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1、数控铣床与加工中心54 刀具补偿和偏置功能 刀具补偿可分为刀具长度补偿和刀具半径补偿,其内容和措施已在前面章节中作了具体阐明，本章拟用此外一种指令格式对刀具长度补偿功能进行简介，目的在于进一步强调不同的数控系统对同一编程功能也许采用不同的指令格式。. 刀具半径补偿G41、42、G40刀具半径补偿有两种补偿方式，分别称为B型刀补和C型刀补。B型刀补在工件轮廓的拐角处用圆弧过渡，这样在外拐角处，由于补偿过程中刀具切削刃始终与工件尖角接触，使工件上尖角变钝，在内拐角处会则引起过切。C型刀补采用了比较复杂的刀偏矢量计算的数学模型，彻底消除了B型刀补存在的局限性。下面仅讨论C型刀补。（1).指令格式指令
2、格式:G17/G18/G1 G0/G04/G42 G41：刀具半径左补偿G42：刀具半径右补偿半径补偿仅能在规定的坐标平面内进行，使用平面选择指令G7、G8或1可分别选择XY、ZX或Y平面为补偿平面。半径补偿必须规定补偿号，由补偿号L存入刀具半径值,则在执行上述指令时,刀具可自动左偏（G4）或右偏（G42)一种刀具半径补偿值。由于刀补的建立必须在涉及运动的程序段中完毕,因此以上格式中,也写入了GO(或GO1)。在程序结束前应取消补偿。具体的判断措施见本书第二章。 (2).刀补过程刀具补偿涉及刀补建立,刀补执行和刀补取消这样三个阶段，其中刀补建立与刀补取消均应在非切削状态下进行。程序中具有G41
3、或G2的程序段是建立刀补的程序段，具有G40的程序段是取消刀补的程序段，在执行刀补期间刀具始终处在偏置状态。为了在建立刀补和取消刀补时,避免发生过切或撞刀，以及在刀补执行期间掌握刀具在运动段的拐角处的运动状况，有必要对刀补过程作一简要阐明。 (3）.刀具偏置矢量 刀具偏置矢量是二维矢量,其大小等于D代码所规定的偏置量，矢量方向的计算是根据各轴刀具进给状况而于控制单元内自动完毕的。通过该偏置矢量计算出刀具中心偏离编程轨迹的实际轨迹。偏置计算在由1、G18和G1拟定的平面内进行,该平面称之为偏置平面。 例如在已经选择了XY平面时,仅对程序中(X、）或（1、)计算偏置量,并计算偏置矢量。不在偏置平面
4、内的轴的坐标值不受偏置的影响。在3轴联动控制中,投影到偏置平面上的刀具轨迹才得到偏置补偿。 （4）刀补的建立与刀补的取消 刀补的建立是进入切削加工前的一种辅助程序段,刀补的取消是加工完毕时要写入到程序中的辅助程序段,如果解决得好则有助于简捷迅速而又安全地使刀具进入切入位置和加工完了时退出刀具。刀补建立时的核心问题是刀具从何处下刀并进入到工件加工的起始位置,刀补取消时则重要应考虑刀具沿何方向退离工件。系统操作阐明书中讨论了多种也许遇到的状况，为简化论述，下面仅根据习惯的编程措施讨论刀补建立与刀补取消的问题。不使用这些措施一般也可以对的地完毕刀补建立与刀补取消的过程,但特殊状况下也许浮现过切或报警
5、。 1）使用GOO或G1的运动方式均可完毕刀补建立或取消的过程，事实上使用G01往往是出于安全的考虑。而如果不把刀补的建立(涉及刀补的取消)建立在加工时的Z轴高度上,而采用先建立补偿再下刀或先提刀再取消补偿的措施,则既使在GO的方式下建立(或取消)刀补也是安全的。 ）为了便于计算坐标，可以按图5-18所示两种方式来建立刀补,图5-18a为切线进入方式，图58b为法线进入方式。同样取消刀补一般也采用这种切线或法线的方式。图5-8两种刀补建立方式图5-9 内圆轮廓的补偿 3)在不便于直接沿着工件的轮廓线切向切入和切向切出时，可再增长一种圆弧辅助程序段。如图-19所示的内圆轮廓形状，采用铣圆法加工。
6、编程时根据孔加工的余量大小及刀具尺寸等状况，取一种合适大小的圆弧,设半径为r,并由此求出圆心点A的坐标和圆弧上B、C、E点的坐标。加工时先让刀具定位到大圆的圆心并下刀至孔深。若孔加工的编程轨迹为OBC0EA，并于A-段建立刀补,-E段取消刀补,则实际加工的刀心运动轨迹为OABCDCEAO，这样就能十分以便地实现切向切入与切向切出，使加工时不致于在内孔的C点处产生明显的刀痕。实际解决时,BA与EAC的值也可根据需要取30、45或60，以减少空刀时间，但计算略繁。对于外形轮廓的加工,若采用直线段实现切向切入与切向切出有困难时，也可以采用这种增长辅助圆弧程序段的措施。(5).执行C型刀补过程中的刀心
7、运动轨迹为了能对刀补执行过程中,编程轨迹与刀心运动轨迹的关系有一种初步的理解,图5-20示出了几种用G2编程时典型的型刀补编程轨迹与刀心运动轨迹之间的关系,图为 180由直线段到直线段在拐角处的转接状况，刀具沿内侧运动至点转到后一段加工,在拐角处不产生过切;图b为90180由直线段到圆弧段的转接状况；图为90时由圆弧段到直线段在拐角处的转接状况。由图不难看出型刀补在拐角处一律采用直线转接的型式,通过伸长直线段或增长直线段的措施实现转接，这就避免了B型刀补采用圆弧转接带来的局限性。如使用G1时则刀具中心轨迹在编程轨迹的左侧,解决措施与上述一致。图-20 C型刀补过程的刀心运动轨迹(6)使用刀具半
