谈谈石材加工中的刀补问题

摘要：不管是机械加工还是石材加工中刀具补偿对产品加工非常重要。如果补偿不正确或补偿不足都不可能加工出合格的产品，甚至导致产品报废，给企业造成不必要的经济损失。

刀具补偿的不正确是石材产品加工中经常出现的错误，许多的操作者对此并不在意，甚至根本不知道刀具补偿是怎么回事，本文较为详细地针对石材加工中常见的几种刀具补偿问题做了论述。

关键词：刀具补偿左补偿 右补偿 半径补偿 长度补偿

在产品制造工业中，要使用各种刀具对产品进行加工，由于使用的刀具长度、厚度、直径的大小不同，加工时，对刀具进行补偿。

如果加工者加工时不按刀具的补偿的要求或规律进行补偿，加工出来的产品非此产品而成了彼产品，会造成产品的报废，给企业造成不必要的损失。同样，刀补的问题也存在于石材产品的加工中，加工时也要遵守刀补的规律进行刀具补偿，方可加工出合格产品来。

本文介绍石材产品加工中的刀补如何进行补偿的知识。

1、什么是刀具补偿

1.1、要了解刀具补偿，首先要明白一个概念一刀位点。

刀位点是在编制加工程序时用以表示刀具位置的特殊点。对于端铣刀、立铣刀和钻头而言，是指它们的底面中心。对于球头铣刀来说，是指球头中心。数控加工依靠程序控制刀具的运动轨迹，实际上是控制刀位点的运动轨迹。

1.2、刀具补偿

在零件的加工程序中，常常需要运用多把刀加工，每一把刀的半径和长度参数都可能不一样，如果依据每把刀的参数进行编程，会非常麻烦。

为了反映刀具参数的差异，需要确定一个基准点或一把基准刀，只需要找到每把刀的刀位点具体位置相对于基准点或标准刀具的偏移量，通过CAD/ CAM软件直接进行补偿计算或通过数控系统的控制器进行补偿计算，并按计算轨迹控制刀具的运动，就可加工出所需要的零件轮廓。

石材加工中刀具的补偿包括长度补偿、半径补偿、厚度补偿。

2、为什么要刀具补偿

在钻孔时，由于不同的刀具长度不一样，会造成孔被钻过长;不对半径进行补偿，会使半径被钻过大或过小。

图1中的沉台孔由一个深40mm，直径为120mm,深50mm，直径40mm的两个圆孔组成。如果加工中不用两种长度、直径的钻铣床刀加工，是难以加工出这种产品结构的。或者加工出来，生产效率也非常低。但是，用加工中心加工,通过刀具补偿却非常简单了。

造型时，不对刀具进行补偿，线条造型时会造成过切，形状的某些部份会被加工掉。

从图2中不难明白，第6、8、9、10、14刀在加工时，都对产品轮廓造成了过切，使产品加工的形状产生了一个因刀片的厚度而形成的一一个误差。

切板时，如果不进行补偿，板的尺寸会被切短。

从图3可以看出，在我们用桥切机切板时，刀片从起始方向到达终点方向时，如果对刀片不进行一个厚度补偿的话，被切下的板将会被切短一个刀片的厚度，这也是许多员工在切板时发现有时有的板经常被无故切短了4mm的原因。

从上面的三个例子不难明白，石材产品加工中必须依据所使用的刀具具体情况对刀具进行补偿，刀具补偿在石材加工工艺中要引起高度的重视。

3、如何进行刀具补偿

3.1、刀具的半径补偿

在数控铣床上进行轮廓加工时，因为铣刀有一定的半径，所以在零件轮廓加工过程中刀具中心轨迹和工件轮廓实际是不重合的。

如不考虑刀具半径补偿，直接按照加工件轮廓编程，则加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈(加工外轮廓时)，或大了一圈(加工内轮廓时)，为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径，这就是所谓的刀具半径补偿。

数控铣削加工刀具半径补偿有半径左补偿和半径右补偿，分别用C41和G42定义。依据IS0标准，沿刀具前进方向当刀具中心轨迹位于零件轮廓右边时，称为刀具半径右补偿。反之称为刀具半径左补偿。

