摘  要

数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（1T）与制造技术（MT）结合发展的结果。现代的CAD/CAM，FMS，CIMS，敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。

关键词：数控技术，加工工艺，编程

铣削加工手工编程

手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。对于加工形状简单、计算量小、程序段数不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。因此，在点位加工或直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。

数控编程的具体步骤如下：1、分析零件图；2、工艺处理；3、数值计算；4、编写加工程序单；5、制作控制介质；6、程序校验与首件试切。

编程实例

1、按图1编程加工，机床XK713、材料Q235。

加工要求：用ø10两刃平刀加工凹圆台阶,分二层粗加工、一层精加工。只精加工内轮廓，粗加工留余量0.5。粗加工中心垂直下刀，精加工采用圆切入切出，加工方式为顺铣。

编程思考：根据加工内容及要求编制相应的加工程序。编程Z轴零位在工件上表面，编制粗加工程序在前、精加工程序在后。程序起始应有安全指令、应指定工件坐标系、应给出相应的起始高度和安全高度指令，应采用绝对(G90)方式定位,主轴切屑转数和切屑进给速度指令要结合刀具、加工材料设定。特别是的在无工艺落刀孔时Z轴的直线切入速度要慢，两刃平刀端面切屑性能差。编程时应根据使用的系统编制相应的加工程序。精加工程序为了便于再调用可在精加工程序前添加工件坐标系和程序号。

工件装夹与校正：工件装夹用通用平口钳，装夹工件前应先校正钳口,再校正工件及分中。

图1

机床操作与设置：分中和对刀过程中应记录各有关的参数，处理完数据后设定好工件坐标系、Z轴零位应设置在工件上表面，根据程序设置好刀具补偿。机床的加工参数按钮应调到合适位置。

检查与测量：加工前应仔细检查和校验加工程序，加工开始应用单段执行检查初始高和安全高度是否设置正确。在加工过程应密切注意加工情况，转数或进给速度不合理应修正，若有异常应立即急停。加工完后应对工件测量，加工不到位应根据测量尺寸调整补偿进行补加工。

加工程序以华中系统为例参考程序如下：

%123                                 程序起始符号；

G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 M03 S800        采用G54工件坐标系用绝对方式定位,定位初始高度在工件上表面100高度;

Z5 M07                               刀具下到上表面5的安全高度;

G01 Z-2.5 F15                        以直线插补方式下到第一层;

G01 X10 F60                          以直线插补到第一个圆弧起点;

G03 X10 Y0 I-10 J0                   以逆时针方向走R10的圆去量;

G01 X14.5                            以直线插补到第二个圆弧起点;

G03 X14.5 Y0 I-14.5 J0               以逆时针方向走R14.5的圆去量;

G00 X0 Y0                            快速定位到原点;

G01 Z-5 F15                          以直线插补方式下到第二层;

G01 X10 F60                          以直线插补到第一个圆弧起点

G03 X10 Y0 I-10 J0                   以逆时针方向走R10的圆去量

G01 X14.5                            以直线插补到第二个圆弧起点

G03 X14.5 Y0 I-14.5 J0               以逆时针方向走R14.5的圆去量

G00 Z5                               快速提刀到上表面5的安全高度

G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 M03 S1000     为了便于再次调用精加工程序重新定位

Z5                                   刀具下到上表面5的安全高度;

G41 X15Y-5 D01                        刀具快速定位到建立刀具半径补偿点:

G01 Z-5 F60                           以直线插补方式将刀具下到加工深度;

G03 X20 Y0 R5 F120                   以逆时针方向走R5的圆弧进刀;

G03 X20 Y0 I-20 J0                   精加工轮廓；

G03 X10 Y5 R5                        走R5的圆弧退刀;

G00 Z100                             快速将刀具提出至安全高度;

G40 X0 Y0                             取消刀具半径补偿并快速定位到原点;

