刀具半径补偿论文.doc

刀具半径补偿论文（全面版）资料

数控系统课程设计（论文）任务书

题目：刀具半径补偿计算程序的设计

系 别 机械系
专 业 数控技术
班 级 09级数控（1）班
学 号
学生姓名 许芳菠
起讫日期 2021-3-2
指导教师 陈云 职称 副教
教研室主任 蔡厚道
日 期 2021-5-13

江西蓝天学院教务处印制
目 录
第一章 数控机床的发展史...............................................................................3 第一节 数控机床的概念和简史..............................................................................3
（1）数控机床的产生……………………………………………………………..3
（2）数控机床的控制单元…………………………………………………………3
第二章 刀具半径补偿计算……………………………………………......................4
（1）刀具半径补偿的基本概念………………………………………………………4
（2）C功能刀具半径补偿的基本思路………………………………………5
（3）功能刀具补偿类型及判别方法…………………………………………….…6
（4）B功能刀具半径补偿……………………………………………………………8
（5）刀补执行过程……………………………………………………………………9
（6）刀具半径补偿功能应用………………………………………………………10
（7）刀具补偿的指令，建立于撤销及使用的注意事项……………………………11
第三章 论文小结…………………………………………………………………12 第一章 数控机床发展史
计算项目
设计计算内容及说明
主要结果

数控机床的概念和简史
一、数控机床的产生
1946年世界上第一台电子计算机问世，揭开了人类进入信息时代的序幕。1948年美国帕森斯公司提出了采用和麻省理工学院伺服机构研究室的响应，终于在1952年研制成功世界第一台三坐标数控铣床。这便是用数字化信息控制机床的运动，是复杂零件加工的数控技术的开始。人们把这种电子计算机以数字方式控制机床工作的技术称为数控技术，简称数控（缩写为NC）。由于数控是与机床控制密切相关发展起来的，因此，通常讲的“数控”就是“机床数控”，用这种控制技术控制的机床称为“数控机床”，人们习惯称为“NC机床”，甚至就叫“NC”。
二、数控机床的控制单元
数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，他是数控机床的大脑，与普通机床相比，数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量，可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件数控，加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节约生产准备时间，机床自动化程度高，可以减轻劳动强度，批量生产时，产品质量容易控制，对操作人员的素质要求较低，对维护人员的技术要求较高。数控机床一般由下列几个部分组成：主机，他是数控机床的主体，包括机床身、立柱，主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机和进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动，当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。

第二章 刀具半径补偿计算

一、 刀具半径补偿的基本概念
刀具半径补偿的基本概念：在数控加工过程中，编程人员是按零件轮廓进行编程的。由于刀具总有一定的半径，刀具中心运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值。在进行外轮廓加工时，使刀具中心偏移零件零件的外轮廓表面一个刀具半径值，加工内轮廓时，使刀具中心偏移零件内轮廓表面一个刀具半径值，这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。
现在CNC系统都具备较完善的刀具半径补偿功能。刀具补偿通常不是程序人员完成的，程序编程人员只是按零件的加工轮廓编制程序，实际的刀具半径补偿是在CNC系统内部自动完成的。

