課題11 外圓弧面的加工

1、.課題11：外圓弧面的加工（1）理論：1.掌握外圓弧加工的工藝知識；2.復(fù)合循環(huán)編程指令。技能：1.外圓弧類零件的加工程序；2.能熟練使用數(shù)控車床仿真軟件；3.能完成外圓弧零件加工仿真加工。1.外圓弧類零件加工的工藝知識；2.復(fù)合循環(huán)編程指令。復(fù)合循環(huán)指令仿真加工專業(yè)課（理實一體）講授法、引導(dǎo)文教學(xué)法、案例教學(xué)法、示范法、練習法多媒體、網(wǎng)絡(luò)或投影儀6/78楊豐1.提問：孔加工固定循環(huán)指令2.講解：外圓弧加工的工藝知識3.講解：G71、G72、G73、G94、T、S、F指令；4.練習：實例加工；5.小結(jié)。.;課題11：外圓弧面的加工11.1 任務(wù)加工如圖11-1所示零件，為42mm的棒料，材料為

2、45鋼。11.2 知識鏈接11.2.1外圓與端面加工工藝知識1.刀具的選擇1）外圓車刀1）可轉(zhuǎn)位車刀為了充分利用數(shù)控設(shè)備、提高加工精度及減少輔助準備時間，數(shù)控車床上廣泛使用機夾可轉(zhuǎn)位車刀，如圖18-2所示。圖18-2 機夾可轉(zhuǎn)位車刀1-刀桿 2-刀片 3-刀墊 4-夾緊元件（1）刀片形狀可轉(zhuǎn)位車刀常用的刀片如圖18-3所示。刀片的形狀主要與被加工工件表面形狀、切削方法、刀具壽命和有效刃數(shù)等有關(guān)。一般外圓和端面車削常用T型、S型、C型、W型刀片；成形加工常用D型、V型、R型刀片。圖18-3 刀片形狀（2）刀桿頭部形式可轉(zhuǎn)位車刀常見的刀桿頭部形式和主偏角如圖18-4所示。有直角臺階的工件，可選主偏

3、角大于或等于90°的刀桿；外圓粗車可選主偏角45°90°的刀桿，精車可選主偏角45°75°的刀桿；中間切入、成形加工可選主偏角大于或等于45°107.5°的刀桿。圖18-4 刀桿頭部形式與主偏角2）成形加工刀具的選擇在加工球面時要選擇副偏角合適的刀具，以免刀具的副切削刃與工件產(chǎn)生干涉，如圖18-5所示。a) b)圖18-5 副偏角對加工的影響a)副偏角大，不干涉 b) 副偏角大，產(chǎn)生干涉采用機夾車刀時，常通過選擇合適的刀片形狀和刀桿頭部形式來組合形成所需要的刀具。圖18-6所示為一些常用的成形加工機夾車刀。c) d) e)圖

4、18-6 常用的成形加工機夾車刀a)D-J形式 b)D-V形式 c)V-J形式 d)V-V形式 e)R-A形式a) b)2.成形面加工的常見誤差數(shù)控車編程時，通常都將車刀刀尖作為一點來考慮，如圖18-7a)所示；但實際上刀尖處是一段圓弧，如圖18-7b)所示。當用按理想刀尖點編出的程序進行端面、外徑、內(nèi)徑等與軸線平行或垂直的表面加工時，是不會產(chǎn)生誤差的。但在進行倒角、錐面及圓弧切削時，則會產(chǎn)生少切或過切現(xiàn)象，如圖18-8所示。a) b)圖18-7 車刀刀尖a)理想刀尖 b)圓弧刀尖 圖18-8 刀尖圓弧的影響 18.2.2編程指令1.圓弧插補指令G02、G03G02G03IKRX(U)Z(W)