M30                                  程序结束。

小结：通过上述编程加工了解掌握粗加工的刀路编排，简单刀间距的排列和计算，刀具补偿的应用以及精加工程序的再调用，掌握工件的的装夹校正和机床的安全操作。

图2加工设备XK713

加工内容：加工凸台、内腔及孔。

编程要求：根据先前学习内容结合机床、图形编制合理完整的粗精加工程序。

结合先前学习内容根据机床及图形，不同加工区域的刀具选择。加工顺序先面后孔，先内腔后凸台（便于测量是否分中）。粗、精加工刀具分开使用。

编程加工与思考：

1、编程原点应放在内腔中心位置；

2、编程前应计算出内外轮廓各刀位点的坐标；

3、根据粗精加工确定刀具类型及大小,刀具选用见表4-1；

4、先粗后精、由外至内、先面后孔；

5、编排刀路，此图最大的残料区顶角至轮廓的最大距离可通过计算得出33.4,因此选用Φ20三刃平刀可排二路铣完。第一圈的刀路X、轴向应一次能加工到此方向的最小距离处，应留精加工量。第二路加工只顺着两边斜线各加工一次。图2

图2

表1刀具卡

参考程序如下：

主程序

%1000

T01                            此时T01为标识,安装1#Φ8两刃平刀；

G54G90G00X0Y0Z100M03S800       G54工件从标系定位,Z轴原点在工件上表面；

Z5M07                          Z轴到工件表面的安全高度；

G01Z0F300                      Z轴至工件表面为调用子程序准备；

M98P10L2                       调用P10子程序2次粗加工内腔；

G90G00Z100                     粗加工完成提刀；

M09                            切屑液停；

M00                            程序暂停手动换2#Φ20三刃平刀；

T02

G55G00G90X36Y45Z100M03S300     应用G55定位在工件外面；

Z5M07                          此时安全高度起检查作用；

G01Z0F300                      为调子程序准备；

M98P20L5                       调用P20子程序5次粗加工外台阶；

G00G90Z100                                

M09

M00

T03                             Φ8三刃平刀；

G56G00G90X0Y0Z100M03S1000       半精加工定位；

Z5M07

G41X10Y-35.5D03                 建立刀具半径补偿,设置3#值4.3；

M98P30                           调用P30子程序半精加工外轮廓；

Z100

M09

G56G00G90X0Y0Z100M03S1000        精加工重新定位, 方便尺寸不合时再调用；

Z5

G41X10Y-35.5D04                  建立刀具半径补偿,设置4#值4；

M98P30                           调用P30子程序精加工外轮廓；

G01Z-5F300                       提刀准备加工内轮廓

G41 D04                          重新建立刀具半径补偿,设置4#值4；

M98P110                          调用子程序P110精加工内腔；

Z100

M00                              程序暂停换4#中心钻；

T04

G57G00G90X30Y17Z100M03S1200

G99G81X30Y17Z-3R3F60             钻孔循环；

X-30

G80Z100                          取消固定循环；

M00                              程序暂停换5#钻头；

T05

G58G00G90X30Y17Z100M03S800

G99G73X30Y17Z-24Q-3K0.5R3F60     钻深孔循环；

X-30

G80Z100                          取消固定循环；

M30                              程序结束；

子程序

%100

G01X5F300                         刀具移动至下刀点；

G91G03X0Y0I-5J0Z-2.5              用相对方式螺旋下刀；

G90G41D01                         注消G91,设置补偿 1#值4.3；

M98P110                           调用子程序P110；

M99                               子程序结束返回上主程序；

%110

X10.034Y2.868                     内腔粗、精加工程序；

G01X4.096Y11.348F100