二维刀具半径补偿仅在指定的二唯进给平面由G17（X-Y平面）、G18（Y-Z平面）和G19（Z-X平面）指定，刀具半径或刀尖半径值则通过调用相应的刀具半径补偿存储器号码（用H或D指定）来取得。
刀具半径补偿的建立和取消。当电源接通时，数控系统处于刀偏取消方式，刀具中心轨迹和编程一致，此时，可通过刀具半径补偿指令G41（或G42）和D0以为的D代码，令数控系统进入偏置状态，用此指令移动刀具半径补偿的起刀。刀补建立：补偿的原则取决于刀尖圆弧中心的动向，它总是与切削表面向上的半径矢量重合。因此，补偿的基准点是刀尖中心。通常，刀具长度和刀尖半径是按一个假象的刀刃为基准，因此为测量带来一些困难。把这个原则用于刀具半径补偿，应当分别以X和Z的基准点来测量刀具长度和刀尖半径尺，以及用于假象刀尖形式，车床的刀具类型0-9种，这些内容应当事前输入刀具编制文件。刀具半径补偿的轮廓切削。当建立起正确的刀具半径补偿量后，数控系统就将按程序要求实现刀具中心的运动，在刀具半径补偿状态中，由定位指令G00、直线插补指令G01或圆弧插补指令G02(或G03)实现补偿，若在偏置状态中，处理2个或更多个刀具不移动的程序段，刀具将产生过切或欠切现象。在刀具半径补偿状态中，应该特别注意零件拐角处的刀具运动情况，当刀具大于所加工的工件内轮廓转角，刀具直径大于所加工的沟槽，加工小于刀具半径的台阶以及补偿起动和沿Z轴切削时，都会产生过切现象，编程时应该做相应的处理。刀具半径补偿的灵活应用，灵活应用的思路使用刀具半径补偿功能。无论是车削类的刀尖圆弧半径补偿还镗铣类的刀具半径补偿算法，随着计算机技术和数控技术的发展都经历了B（Base）功能C极坐标法，r2法、矢量判断法）刀具补偿技术和C功能刀具半径技术。目前，数控系统中普遍采用的是C功能刀具半径补偿技术。
二、 C功能刀具半径补偿的基本思想
数控系统C功能刀具半径补偿的硬件结构如图所示，由缓冲寄存器CS、工作寄存器AS和输出寄存器OS等部分组成。在C功能刀补工作状态中，CNC装置内部总是同时存储着三个程序段的信息。进行补偿时，第一段加工程序先被读入BS，在BS中算得的第一段编程轨迹被送到CS暂存后，又将第二段程序读入BS，算出第二段的编程轨迹。接着对第一、第二两段编程轨迹的连接方式进行判别，根据判别结果，再对CS中的第一段编程轨迹进行相应的修正。修正结束后，顺序地将修正后的第一段编程轨迹由CS送到AS，第二段编程轨迹由BS送入CS。随后，由CPU将AS中的内容送到OS进行插补运算，运算结果送到伺服驱动装置予以执行。当修正了第一段编程轨迹开始被执行后，利用插补间隙，CPU又命令第三段程序读入BS。随后，又根据BS、CS中的第三、第二段编程轨迹的连接方式，对CS中的第二段编程轨迹进行修正。
C功能刀具半径补偿在具体实现时，为了便于交点的计算，以及对各种编程情况进行综合分析，从中找出规律，所有的编程输入轨迹都是被当做矢量来看待的。
显然，直线段本身就是一个矢量，而圆弧在这里意味着要将起点、终点的半径及起点到终点的弦长都看做矢量。零件刀具半径也可以作为矢量看待。所谓刀具半径矢量，是指在加工过程中，始终垂直于编程轨迹，大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的一个矢量。在直线加工时，刀具半径矢量始终垂直于刀具移动方向。在圆弧加工时，刀具半径矢量始终垂直于编程圆弧的瞬时切点的切线，他的方向一直在改变。

三、功能刀具补偿类型及判别方法
一般来说，CNC装置中能控制加工的轨迹通常只有直线和圆弧。所有编程轨迹一般由四种轨迹转接方式，你直线与直线转接、直线与圆弧转接、圆弧与直线转接和圆弧与圆弧转接。根据前后两段程序程序轨迹交角外在工作侧的角度（矢量的夹角）α的不同，有伸长型、缩短型和插入型三种过渡（转接）类型。
刀具补偿的理论及其实现，目前在各类数控系统中都已经是比较成熟的技术。在使用数控机床加工零件的过程中，刀具的运动轨迹不等同于工件外形轮廓。为了确保工件轮廓形状，加工时数控系统必须根据工件轮廓和刀具的几何形状计算出刀具中心运动轨迹。不同的刀具运动方向刀具中心运动轨迹的计算方法不同。正确使用不同的刀具补偿功能才能加工出合格产品。数控机床一般都具有刀具补偿功能，所以在编程时可以不考虑刀具的实际尺寸f如长度和半径等)，从而简化了编程工作。如果编程采用了刀具补偿，在运行程序之前就必须输入相应的补偿值，这就是说数控机床的刀具补偿功能是依照程序中的补偿指令(G41--G44)和补偿值实现的，对初学者来说，这是个难点。
在加工过程中，刀具的磨损、实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致以及更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成误差。为了最大限度的减少因刀具尺寸变化等原因造成的加工误差，数控系统通常都具备有刀具误差补偿功能。通过刀具褂偿功能指令，CNC系统可以根据输补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床能够自动地加工出符合程序要求的零件。
刀具补偿功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化(如刀具更换、刀具磨损)时，可对刀具半径或长度作相应的补偿，而不需要修改程序。编程指令有：①G40：取消刀具半径补偿，沿程序路径进给；②G41：左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给；③G42：右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给；④G43：刀具长度正补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相加，按其结果进行Z轴运动；⑤G44：刀具长度负补偿，即将坐标尺寸字与H代码中的长度补偿量相减，按其结果进行Z轴运动；@G49：取消刀具长度补偿，沿程序指定的Z坐标进行z轴运动。
在实际数控加工中正确应用刀具补偿是提高加工质量的关键，下面对刀具补偿功能在各种数控加工中的应用进行分析。在数控机床的加工过程中，可以清楚看出刀具（或电极丝、激光等，以下统称为刀具）中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合，这是因为工件轮廓是刀具以运动包络的方式形成的。刀具的中心（底端面与轴线相交点）称为刀具的刀位点，刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。
在20世纪60~70年代的数控加工中还没有刀具补偿（简称刀补）的概念，编程人员不得不根据刀具的理论路线和实际路线的相对关系进行编程，既容易产生错误，又使得编程效率很低。当刀具补偿概念出现并应用到数控系统中后，编程人员就可以直接按照工件的轮廓尺寸进行程序编制。在建立、执行刀补后，由数控系统自动计算、自动调整刀位点到刀具的运动轨迹。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只需要更改程序中刀具补偿的数值。刀具补偿使用简单、方便，能极大提高编程的工作效率。

