面做了介绍。
关键词：数控加工；刀具；铣削；半径补偿在早期的数控加工中编程人员根据刀具的理论轨迹及实际实际的对应关系进行编程，使得编程极为麻烦和困难。
现在，刀具补偿功能应用到数控系统中后，编程人员就理论轨迹编程到按照工件的轮廓尺寸进行编程。
即按工件实际轮廓编写数控代码，实际加工时数控系统会自行计算刀心轨迹，从而使刀具偏离工件轮廓一个半径值，这个值就是进行刀具半径补偿。
一、刀具半径补偿的建立、使用与撤消在数控铣削加工中，刀具半径补偿可分为刀具半径左补偿（左刀补、顺铣G41）和刀具半径右补偿（右刀补、顺铣G42），根据ISO标准规定，沿刀具前进方向看，当刀具中心轨迹位于零件轮廓左边，称为刀具左刀补，反之称为刀具半径右刀补，如图1b所示。
使用完后用G40取消刀补。
1.格式（以G17平面为例）D_——为补偿号地址，在程序中通常用D01～D99来书写，它是调用系统内部寄存器中刀具半径补偿的数值（其数值特殊情况下可以为负值，但在实际加工刀补方向会改变。
慎用！）。
2.刀具半径补偿的建立与取消在建立刀具半径补偿时一般是在刀具准备切削工件时，刀具实际轨迹和编程轨迹重合过程中偏离一个刀具半径值的过程。
由其指令格式可以看出，刀补在建立和取消时必须是在G0/G1模式下，其他模式下不能建立和取消，否则在实际加工中将出现报警。
（以G17平面为例）补建立后Z轴不得连续两次或两次以上的移动，使用刀补后，机床只对X、Y轴移动有影响，对Z轴无影响。
在零件加工的最后一段程序，刀具半径补偿轨迹顺利加工完成后，刀具离开零件后，移至退刀点，在这个过程中就要取消刀补。
刀具半径补偿在数控铣床中的应用
ＣＵＬ ＲＥ 川
刀具半径补偿在数控铣床 中的应用
周 其 江
（ 庆 市 高级 技 工 学校 ，广 东 肇 庆 ５６２ 肇 ２００）
摘 要：使 用数控铣床加 工轮廓零件具有一定的难 度 ．文章针
置刀具补偿 量 ，编程 刀 具 半径 补偿 的 概 述 刀具半径补偿就是根据工件轮廓坐标值进行 编程数控 系统 能 人员将刀 具半径值 输
、
够 根据 轮 廓 和 刀 具 半 径 的数 值 自动 计 算 出 刀 具 中心 的运 动 轨 迹 ，
入 寄存 器 中 。９ Ｔ 时 ，在 程 序 上 改 变相 应 的补 偿 号 ，而不 必 改 变 ｎ
对加 工 曲 线轮 廓 的复 杂 性 ，通过 举 例 从 多 角度 分 析 了刀 具 半 径 补
偿 在 数 控 铣 床 上 的应 用。
在 加 工 零 件 过 程
中，一般需 要通过 相 加工 、精 加工 的基 本 工序 ，两 ；刀具 半径补偿 ；数控铣床
所示 ，使 用立铣刀的直径为 ３ ｍ ０ ｍ。其加 使 刀具 沿轨 迹 移 动 。采用 刀具 半 径 补偿 功 能 时 ，首 先 要 判 定 刀 具 整个加工 程序 。如图３ 工程序为 ： 半径 补偿的方 向 ，判定方 法如下 ：假定工件 不动 ，顺着刀具前 进 方 向看去 ，刀具位于工件轮廓左边 时，为左补 偿Ｇ １ ４ ；刀具在 工 偿用Ｇ ０ ４ ，也 可用１ ０ ３ 。刀具半径值预 先存入存储器Ｄ Ｘ中 ，Ｘ ０ Ｘ Ｘ 为存储 器号 ，Ｄ 代码中存放 刀具半径 值作 为补偿 量 ，用于数控 系 统计算 刀具 中心 的运动轨迹 ，一般 有Ｄ ０ Ｄ ９ Ｏ ～ ９ 。执行刀具 半径 补 偿 后 ，数控 系统 自动计算 ，并使刀具按 照计算结果 自动补偿 。
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铣削加工中心刀具半径补偿的应用
1 前言
1)刀具半径补偿的基本概念
图1 加工中的刀具半径补偿
在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等)，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。
如在图1中，粗实线为所需加工的零件轮廓，点划线为刀具中心轨迹。
由图可见在进行内轮廓加工时，刀具中心偏离零件的内轮廓表面一个刀具半径值。
在进行外轮廓加工时，刀具中心又偏离零件的外轮廓表面一个刀具半径值。
这种偏移，称为刀具半径补偿。
2)采用刀具半径补偿的作用和意义
数控机床一般都具备刀具半径补偿的功能。
在加工中，使用数控系统的刀具半径补偿功能，就能避开数控编程过程中的繁琐计算，而只需计算出刀具中心轨迹的起始点坐标值就可。
同时，利用刀具半径补偿功能，还可以实现同一程序的粗、精加工以及同一程序的阴阳模具加工等功能。
3)刀具半径补偿指令的使用方式
根据ISO 标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的左边时，称为左刀补，用G41表示；刀具中心轨迹在编程轨迹前进方向的右边时，称为右刀补，用G42表示；注销刀具半径补偿时用G40表示。
2 刀具半径补偿过程
1)刀具半径补偿建立：当输入BS缓冲器的程序段包含有G41/G42命令时，系统认为此时已进入刀补建立状态。