当不需要进行刀具半径补偿时则用G40取消刀具半径补偿(如图4所示)。

3.2、在使用MASTERCAM系统时的刀具半径补偿

不同的MASTERCAM系统刀具半径补偿有不同的设定方法，在MASTER CAM中铣刀的补偿有四个选项: computer (计算机补偿)、control (控制器补偿)、wear (磨损补偿)、reverse wear(反向磨损补偿)。

补偿方向(Compensation Direction)有两个选项: Left (左补偿)、Right (右补偿)，如图5所示。

( 1 ) COMPUTER。 当设置在计算机里作补偿时，在数控系统的控制器里补偿应设置为关(或设置刀具半径值为0)，在CAM系统得到的NCI文件中的坐标就是实际加工时刀具刀位点的坐标，并且经过适当的后置处理得到的NC文件中不会出现刀具补偿指令。

( 2 )CONTROL。 当设置在控制器里作补偿时，在数控系统的控制器里补偿应设置为开。经过后置处理生成的NC文件中将出现刀具半径补偿指令( G41、G42、G40)，而补偿量要通过数控系统进行设置。

(3 ) WEAR，REVERSE WEAR在实际加工中可以同其他方法达到同样的效果.不再赘述。

3.3、刀具半径补偿的应用

改变刀具半径补偿值适应刀具的变化虽然CAD/CAM自动编程的计算量小，生成程序的速度快，但在零件的自动加工过程中，刀具的磨损、重磨其至更换经常发生，刀具由于磨损了使其半径变小，会造成工件误差超出其工件公差，则不能满足加工要求。

这时我们应用刀具半径补偿可以很好地解决这个问题。在CAM中选择在控制器( CONTROL)中补偿，直接根据零件的轮廓形状进行编程，这种编程方法也称为对零件的编程。

数控系统一般都设置有若干个可编程刀具半径偏置寄存器，并对其进行编号，专供刀具补偿之用，可将刀具补偿参数(刀具长度、刀具半径等)存人这此寄存器中。

在进行数控编程时，只需调用所需刀具半径补偿参数所对应的寄存器编号即可。实际加工时，数控系统将该编号对应的刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹，完成对零件的加工。

3.4、刀具的长度补偿

使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。加工时，用MDI (手动)方式输人刀具的长度尺寸，即可正确加工。当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。

C43为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。

C44为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。G49为撤消补偿。

编程格式为：G01 G43/G44Z H//建立补偿程序段

3.5、手动编程时刀具补偿及刀具自动补偿

在用手工编程时，在加工路径，上通过增加刀片厚度来达到刀具补偿的目的。

在程序中加入G40、G41、G42代码，加工时机器进行了刀具补偿。

G40注销刀具半径补偿(刀具补偿)

G41刀具半径补偿，左边。

C42刀具半径补偿，右边。

调用刀具校正

3.6、调用刀具校正功能

选择地址D，其后紧跟一.数字可以对刀具校正值进行选择对于编程轴而言，存储的刀具尺寸是有效的。刀具尺寸是以三个一组的形式显示在刀具校正负面上的。

-L=刀具长度

-R=刀具半径

- A=刀尖半径

4、石材加工中几种机床的刀具补偿

4.1、桥切机刀具补偿

在机器的操作面板上选刀具补偿模式，输人刀片厚度的补偿数据，加工时，设备自动进行了补偿。

4.2、电脑线切机的补偿

主要通过手工编程在半径上加减电脑线锯绳半径来进行半径补偿。加工外圆弧时，在要加工的半径上加4mm;加工内圆弧时，在要加工的半径上减4mm。以以下面的程序可以说明电脑线锯的半径补偿。

4.3仿型机刀具补偿

4.3.1模板刀具补偿

在仿型机床对产品造型时，要对仿型模板进行刀具补偿。在制作造型模板时，依据刀片的厚度对所要加工的圆弧依据内外圆弧的特点将圆心偏离1个刀片厚度进行补偿。

仿型模板制作中应注意的问题:在制作加工模板时，应考虑刀具补偿问题。外圆弧(凸圆弧)的刀具补偿是在画圆弧时用原来圆弧的半径作半径，圆心点在原圆心点处向左、右偏置3mm~5mm画圆弧，画左圆弧，圆心点向左。

