在数控加工时，时常会遇到使用同一把刀具对同一个工件进行粗精加工的情况，但由于数控系统设计厂家的不同，在具体数控系统上的编程和操作有着很大的不同，其中特别具体数控系统上刀具补偿及其设定的特定性常造成使用者的困惑，而目前一般的参考资料在此问题上基本没有进行区分说明。本文就此问题，综合市场上主流的FAUNC与SIEMENS数控系统并结合实例进行比较说明，总结出其共性与个性，以供参考。
1 使用同一把刀具对同一工件进行粗精加工的理论基础
1.1 产生的原因
在数控铣削加工时，南于工厂的具体条件限制或者出于减少使用刀具数量而节省换刀时间以提高加工效率的需要，常会需要使用同一刀具对同一个工件进行粗精加工的情况，由于使用的是同一把刀具，其切削刃的特征在机床的位置是固定的，而数控铣削加工编程时，又总是按照工件的最终轮廓进行编程，这就需要在编程和操作时在深刻理解刀具补偿的原理的基础上对同一把刀具的粗精加工的参数进行区分。
1.2 铣削类刀具补偿的基本原理
在数控铣削类编程中需要进行刀具补偿，简称刀补。一般铣刀的刀补可分为刀具半径补偿、刀具长度补偿、刀具磨损补偿等。由于使用的刀具半径长度等不同，冈此在不具备刀补自动补偿功能的数控系统中，编程极为不便，而目前绝大多数数控系统均已具备了刀具补偿功能，在这些数控系统中，可以直接按加工工件的轮廓尺寸编程，系统使用刀补功能进行自动的计算处理，从而使编程大大简化，但是不同的数控系统在具体实现上常有着很大的区别，这就要求编程人员必须掌握典型数控系统刀补功能的正确的不同的合理的使用方法。
1.3 数控铣刀的半径补偿
数控铣床是通过程序控制主轴旋转中心即刀具中心的运动轨迹，而安装在主轴上的铣刀具有一定半径，所以在铣削时，刀具中心的轨迹与工件轮廓会不重合。当代主流系统一般均具备刀具半径补偿功能，编程时只需要按照实际的工件轮廓线进行编程，将补偿刀具的直径(或半径)存储在相应的刀具参数库里，数控系统将会自动计算刀具中心轨迹坐标，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，进而完成不同尺寸要求的工件加工。
刀具半径补偿方向的判断方法一般法则：沿垂直于刀补平面的第三坐标正方向的反向观察，顺着刀具前进方向看去，刀具位于工件加工轮廓左侧时为刀具半径左补偿G41，反之刀具位于工件加工轮廓右侧时为刀具半径右补偿G42。需要特别指出的是孔加工类刀具如钻头、铰刀不需要考虑刀具半径补偿，因为孔加工的刀具的半径就是所要加工孔的尺寸。
1.4 数控铣刀的长度补偿
由于在加工时使用的不同刀具相对于主轴装刀基准面伸出的长度不同，所以数控系统除具有刀具半径补偿功能外，还需要具有刀具长度补偿功能。目前设置刀具长度补偿值的方法主要有机内试切法、机内对刀法和机外对刀法等。较好的方法是采用机外对刀法，可以减少占机时间。但是所有刀具长度补偿值必须在机床开始加工以前进行测量并输人到该刀具对应的机床补偿参数表中，通过程序中的刀具长度补偿功能指令的调用，数控系统可以根据输入补偿量来调整刀具Z轴的实际运行轨迹，从而加工出符合要求的零件。
2 基于不同数控系统同一把刀具粗精加工偿功能实现
2.1 加工图样
由于复杂的零件程序长度相应较长，为简化程序，现以一简单工件的加工为例，工件的简单并不影响问题的说明。假设有一毛坯为104×104×13(mm)的矩形铝件，需要加工成如图1所示具有100×100×2(mm)凸台的工件，要求使用同一把直径为10 mm的立铣刀刀进行粗精加工，精加工余量为0.2 mm，编程中心选择在工件上表面的几何中心处。
2.2在FANUC 0i数控铣削系统中的实现
日本FANUC公司是世界上最大的专业生产数控装置和机器人、智能化设备的著名厂商。FANUC数控系统进人中国市场较早，目前有多种型号的产品在广泛使用，其中文译名一般为发那科。FANUC数控系统各型号间编程与操作界面的同一性较好，目前较为广泛使用的有FANUC 0i、FANUC 16i、FANUC 18i、FANUC 2Ii等型号。其中FANUC 0i铣削数控系统更是我国连续多年市场占有率最高的数控系统之一。
