單元四圓弧加工

1、單元四：圓弧加工程序的編制【單元目標(biāo)】 掌握?qǐng)A弧插補(bǔ)指令的格式和用法及其編程的注意事項(xiàng)；掌握?qǐng)A弧程序的編制方法與技巧；培養(yǎng)學(xué)員良好的編程習(xí)慣，及分析與解決問(wèn)題能力?！締卧R(shí)】一圓弧插補(bǔ)指令1. 圓的幾何要素圓定義為平面上的一段封閉曲線，它上面的所有點(diǎn)到它的圓心的距離都相等。如圖4-1所示。編程中使用的最重要的元素是圓的圓心、半徑和直徑。一個(gè)象限就是由直角坐標(biāo)系形成的平面四個(gè)部分中的任何一個(gè)。如圖4-1所示，在0°90°之間為象限。象限是一個(gè)圓的主要特征，有時(shí)圓弧跨越不止一個(gè)象限，但在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)程序段中加工任意長(zhǎng)度的圓弧，它幾乎沒(méi)有任何限制。 圖4-1 圓

2、的基本元素2. 圓弧插補(bǔ)編程格式圓弧插補(bǔ)的編程格式包括以下幾個(gè)參數(shù)，沒(méi)有這幾個(gè)參數(shù)幾乎不可能完成圓弧的切削，這幾個(gè)重要參數(shù)是：圓弧加工方向（CW或CCW）;圓弧起點(diǎn)和終點(diǎn)；圓弧的圓心和半徑。1） 圓弧加工方向刀具可沿圓弧的兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)順時(shí)針（CW）和逆時(shí)針（CCW）,如圖4-2所示，這時(shí)兩個(gè)約定俗成的術(shù)語(yǔ)。在大多數(shù)機(jī)床上，通過(guò)垂直觀看平面內(nèi)編程運(yùn)動(dòng)來(lái)定義運(yùn)動(dòng)方向，也可采用右手螺旋法則，大拇指指向第三根軸的正方向，四指旋轉(zhuǎn)的方向?yàn)檎较颍鏁r(shí)針）。 圖4-2 圓弧方向的定義2）圓弧插補(bǔ)指令 G02順時(shí)針?lè)较驁A弧插補(bǔ)CW ; 模態(tài)代碼G03逆時(shí)針?lè)较驁A弧插補(bǔ)CCW ；模態(tài)代碼判斷方法逆著第三軸的方

3、向觀察，加工方向?yàn)轫槙r(shí)針就使用G02指令，逆時(shí)針就用G03指令。各平面內(nèi)圓弧順逆的判斷如圖4-3所示。圖4-3 三個(gè)平面內(nèi)的圓弧加工方向重要提示 G02和G03都是模態(tài)指令，因此它們一直有效，直到程序結(jié)束或由同組的另一指令（G00、G01）所代替。3）平面選擇指令在右手笛卡爾坐標(biāo)系中，三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸構(gòu)成三個(gè)坐標(biāo)平面，即XY平面，XZ平面和YZ平面。平面選擇指令一般用于選擇圓弧插補(bǔ)的插補(bǔ)平面或刀具半徑補(bǔ)償時(shí)的補(bǔ)償平面。如圖4-4所。其中：G17xy平面選擇；G18xz平面選擇 G19yz平面選擇 坐標(biāo)平面選擇重要提示 F 一些老式控制系統(tǒng)不能直接制定地址R，而必須使用圓心向量I、J、K：I

4、 J I K F J K 解釋R 圖4-5 (2) 圓弧半徑R 圓弧的半徑可以用地址R或圓心向量向量I、J、K來(lái)制定。當(dāng)用R指令編程時(shí)，如果加工圓弧段所對(duì)的圓心角為0°180°（包含180°），R取正值；如果圓心角為180°360°(大于180°)，R則取負(fù)值。如圖4-6所示的兩段圓弧，其半徑、端點(diǎn)、走向都相同，但所對(duì)的圓心角卻不同，在程序上則僅表現(xiàn)為R值的正負(fù)區(qū)別。 小圓弧段：G90 G03 X 0 Y 25.0 R 25.0 或：G91 G03 X25.0 Y 25.0 R 25.0 大圓弧段：G90 G03 X 0 Y 25.0

5、 R25.0 或：G91 G03 X25.0 Y 25.0 R25.0 圖4-6 R編程圓弧位置（3） 圓心向量 圓弧起點(diǎn)到圓心之間的距離由I、J、K向量指定，通常以增量形式表示。如圖4-5所示。無(wú)論用絕對(duì)還是用相對(duì)編程方式，向量I、J、K都為圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)增量，為零時(shí)可省略。沒(méi)有符號(hào)表示正方向，負(fù)號(hào)表示負(fù)方向且一定要寫出來(lái)。如圖4-6所示，使用增量編程為： 小圓弧段：G90 G03 X 0 Y 25.0 I-25 J0 大圓弧段：G90 G03 X 0 Y 25.0 I0 J25整圓銑削如圖4-7所示，假設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)為（50，30），加工半徑為10的整圓，則圖中的幾個(gè)圓弧都符合程序段