当以下条件成立时，加工中心以移动坐标轴的形式开始补偿动作。
有G41或G42被指定；
在补偿平面内有轴的移动；
指定了一个补偿号或已经指定一个补偿号但不能是D00；
偏置(补偿)平面被指定或已经被指定；
G00或G01模式有效。
2)补偿模式：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。
此时半径补偿在G00、G01、G02、G03情况下均有效。
3)取消补偿：使用G40指令消去程序段偏置值，使刀具撤离工件，回到起始位置，从而使刀具中心与偏程轨迹重合。
当以下两种情况之一发生时加工中心补偿模式被取消。
①给出G40同时要有补偿平面内坐标轴移动。
②刀具补偿号为D00。
3 刀具半径补偿在加工中心中的应用
有了刀具半径自动补偿功能，除可免去刀心轨迹的人工计算外，还可利用同一加工程序去完成粗、精加工及阴阳模具加工等。
图2 G18指令的使用
1)不同平面内的半径补偿
刀具半径补偿用G17、G18、G19命令在被选择的工作平面内进行补偿。
即当G18命令执行后，刀具半径补偿仅影响X、Z移动，而对Y轴没有作用。
铣削如图2所示圆柱面，使用刀具是半径为10mm的球形立铣刀。
编程控制点有两个，即刀尖、球心，这里使用球心。
O0001
N1 G9054G18G00X60.0Y0S1000M03;
N2 Z0;
N3 G91G01 G41X-20.0D01 F100;
N4 G02X-80.0I40.0;
N5 G40GG0lX20.0;
┇
┇
N22vG90G00Z100.0;
N23vX0 Y0M05;
N24 M30;
2)实现同一程序的粗、精加工：刀具半径补偿除方便编程外，还可改变补偿大小的方法以用实现同一程序的粗精加工。
粗加工刀具补偿量＝刀具半径+精加工余量，精加工刀具补偿量＝刀具半径+修正量
3)实现同一程序的阴阳模具加工
图3 内、外两种型面的加工
在加工同一公称尺寸的内、外两种型面时，可分别调用G41、G42指令，利用同一程序(G41G42互换)完成内、外两种型面的加工。
如图3。
4 使用刀具半径补偿时常见的问题
1)半径补偿时的过切问题
无被选择的工作平面内的移动指令：当刀具半径补偿指令发出时，第一段程序先被读入BS，在BS中算得的第一段编程轨迹被送到CS暂存后，又将第二段程序读入BS，算出第二段的编程轨迹。
接着对第一和第二两段的编程轨迹的连接方式进行判别。
根据判别结果，再对CS中的第一段编程轨迹作相应的修正。
修正结束后，顺序地将修正后的第一段编程轨迹由CS 送AS第二段编程轨迹由BS送入CS。
随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送伺服装置予以执行。
如接下的两个程序段在被选择的工作平面内无移动指令，机床无法判断刀具半径补偿的方向，此时机床不发出报警信号，补偿继续进行，只是补偿的起始点发生变化，从而导致工件发生过切现象。
例，如图4。
图4 半径补偿中的过切现象
O0002
N1 G90G54G17 G00X0Y0S2000M03
N2 Z100.0
N3 G41 X40.0Y10.0D01
N4 Z2.0 } 连续两句Z 轴移动
N5 G01Z-10.0F100 而没有XY 轴移动
N6Y100.0
N7X100.0
N8Y40.0
N9X20.0
N10G00Z100.0
N11G40X0Y0M05
N12M30
刀具补偿值大于被加工部分内圆弧半径：当零件上的圆弧半径小于刀具半径补偿值时，向圆弧、圆心方向的半径补偿将会导致过切，这时程序运行到该程序段时，机床将发出报警并停止在将要过切程序段的起始点上，如图5所示。
图5 不停机导致过切
图6 不停机导致过切
被铣削部分的槽底宽小于刀具直径：当刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。
此时机床将会报警并停留在该程序段的起始点，如图6 所示。
2)G40 执行前改变补偿号
刀具半径补偿号要在刀具补偿取消后才能改变，如果在G40下变换补偿号，当前程序段的目的点的补偿量将按照新的给定值，而当前程序段开始点补偿量则不变，从而可能导致欠切削或过切。
3)在G02、G03模式下取消刀具补偿
刀具补偿必须在G00、G01模式下取消在G02、G03模式下取消刀具补偿时，系统将发出报警。
4)M96模式与M97模式
在圆角过渡模式M96下，用G41或G42进行刀具半径补偿时，如果相邻程序轨迹交角为180°或更大，刀具将以圆弧插补方式绕着交点回转。
相反在交角过渡模式M97下，刀具中心将运动至二相邻刀心轨迹的点而不是进行圆弧插补。
当加工零件上的阶台高度比刀具半径小时，用M96模式将会引起过切，如用M97模式则可以顺利通过，如图7 所示。
图7
5 结论
当数控机床具有刀具半径补偿功能时会极大方便计算和编程，但在使用此项功能时应注意机床的硬件条件以及工件轮廓几何要素的过渡处的处理，以避免产生欠切削和过切等问题，提高工件的加工精度。