G03X-4.096Y11.348R5

G01X-10.034Y2.868

G03X-10.034Y-2.868R5

G01X-4.096Y-11.384

G03X4.096Y-11.348R5

G01X10.034Y-2.868

G03X10.034Y2.868R5

G40G01X0Y0F300                    取消上一级建立的补偿；

M99                               返回上一级程序；

%200

G91Z-1                            用相对方式为循环调用准备；

G90G01Y-31F60                     注消G91开始去残料；

X-36

Y33

X31

G41x4.096y20.062D02               建立左补偿去残料，设置2#值11；

X22.881Y-6.762

G91Z8F300                         用G91提刀保持循环深度一至性；

G40G90G00X-30Y35                  注消G91取消补偿至下一进刀点；

G91G01Z-8F300                     用G91提刀保持循环深度一至性；

G90G42X-4.096Y-20.062D02F60       注消G91建立右补偿去残料，设置2#值11；

X-22.881Y-6.762

G91Z8F300

G40G90G00X36Y45

G91G01Z-8F300

G90

M99                                返回主程序；

%300

G01Z-5F300                         下刀，粗、精加工内腔轮廓；

G03X0Y-20.5F80R10

G01X-18.358

G02X-23.072R5

G03X-24.362Y-14.689R10

G02X-24.388Y-8.915R5

G01X-4.096Y20.065

G03X4.096Y20.065R5

G01X22.881Y-6.762

G02X22.704Y-12.736R5

G03X20.521Y-16.929R12.5

G02X15.729Y-20.5R5

G01X0

G03X-10Y-30.5R10

G00Z5

G40X0Y0                             取消上一级建立的补偿；

M99                                 返回上一级程序；

小结：通过编程应用简化加工程序，处理好程序的主次关系，掌握编程技巧，了解左右补偿的重要性（包括长度补偿），上述补偿设置是理论设置，实际补偿设置应通过加工测量来调整。理论尺寸因各种因素和实际尺寸不相符，这些因素有机床、刀具、材料、加工方法等因素影响。补偿不仅能应用于精加工也可以改变补偿设置用于粗加工。

第二篇：数控铣技师论文

国家职业资格全国统一鉴定

数控铣技师论文

（国家职业资格二级）

论文题目： 数控铣削加工中刀具半径补偿的应用

                姓     名：       xx明      

   身份证号：  36230xxxxxxxxxxxxX 

所在省市：     江西省xx市    

数控铣削加工中刀具半径补偿的应用技巧

［摘  要］介绍数控编程刀具半径补偿功能的概念及应用，在数控铣削中应用刀具半径补偿功能不必计算铣刀中心轨迹直接按工件轮廓尺寸编程，粗精铣削时可采用同一加工程序以及灵活处理实际铣刀直径变化问题。在数控铣削加工与编程中，刀具半径补偿以及新工艺思路的巧妙应用往往可以简化很多典型问题、甚至可以解决很多工程实例中的难题。

［关键词］数控铣削加工     刀具半径补偿      应用     分析

随着现代数控加工技术的飞跃发展，引领了各行各业不断的提高，推动着社会物质文明和精神文明不断的进步。现代数控加工技术将机械制造技术、微电子技术和计算机技术等有机地结合在一起，使传统的机械制造方法和生产方式发生了深刻的、革命性的变化。数控机床在机械制造业中已经得到了日益广泛的应用，因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足社会生产中对机械产品的结构、性能、精度、效率等提出的较高要求。因此，作为年轻一代学习数控技术的我们，要掌握这门技术、灵活应用这门技术，让它更好的服务于社会、服务于人类。

笔者从事数控加工技术的学习与实践已有数年，总结了一些数控铣削加工编程中刀具半径补偿及新工艺的应用技巧，在此以实例分析解说的方式与大家分享：

在数控编程中刀具半径补偿功能主要用于数控车、数控铣或加工中心。按刀具半径补偿偏置位置分为G41“左刀补”与G42“右刀补”两类。“左刀补”，刀具按照左手手心向上位置，在拇指指向一侧自动位移一个刀具半径并沿四指指向切削前进。“右刀补” ，刀具按照右手手心向上位置，在拇指指向一侧自动位移一个刀具半径并沿四指指向切削前进。选择刀具半径补偿类型，依据加工工件的形状、位置以及刀具切削方向等要素来确定。

一、圆孔的加工：

如图1（下页）所示，对于此类的圆孔，孔径尺寸不大不小（一般指φ20～φ40）、孔深不是太深（一般不超过20mm）、精度要求也不是太高（一般指IT7级）。在数控铣床上可直接用一把立铣刀完成。