画右圆弧时，圆心点向右偏置;内圆弧的刀具补偿是用内圆弧的半径作半径，圆心点在原圆心点处向左、右偏置3mm ~ 5mm画圆弧。画左内圆弧时，圆心点在原圆心点处向右偏;画右内圆弧时，圆心点在原圆心点处向左偏;偏心量取决于刀片的厚度，见图6。

4.3.2凹圆弧刀补偿作图要点

( 1 )先以O1为圆心画R60的圆;画通过O1圆的中心线BB。

( 2 )将中心线BB向左、右偏移4mm得到中心线AA、CC，这两条中心线与圆的水平中心线交于O11、O12。见图7。

( 3 )分别以O11、O12为圆心，R60为半径作两个圆。对这三个圆进行剪切操作。以O12为圆心所作的圆弧剪切后要左段圆弧;以O11为圆心所作的圆弧剪切后要右段圆弧。两圆被切后，用直线将这两段圆弧与AA、BB相交的交点连接起来得到图8。虚线部分为模板的轮廓线。

4.3.3凸圆弧刀具补偿作图要点

( 1 )先以O1为圆心画R60的圆;画通过01圆的中心线BB。

( 2 )将中心线BB向左、右偏移4mm得到中心线AA、CC,这两条中心线与圆的水平中心线交于O11、O12。见图9。

( 3 )分别以O11、 O12为圆心，R60为半径作两个圆。对这三个圆进行剪切操作。以O12为圆心所作的圆弧剪切后要右段圆弧;以O11为圆心所作的圆弧剪切后要左段圆弧。两圆被剪切后，用直线将这两段圆弧与AA、BB相交的交点连接起来得到图10。虚线部分为模板的轮廓线。

以图11线条为实例说明线条用仿型机加工时如何进行刀具补偿的。

图11中实线部分的曲线为要加工的标准形状，而虚线部分的曲线为仿形模板的轮廓曲线。

虚线部分的曲线作图方法如下:

A段弧以偏置圆心O1为圆心，以原圆心O的半径为半径; B段弧以偏置圆心O2为圆心，以原圆心O的半径为半径; C段弧以偏置圆心O5为圆心，以原圆心O3的半径为半径; D段弧以偏置圆心O4为圆心，以原圆心O3的半径为半径; E、F、G段弧依此方法画。

4.4、电脑车床刀具补偿

4.4.1通过调用刀具库补偿数值来进行

在电脑车床的控制系统中有刀具库，可通过调用刀具库存来对刀具的长度、刀具厚度进行补偿。当程序中含有调用刀具补偿的指令时，加工中设备自动进行补偿。

Tool:在此菜单下，可建立刀具库、修改刀具库、刀具库刀具列表显示、刀具号、当前刀具显示。

Preset模式必须在MDI状态下有效，进行刀具数据的修改。

刀具选择是指把刀库上指令了刀号的刀具转到换刀的位置，为下次换刀做好准备。这一动作的实现，是通过选刀指令T——功能指令实现的。

T功能指令Tx x用表示。以1把刀为例，由于刀库装刀总容量为n把，因此编程时，可用T0——Tn来指令把刀具。在刀库刀具排满时，如果也在主轴.上装1把刀，则刀具总数可以增加到n+1把，即T0——Tn+1。

4.4.2通过手工编程进行刀具补偿

通过在程序中加入退刀位来进行补偿。

图12在用电脑车床造型时，可用下面程序进行刀片厚度的补偿。A点为加工件的原点，B点为加工的起始点。

水平方向为Z轴、垂直方向为X轴。

N10: CO1X 108Z60 F300

N15: GO2X1 18Z51 R9F100

N20: G01Z46F100

N25: G03X 130Z30R18F300

N30: G01Z20F300(刀补段程序)

N35: G03X118Z4R 18F300(刀补段程序)

N40: GO2X 108Z- 10R9(刀补段程序)

4.5、加工中心刀具补偿

利用MASTERCAM或UG编程后，加入G41、G42、G40代码自动补偿。也可通过调用加工中心设备中的刀具库进行自动补偿。

4.6、水刀机刀具补偿

切割矩形边框:如上述图所示，操作工输人一些必须的参数后，系统就开始执行要求的切割矩形边框功能。

切割圆形边框：如上述图所示，用户输人一些必须的参数后，系统就开始执行要求的割圆形边框功能。

注：来源《石材》2013年9期

作者：黄学科 晏辉