四、B功能刀具半径补偿
B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿，它不仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，计算刀具中心的运动轨迹。一般数控系统的轮廓控制通常仅限于直线和圆弧。对于直线而言，刀补后的刀具中心轨迹为平行于轮廓直线的一条直线。因此，只要计算出刀具中心轨迹的起点、终点坐标和半径。刀具中心轨迹既可确定。对于圆弧而言，刀补后的刀具中心轨迹为与指定轮廓圆弧同心的一段圆弧，因此，圆弧的刀具半径补偿，需要计算出刀具中心轨迹圆弧的起点、终点和半径。B功能半径补偿要求编程轮廓的过渡为圆角过渡。所谓圆角过渡是指轮廓线之间以及圆弧连接，并且连接外轮廓线必须相切。切削内角时，过渡圆弧的半径应大于刀具半径。编程轮廓圆角过渡，则前一段程序刀具中心轨迹终点即为后一段程序刀具中心的起点，系统不需要计算段与段之间刀具轨迹交点。
直线刀具半径补偿计算如图所示。设要加工的直线为OA，其起点在坐标原点O，终点为A(X,Y)。因为是圆角过渡，上一段程序的刀具中心轨迹终点O’（X0，Y0）为本段程序刀具中心的起点，O0’为轮廓直线OA的垂线，且O’与OA的距离为刀具Y0A’（X’,Y’）为刀具中心的起点，AA’也必然垂直于OA，A’点与OA的距离仍为刀具半径r0A’点同时也可为下一段程序刀具中心轨迹的起点。由于起点为已知，即由上段的终点决定，OA’与OA斜率和长度都相同，所以从O’点到A’的坐标增量与从O点到A点的坐标增量相等，即X=X’-Y0
Y=Y’-Y0
因为X0，Y0为已知，本段的增量X、Y由本段轮廓中心确定为已知，所以X’=X+X0
Y’=Y+Y0
即刀具中轨迹的终点也可求得。
圆弧的刀具半径补偿计算如图所示。设被加工圆弧的圆心在坐标原点，圆弧半径为R，圆弧起点为A（X0，Y0）,终点为B（Xe,Ye）,刀具半径为r。设A’(X0’,Y0’)为前一段程序刀具中心轨迹的终点，且坐标为已知。因为是圆角过渡，A’点即为为本段程序刀具中心轨迹的起点。圆弧刀具半径补偿计算的目的，是要计算刀具中心轨迹的终点B’（Xe’,Ye’）和半径R。因为B’在半径OB坐标或其延长线上，三角形△OBP与△OB’P’相似。根据相似三角形原理，则有刀具的偏移方向由圆弧的顺、逆以及刀补方向（G41或G42）所确定。
五、刀补的执行过程
数控机床具有了刀具半径补偿功能，既可以保证机床的高精度，又可以极大地简化编程工作量。无论哪一类的刀具半径补偿技术，在使用中都需要加工刀补建立、刀补执行和刀补撤销三个步骤。（1）建立刀具半径补偿。刀具由起刀点接近工件，刀具半径补偿偏置方向由G41（左补偿）或G42（右补偿）确定，在原来的程序轨迹基础上伸长或缩短一个刀具半径值。
（2）进行刀具半径补偿。一旦建立了刀具半径补偿，则一直维持该状态，直到取消刀具半径补偿为止。在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离零件轮廓一个刀具半径值的距离。
（3）撤消刀具半径补偿。刀具撤离工件，回到退刀点，取消刀具半径补偿。与建立刀具半径补偿过程类似，退刀点也应位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓退出点较近且偏置于零件轮廓延长线上，可与起刀点相同，也可以不同。撤消刀补的指令为G40。
这样，当数控系统自动刀具补偿时，无论刀具半径大小如何变换，无论刀位点定在何处，只需要直接按零件图纸上的轮廓轨迹进行编程，在整个程序少量地加上几个刀补开始及刀补解除的代码指令，控制系统将根据程序中的刀补指令自动进行相应的刀具偏置，确保刀具刃口切削出符合要求的轮廓。
六、刀具半径补偿功能的应用
在零件加工过程中采用刀具半径补偿功能，可大大简
化编程的工作量，具体体现在以下几个方面：