工艺及编程分析：

1、刀具的选择：对于此类的圆孔，工件材料若为45#钢调质处理，可选一把硬质合金立铣刀，刀具的直径要根据孔的直径来确定。刀具直径太小，那么刀

具走一整圆下来可能中间还有一定的残料铣不到，刀具直径太大，可能刀具在这

个小范围内连刀补都建不起来。假定孔径为φD、刀具直径为φd、它们之间的关系应是：

                        D/3 ＜ d ＜ D/2

分析计算后发现可以在φ12和φ14中选一种，刀具直径越大、铣削效率当然就越高，所以最终确定选φ14的三刃立铣刀。

2、由于数控铣床良好的机械性能，特别是滚珠丝杆采用双螺母调隙，不存在反向窜刀的现象，从提高刀具耐用度和降低加工表面粗糙度的角度考虑，一般优先采用顺铣。按传统的铣削工艺，加工内腔需先钻一个工艺孔、再扩孔，那么，钻孔、换刀、建坐标系（主要是Z轴长度设定）、编程等会浪费一定的时间，我们可以以“少吃走快”的方法，即每次慢下刀0.5mm左右、主轴转速尽量高、走刀速度尽量快 (此时的切削要素主要由刀具性能决定)，这样以来刀具主要是受高转速下的离心力，切削力的影响已经不大。而且加工的铁屑均为颗粒状，加上冷却液的冲刷可以带走大量的切削热、降低切削温度。该方法下切削加工的时间并没有增加、反而省去了大部分的辅助工作时间。

3、编程路径的确定：如图2所示

如图2（a）所示刀具编程路径图，注意一定要采用圆弧过度的切向切入和切出法，过度圆弧的半径r必须大于刀具的半径、且小于圆孔的半径，否则刀具路径就不是我们想要的那样。选择r=8mm，刀具实际的中心轨迹就如图2（b）所示。

4、粗精加工的安排和程序处理：把图2（a）所示的刀具路径编在一个子程序里、每次慢下刀0.5mm、子程序连续调用24次、刀补值设定为7.2、即可完成粗加工；精加工只需调用一次子程序、一次下刀到孔底、走刀量减小5倍、刀补值设定为理论值、其它不变、即可完成精加工。

5、参考加工程序：

（注：按华中世纪星系统编程，切削参数仅供参考）

（精加工时只需将N5中“L24”删掉，N10中改为“Z-12”,刀补值改成理论值即可）。

由此例可见，通过巧妙应用刀具半径补偿、选择合理的刀具、制定最优化的刀具路径和新工艺“少吃走快”的大胆应用，就能快速、高效、准确地加工出类似的孔类零件。

二、内外壁的加工

 

如图3所示，要在一个平面上铣出一条封闭的沟槽，槽宽有精度要求。在数控铣床上也可用一把立铣刀完成。

通过图形和工艺分析应选一把φ12硬质合金三刃立铣刀，加工思路也应该是“少吃走快”。现在关键的问题是图素较复杂，各节点计算难度大。按常规的编程思路就要把内外壁轮廓上各点坐标先计算出来，再把加工内壁编写一个程序、加工外壁编写一个程序，然后分别加工。显而易见，在竞赛类的场合或急需时这种方法非常浪费时间。

能不能通过巧妙地应用刀具半径补偿，使工作量大减、节约时间，又能合理地加工出类似的合格工件呢？我们只需按尺寸标注计算出图4中所示内壁上A、B、C、D、E、F、G、H各点坐标值（其实只有B、C、F、G四点中任意一点需计算），确定下刀点为O点，按图4所示轨迹建立刀补编写一个程序即可。

 

当加工内壁时，把刀补值设为刀具的实际半径，此时走出的轮廓就如图5（a）所示；加工外壁时，刀补值设为（槽宽－刀具半径），此时走出的轮廓就如图5（b）所示。

 

采用此方法加工内外壁的特点就是只需编写一个程序，通过不断修改刀补值来完成内外壁的粗精加工。需要注意的是精加工内壁时采用的是顺铣，精加工外壁时采用的是逆铣，所以加工过程中还需要合理调整切削加工参数，以获得最好的加工效果。

参考加工程序：

（注：按华中世纪星系统编程，切削参数仅供参考）

（需要注意的是粗加工内外壁设置刀补值要把精加工余量考虑进去，而且内壁是在刀补值上加上余量、外壁是在刀补值上减去余量，想想为什么？）

类似这种内外壁加工、薄壁加工、阴阳模加工等，都是根据图纸尺寸标注只计算一条轮廓上的节点，巧妙设置下刀起点，正确加入刀补指令，合理设置刀补值及切削参数来完成工件的加工。