5、F；指令格式：式中：G02順時針圓弧插補，見圖18-9。G03逆時針圓弧插補，見圖18-9。X、Z絕對編程，圓弧終點在工件坐標系中的坐標。U、W增量編程，圓弧終點相對于圓弧起點的位移量。I、K圓心相對于圓弧起點的偏移值(等于圓心的坐標減去圓弧起點的坐標，如圖18-10所示)，在絕對編程和增量編程時都是以增量方式指定；特別注意，在直徑、半徑編程時I都是半徑值。R圓弧半徑，當圓弧圓心角小于180°時R為正值，否則R為負值。當R等于180時，R可取正也可取負。F被編程的兩個軸的合成進給速度。a） b）圖18-9 G02、G03的判斷a）后置刀架 b）前置刀架a） b）圖18-10 I、K的

6、算法a）后置刀架 b）前置刀架【例18-1】如圖18-11所示，使用圓弧插補指令編寫A點到B點程序。圖18-11 R及I、K編程舉例R編程方式絕對編程：G03 X56.6 Z12 R20 F0.2；增量編程：G03 U16.6 W-25.3 R20 F0.2。I、K編程方式絕對編程：G03 X56.6 Z12 I-10 K-17.3 F0.2；增量編程：G03 U16.6 W-25.3 I-10 K-17.3 F0.2。2.刀尖圓弧半徑補償指令G41、G42、G401）刀尖圓弧半徑補償功能由于實際刀具的刀尖處存在圓弧，加工中起實際切削作用的是刀刃上的圓弧切點，這樣在加工過程中可能產(chǎn)生過切或欠切

7、現(xiàn)象，如圖18-12a)所示。刀尖圓弧半徑補償就是用來補償由于刀具圓弧半徑引起的加工形狀誤差的。在編程過程中，不用計算圓弧半徑值，只需按零件的輪廓進行編程，執(zhí)行刀尖圓弧半徑補償后，刀尖圓弧始終與工件輪廓保持相切的關(guān)系，從而消除了刀尖圓弧對工件形狀的影響，如圖18-12b)所示。a) b) 圖18-12 刀尖圓弧半徑補償a) 無刀尖圓弧半徑補償 b)有刀尖圓弧半徑補償在進行數(shù)控加工前，必須預(yù)先將刀尖圓弧半徑值和刀尖方位號存放在刀具補償寄存器中，如圖18-13所示。在數(shù)控加工中，通過程序中的指令來指定刀具補償號，刀具補償號一般與刀具編號相對應(yīng)。在加工中，如果沒有更換刀具，則該刀具號的補償量一直有效

8、。圖18-13 刀尖圓弧半徑與刀尖方位號的輸入2）刀尖圓弧半徑補償指令（1）刀尖圓弧半徑補償指令格式建立刀尖圓弧半徑補償指令格式G41G42G00G01G17G18G19RXZ；指令格式：式中：G17G19坐標平面選擇指令。G41左刀補，如圖18-14所示。G42右刀補，如圖18-14所示。X、Y、Z建立刀具半徑補償時目標點坐標。a) b)圖18-14 刀尖圓弧半徑補償?shù)钠梅较蚺袛郺）后置刀架 b）前置刀架取消刀尖圓弧半徑補償指令格式G00G01G17G18G19RXZ；G40指令格式：式中：G17G19坐標平面選擇指令。G40取消刀尖圓弧半徑補償功能。（2）使用刀尖圓弧半徑補償?shù)淖⒁馐马椀?/p>

9、具半徑補償?shù)慕⑴c取消只能G01、GOO來實現(xiàn)，不得用G02和G03。建立和取消刀具半徑補償時，刀具必須在所補償?shù)钠矫鎯?nèi)移動，且移動距離應(yīng)大于刀具補償值。G41/G42不帶參數(shù)，其補償號由T指令指定。刀尖圓弧半徑補償號與刀具偏置補償號對應(yīng)，見圖18-13。在設(shè)置刀尖圓弧自動補償值時，還要設(shè)置刀尖方位號。刀尖方位號定義了刀具刀位點與刀尖圓弧中心的位置關(guān)系，如圖18-15所示。a) b)圖18-15 刀尖方位號a）后置刀架 b）前置刀架【例18-2】加工如圖18-12所示零件，編寫其精加工程序。為保證圓錐面的加工精度，試采用刀尖圓弧半徑補償指令編寫程序。參考程序：O1801N10 T0101 選擇