（1）由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变化时，不必重新编程，只需修改相应的偏置参数即可。
（2）由于轮廓加工往往不是一道工序能完成的，因此利用机床自动刀补的方法，通过设置不同大小的刀具半径补偿值，能达到粗、精加工的目的。先设定较大的刀具半径值，进行轮廓的粗加工，再逐步减小刀具半径值，重复进行程序，实现从粗切到精切的过程。刀具长度补偿的概念。数控铣床上刀具长度补偿只是和Z坐标有关，对于X、Y平面内的编程零点，由于刀具是由主轴锥孔定位决定，因此X、Y平面内的编程零点位置是固定不变的。对于Z坐标的编程零点就不一样了。在铣床上应用的每一把刀具长度都是不同的，例如，我们要钻一个深度为40mm的孔，然后将其进行攻丝，攻丝深度设为30mm，加工刀具假设为一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。首先用钻头钻削出40mm深的孔，机床以其为基准设定了相应的工件零点，当采用丝锥攻丝时，如果按照设定的工件零点开始加工，则由于两把刀具长度不同，从而使得攻丝过长，损坏了刀具和工件。此时如果采用刀具长度补偿，那么当工件零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，在调用丝锥工作时，零点Z坐标已经自动向Z+（或Z-）补偿了丝锥与钻头的长度差，保证了加工零点的正确，这样就不会损坏刀具和工件了。
　　七、刀具长度补偿的指令。
刀具长度补偿一般通过含有G43（G44）和H指令来实现的，格式为指令格式为G43 G01 Z_H_；或G44 G01 Z_H_。其中G43表示刀具长度正补偿，即把编程的Z值加上H代码指定的偏值寄存器中预设的数值后作为CNC实际执行的Z坐标移动值，也就是说实际执行的Z坐标值为Z'=Z_+(H_)；而G44则正好相反，实际执行的Z坐标值为Z'=Z_-(H_)。其中H可设正值或负值，我们可以将这两个指令通过H的正负值设定进行统一，即只用G43和G44其中之一。加工结束后要取消刀具长度补偿，用指令G49实现；刀具长度补偿的应用：(1)用刀具的实际长度作为刀具长度的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀具的实际长度作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把测量出来的数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀具长度补偿。以避免加工不同的工件时不断地修改刀具长度偏置值，减少由此产生的操作失误。（2）以其中一把较长的刀作为标准刀具，，这个标准刀具的长度补偿值为0，其余刀具实际长度与标准刀具长度的差值作为这些刀具的长度补偿数值，输入到其所采用的H代码地址内。（3）利用每把刀具到工件坐标系原点的距离作为各把刀的刀长补偿，该值一般为负；此时用于设定工件坐标系偏置的G54的Z值为0。以上是在数控加工中常用的两种补偿方式，它给我们的编程和加工带来很大的方便。
八、刀具半径补偿的指令，建立与撤销及使用中的注意事项
如在使用事项中应注意以下几号
（1） G41（或G42）必须以G40成对使用
（2） 编入G41、G42、G40程序段时，必须用和G01（G40程序段亦可用G00，但一般用G01）功能配合使用，且在使用时不允许有两句连续的非移动指令；
（3） G41（G42）与G40之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像，子程序加工等；
（4） D00-D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补偿。刀具补偿值在加工或运行之前必须设定在补偿储存器中；
（5） 刀具半径补偿的建立与取消，应在辅助程序段中进行，不能编程在轮廓加工的程序段上。

