0 引言

　　在數控銑削加工中，刀具補償的理論及其實際應用已經是比較成熟的技術，而且有很多教材和文章介紹了該指令的應用原理，但對該指令的具體使用及應用技巧介紹僅僅是停留在基本的用法上。刀具半徑補償指令是數控機3床上手工編程應用最重要的指令，離開該指令，手工編寫數控銑床加工程序就會變得非常繁瑣，而且要想在數控銑床上加工出合格的工件幾乎是不可能的。因此，掌握和利用刀具補償功能并能正確靈活地使用指令，掌握數控編程的一些技巧，將起到事半功倍的作用。

1 刀具半徑補償的基本概念

　　1.1 刀具補償的目的

　　在數控銑削輪廓加工時，因為銑刀具有一定的半徑，所以刀具中心軌跡和工件輪廓不重合，如不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程是比較方便的，但零件尺寸比圖樣要求小了一圈(外輪廓加工時)或大了一圈(內輪廓加工時)，為此必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑，這就是所謂的刀具半徑補償。

　　數控系統大都具有刀具半徑補償功能，當編制零件加工程序時，不需要計算刀具中心運動軌跡，而只需按零件輪廓編程，使用刀具半徑補償指令時，在控制面板上用鍵盤方式人工輸入刀具半徑值(刀補參數)，數控系統便能自動計算出刀具中心的偏移向量，進而得到偏移后的中心軌跡，并使系統按偏移后的刀具中心軌跡運動。使用了刀具半徑補償指令后，選用不同半徑的刀具加工工件時，自動偏移量是不同的(如圖1所示)。

圖1不同半徑刀具加工工件與自動偏移量的示意圖

　　1.2 刀具半徑補償指令

　　刀具半徑補償指令有G41，G42，G40共3個指令，沿著刀具前進方向看，刀具位于工件輪廓的左側，稱刀具半徑左補償，用G41表示；沿著刀具前進方向看，刀具位于工件輪廓的右側，稱刀具半徑右補償，用C-42表示(圖2)；取消刀具半徑補償時用G40表示。

圖2刀具半徑補償指令

　　1.3 刀具半徑補償過程

　　刀具半徑補償指令的使用分為3個過程：1)建立刀具半徑補償：刀具接近工件，根據G41或G42所指定的刀補方向，控制刀具中心從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個刀具半徑。2)進行刀具半徑補償。一旦建立了刀具半徑補償，則一直維持該狀態，直到取消刀具半徑補償為止，在刀具補償進行期間，刀具中心軌跡始終偏離編程軌跡一個刀具半徑值的距離。3)取消刀具半徑補償：使用G40指令消去程序段偏置值，使刀具撤離工件，回到起始位置，從而使刀具中心與編程軌跡重合。

2 刀具半徑補償功能的應用

　　通過使用刀具半徑補償指令G41，G42可以實現刀具半徑補償的功能，但是要使這些指令靈活應用起來，關鍵是通過改變刀具補償表中的刀補值來靈活實現。下面介紹刀具補償的一些運用方法。

　　2.1 刀具半徑補償功能在粗精加工中的運用

　　在對一個零件進行加工時，可以忽略刀具半徑，而根據工件尺寸進行編程，然后把刀具半徑作為半徑補償放在半徑補償寄存器里。臨時更換銑刀也好，進行粗加工和精加工也好，只需更改刀具半徑補償值，就可以控制工件形狀和零件尺寸的大小了，對程序不用作任何修改。粗加工時刀具補償值為刀具半徑加上精加工余量；精加工時刀具補償值為刀具半徑加上修正量(修正量為理論余量減去實際測得的余量)。

　　2.2 刀具半徑補償功能在等寬壁厚工件加工中的運用

　　當加工相等寬度的、由直線和圓弧或者含有曲線的等距輪廓時，只需針對一個輪廓進行編程就可以了，使用這種刀具半徑補償的方法減少了很多編程工作。當加工完編好程序的第一個輪廓后，只需把刀具半徑補償值改為負的刀具半徑加上負的輪廓寬度就可以完成第二個輪廓的銑削加工。需要注意：刀具半徑補償值正負號的改變意味著刀具半徑左右補償的切換，所以加工第二個輪廓調用程序時，需要考慮建立刀補和撤銷刀具半徑補償時的軌跡會不會引起過切或與工件輪廓相干涉。如有影響，只需修改建立或撤消刀具半徑補償的軌跡就可以了。

　　2.3 刀具半徑補償功能在宏程序中的運用

　　宏程序由于允許使用變量和給變量賦值并能進行算術和邏輯運算及條件轉移，所以巧用宏程序可使編寫的程序化繁為簡，應用宏程序調用系統參數設置刀具半徑補償時，西門子系統中要用到刀具參數中的2個系統變量：$TC_DP3表示刀具長度1補償；$TC—DP6表示刀具半徑補償。在編好復雜型腔或凸臺輪廓精加工程序的基礎上，再用宏程序按一定規律不斷地修改和調用這2個變量，就可以加工出復雜輪廓型腔或凸臺邊緣截面為曲線的工件了。

3 刀具半徑補償編程示例

　　為了便于理解，這里用一個簡單的零件來說明，如圖3所示，要加工一個5 mm壁厚的半環形工件并且在外輪廓邊緣上要倒彤的圓角。選擇直徑為d10mm立銑刀進行加工。用SINUMERIK系統編寫外輪廓加工程序如下：

圖3零件圖

　　外輪廓粗加工時，Dl中半徑數值輸入6，精加工時半徑數值輸入5+修正量。在進行內輪廓加工時，只要把D1中的半徑值改為-(6+5)，就可對內輪廓進行粗加工了，同樣，精加工時只要再改為-(5+5+修正量)即可。一個程序實現了等壁厚零件的內外輪廓的粗精加工十分方便。在加工外輪廓彤倒圓角時同樣也可使用這個程序并結合宏程序和系統變量來實現。程序如下：

4 結束語

　　靈活應用刀具半徑補償功能，合理設置刀具半徑補償值，在數控加工中有著重要意義。實際使用時必須注意以下幾點：1)建立或撤消刀具半徑補償時，刀具必須在所補償的平面內移動，且移動距離應大于刀具半徑補償值；2)若加工零件內輪廓面的最小曲率半徑小于刀具半徑時，進行半徑補償將會產生過切現象，只有最小曲率半徑大于等于刀具半徑與精加工余量的情況下才能正常切削，若被銑削槽底寬小于刀具直徑，此時也將產生過切現象；3)建立或撤消刀補時必須在刀具移動指令G0，G1方式下，不可用于圓弧切削指令建立或撤消刀具半徑補償指令。