刀具圆弧半径补偿优化方案

1.刀具圆弧半径补偿的目的

切削加工中，为了提高刀尖强度，降低加工表面粗糙度值，通常在车刀刀尖处磨一圆弧过渡刃。一般的不重磨刀片刀尖处均呈圆弧过渡，且有一定的半径值。即使是专门刃磨的尖刀其实际状态还是有一定的圆弧倒角，不可能绝对是尖角。因此，实际上真正的刀尖是不存在的，这里所说的刀尖只是一假想刀尖。但是，编程计算点是根据理论刀尖（假想刀尖）A（见图9-20b）来计算的，相当于图9-20a中尖头刀的刀尖点。

使用带有刀尖圆弧的外圆车刀加工与坐标轴平行的圆柱面和端面轮廓时，刀尖圆弧并不影响其尺寸和形状，只是可能在起点与终点处造成欠切，这可采用分别加导入、导出切削段的方法解决。但当加工锥面、圆弧等非坐标方向轮廓时，刀尖圆弧将引起尺寸和形状误差。这种误差的大小不仅与轮廓形状、走势有关，而且与刀具刀尖圆弧半径有关。因此，当使用带有刀尖圆弧半径的刀具加工锥面和圆弧面时，必须将假设的刀尖点的路径作适当的修正，使切削加工出来的工件能获得正确的尺寸，这种修正方法称为刀具圆弧半径补偿。

现代数控机床控制系统一般都具有刀具半径补偿功能。编程时不必计算刀具中心的运动轨迹，而只需要直接按零件轮廓编程，并在加工前输入刀具半径数据，通过在程序中使用刀具半径补偿指令，数控装置可自动计算出刀具中心轨迹，并使刀具中心按此轨迹运动。

图9-20 刀尖圆弧和刀尖

a）理论刀尖 b）实际刀尖

2.刀具圆弧半径补偿的指令

刀具圆弧半径补偿一般通过准备功能指令G41/G42建立，刀具半径补偿建立后，刀具中心在偏离编程工件轮廓一个半径的等距线轨迹上运动。

（1）刀具圆弧半径左补偿（G41） 如图9-21b和图9-22a所示，顺着刀具运动方向看，刀具在工件左侧，称为刀尖圆弧半径左补偿，用G41代码编程。

图9-21 后置刀架刀尖圆弧半径补偿

a）刀具圆弧半径右补偿 b）刀具圆弧半径左补偿

（2）刀具圆弧半径右补偿（G42） 如图9-21a和图9-22b所示，顺着刀具运动方向看，刀具在工件的右侧，称为刀尖圆弧半径右补偿，用G42代码编程。

图9-22 前置刀架刀尖圆弧半径补偿

a）刀具圆弧半径左补偿 b）刀具圆弧半径右补偿

特别注意：在使用刀具圆弧半径补偿指令时，需要判断刀具是向左还是向右补偿。判别方法是：从刀具所在平面（数控车床为XZ平面）的另一个轴（数控车床为Y轴）的正方向看刀具运动方向，刀具在工件左侧为G41，刀具在工件右侧为G42。

（3）取消刀具圆弧半径补偿（G40） 如需要取消刀具圆弧半径补偿，可编入G40代码。这时，使假想刀尖轨迹与编程轨迹重合。

3.刀具圆弧半径补偿的过程(https://www.xing528.com)

刀具圆弧半径补偿的过程分为三步：刀补的建立，刀具中心从编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏移量的过程；刀补的进行，执行G41或G42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏移量；刀补的取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹要过渡到与编程重合的过程。图9-23所示为刀补建立与取消的过程。

图9-23 刀尖圆弧半径补偿的建立与取消

a）刀补建立的过程 b）刀补取消的过程

4.刀具方位的确定

具备刀具圆弧半径补偿功能的数控系统，除利用刀具圆弧半径补偿指令外，还应根据刀具在切削时所处的位置，选择假想刀尖的方位，从而使系统能根据假想刀尖方位确定计算补偿量。假想刀尖方位共有10种，如图9-24所示。

特别注意：

1）G41、G42、G40指令不能与圆弧切削指令写在同一个程序段内，可与G01、G00指令在同程序段出现，即它是通过直线运动来建立或取消刀具补偿的。

图9-24 刀尖方位号

a）后置刀架 b）前置刀架

2）在调用新刀具前或要更改刀具补偿方向时，必须取消刀具补偿，目的是为了避免产生加工误差或干涉。

3）刀具半径补偿取消在G41或G42程序段后面，加G40的程序段格式为：

G41（或G42）；

……

G40；

程序的最后必须以取消偏置状态结束，否则刀具不能在终点定位，而是停在与终点位置偏移一个矢量刀尖圆弧半径的位置上。

4）G41、G42、G40是模态代码。