论文小结
在数控机床进行轮廓加工中，由于刀具有一定的半径，刀具中心轨迹与工作轨迹常不重合。通过刀具补偿功能指令，CNC系统可以根据输入补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床自动加工出符合程序要求的零件。目前，刀具半径补偿功能已广泛应用于数控加工中，对数控技术的发展有很大的指导意义。
刀具半径补偿即根据按轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。
从国内为研究现状来看，刀具半径补偿功能已广泛应用于数控加工中。目前，在我国，刀具半径补偿得到了很好的发展。但是在加工中，还是存在一定的问题。如：刀具的合理选择、加工中正确的走刀轨迹正确使用刀具半径补偿的指令等。在国外，刀具半径补偿有了非常成熟的发展。主要体现在：加工零件的精度，加工质量及生产率。
鉴于国外刀具半径补偿的成熟应用，我国仍需有待提高，这对制造将会产生积极的影响。

2021年7月第7期（总第152期）
广西轻工业
GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY
机械与电气
刀具半径补偿在数控铣削加工中的应用
仇晓燕
（南通市工贸技工学校，江苏南通226010）
【摘
同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿值，可进行粗、精加工。利用刀具半径的输入值具有小数点后要】用同一程序、
２～４位（０．０１～０．０００１）的精度，来控制工件轮廓的尺寸精度。
刀补过程；应用【关键词】刀补指令；
１【中图分类号】ＴＧ５１９．【文献标识码】A
【文章编号】1003-2673(2021)07－27－

02
１前言
在数控铣床上用立铣刀进行轮廓的铣削加工时，由于刀具
迹）上点的坐标值；D（或H）为刀具半径补偿寄存器地址字，编程时，使用非零的D（或H）××代码选择正确的刀具半径偏置寄存器号。
数控机床上因具有滚珠丝杠副间隙补偿的功能，所以在不加工精度、表面粗糙考虑丝杠间隙影响的前提下，从刀具寿命、度而言，一般顺铣效果较好，因而G41使用较多。2.2刀具半径右补偿G42
根据ISO标准，顺着刀具的前进方向观察，刀具位于零件轮廓右边时称为刀具半径右补偿，此时为逆铣，如图3所示。
半径的存在，可以清楚的看出刀具中心的运动轨迹与工件的轮则只廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，能按刀具中心的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要先根据工件轮廓的尺寸和刀具的直径计算出刀具中心的运动轨迹尺寸（如图1中的点划线轨迹），其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或更换而使刀具直径变化时，必须重新计算刀具中心的轨迹尺寸，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，可以方便地实现这一转变，编程只需按工件轮廓尺寸进行（如图1中的粗实线轨迹）。在建立、执行刀补后，数控系统可以自动判断补偿的方向和补偿值的大小，自动计算出刀具中心的轨迹，并按刀具中心的轨迹运动。当刀具磨损、重磨或更换时加工程序不变，因此使用简单、方便。
图３右偏刀具半径补偿方向
其在G17平面内的编写格式为：G17
G00
G41X_Y_D（或H）_（F_）；!"G01
2.3取消刀具半径补偿G40
其在G17平面内的编写格式为：
（ａ）外轮廓加工
（ｂ）内轮廓加工
图１刀具的编程轨迹
G40或
２刀具半径补偿的指令应用
根据ISO标准，沿着刀具运动方向向前看（假设工件不
2.1左偏刀具半径补偿G41
动），刀具位于工件左侧时称为刀具半径左补偿，这时相当于顺铣，如图2所示。
G00!"X_Y_（F_）；G01G00!"X_Y_D00（或H00）；G01
注意：G40必须和G41或G42成对使用。
３使用刀具半径补偿的注意事项
（1）G41、G42不能重复使用，即在程序中前面有了G41
或G42指令之后，不能再直接使用G41或G42指令。若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后，再使用G41或G42指令，否则补偿就不正常了。
（2）G41、G42、G40须在G00或G01模式下使用，现
图２左偏刀具半径补偿方向
在有一些系统也可以在G02、G03模式下使用。
（3）刀具半径补偿号要在刀补取消后才能变换，如果在补偿方式下变换补偿号，当前句的目的点的补偿量将按照新的给定值，而当前句开始点补偿量则不变。
（4）D00～D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补
其在G17平面内的编写格式为：G17
G00
）__（F_）；G41X_Y_D（或H!"G01
格式中的X和Y表示刀具移至终点时，轮廓曲线（编程轨
【作者简介】仇晓燕（１９７３－），女，江苏南通人，高级实习指导教师，从事数控技术教研工作。
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偿。刀具补偿值在加工或试运行之前须设定在补偿存储器中。
（5）使用刀具半径补偿时应避免过切削现象。
①在刀具补偿建立后的刀具补偿状态中，如果存在有连续两段以上没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段，则有可能产生过切现象。
如图4所示，起始点在（X0，Y0），高度为30mm处，【例】
轨迹深度为Z＝－3mm，现编程见表1。
表１半径补偿过切编程
程

