刀补指令在数控编程中的应用
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一、刀具半径补偿的实现
刀具的半径补偿有三个指令：刀具的半径左补偿g41、刀具的半径右补偿g42、刀具的半径补偿取消g40。左、右补偿的判断方法是：操作者站在第三轴指向的面，沿着刀具运动方向看，刀具在工件的左侧用左补偿，在工件的右侧用右补偿。刀补执行时，采用交点运算方式，即是每段开始都先读入两段、计算出其交点，自动按照启动阶段的矢量作法，作出每个沿前进方向左侧或右侧加上刀补的矢量路径。
设要加工如图1所示零件轮廓，刀具半径值存在d01中。
程序%1000
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 t01 s500m03；
n4 g41 x20 y10 d01；
n6 g01 y50 f100；
n8 x50；
n10 y20；
n12 x10；
n14 g00 g40 x0 y0m05；
n16 m30；
（一）刀补建立
刀具接近工件，根据g41或g42所的刀补方向，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。当n4程序段中写上g41和d01指令后，运算装置立即同时先读入n6、n8两段，在n4段的终点（n6段始点），作出一个矢量，该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向左，大小等于刀补值（即d01的值）。刀具中心在执行这一段（n4段）时，就移向该矢量的终点。在该段中，动作指令只能采用g00或g01，不能用g02或g03。
（二）刀补执行
控制刀具中心的轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。从n6开始进入刀补状态，在此状态下，g01、g02、g03、g00都可用。
（三）刀补撤消
在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中，根据刀补取消前g41或g42的情况，刀具中心轨迹与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。当n14程序段中用到g40指令时，则在n12段的终点（n14段的始点），作出一个矢量，它的方向是与n12段前进方向的垂直朝左、大小为刀补值。刀具中心就停止在这矢量的终点，然后从这一位置开始，一边取消刀补一边移向n14段的终点。此时也只能用g01或g00，而不能用g02或
g03等。
二、注意的问题及应用技巧
（一）注意的问题
1．注意明确刀补的方向若在刀补启动开始后的刀补状态中，存在两段以上没有移动指令或存在非平面的移动指令段（即刀补方向不明确时），则有可能产生进刀不足或进刀超差现象。下面举例说明，若刀具开始位置为距工件表面80mm，切削深度为5mm，刀具为直径12mm的立式端面铣刀。图1程序改为如下编制，则会出现如图2所示的进刀超差现象。
程序%1001
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 z80 t01s500 m03；
n4 g41 x20 y10 d01；
n6 z2；
n8 g01 z-5 f100；
n10 y50；
n12 x50；
n14 y20；
n16 x10；
n18 g00 z80m05；
n20 g40 x0 y0；
n22 m30；
原因是当从n4段进入刀补启动阶段后，只能读入n6、n8两段，但由于z轴是非刀补平面而且读不到n10以后的段，也就作不出矢量，确定不了进刀的方向。此时尽管用g41进入了刀补状态，但刀具中心却并未加上刀补，而直接移动到了点p1，当p1执行完n6、n8段后，再执行n10段，刀具中心从p1移动到交点a，此时就产生了图2所示的进刀超程（过切）工件被切掉一块。
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2．起点的距离与刀具半径之间的关系从刀具起点到刀补状态的起点如图2所示o→p1，需要一个过程来完成，即刀位点移动一个刀具半径的过程，要有足够的距离过渡，而这距离要求比刀具半径大，一般大于或等于三分之二刀具直径值。此距离必须在程序编制时表达出来，否则，就有可能产生进刀不足（内轮廓加工时）或进刀超程，造成加工工件报废。如上面的%1001程序，若所选刀具直径为50mm，即使编程方法正确，运行时也会出现过切现象，因为从点o（起刀点）到（20，20）刀补起点的距离为28mm，小于三分之二刀具直径值。
3．刀补起点的位置要合理 若点p1坐标选为（2 0，25），则即使按%1000的方法编程，运行时也会出现超差现象，原因是刀补起点位置选得不恰当。刀补起点要求与刀补方向为同一直线。