三、轮廓周边倒圆角的加工

提起轮廓周边倒圆角的加工大家可能感到疑惑，这跟刀具半径补偿的应用有关系吗？轮廓周边倒圆角那属于曲面加工，应该用CAM软件自动生成加工程序，这样既方便又准确。当然笔者不否认CAM软件的强大功能。当你看了下面这个用设置刀具半径补偿手工编写宏程序在轮廓周边倒圆角的例子之后，一定颇有感慨。

如图6所示，两圆两边用直线相切连接形成一个封闭轮廓，要在此轮廓周边倒半径为6mm的圆角。

这种轮廓若用CAM软件自动生成加工程序，需要把三维图形画出来，按照曲面加工的思路来进行。用过CAM软件的人就应该知道，如果真的是非常复杂的曲面用手工编程无法完成的情况下，那当然没有选择。CAM软件生成的曲面加工程序往往要走上好几个小时（甚至数十个小时），所以像图6这样的例子我们就千万不要选择CAM软件加工。

手工编程、建立刀补、编写宏程序，是最佳思路。我们只需要计算出图7所示A、B、C、D、E几个节点坐标， 分两步走。

    第一步：选择一把稍大一点的硬质合金三刃立铣刀，按图7所示选择一个下刀点，建立刀补编写轮廓二维加工程序。注意粗精加工的切削参数选用和刀补值的设置。以最快最准的速度加  工出二维轮廓。

可见只要刀具性能好，此道工序用不了多长时间。

第二步：加工周边圆角。曲面加工，选择球头铣刀要比平底立铣刀好的多。编辑宏程序的思路是先选择一个合适的剖切平面，在平面上做数学模型分析，推导出相关参数的计算程式，再结合空间几何概念，建立循环语句。通过该例分析，我们还是按轮廓建立刀补编程，根据每一层面上刀补的偏置值不同，循序渐进，一层一层把圆角铣出来。

如图8分析所示，我们选择φ8硬质合金球头铣刀（当然不一定要选φ8，根据实际情况选择，不同规格刀具导致某些参数不同），很明显，在铣削的第一层上，刀位点在工件坐标系下的Z轴高度是－6，按照图形轮廓，此时的刀补值为4（即刀具半径值）；在铣削的最后一层上，刀位点在工件坐标系下的Z轴高度是4，按照图形轮廓，此时的刀位点向轮廓里面偏置了一个圆角半径量（即刀补值为－6）。我们把第一层到最后一层看成一个从0°到90°的圆弧，刀位点在任意一点上对应的角度为＃1，那么，对应的＃1角度下的当前Z轴高度＃4和当前刀补值＃101就可以通过函数关系式表达出来。

祥见参考加工程序：

（注：按华中世纪星系统编程，切削参数仅供参考）

（宏程序的应用其实就是数学知识的应用，大家能分析各种图形的数学模型就能毫不费力地编写出宏程序。）

我们通常理解的刀具半径补偿是在数控系统的刀具参数寄存器中设置一个常量。此例就打破了传统的思维，原来刀补也可以设置成变量，用来加工一些典型曲面。就此例而言，用该程序加工周边圆角只需十多分钟（已通过实验证明），而且程序相当简洁。跟CAM软件编程加工相比，只要编程熟练，所有的工作时间加起来也要比CAM加工快得多。

其实不单单只是此例，任意图形周边倒圆角、倒方角、倒任意斜角、铣曲面等等，都可以应用刀补设变量的方法编写宏程序进行加工。

这三个例子很简单，但是都比较典型。说明了数控铣削加工中刀具半径补偿应用的三种思想。刀具半径补偿的应用远远不止这些，还有待于我们继续探讨。由于笔者水平有限，可能会有很多错误或不成熟的思想，希望大家批评指正。

［参考文献］

1、袁锋         《全国数控大赛试题精选》       机械工业出版社

2、胡涛      《数控铣床编程与操作基础》   武汉华中数控股份有限公司 

3、张宝林             《数控技术》             机械工业出版社

4、于春生、韩旻  《数控机床编程及应用》     高等教育出版社