序
ＯＮＮＮＮＮＮＮ
０００１；
１０Ｇ１７Ｇ４０Ｇ４９Ｇ８０；２０Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０Ｚ５０．；３０Ｘ０Ｙ０Ｓ１０００Ｍ０３；４０Ｘ－５０．Ｙ－５０．；５０Ｇ４１Ｘ－３０．Ｄ０１；６０Ｚ５．；
７０Ｇ０１Ｚ－３．Ｆ１２０；
说明
程序名程序初始化
刀具快移至起始高度，
刀具快速移到零点主轴以１０００ｒ／ｍｉｎ正转刀具快速移到下刀点刀具半径左补偿
刀具快速移至安全高度，连续两句Ｚ轴移动（只能有一句与刀具半径补偿无关的语句，此时会出现过切削）直线插补，

同时打开冷却液
的半径补偿将会导致过切，这时机床报警并停止在将要过切语句的起始点上，如图5a所示，所以只有“过渡圆角R≥刀具半的情况下才能正常切削。径r＋精加工余量”
④被铣削槽底宽小于刀具直径时将产生过切削。如果刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动，将会导致过切。在这种情况下，机床将会报警并停留在该程序段的起始点，如图5b所示。
⑤无移动指令。在补偿模式下使用无坐标轴移动类指令有可能导致两个或两个以上语句没有坐标移动，出现过切的危险。无坐标轴移动语句大致有以下几种：
①M05；②G04X1.0；③G90；④G91X0；⑤（G17）Z20.0；⑥S1000。
Ｎ８０Ｙ３０．Ｍ０８；
…
以上程序在运行N70时，产生过切现象，如图4所示。其原因是当从N50刀具补偿建立后，进入刀具补偿进行状态后，系统只能预读N60、N70两段，但由于Z轴是非刀具补偿平面的轴，即没有X、Y轴移动，系统无法判断下一步补偿的矢量方向，这时系统不会报警，补偿照常进行，只是N50的目的点发生变化。
４刀具半径补偿功能的应用
（1）直接用零件轮廓的尺寸编程，避免了计算刀具中心的
轨迹。
（2）刀具因磨损、重磨或更换新刀而引起半径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入新的偏置值。
【例】如图6所示，1为未磨损刀具，2为磨损后刀具，只需将刀具参数表中的刀具半径r1改为r2，即可适用于同一程序。
图４刀具半径补偿时的过切削现象
为避免过切，可将上面的程序改成下述形式来解决，见表2。
表２半径补偿编程
程序
Ｏ０００１；
Ｎ１０Ｇ１７Ｇ４０Ｇ４９Ｇ８０；Ｎ２０Ｇ５４Ｇ９０Ｇ０Ｚ５０．；Ｎ３０Ｘ０Ｙ０Ｓ１０００Ｍ０３；Ｎ４０Ｘ－５０．Ｙ－５０．；Ｎ６０Ｚ５．；
Ｎ５０Ｇ４１Ｘ－３０．Ｄ０１；Ｎ７０Ｇ０１Ｚ－３．Ｆ１２０；Ｎ８０Ｙ３０．Ｍ０８；…
说明
程序名
程序初始化
刀具快移至起始高度，
刀具快速移到零点主轴以１０００ｒ／ｍｉｎ正转
刀具快速移到下刀点刀具快速移至安全高度刀具半径左补偿下刀
直线插补，同时打开冷却液
图６刀具直径变化，加工程序不变
（3）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿值，可进行粗、精加工。这是由于刀具半径的输入值具有小数点后2～4位（0.01～0.0001）的精度，因此可用来控制工件轮廓的尺寸精度。
如图6所示，刀具半径r，精加工余量△。粗加工刀具半径则加工出点划线轮廓。补偿偏置量等于r+△，
【例】如图7所示，刀具为□16立铣刀。现零件粗加工后给半精加工和精加工留余量单边0.5mm。
则粗加工刀具半径补偿D01粗＝8＋0.5＝8.5mm。在半精加工时，刀具半径补偿D01半精＝8＋0.2＝8.2mm；在精加工时，要测量半精加工结束后的零件尺寸，实测尺图样尺寸要求为59.97mm，再计算数值，修改后寸为60.4mm，
再进行精加工。计算公式如下：
D01精＝D01粗－实际尺寸-图样尺寸
