刀具长度补偿在数控铣削加工中的应用

刀具长度补偿在数控铣削加工中的应用

冯利华,夏麟

冯利华①FengLihua；夏麟②XiaLin

（①合肥通用职业技术学院，合肥230031；②上海科学技术职业学院，上海201800）

摘要：刀具长度补偿是数控加工中心加工中的一个重要功能，本文主要对刀具长度补偿在数控铣粗、精加工方面的灵活应用进行深入的探讨。

Abstract:Thispaperintroducedtheconceptionofcutterlengthcompensationanddiscussedhowtousethecutterlengthcompensationtoprocesstheelementaryandfinishmillingintheworkpiece.

关键词：刀具长度补偿；加工

中图分类号：TG54文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）02-0013-02

1刀具长度补偿的基本概念

数控铣床或加工中心所使用的刀具，每把刀具的长度不一定相同，同时由于刀具的磨损或其他原因引起刀具长度发生变化，使用刀具长度补偿指令，可以不必通过重新调整刀具或重新对刀，而是通过刀具长度补偿来补偿长度方向的误差让机床达到程序中的指定位置。

2刀具长度补偿指令

以FANUC系统为例，刀具长度补偿指令为G43，G44，G49。G43为刀具长度正补偿；G44为刀具长度负补偿；G49为撤销刀具长度补偿指令。刀具长度补偿的指令格式如下：

刀具长度补偿建立的编程格式：

G00（或G01）G43（或G44）Z_Hxx；

刀具长度补偿取消的编程格式：

G00（或G01）G43（或G44）Z_H00；或G00（或G01）G49Z_；

其中，G43为刀具长度正向补偿指令；G44为刀具长度负向补偿指令；G49为撤销刀具长度补偿指令Z_为指令中指定的终止位置；H后面为00至99的任意两位数字，该数字为长度补偿值的补偿号，补偿量要预先设置在CRT/MDI操作面板中对应的长度补偿号对应的位置。当数控装置读到该程序段时，数控装置会到H所指定的刀具长度补偿地址内读取长度补偿值，并参与刀具轨迹的运算。

当执行G43长度补偿指令时，刀具刀位点实际到达点位置等于指令中指定点的位置与长度补偿寄存器中的补偿值相加，相当于把刀具抬起一个长度补偿值的高度，可以理解为G54中设置的Z对刀值与长度补偿值相加，使机床认为Z对刀值向Z正方向抬起一个长度补偿值，即机床认为工件原点向Z轴正方向偏移了一个长度补偿值。同理，当执行G44长度补偿指令时，刀具刀位点实际到达点位置等于指令中指定点的位置与长度补偿寄存器中的补偿值相减，相当于把刀具向下伸长一个长度补偿值的高度，可以理解为G54中设置的Z对刀值与长度补偿值相减，使机床认为Z对刀值向Z负方向偏移一个长度补偿值，即机床认为工件原点向Z轴负方向偏移了一个长度补偿值。另外，长度补偿值也可以设负值，当用G43指令中对应的补偿值设为负值相当于G44指令中对应的补偿值设为正值的效果，同理，当用G44指令中对应的补偿值设为负值相当于G43指令中对应的补偿值设为正值的效果。

3刀具长度补偿在数控铣床中的应用

在数控铣床上加工零件，运用刀具长度补偿功能主要有以下几个方面的应用：

3.1刀具长度补偿功能可以实现对零件深度的精确控制

设编程原点在工件上表面的对称中心，编程中可以在Z轴移动到Z5.0过程中运用刀具长度补偿指令，加工前按数控铣正常对刀设置G54坐标系，H01中不设置补偿量，在实际测量尺寸后，把高度误差值设置在H01对应的寄存器位置，重新运行一次程序即可实现对零件深度的精确控制。例如，某工件的深度为30±0.02mm，由于对刀或刀具磨损等误差加工后的实测深度为29.92mm，如果程序中用G00G43Z5.0H01指令，则实测之后设置的H01中的值设置为-0.08，如果程序中用G00G44Z5.0H01指令，则实测之后设置的H01中的值设置为+0.08。