（二）应用技巧
为了避免进刀超差现象，充分利用刀具半径补偿指令功能。现总结以下几种编程技巧。
方法一：
程序%1002
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 z80 t01s500 m03；
n4 g41 x20 y9 d01；
n6 y10；
n8 z2；
n10 g01 z-5 f100；
n12 y50；
n14 x50；
n30m30；
按此程序运行时，n6段和n12的指令是相同方向，因此从n4开始刀补启动后，在点p1（20，9）上即作出了与n6段前进方向垂直向左的矢量，刀具中心也就向着该矢量终点移动。当执行n6段时，由于n8、n10是z轴移动的原因而不知道下段的前进方向，此时刀具中心就移向在n6段终点p2（20，10）处所作出的矢量的终点p 3处，在点p3执行完n8、n10后，再移向交点a，此时的刀具轨迹如图3所示就不会产生进刀超差了，这种方法中重要的是n6段指令的方向与n12段必须*相同，移动量大小无关系（一般用1mm即可）。
方法二：编程时，先完成z轴移动，再进入刀补启动（如程序%1003）。此方法同样可以避免进刀超程，而且比较简单，但条件是刀具下刀位置与工件没有干涉。
程序%1003
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 z80 t01s500 m03；
n4 z2；
n6 g01 z-5 f100；
n8 g41 x20 y10 d01；
n10 y50；
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方法三：利用刀补指令使粗、精加工程序简化。如图4所示，可有意识地改变刀具半径补偿量，因为刀具半径补偿指令是按照刀库表中的刀具半径值而确定补偿量的大小的，而不管实际用的刀具的半径值的大小。那么，在应用时则可用同一把刀具、同一条程序、不同的切削余量完成加工。从图4可以看出，当设定补偿量为a c时，刀具中心按cc运动，第二次设定补偿量为ab时刀具中心按bb运动完成切削。这样就可以通过改变刀库表的刀具半径的参数，来完成多次切削而不用重新编写程序。对加工不同材料的工件可以用同一条程序选用不同的加工余量进行精加工。其编程方法和以上相同。
三、注意事项
1．刀具半径补偿功能只有伴随相应的插补运动（如g01、g00等），才能有效。2．使用该功能必须先确定插补平面。3．加工内圆弧轮廓时，设定刀具半径不应大于工件轮廓中的半径，否则系统将提示“过切或有碰撞危险”。4．不要在圆弧插补过程中启动或取消刀具半径补偿功能。5．如存有二段以上的没有移动指令或存在非平面轴的移动指令段，则有可能产生进刀不足或进刀超差。6．要考虑如切入、切出等工艺的一些要求。
四、总结
刀具半径补偿指令是数控机床上应用多、重要的指令，离开该指令，数控铣床就不可能加工出复杂和高精度的零件。要想在数控加工中心和数控铣床上编制出更合理，更完善的铣削程序，重要的就是要很好地掌握和利用刀具补偿功能并能正确地使用指令，掌握数控编程的一些技巧和。
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设要加工如图1所示零件轮廓，刀具半径值存在d01中。
程序%1000
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 t01 s500m03；
n4 g41 x20 y10 d01；
n6 g01 y50 f100；
n8 x50；
n10 y20；
n12 x10；
n14 g00 g40 x0 y0m05；
n16 m30；
（一）刀补建立
刀具接近工件，根据g41或g42所的刀补方向，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。当n4程序段中写上g41和d01指令后，运算装置立即同时先读入n6、n8两段，在n4段的终点（n6段始点），作出一个矢量，该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向左，大小等于刀补值（即d01的值）。刀具中心在执行这一段（n4段）时，就移向该矢量的终点。在该段中，动作指令只能采用g00或g01，不能用g02或g03。
（二）刀补执行
控制刀具中心的轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。从n6开始进入刀补状态，在此状态下，g01、g02、g03、g00都可用。
（三）刀补撤消
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g03等。
