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刀具半徑補償在數（shù）控銑床加工中的精（jīng）準應用

2023-8-18 來源：上海（hǎi）市嘉定區職（zhí）業（yè）技術學校作（zuò）者：郟豪傑

摘要：在 FUNAC 0i 係統（tǒng）的數控銑床加工零件過程中，合理運用（yòng）刀具半徑補償功能（néng）可以對零件加工（gōng）提質增效起（qǐ）到重要作用。以典型數控銑床加工零件為研究對象，重點分析精確使用“公式法（fǎ）”計算刀具半徑補償值保證零件的尺（chǐ）寸精度；對含有倒圓角或倒斜角的零件，精準運用 G10 指令結（jié）合“參數（shù）法”賦值刀具半徑補償進而加工得（dé）到相應的零件形狀輪廓。

關鍵詞：刀具（jù）半徑補償數控銑床 G10 指令

1、刀具半徑（jìng）補償的概念及作用

1.1 刀具半徑（jìng）補償的概（gài）念、

在 FUNAC 0i 係統的數控銑床加工零件過程中（zhōng），數控係統控製的是銑刀中心的運動軌跡，而用戶一般都是按圖（tú）紙尺寸（cùn）以零件的輪廓來編製加工程序，因此（cǐ）需要一種（zhǒng）能按零（líng）件輪廓編製的程序和預先設定的偏置參（cān）數，讓數控裝置（zhì）實現自動（dòng）生成刀具中心軌跡的功能，這就是刀具半徑補償功能。

根據規定，當刀具中心軌跡在編程軌跡（零件輪廓）前（qián）進（jìn）方向的左邊時，稱為刀具半徑左補償，用 G41指（zhǐ）令實現；當刀（dāo）具中心軌（guǐ）跡在編程軌跡（零件輪廓）前進方向的右邊時，稱為刀具半徑右補償，用（yòng） G42 指令實現。取消刀補則用 G40 指（zhǐ）令。在實際加（jiā）工中，整個刀具半徑補償的過程分（fèn）為（wéi）建（jiàn）立刀（dāo）補、執行刀（dāo）補、取消刀補三個階段[1]。

1.2 刀具半徑補（bǔ）償的作用

在對零件進行編程加工的過程中，采用刀具半徑補償功能，可以有效簡化編程的（de）難度與工作量。實際體現在以下幾個方麵：

1）由於（yú）刀具半徑補償實現了根據編程軌跡對刀具中心軌跡的控製，因（yīn）此可以避免在加工過程（chéng）中由於刀具（jù）半徑的變化（如（rú）刀具因損壞而換刀、刀具磨損等原因）而需要重新編程的麻煩，隻（zhī）需修改相應的偏置參數即可（kě）。

2）由於（yú）零件輪廓在加（jiā）工時往往不（bú）是一（yī）道工序能完成的，在粗加工時，一般都要為精加工預留一定（dìng）的（de）加工（gōng）餘量（liàng），而加工餘量的預留就可以通過（guò）修改偏置參數實（shí）現，而不必為粗（cū）、精加工各（gè）編（biān）製（zhì）一個程序，可以（yǐ）大大減少粗、精加工程序編製的工作量（liàng）。

2、“公式法”精確修正刀補值保證尺（chǐ）寸精度

以學生在實訓時的典型（xíng）零（líng）件為例，兩個輪廓尺（chǐ）寸有嚴格的尺寸精（jīng）度要（yào）求，分別是外輪廓尺寸 92+0.091+0.037和內輪廓尺寸 18-0.016 -0.043。在實際加工中，學生往（wǎng）往會根據零件尺（chǐ）寸要求直接修改刀具半徑補償值來滿足零件的（de）尺寸精度。因此（cǐ），學生能熟（shú）練利用公式計算正確（què）的刀具半徑補償值是影響零件合格的關鍵（jiàn）因素。在零件加（jiā）工過程中，通（tōng）常要（yào）按（àn）照粗、精加工的工藝順序（xù）依次（cì）完成，且對於每個（gè）輪廓，一般采用獨立的刀具半徑補償值（zhí），因此在粗加工外輪廓、內輪廓時通常要預留（liú）精加工餘量（liàng），並分別采用地（dì）址寄存（cún）器 D01 和D02，以（yǐ）“刀具半徑 + 精加工餘量”刀具半徑補償值輸入相應地址寄存器中來實現。如選用刀具直徑為 10 mm 的立銑刀進行加工，輪廓單邊（biān）精加工餘量預留 0.1 mm，地址寄存器中（zhōng）輸（shū）入粗加工刀補值 5.1 即可。