3.2利用刀具长度补偿可以实现分层加工

例如某一零件要加工深度为20mm，实际加工过程中，考虑到保护刀具及机床刚度等因素，需要分层加工，设每层加工5mm深度，编程原点在工件上表面，可以在下刀到Z-20的程序段中建立G43的长度补偿，即G01G43Z-20H01F100；先按正常对刀设定G54坐标系中的对刀值，在第一层加工中，将HO1中的值设置为15，在第二层加工中，将HO1中的值设置为10，在第三层加工中，将HO1中的值设置为5，在第四层加工中，将HO1中的值设置为0。（加工完第三层后测量深度是否有误差，如果有误差相应的进行误差补偿控制深度方向的精度。）

3.3利用刀具长度补偿可以减少对刀次数

在数控铣床上加工零件时，当某一零件需要多把刀而共用一个刀柄或多把刀分别装在同一规格的刀柄上时，以第一把刀为基准，测量并记录刀位点与刀柄端部距离，当用第二把刀时，测量第二把刀刀位点与刀柄端部距离，与第一把刀进行比较，在用第二把刀的时候程序中用刀具长度补偿指令，并将两把刀与刀柄端部的距离之差值作为补偿量（注意分析是正值还是负值，不再赘述），只要工件没有重新装夹，第二把刀仍然可以用第一把刀对刀设置的G54坐标系，原理与加工中心中应用刀具长度补偿相同。

4刀具长度补偿在加工中心中的应用

刀具长度补偿在加工中心中应用较多。由于加工中心加工零件一般需要多把刀，每一把刀的刀具长度不一定相同，因此在建立G54坐标系的时候Z向对刀值不同，但是G54中只能存储一把刀的X、Y、Z的对刀值，要想让多把刀都处在同一G54坐标系中编程，必须借助刀具长度补偿功能。例如：在一个加工程序中同时使用三把刀，它们的长度各不相同。现把第一把刀作为标准刀具，第二把刀和第三把刀分别比第一把刀短20mm和长10mm，若想在同一坐标系统内使三把刀处于同一个Z向高度Z10.0处，问三把刀的长度补偿量及三把刀的刀补程序？以第一把刀为基准对刀，建立G54坐标系，如图3所示，在程序中先用G54指令，第一把刀刀具刀位点到达Z10.0处的程序可以为G00Z10.0；或G00G43（G44）Z10.0H01；第一把刀的长度补偿量H01设为0。若第二把刀具不用长度补偿，在程序中先用G54指令，再用G00Z10.0；程序，第二把刀用的是第一把刀对刀建立的G54坐标系，假想第二把刀与第一把刀长度相同，则到达Z10.0，但实际短了20mm，因此要让第二把刀的刀位点到达Z10.0，必须向Z轴负方向补偿20mm，根据长度补偿原理，可以用G00G43Z10.H02；程序，H02中的补偿值设置为-20，或者用G00G44Z10.H02；H02中的补偿值设置为20。同理，要让第三把刀的刀位点到达Z10.0，必须向Z轴正方向补偿10mm，可以用G00G43Z10.H03；程序，H03中的补偿值设置为10，或者用G00G44Z10.H02；H02中的补偿值设置为-10。

在上述例子中还可以将第一把刀的对刀值X、Y值输入到对应的G54中，G54中Z值设为0，第一把刀对刀值-434.0输入到H01中，第二把刀对刀值输入到H02中，第三把刀对刀值输入到H03中，如图3所示，在程序中开始用G54指令，三把刀再分别用G00G43Z10.0H01;程序、G00G43Z10.0H02;程序和G00G43Z10.0H03;程序。也可以用分别用G44长度补偿指令，但是对应的如图3中的补偿量全部设置为对应的正值。

在加工中心上使用多把刀（假设6把）加工零件，还可以将第一至第六把刀的对刀值分别输入在G54、G55、G56、G57、G58、G59中，在程序中可以不用长度补偿指令，使用第一把刀时程序中要用G54，使用第二把刀时程序中要用G55，依此类推。用此方法最多只能用6把刀，而且程序中如果使用的刀具和调用的坐标系指令不一致，可能会出现撞刀的危险。

5结论

在用数控铣床、加工中心加工零件中，使用刀具长度补偿功能可以控制Z向尺寸精度，可以实现Z向分层加工，同时，刀具因磨损或加工中心机床换刀具而引起长度改变后，不必重新对刀，不必重新修改程序，只需正确设置对应的补偿值即可，为程序编制和加工提供方便。

参考文献：

[1]胡玉祥.数控加工编程与操作[M].大连：大连理工出版社，2006.8：38-39.

[2]罗友兰.刀具半径补偿在粗、精铣削加工中的应用.第1页.