数控机床中数控系统的刀具补偿问题深入探讨

　　(二)加工中心、数控铣床刀具补偿。加工中心、数控铣床的数控系统，刀具补偿功能包括刀具半径补偿、夹角补偿和长度补偿等刀具补偿功能。

　　1、刀具半径补偿(G41、G42、G40)　 刀具的半径值预先存入存储器Dxx中，xx为存储器号。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。刀具半径左补偿(G41)指刀具偏向编程加工轨迹运动方向的左方，刀具半径右补偿(G42)指刀具偏向编程加工轨迹运动方向的右方。取消刀具半径补偿用G40，也可用D00取消刀具半径补偿。

　　使用中需注意：建立、取消刀补时，G41、G42、G40指令必须与G00或G01指令共段，即使用G41、G42、G40指令的程序段中必须同时使用G00或G01指令，而不得同时使用G02或G03。当刀具半径补偿取负值时，G41和G42的功能互换。

　　刀具半径补偿有B功能和C功能两种补偿形式。由于B功能刀具半径补偿只根据本段程序进行刀补计算，不能解决程序段之间的过渡问题，要求将工件轮廓处理成圆角过渡，因此工件尖角处工艺性不好;C功能刀具半径补偿能自动处理两程序段刀具中心轨迹的转接，可完全按照工件轮廓来编程，因此现代CNC数控机床几乎都采用C功能刀具半径补偿。这时要求建立刀具半径补偿程序段的后续两个程序段必须有指定补偿平面的位移指令(G00、G01，G02、G03等)，否则无法建立正确的刀具补偿。

　　2、夹角补偿 (G39)。对于只具有刀具半径补偿B功能的CNC系统，若编程轨迹的相邻两直线(或圆弧)不相切，则必须在零件的外拐角处人为编制出附加圆弧插补程序段，才能实现尖角过渡，否则可能产生超程过切，导致加工误差。我们可采用夹角补偿(G39)来解决。使用夹角补偿G39指令时需注意，本指令为非模态的，只在指令的程序段内有效，同时还只能在G41和G42指令后才能使用。

　　3、刀具长度补偿(G43、G44、G49)。利用刀具长度补偿(G43、G44)指令可以不改变程序而随时补偿刀具长度的变化，补偿量存入由H码指令的存储器中。G43表示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加，G44表示相减，取消刀具长度偏置可用G49指令或H00指令。程序段N80 G43 Z56 H05与中，假如05存储器中值为16，则表示终点坐标值为72mm。

　　存储器中补偿量的数值，可用MDI或DPL方式预先存入存储器，也可用G10指令来设置，程序段G10 H05 R16.0就表示在05号存储器中补偿量设为16mm。

三、经济型数控机床中刀具轨迹的计算

　　在经济型数控机床系统中，如果没有刀具补偿功能，则只能计算出刀位点的运动轨迹，然后按此编程，或者进行局部补偿加工。

　　1、刀具中心轨迹(刀位点)的计算。在需要计算刀具中心轨迹的数控系统中，需要算出与零件轮廓的基点和节点对应的刀具中心轨迹上基点和节点的坐标。根据经验我们可知：刀具中心运动轨迹是零件已加工轮廓的等距线，由零件轮廓和刀具半径可求出等距线的距离(这里采用平面解析几何法)。

　　2、数控车床假想刀尖点的偏置分析与计算。在数控车削加工中，为了对刀方便，常以假想刀尖P点来对刀。如果没有刀尖圆弧半径补偿，在车削圆弧或锥面时，会产生过切或切削不足现象。当零件精度要求较高且有圆弧或锥面时，可解决为：计算刀尖圆弧中心轨迹尺寸，然后按此编辑，进行局部补偿计算。

　　在车削1/4凸凹圆弧时， CD为工件轮廓线，O点为圆心，半径为R，刀具与圆弧轮廓起点、终点的切削点分别为C和D，对应假想刀尖为C1和D1。凸圆弧加工情况，圆弧C1D1为假想刀尖轨迹，O1点为圆心，半径为(R+r);凹圆弧加工情况，圆弧C2D2为假想刀尖轨迹，其圆心是O2点，半径为(R-r)。如果按假想刀尖轨迹编程，则要以图中所示的圆弧C1D1或C2D2(虚线)有关参数进行程序编制。由于刀尖圆弧半径r引起的刀位补偿量在采用Z向和X向同时进行刀具位置补偿时，实际刀刃与工件接触点就会移动到编程时刀尖设定点上。这样，在编制加工工件圆弧程序时，其基点坐标就换算成工件轮廓基点坐标(Z和X)加上刀尖圆弧半径r的补偿量(Dz和Dx)，这样就解决了没有刀尖圆弧半径补偿的问题。

四、结述语

　　综上所述，在数控加工中由于刀尖有圆弧或工件轮廓是由刀具运动包络形成等原因，刀具刀位点的实际运动轨迹与工件的轮廓是不重合的。在全功能型数控系统中，可应用其刀具补偿指令，按工件轮廓尺寸，很方便地进行编程加工。在经济型数控系统中，可以根据工件轮廓尺寸、刀具等计算出刀位点的运动轨迹，按此编程，也可按局部补偿的方法来解决。