10、1號刀，建立刀補N20 M03 S700 啟動主軸N30 G00 X20 Z5 快進至A0點N40 G42 G01 X20 Z0 刀具右補償，A0A1N50 Z-20 車外圓，A1A2N60 X70 Z-55 車圓錐面，A2A4N70 G40 X80 Z-55 取消刀尖圓弧半徑補償，X向退刀，A4A5N80 G00 X100 Z100 M05 快速退刀，停主軸N90 T0100 取消1號刀刀補N100 M30 程序結(jié)束3.復(fù)合循環(huán)指令當零件外圓、內(nèi)徑或端面的加工余量較大時，需要多次進刀，為了減少程序段的數(shù)量，縮短編程時間，減少程序所占的內(nèi)存，可采用循環(huán)編程。在加工外成形面時，常用的復(fù)合固定循環(huán)

11、包括:外圓粗車循環(huán)G71、精車循環(huán)G70、端面粗車循環(huán)G72、固定形狀粗車循環(huán)G73。1）外圓粗車循環(huán)指令G71（1）指令格式指令格式：G71 U(d) R(e)；G71 P(ns) Q (nf) U(u) W(w) F；式中：d切深，半徑量。e退刀量。ns精加工輪廓程序段中開始程序段的段號。nf精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號。u徑向（X）精加工余量，直徑量。w軸向（Z）精加工余量。F粗加工循環(huán)中的進給速度。外圓粗車循環(huán)指令G71適用于外圓柱面需多次走刀才能完成的粗加工，如圖18-16所示為其加工軌跡。在程序中給出AAB的精加工零件形狀，留出精加工余量u、w，給出切深d，則系統(tǒng)自動計算出每

12、層的切削終點坐標，完成粗加工循環(huán)。圖18-16 外圓粗車循環(huán)G71加工軌跡（2）指令形式在FANUC 0i系統(tǒng)中，G71循環(huán)指令有兩種類型，即型和型。型指令型指令中要求零件輪廓外形必須是單調(diào)遞增或遞減的形式，否則會產(chǎn)生凹形輪廓不是分層切削而是在半精加工時一次性切削的情況。如圖18-17所示，當加工圖示凹圓弧AB段時，因其不滿足單調(diào)遞增或遞減的要求，故陰影部分的加工余量在粗車循環(huán)時，沒有分層切削而在半精加工時一次性切除。圖18-17 粗車凹槽型指令型指令中允許零件輪廓外形的X軸不必單調(diào)遞增或遞減，但Z軸必須是單調(diào)遞增或遞減。現(xiàn)代數(shù)控車床一般具有型指令功能。（3）指令說明nsnf程序段中的F、S、

13、T只是對精車循環(huán)有效，而粗車循環(huán)的F、S、T功能需要在G71程序段前和程序段中指定才有效。精加工余量u、w有正負之分，當余量方向與坐標軸正向一致時為正；否則為負。在順序號為“ns”的程序段中必須有G00或G01指令，且不可有Z軸方向移動指令。在G71循環(huán)中不允許調(diào)用子程序。2）精車循環(huán)指令G70指令格式：G70 P(ns) Q(nf) F；式中：ns精加工輪廓程序段中開始程序段的段號。nf精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號。F精加工循環(huán)中的進給速度。指令說明：必須在G71、G72或G73指令后，才可使用G70指令。G70精加工循環(huán)結(jié)束后，刀具快速返回循環(huán)始點。在G70被使用的順序號nsnf間程