在加工之前，首先选择合适的装夹方式对毛坯进行夹紧定位，对于此例可采用精密台虎钳进行装夹并使用百分表找正工件，接着安装刀具并进行对刀操作，通过对刀的方式找到工件上表面的几何中心处在机床中的位置并存人G54工件坐标系中，如图2所示，其中在XY平面的对刀的方法一般选用偏心式寻边器或者光电式寻边器来辅助设定，z轴的对刀方法一般采用切削刀具加z轴设定器的方法进行设定。接着将刀具的半径和长度补偿值输人到对应的存储器在CRT上显示。本例只用一把直径为10 mm的立铣刀对毛坯轮廓进行粗精加工，如图3所示为按下OFFSET SETFlNG后在CRT上显示设定后的刀具半径和长度补偿界面。1号补偿器的半径D为5 mm表示选用半径为5 mm的刀具进行加工，磨耗值D为0.2mm意义为下一步精加工在X、Y方向各预留0.2 mm加工余量，长度磨耗H值为0．2 mm意义为下一步精加工在z方向预留0.2mm加工余量。2号补偿器的半径仍为5 mm表示选用的刀具半径补偿和1号补偿器刀具半径相同。
2.3 在SIEMENS 802S／C数控铣削系统的实现
西门子集团公司旗下的数控系统主要有SINUMERIK 802S、802C、802D、810D、840D等。其中经济型数控系统SINUMERIK 802S和普及型数控系统SINUMERIK 802C使用较为广泛而且有着基本相同的操作界面。
在配备有SINUMERIK数控系统的数控机床加工前的工件装夹和对刀工作与配备FANUC数控系统的数控机床操作原理和步骤上基本相同，但工作界面和设定方法有很大区别，SINUMERIK与FANUC数控系统虽然都遵循国际规定的刀补原理，但在刀补的具体实现上却有很大不同。主要表现在：一是SINUMERIK数控系统虽然没有G43、G44长度补偿指令却同样可以实现不同长度刀具的长度补偿，二是SINUMERIK数控系统每一个刀具可以匹配多个不同的刀具补偿值，一般为9个，分别用D1、D2、D3等等表示，Do表示取消刀补。刀具一旦被调用，如果没有编写D指令，则D1自动生效，刀具长度补偿也会立即生效，但刀具半径补偿必须和G41／G42一起执行。
1号刀具的1号刀补界面，半径几何尺寸填人5 mm，磨损值填人0.2 mm意义为精加工在x、Y方向各预留0．2姗精加工余量，长度1几何尺寸就对应FANUC数控系统刀具的长度补偿，如填人正值表示其比基准的刀具长，则执行的z的实际位移为指令Z位移减去其中数值，同理如填入负值表示其比基准的刀具短．则执行的z的实际位移为指令Z位移加上其中数值的绝对值，图5中1号刀具长度1磨损值为0.2 mm意义就是为精加工z方向预留0.2 mm加工余量。图6为1号刀具2号刀补界面，半径几何尺寸填入5姗，其余皆为0，供精加工使用。在SINUMERIK数控系统中每一把刀具都有其专属多个的刀具补偿存储器并且互相没有关系，分别用Dl、D2、D3等表示。所以，若使用同一把刀具做粗精加工，就可以在程序中同时出现调用同属于T1号刀具的两个具有不同数值的刀具补偿存储器D1、D2的情况。
3 结束语
目前国际上一般采用两种数控编程标准，ISO国际标准化组织标准及EIA美国电子工业协会标准。但是该标准制定的时间较早，其中所规定的指令已跟不上数控系统的发展，所以各个数控设备生产厂家在基于此标准的机床上开发出自己新的指令和设定方法，因此不同数控系统的指令代码、格式及其含义不完全相同，因此在使用刀具补偿时必须按所用数控设备编程手册规定进行。
由此例可知，SINUMERIK数控系统中的刀具补偿器与FANUC数控系统中的刀具补偿器意义是不同的，在FANUC数控系统中的DSb偿器仅仅指的是刀具半径和磨损补偿值，而且其D和H补偿器都是共用的，一般刀具号码对应相应的补偿号码，如Tol一般对应的是D01、H01，即Txx一般对应的是Dxx、Hxx。但如果需要FANUC系统使用同一把刀具对工件进行粗精加工则可以使用例子程序中的T01 D01，T01 H01，T01 D02，T01 H02这种情况，但是一般在同一个程序中不可以出现T01 D01，T01 H01，T02 D01，T02 H01这种情况，这样T01和T02将共用相同的半径和长度补偿，即要求两个刀具在主轴上具有完全相同的长度和半径特征，事实上由于数控铣刀在数控机床主轴上的安装特点一般无法安装出相对于主轴具有相同长度特征的刀具。而SINUMERIK数控系统中的D补偿器不仅包含刀具半径和磨损补偿值，还包含刀具长度和磨损补偿值，因此在SINUMERIK系统中不需要G43、G44长度补偿指令也可以实现不同长度刀具的长度补偿。并且SINUMERIK数控系统中每一把刀具都有其专属多个的刀具补偿存储器D1、D2、D3等。所以，在若在SINUMERIK数控系统需要使用同一把刀具做粗精加工，就可以在程序中同时调用属于该刀具的两个具有不同数值的刀具补偿存储器如D1、D2可实现。
(审核编辑: 智汇胡妮)