②使用刀具半径补偿和去除刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，且移动距离应大于刀具补偿值。
③加工半径小于刀具半径的内圆弧时将产生过切削。
图５过切现象
＝8.2－60.4-59.97
＝7.985mm
当程序给定的圆弧半径小于刀具半径时，向圆弧圆心方向
（下转第40页）
28
发布生成的常用flash文件格式。2.2机床仿真操作部分
在这里所使用的数控操作虚拟加工软件是南京斯沃数控67个系统，126个控制面板。具有发仿真软件，包括17大类，那科FANUC、西门子SIEMENS、美国HAAS、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN、南京华兴WA、江苏仁和RENHE、南京四开、天津三英、成都广泰GREAT、巨森数控JNC编程和加工功能。学生通过在电脑上操作该软件，可以在较短的时间内掌握不同系统的数控车、铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序进通过该数控仿真软件可以使学生达到实物操作训行虚拟加工。
练的目的，又能大大减少数控机床的巨额投入。数控系统的机床操作仿真加工与实际加工过程的相结合，让学生有身临其境的感觉。现以FANUC系统汉川机床操作为例来说明制作过程：图3为学校实训工厂的汉川机床FANUC0i-M面板。先打开Captivate软件，选择训练模式录制全屏。打开斯沃数控仿真软件，进入FANUC0i-M系统，再选择汉川机床厂FANUC0i-M面板如图4。机床回零，安装零件，导入经过后处理的心对刀，设置参数，最后自动加形凹模的数控编程代码，装刀具、工。操作完停止录制，对录制完成的内容，凡涉及到重要知识点的步骤再进行详细的编辑，最后发布flash文件格式。
３结论
通过Captivate软件录制制作大量交互式自动编程和机床
仿真操作实例，按循序渐进、由浅入深的认知规律使学生对不扩同的常用编程软件、不同数控系统和操作面板都有所了解，大学生的知识面，拓宽他们的就业渠道。制作完成操作步骤相应详细的提示信息帮助学生理解，同时也大大减轻数控实训教师的授课强度。在满足学校数控教学和实训需要的同时，做到“少花钱、多办事”。参考文献
［１］杨飞雄．基于Ｃａｐｔｉｖａｔｅ的教师培训课件应用研究［Ｊ］．中国教育技术装备，２００７，（６）
［２］吴兆斌．基于Ｃａｐｔｉｖａｔｅ的自主学习系统的研究与实现［Ｊ］．中国信息技术教育，２００９，（１２）

．
图３实训工厂的汉川机床操作面板图４仿真软件中的汉川机床操作加工
（上接第28页）
在现代CNC系统中，有的已具备三维刀具半径补偿功能。对于四、五坐标联动数控加工，还不具备刀具半径补偿功能，必须在刀位计算时考虑刀具半径。参考文献
［１］杨伟群．数控工艺培训教程（数控铣部分）［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００２：４１－

４４．
图７用刀具半径补偿值控制尺寸精度
40
5、刀具半径补偿功能
从上述几个实例可知，走刀轨迹是刀具中心轨迹。刀具中心轨迹跟工件轮廊是不重合的而是偏距一个刀具半径出来的。如果不用刀具半径补偿功能，编程时就要先计算出刀具中心轨迹的各节点坐标再按刀具中心轨迹的坐标来编程。大大加大编程的难度及工作量。如果使用刀具半径补偿功能，编程时按图纸尺寸编程就可，我们只需事先在数控系统里设置刀具半径值。运行程序时系统会自动执行偏置工件轮廓一个刀具半径的刀具轨迹。
刀具半径补偿指令G41/ G42
指令格式：
G41 D_：刀具半径左补偿。顺着刀具移动的方向看，刀具在工件左侧，使用刀具半径左补偿。
G42 D_：刀具半径右补偿。顺着刀具移动的方向看，刀具在工件右侧，使用刀具半径右补偿。
G40：取消刀具半径补偿 。
D_表示调用的刀补号，如D1表示调用1号刀补。