當粗加工輪廓結束後，理論（lùn）上零件輪廓尺寸與圖紙尺寸（cùn）單邊有 0.1 mm 餘量差（chà）值（zhí），但由於粗加工時（shí）切削量比較大，伴隨著機（jī）床的振動，以及刀具、夾具、對刀（dāo）精度等方麵的因素（sù）影響，實（shí）際精加工餘量的大小要經過具（jù）體測量後才能得到。如果測量後零件的外輪廓尺寸為 92.32 mm，由於測量得到的（de）是雙邊餘量，因此最終精加工（gōng）時刀具半徑補償修正值等於粗加工刀補值減去實際測量尺寸與圖紙尺寸中（zhōng）間值差值的一半。

對於內輪廓來說，由於粗加工後測量的尺寸通常是小於圖紙理想尺寸，因此精加工（gōng）時（shí）刀具半徑（jìng）補償修正值（zhí）等於粗加工（gōng）刀補值減去實際測（cè）量尺寸與圖紙尺寸中間（jiān）值差值絕對值的一半。如零件的內輪廓經粗加工後（hòu），測得（dé）實際尺寸為 17.72 mm，那精加工刀補修正

經過“公式法”精確修正刀補並完成精加工後，如果測量到的零件尺寸還（hái）存在偏差，還可以用相同的方法繼續修正刀補，並（bìng）再次調用加工程序（xù），直至完成加工。“公式法”比較適合初學者（zhě）更（gèng）深刻地理解刀具半徑補償在保證零件尺寸（cùn）精度時的作（zuò）用，在實際生產中更適合單件、小批量、精（jīng）度要求較高的加工場合。

3、“參數法”精（jīng）準賦值（zhí）刀補實現特征加工

倒圓角及倒斜角是零件上常見的結構特征，在以FUNAC 0i 係統為基礎的更高級的數控教學及校企合作生（shēng）產加工時經常需要麵對這類（lèi）特征加工。倒圓角及倒斜角的主要功能是去除零件毛刺，也能便於安裝和配（pèi）合。加工倒圓角及倒斜角在數控車床上用 G01 或（huò）G02/G03 的插補功能（néng）指令非常容易實現，但在數控銑床上加工倒圓角或倒斜角就比較複雜。

在數控（kòng）銑床加工（gōng）中通常可以用三種方法實（shí）現：第一種方法是利用（yòng）軟件自動編（biān）程（chéng），編程省力，但（dàn）後處理生成的程序比較冗長（zhǎng），空刀行程較多，需要人為進行優化，難度大，且尺寸如果有變（biàn）動需重（chóng）新編程；第二（èr）種（zhǒng）方法（fǎ）是利用成形刀具直接加工，簡單方便，但一種（zhǒng）刀具隻適合一種（zhǒng）尺寸的圓角或者斜角，使用範圍較窄，零件尺寸（cùn）越多（duō），加工成本就越高；第三種方法是采用通用刀具如立銑刀或者球頭銑刀，靈活應用宏程序中變量給刀具半徑補償地址賦值來實現，程序短而精煉，隻（zhī）需改變（biàn）相應變量（liàng）值就可以加工不同尺寸的圓角或者斜角，且能熟練編製基礎宏程序是職業學校學生踏上（shàng）工作崗位的必備技能之一。

3.1 可編程參數輸入指令（lìng） G10

G10 為可編程參數輸入（rù）指令，可以實現對刀具半徑補償寄存器中的補償（cháng）量進行動態（tài）設定，從而（ér）實現倒（dǎo）圓角或倒斜角的加工。G10 指令格式如下：G10L12P_R_；其中 P 為刀具補償地址（zhǐ）號，R 為刀具半徑補償值。例如 G10 L12 P2 R6.；表示將數值 6 設定為刀具半徑補償量，放入刀具補償（cháng）地（dì）址號 D02 中；G10L12 P5 R#1；表示（shì）將變量（liàng） #1 的值設定為刀具半徑補償量，放入刀具補償地址號 D05 中。在手工編程中，G10 是宏（hóng）程序用以（yǐ）解決各種倒圓角（jiǎo）、倒斜角以及其他必（bì）須使用刀具半徑補償的加工編程所不可或缺的利（lì）器。

3.2 動態參數修（xiū）正刀補值

在（zài）數控（kòng）銑（xǐ）床上加工（gōng）零（líng）件時，編程（chéng）者隻要給出合適的參數並結合 G10 指令（lìng）即可動態改變地址寄存器中刀具補（bǔ）償值大小，從而實現零件上倒圓角和倒斜角的輪廓特征（zhēng）加工。