二、注意的问题及应用技巧
（一）注意的问题
1．注意明确刀补的方向若在刀补启动开始后的刀补状态中，存在两段以上没有移动指令或存在非平面的移动指令段（即刀补方向不明确时），则有可能产生进刀不足或进刀超差现象。下面举例说明，若刀具开始位置为距工件表面80mm，切削深度为5mm，刀具为直径12mm的立式端面铣刀。图1程序改为如下编制，则会出现如图2所示的进刀超差现象。
程序%1001
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 z80 t01s500 m03；
n4 g41 x20 y10 d01；
n6 z2；
n8 g01 z-5 f100；
n10 y50；
n12 x50；
n14 y20；
n16 x10；
n18 g00 z80m05；
n20 g40 x0 y0；
n22 m30；
原因是当从n4段进入刀补启动阶段后，只能读入n6、n8两段，但由于z轴是非刀补平面而且读不到n10以后的段，也就作不出矢量，确定不了进刀的方向。此时尽管用g41进入了刀补状态，但刀具中心却并未加上刀补，而直接移动到了点p1，当p1执行完n6、n8段后，再执行n10段，刀具中心从p1移动到交点a，此时就产生了图2所示的进刀超程（过切）工件被切掉一块。
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2．起点的距离与刀具半径之间的关系从刀具起点到刀补状态的起点如图2所示o→p1，需要一个过程来完成，即刀位点移动一个刀具半径的过程，要有足够的距离过渡，而这距离要求比刀具半径大，一般大于或等于三分之二刀具直径值。此距离必须在程序编制时表达出来，否则，就有可能产生进刀不足（内轮廓加工时）或进刀超程，造成加工工件报废。如上面的%1001程序，若所选刀具直径为50mm，即使编程方法正确，运行时也会出现过切现象，因为从点o（起刀点）到（20，20）刀补起点的距离为28mm，小于三分之二刀具直径值。
3．刀补起点的位置要合理 若点p1坐标选为（2 0，25），则即使按%1000的方法编程，运行时也会出现超差现象，原因是刀补起点位置选得不恰当。刀补起点要求与刀补方向为同一直线。
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为了避免进刀超差现象，充分利用刀具半径补偿指令功能。现总结以下几种编程技巧。
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n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 z80 t01s500 m03；
n4 g41 x20 y9 d01；
n6 y10；
n8 z2；
n10 g01 z-5 f100；
n12 y50；
n14 x50；
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方法二：编程时，先完成z轴移动，再进入刀补启动（如程序%1003）。此方法同样可以避免进刀超程，而且比较简单，但条件是刀具下刀位置与工件没有干涉。
程序%1003
n2 g54 g90 g17 g00 x0 y0 z80 t01s500 m03；
n4 z2；
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n8 g41 x20 y10 d01；
n10 y50；
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三、注意事项
1．刀具半径补偿功能只有伴随相应的插补运动（如g01、g00等），才能有效。2．使用该功能必须先确定插补平面。3．加工内圆弧轮廓时，设定刀具半径不应大于工件轮廓中的半径，否则系统将提示“过切或有碰撞危险”。4．不要在圆弧插补过程中启动或取消刀具半径补偿功能。5．如存有二段以上的没有移动指令或存在非平面轴的移动指令段，则有可能产生进刀不足或进刀超差。6．要考虑如切入、切出等工艺的一些要求。
四、总结
刀具半径补偿指令是数控机床上应用多、重要的指令，离开该指令，数控铣床就不可能加工出复杂和高精度的零件。要想在数控加工中心和数控铣床上编制出更合理，更完善的铣削程序，重要的就是要很好地掌握和利用刀具补偿功能并能正确地使用指令，掌握数控编程的一些技巧和。
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几种典型的纳米材料
刀补指令在数控编程中的应用
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