说明：
1 刀具半径补偿功能
如下图，用半径为R的刀具切削工件A，刀具中心路径为图中B，路径B距离A为R。刀具偏移工件A半径的距离称为补偿。
编程人员用刀具半径补偿模式编制加工程序，加工中，测定刀具直径并录入CNC的存储器，刀具路径变成补偿路径B。

2 补偿量 (D值)
一般是刀具的半径值，有的系统也有用刀具直径值。

立式数控铣削刀具半径补偿功能的运用
　　在数控铣床零件加工过程中，由于刀具的磨损、现场实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致和更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成加工误差。为了最大限度地减少因刀具尺寸变化等原因造成的误差，目前数控铣床通常都具有刀具半径补偿功能，根据输入的修正补偿量和程序自动地加工出优质零件，否则，很难保证加工精度。同时，使用刀具半径补偿，实现了根据零件轮廓直接编程的巨变，大大简化了编程工作量。因此，理解刀具半径补偿并能正确灵活地使用刀具补偿功能，将起到事半功倍的效果，将刀具补偿和变量编程结合使用，还可实现一些复杂曲面的加工，在数控切削加工中有较强的实用价值。
　　一、对刀具半径补偿的认识
　　1.刀具半径补偿作用
　　在数控铣床上进行轮廓加工时，由于铣刀半径的存在，刀具中心轨迹和工件轮廓不重合，两者相差一个刀具半径值，为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径值，才能保证零件的轮廓尺寸，如图1所示。这种自动偏移计算称为刀具半径补偿。现代数控机床通常都具备完善的刀具半径补偿功能，编程人员只需根据轮廓编程，数控装置就会自动计算刀具中心轨迹，加工出所需要的工件轮廓。需要注意的是，在使用刀具半径补偿指令后，如果具体加工时选用不同半径的刀具，则自动偏移量是不同的，如图1当中就分别选择了半径不同的刀具1和刀具2进行加工，其轨迹偏移量就明显不同。

　　2.刀具半径补偿指令
　　刀具半径补偿指令有G41、G42和G40共3个指令。沿着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的左侧，称为左补偿，用G41指令，相当于顺铣，常在精加工阶段采用，如图1刀具1中心轨迹所示;沿着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的右侧，称为右补偿，用G42指令，相当于逆铣，常用于工件表面硬皮和粗加工，如图1刀具2中心轨迹所示;G40指令是用于取消补偿用。
　　3.刀具半径补偿执行过程
　　刀具半径补偿工作过程分为三步。第一步，建立刀具半径补偿，如图1中的SA段所示，这个工作要在切削工件之前完成。第二步，执行刀具半径补偿。如图1当中，左刀具半径补偿ABCDA段和右刀具半径补偿ADCBA所示。第三步，撤消刀具半径补偿。如图1当中AS段所示，加工结束后取消刀具半径补偿，刀具回到起始位置S。
　　二、刀具半径补偿的应用剖析
　　1.实现零件的轮廓加工，提高加工精度
　　使用刀具半径补偿指令可以按零件的内、外轮廓直接编程，实现轮廓加工，这是刀具半径补偿的一般应用。由于刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值，因此在首件加工时，为了不浪费材料，应采取增加刀具半径补偿值的方法，根据加工实测值和理论值之差，修正刀具半径补偿值，从而提高加工精度。同一加工程序，当刀具磨损或重磨后，直径会发生改变，则需要通过修改刀具半径补偿值来获得所需的尺寸精度，增加程序的柔性。
　　2.同一程序实现零件粗、精加工
　　刀具半径补偿除简化编程外，还可以用修改刀具半径补偿值的方法，实现用同一程序进行轮廓的粗、精加工。即在粗加工阶段：刀具半径补偿值=刀具半径+精加工余量;在精加工阶段，刀具半径补偿值=刀具半径+修正值。
　　3.设置正负刀具半径补偿值实现零件的等宽壁厚加工
　　一般情况下，刀具半径补偿值应为正值，若补偿值为负值，则G41和G42相互替换。利用这一特点，当加工相等宽度的、由直线和圆弧或者含有曲线的等距轮廓工件时，只需