8、径补偿注意事项1） G、G2、0不能和G0、G03在一起程序段中使用,只能与G或01一起使用，且刀具必须要移动。2)在程序中用G42指令建立右刀补，铣削时对于工件将产生逆铣效果,故常用于粗铣；用G41指令建立左刀补，铣削时对于工件将产生顺铣效果,故常用于精铣。3)一般状况下,刀具半径补偿量应为正值，如果补偿值为负，则G4和G42正好互相替代。一般在模具加工中运用这一特点,可用同一程序加工同一公称尺寸的内外两个型面。4）在补偿状态下,铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要不小于或等于刀具半径，否则补偿时会产生干涉,系统在执行相应程序段时将会产生报告,并停止执行。5)若程序中建立了半径补偿，在加
9、工完毕后必须用40指令将补偿状态取消，使铣刀的中心点答复到实际的坐标点上。亦即执行G40指令时,系统会将向左或向右的补偿值,往相反的方向释放，这时铣刀会移动一铣刀半径值。因此使用G4指令时最佳是铣刀已远离工件。(7)刀具半径补偿的应用编程时直接按工件轮廓尺寸编程。刀具在因磨损、重磨或更换后直径会发生变化，但不必修改程序，只需变化半径补偿参数。刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值,同一加工程序,采用同一刀具可通过修改刀补的措施实现对工件轮廓的粗、精加工;同步也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度。【例5-3】:如图5-21为建立和取消刀具半径补偿示例。程序如下： 1 G90 G54 GOOO
10、Y0 0; (O) G1 GO X3.Y15 D01M03； (OP1，建立左刀补) Y.0 F50； （P) X5.; (P2P) Y2.； (P3) 20.0; (45) G40G0 XYO M5； (P5P6,撤销刀补)图5-21 刀具半径补偿示例图-22 刀具走刀路线图【例5-】:如图5-22所示,试编制加工程序，已知立铣刀为16m,半径补偿号为010100; （程序号)G17 G90 G54 GO X0 Y0S5; ()Z.0 M03; ()41 00X0 Y3.0D0; （OA)G01Z-27.0 F; ()Y8.0 F12; （AB）03 X100.0 120.R4.0； (BC
11、)G1 180.0; （CD)Y0,； (E)G02 160040.R20,0； (F)0 XS.0; (11FG)GOO Z5.0; （)G40 XO M05; (GO)91 G8 Z0; (Z轴回参照点）M30； （程序结束）.2 刀具长度补偿G3、44、G49刀具长度补偿是用来补偿假定的刀具长度与实际的刀具长度之间的差值，系统规定除Z轴之外,其她轴也可以使用刀具长度补偿，但同步规定长度补偿只能同步加在一种轴上，要对补偿轴进行切换,必须先取消对前面轴的补偿。1指令格式: 3_;(指X、Y、Z任意一轴),刀具长度补偿“+”。 G4_H_；刀具长度补偿“”。 G或H00：取消刀具长度补偿。以上
12、指令中用G43、G44指令偏移的方向,用H指令偏置量存储器的偏置号。执行程序前,需在与地址所相应的偏置量存储器中，存入相应的偏置值。以z轴补偿为例,若指令 GOO G4100.0 H01;并于H1中存入“-200.0”,则执行该指令时,将用Z坐标值00.与H1中所存“20.”进行“+”运算，即10.+(-200)=-10，并将所求成果作为Z轴移动值，取消长度补偿用9或H00。若指令中忽视了坐标轴,则隐含为Z轴且为Z0。 2刀具自参照点下刀时的补偿问题一般状况下加工中心机床总是从参照点换刀的对于立式加工中心而言,在使用54 G59工件坐标系时，若仅于X、方向偏置G54坐标原点位置而轴方向不偏置，
13、则Z轴方向上刀具刀位点与工件坐标系中Z0平面之间的差值可以所有由刀具长度补偿加以解决,这是操作者在设立偏置值时一种常用的措施。此时G54的Z0平面与机床坐标系的Z0平面是一致的，即G4的0平面通过z轴方向机床参照点。编程人员在编写程序时全然不管操作者是如何设立补偿值的，仍将4的Z0平面规定在工件某一高度的位置上,操作人员不作轴方向上的工件零点偏置的操作,而是将所有差值(涉及z轴工件零点偏置值与装刀后主轴前端面到刀具刀位点的距离)让长度补偿功能一并加以解决。以图-2为例阐明。设编程时编程员但愿刀具自参照点下刀到工件坐标系中40.的位置,则程序段可以写成90 GO G4 Z40 H0;操作人员在安装刀具和工件后，直接测量主轴自参照点下移时刀位点到（补偿面)20平面的距离，若实测刀位点自Z轴参照点出发达到程序中92 Z平面位移为3,直接将该值存于1存储器中，执行该程序段时,刀具按4.(-320.)-8.即按Z-280下刀与预期的下刀点完全一致。图2G43、G44、G4的应用 这种程序编写的一般形式为: 90 G9 G54GO_Y_; 43 H_Z_M3 S_； G0G9 G2 Z0. T01 06 我们可以采用工件零点偏置值与刀具长度补偿值分别测量输入的措施。将图中所示的长度值(负值)，作为工件零点偏置值存入工件零点偏置存储器中，而将图中所示的长度值（正