3.2.1 角度參數動態修正刀（dāo）補值加工倒圓角

譬如在零件外輪廓上加工 R 的倒圓角（jiǎo），為提高零件的加工工藝性，得到良（liáng）好的表麵粗糙度，建議（yì）采用球頭銑刀加工倒圓角。球頭銑刀加工倒（dǎo）圓角變量模型如（rú）圖 1 所示，設銑刀刀具直徑 D 為 #1 變量，倒圓（yuán）角半（bàn）徑 R 為 #2 變量，以初（chū）始角度 α 為（wéi）自變（biàn）量，角度變化區間為[0°，90°]，同時設定 α 為（wéi） #3 變（biàn）量，刀具Z 向深度為 #4 變量，其參數值的大小（xiǎo）為 #4=[#1/2+#2]sin[#3]-#2，刀具半徑補償量為 #5 變量，其參數值的（de）大小為 #5=[#1/2+#2]cos[#3]-#2。在手工編寫程序的時

候（hòu），以 α 為（wéi）自變量，每 5°為一個增量，計算出相應的Z 向深度變量 #4 和刀（dāo）具半徑補償量 #5 參數值的大小（xiǎo），結合 G10 L12 P01 R#5；指令功能導入數控係統（tǒng），使刀具每切削一層，便產生一個新的刀具（jù）半徑補（bǔ）償值，隨（suí）著初（chū）始角度從 0°~90°逐漸每 5°變大，刀具半徑補償變量不（bú）斷減小，Z 向深度也不斷減小，加工出沿輪廓等距的加工軌跡，從而實現切削軌（guǐ）跡的等距偏移，如此循環直至加工出整個倒圓（yuán）角輪廓特征。

圖 1 球頭銑刀加工倒圓角變量（liàng）模型

3.2.2 倒角（jiǎo）長度參數動態修正刀補值加工倒斜角

譬如（rú）在零件外（wài）輪廓上加工 3×45°的倒角輪廓（kuò），為了教學需要，讓同學們更好（hǎo）地理解（jiě）和掌握編程思路（lù）和技（jì）巧，建議采用平底銑刀來加工倒角輪廓。平底銑（xǐ）刀加工倒斜角變量模型如圖（tú） 2 所（suǒ）示，設銑刀直（zhí）徑 D為 #1 變量（liàng）；倒角（jiǎo）直角邊長度為 #2 變量（liàng），其初始值為3，變化（huà）範圍是從 3 逐漸減小到 0；倒角（jiǎo）角度為 #3 變量，其始終為恒定值 45°；刀具 Z 向深度為 #4 變量，其參數值（zhí）的大小為 #4=-#2tan[#3]；刀具半徑補償量為#5 變量，其參數值的大小為 #5=#1/2-#2tan[#3]。在加

工 3×45°倒斜角（jiǎo）時，隨著（zhe）倒角直角（jiǎo）邊長度依次遞減0.1，加工深度從底部 Z-3.到 Z0，刀具半徑補（bǔ）償變量#5 不斷變（biàn）化並減小，結合 G10 L12 P02 R#5；指令功能導入數（shù）控係統，使刀具每（měi）切削一層，便產生（shēng）一（yī）個新的刀具（jù）半徑補償值，隨著 #2 的變化，刀具半（bàn）徑補償變量不斷（duàn）減小（xiǎo），Z 向深度也不斷減小，加工出沿輪廓等距的加工軌跡，從而實現切削軌跡的等距偏移，如此循環直至加工出整個倒斜（xié）角輪廓（kuò）特征。

圖 2 平底銑刀加工倒斜角變量（liàng）模型

4、結語

通過本文兩個實例可以看出，在不同的場合下使用刀具半徑補償功能可以實現不同的加工效果。通過（guò）“公式法（fǎ）”精確計算並得到確切的刀補修正值，可以嚴格保證零件輪廓（kuò）的（de）尺寸精度；而利用“參數法（fǎ）”並結合G10 指令編製宏程（chéng）序給刀具半徑補償值精準賦值，就可以加工複雜內外輪廓的倒圓角、倒（dǎo）斜角，甚至球麵的加工等。雖然目前利（lì）用軟件自動（dòng）編製加工程序越來越普及，但手動編程仍具有簡潔、靈活、快速的優勢。因（yīn）此，在教學過程中，教會學生各種編程（chéng）方法及技巧，不僅有益於他們深刻領會數控加工的專業知識，也（yě）能拓（tuò）展學生的編（biān）程思路，靈活運（yùn）用所學知識解決實（shí）際問題，更能為同學們將來立足企業奠定良好的理論及實踐基礎。

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