刀具半径补偿在SINUMERIK数控铣削加工中的灵活运用

0 引言

　　在数控铣削加工中，刀具补偿的理论及其实际应用已经是比较成熟的技术，而且有很多教材和文章介绍了该指令的应用原理，但对该指令的具体使用及应用技巧介绍仅仅是停留在基本的用法上。刀具半径补偿指令是数控机3床上手工编程应用最重要的指令，离开该指令，手工编写数控铣床加工程序就会变得非常繁琐，而且要想在数控铣床上加工出合格的工件几乎是不可能的。因此，掌握和利用刀具补偿功能并能正确灵活地使用指令，掌握数控编程的一些技巧，将起到事半功倍的作用。

1 刀具半径补偿的基本概念

　　1.1 刀具补偿的目的

　　在数控铣削轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心轨迹和工件轮廓不重合，如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，但零件尺寸比图样要求小了一圈(外轮廓加工时)或大了一圈(内轮廓加工时)，为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是所谓的刀具半径补偿。

　　数控系统大都具有刀具半径补偿功能，当编制零件加工程序时，不需要计算刀具中心运动轨迹，而只需按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令时，在控制面板上用键盘方式人工输入刀具半径值(刀补参数)，数控系统便能自动计算出刀具中心的偏移向量，进而得到偏移后的中心轨迹，并使系统按偏移后的刀具中心轨迹运动。使用了刀具半径补偿指令后，选用不同半径的刀具加工工件时，自动偏移量是不同的(如图1所示)。 

图1不同半径刀具加工工件与自动偏移量的示意图 

　　1.2 刀具半径补偿指令

　　刀具半径补偿指令有G41，G42，G40共3个指令，沿着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的左侧，称刀具半径左补偿，用G41表示；沿着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的右侧，称刀具半径右补偿，用C-42表示(图2)；取消刀具半径补偿时用G40表示。

图2刀具半径补偿指令

　　1.3 刀具半径补偿过程

　　刀具半径补偿指令的使用分为3个过程：1)建立刀具半径补偿：刀具接近工件，根据G41或G42所指定的刀补方向，控制刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径。2)进行刀具半径补偿。一旦建立了刀具半径补偿，则一直维持该状态，直到取消刀具半径补偿为止，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。3)取消刀具半径补偿：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，从而使刀具中心与编程轨迹重合。

2 刀具半径补偿功能的应用

　　通过使用刀具半径补偿指令G41，G42可以实现刀具半径补偿的功能，但是要使这些指令灵活应用起来，关键是通过改变刀具补偿表中的刀补值来灵活实现。下面介绍刀具补偿的一些运用方法。

　　2.1 刀具半径补偿功能在粗精加工中的运用

　　在对一个零件进行加工时，可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里。临时更换铣刀也好，进行粗加工和精加工也好，只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件形状和零件尺寸的大小了，对程序不用作任何修改。粗加工时刀具补偿值为刀具半径加上精加工余量；精加工时刀具补偿值为刀具半径加上修正量(修正量为理论余量减去实际测得的余量)。

　　2.2 刀具半径补偿功能在等宽壁厚工件加工中的运用

　　当加工相等宽度的、由直线和圆弧或者含有曲线的等距轮廓时，只需针对一个轮廓进行编程就可以了，使用这种刀具半径补偿的方法减少了很多编程工作。当加工完编好程序的第一个轮廓后，只需把刀具半径补偿值改为负的刀具半径加上负的轮廓宽度就可以完成第二个轮廓的铣削加工。需要注意：刀具半径补偿值正负号的改变意味着刀具半径左右补偿的切换，所以加工第二个轮廓调用程序时，需要考虑建立刀补和撤销刀具半径补偿时的轨迹会不会引起过切或与工件轮廓相干涉。如有影响，只需修改建立或撤消刀具半径补偿的轨迹就可以了。

　　2.3 刀具半径补偿功能在宏程序中的运用

　　宏程序由于允许使用变量和给变量赋值并能进行算术和逻辑运算及条件转移，所以巧用宏程序可使编写的程序化繁为简，应用宏程序调用系统参数设置刀具半径补偿时，西门子系统中要用到刀具参数中的2个系统变量：$TC_DP3表示刀具长度1补偿；$TC—DP6表示刀具半径补偿。在编好复杂型腔或凸台轮廓精加工程序的基础上，再用宏程序按一定规律不断地修改和调用这2个变量，就可以加工出复杂轮廓型腔或凸台边缘截面为曲线的工件了。