14、序段中，不能調(diào)用子程序。nsnf程序段中的F、S、T是對精車循環(huán)指令G70有效。【例18-3】加工如圖18-18所示零件，毛坯為52mm的棒料，材料為45鋼。圖18-18 外圓粗車循環(huán)指令G71編程實例參考程序：O1802N10 T0101 選擇1號刀，建立刀補N20 M03 S500 啟動主軸N30 G00 X53 Z1 快進至G71循環(huán)起點N40 G71 U2 R1N50 G71 P60 Q140 U0.6 W0.1 F0.2 G71循環(huán)粗加工外輪廓 N60 G42 G00 X24 Z1 刀具右補償，AA，徑向進刀N70 G01 Z-10 車24外圓N80 X28 車臺階N90 Z-24

15、車28外圓 N100 G02 X40 Z-30 R6 車R6圓弧N110 G01 Z-38 車40外圓N120 X50 Z-58 車圓錐N130 Z-69 車50外圓N140 X53 B，徑向退刀N150 G70 P60 Q140 F0.1 S1000 G70循環(huán)精加工外輪廓N160 G40 G00 X100 Z100 取消刀尖圓弧半徑補償，快速退刀N170 M05 停主軸N180 T0100 取消1號刀刀補N190 M30 程序結(jié)束3）端面粗車循環(huán)指令G72指令格式：G72 W(d) R(e)；G72 P(ns) Q (nf) U(u) W(w) F；指令說明：指令中各項的意義與G71相同，

16、使用方式如同G71。G72指令不能用于加工端面有內(nèi)凹的形體。在順序號為“ns”的程序段中必須有G00或G01指令，且不可有X軸方向移動指令。端面粗車循環(huán)指令適用于Z向余量較小，而X向加工余量大的圓柱棒料毛坯的粗加工，如圖18-19所示為其加工軌跡。在程序中給出AAB的精加工零件形狀，留出精加工余量u、w，給出切深d，則系統(tǒng)自動計算出每層的切削終點坐標，完成粗加工循環(huán)。圖18-19 端面粗車循環(huán)G72加工軌跡B【例18-4】加工如圖18-20所示零件，毛坯為60mm的棒料，材料為45鋼。圖18-20 端面圓粗車循環(huán)指令G72編程實例參考程序：O1803N10 T0101 選擇1號刀，建立刀補N2

17、0 M03 S500 啟動主軸N30 G00 X61 Z1 快進至G72循環(huán)起點N40 G72 W2 R1N50 G72 P60 Q110 U0.6 W0.2 F0.2 G72循環(huán)粗加工外輪廓 N60 G00 X61 Z-22 AA，軸向進刀N70 G01 X28 車臺階N80 Z-15 車28外圓N90 X14 Z-10 車圓錐N100 Z-7 車14外圓N110 X6 Z1 B，車倒角，N120 G70 P60 Q110 F0.1 S1000 G70循環(huán)精加工外輪廓N130 G00 X100 Z100 快速退刀N140 M05 停主軸N150 T0100 取消1號刀刀補N160 M30 程

18、序結(jié)束4）固定形狀粗車循環(huán)指令G73指令格式：G73 U(i) W(k) R(d)；G73 P(ns) Q (nf) U(u) W(w) F；式中：iX軸向總退刀量，半徑量。kZ軸向總退刀量。d重復(fù)加工次數(shù)。ns精加工輪廓程序段中開始程序段的段號。nf精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號。u徑向（X）精加工余量，直徑量。w軸向（Z）精加工余量。F粗加工循環(huán)中的進給速度。圖18-21 固定形狀粗車循環(huán)指令G73加工軌跡AG73指令適用于毛坯輪廓形狀與零件輪廓形狀基本接近的鑄、鍛毛坯。如圖18-21所示，執(zhí)行G73功能時，每一刀的切削路線的軌跡形狀是相同的，只是位置不同。每走完一刀，就把切削軌跡向工

19、件吃刀方向移動一個位置，這樣就可以將鑄、鍛件待加工表面，分層均勻的切削余量。【例18-4】加工如圖18-22所示零件（48外圓已加工），毛坯為鍛件，單邊余量2mm，材料為45鋼。圖18-22 固定形狀粗車循環(huán)指令G73編程實例參考程序：O1804N10 T0101 選擇1號刀，建立刀補N20 M03 S500 啟動主軸N30 G00 X50 Z2 快進至G73循環(huán)起點N40 G73 U2 W2 R2N50 G73 P60 Q110 U0.6 W0.1 F0.2 G73循環(huán)粗加工外輪廓 N60 G00 X16 Z2 AAN70 G01 X24 Z-2 車倒角N80 Z-10 車24外圓N90 X

20、28 車臺階N100 Z-24 車28外圓N100 G02 X40 Z-30 R6 車R6圓弧N110 G01 X50 B，車臺階N120 G70 P60 Q110 F0.1 S1000 G70循環(huán)精加工外輪廓N130 G00 X100 Z100 快速退刀N140 M05 停主軸N150 T0100 取消1號刀刀補N160 M30 程序結(jié)束18.3 任務(wù)實施18.3.1加工工藝的確定 1.分析零件圖樣該零件為一軸類零件，主要加工面包括圓柱面、圓錐面、圓弧、球面、端面等。其中圓柱面和球面的尺寸精度為8級，所有表面的粗糙度為Ra3.2m。2.工藝分析1）加工方案的確定根據(jù)零件的加工要求，各表面的加

21、工方案確定為粗車精車。2）確定裝夾方案：工件是棒料，為回轉(zhuǎn)體，可用三爪自定心卡盤裝夾。3）確定加工工序零件毛坯為棒料，所需要加工的余量較多，為了能夠保證加工的精度，在加工時，先采用G71循環(huán)來進行粗加工，再采用G70來進行精加工。加工工藝見表16-6。表18-1 數(shù)控加工工序卡數(shù)控加工工序卡片產(chǎn)品名稱零件名稱材 料零件圖號45鋼工序號程序編號夾具名稱夾具編號使用設(shè)備車 間工步號工 步 內(nèi) 容刀具號主軸轉(zhuǎn)速/(r/min)進給速度/(mm/r)背吃刀量/mm備注裝夾：夾住棒料一頭，留出長度大約78mm，車端面（手動操作），對刀，調(diào)用程序1粗車外輪廓T01016000.21.52精車外輪廓T020

22、20.10.53切斷T03036000.144掉頭，平端面，達到圖紙要求。4）進給路線的確定精車外輪廓的走刀路線如圖18-23所示，粗車外輪廓走刀路線略。圖18-23 精車外輪廓的走刀路線圖18-23中各點坐標如表18-2所示。表18-2 外輪廓加工基點坐標1（43,1）2（-2,1）3（0，0）4（25，-23.292）5（20，-31.583）6（20,-40）7（30,-45）8（30，-50）9（40，-60）10（40,-85）11（43，-85）3.刀具及切削參數(shù)的確定刀具及切削參數(shù)的確定見表18-3。表18-3 數(shù)控加工刀具卡數(shù)控加工刀具卡片工序號程序編號產(chǎn)品名稱零件名稱材 料零

23、件圖號45序號刀具號刀具名稱及規(guī)格刀尖半徑/mm數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T010193°右偏外圓刀（35°菱形刀片）0.8外輪廓硬質(zhì)合金2T020293°右偏外圓刀（35°菱形刀片）0.4外輪廓硬質(zhì)合金3T0303切斷刀（B=4）切槽硬質(zhì)合金18.3.2 參考程序編制1.工件坐標系的建立以工件右端面與軸線的交點為編程原點建立工件坐標系。2.基點坐標計算（略）3.參考程序參考程序見表18-4。表18-4 參考程序程序說明O1805程序名N10T0101選擇1號刀，建立刀補N20M03 S800啟動主軸N30G00 X45 Z5快進至進刀點N40X43 Z1快進至G71