6、G03 X50 Y30 R10的要求，相同的加工方向，相同的起點(diǎn)和終點(diǎn)，相同的半徑，用半徑R可能會(huì)引起混淆。 圖4-7 使用R進(jìn)行整圓銑削時(shí)存在的許多數(shù)學(xué)可能性銑削整圓時(shí)不能用R值編程，只能使用I J K 代替指定圓心位置。程序段如下： G03 X50 Y30 I-10 J0;注意 在實(shí)際加工過(guò)程中，根據(jù)刀具中心點(diǎn)的軌跡與零件圖中的輪廓軌跡是否接近及是否選用較大刀具的直徑，為得到較好的表面質(zhì)量，需要上下調(diào)整直線插補(bǔ)的進(jìn)給速度使其適合圓弧插補(bǔ)。圓弧進(jìn)給速度的調(diào)整基本規(guī)則是：外圓弧增大，內(nèi)圓弧減小。如圖4-8所示。 外圓加工的進(jìn)給速度加工外圓時(shí)需要提高進(jìn)給速度：F0=F(R+r)/R式中：F0外圓

7、弧的進(jìn)給速度 F直線插補(bǔ)進(jìn)給速度 R工件外半徑 r刀具半徑如果直線插補(bǔ)進(jìn)給速度為120 mm/min，R=15，那么用直徑為ø20的刀具上調(diào)后的進(jìn)給速度為： F0=120X（15+10）/15=200刀具路徑的外圓弧比圖紙上的圓弧大 內(nèi)圓弧加工的進(jìn)給速度: F0=F(R-r)/R如果直線插補(bǔ)進(jìn)給速度為120 mm/min，R=15，那么用直徑為ø20的刀具下調(diào)整后的進(jìn)給速度為： F0=120X（15-10）/15=40刀具路徑的內(nèi)圓弧比圖紙上的圓弧小 圖4-8 圓弧刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)給率調(diào)整由F0指定的進(jìn)給速度是所銑削圓弧的切向的進(jìn)給速度。【單元任務(wù)】 任務(wù)一 平面槽型凸輪粗加工程

8、序編制【任務(wù)描述】1. 完成如圖所示4-9平面凸輪槽粗加工程序的編制 圖4-9 平面槽型凸輪【任務(wù)分析】本例（圖4-9）是一種平面槽型凸輪，其輪廓曲線組成不外乎直線圓弧、圓弧圓弧、圓弧非圓曲線及非圓曲線構(gòu)成。本任務(wù)輪廓曲線由圓弧ED、DC、CB、AH、GF、FE和直線BA、HG組成。只需要兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床即可加工。根據(jù)單元一任務(wù)二的工藝分析可知，為保證槽的位置精度要求，可先用直徑為18的立銑刀沿槽的中心軌跡粗加工，加工之前，先用12的麻花鉆在E點(diǎn)加工一個(gè)深度為13mm的落刀孔。平面槽型凸輪的編程軌跡就是立銑刀的刀心軌跡，本任務(wù)只完成粗加工程序的編寫，后續(xù)半精加工和精加工程序等后續(xù)單元講完之后，

9、由學(xué)生自己完成?！救蝿?wù)實(shí)施】1. 工藝分析該任務(wù)平面凸輪槽的定位與夾緊方式和數(shù)控加工工序見單元二。本次任務(wù)只完成先用直徑為18的立銑刀沿槽的中心軌跡粗加工程序的編寫，加工后內(nèi)外輪廓各留6mm的余量。編程軌跡就是刀心運(yùn)動(dòng)軌跡。2. 數(shù)值計(jì)算刀心軌跡各基點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算如圖4-10所示，采用CAD/CAM軟件完成見表4-1： 圖4-10 基點(diǎn)坐標(biāo) 表4-1 基點(diǎn)坐標(biāo)值基點(diǎn) X、Y方向坐標(biāo)值基點(diǎn) X、Y方向坐標(biāo)值A(chǔ)（37.601，57.854）E（149.997，0.974）B（7.955，87.462）F（122.564，-56.044）C（102.734，89.514）G（54.839，-75.443

10、）D（148.525，20.983）H（7.539，-68.590）3. 程序編制根據(jù)工藝安排：1） 用直徑為12的麻花鉆在E點(diǎn)加工一個(gè)深度為13mm的落刀孔的程序可以用G01指令實(shí)現(xiàn)，具體加工在后續(xù)單元講解。2） 平面凸輪槽粗加工程序見表 4-2 表4-2程序內(nèi)容 說(shuō)明O0021G90 G17 G40 G80 G54 G43 G00 Z100 H01 M03 S400 X149.997 Y0.974 Z10G01 Z-5 F100 M08G03 X148.525 Y20.983 R150 X102.734 Y89.514 R95 X7.955 Y87.462 R90G01 X-37.601

11、Y57.854G03 X-7.539 Y-68.59G01 X54.839 Y-75.443G03 X122.564 Y-56.044 R93G03 X149.997 Y0.974 R72G01 Z-10 F50 G03 X149.997 Y0.974 R72G01 Z10 F200G49 G00 Z100 M09M30% 程序號(hào)（開始時(shí)T01號(hào)刀具已安裝在主軸上） 初始化加工環(huán)境設(shè)定 選擇坐標(biāo)系G54，主軸上移，旋轉(zhuǎn) 定位到E點(diǎn) 快速下刀 工作進(jìn)給到加工深度逆時(shí)針加工圓弧插補(bǔ)開始到D點(diǎn)逆圓加工到C點(diǎn)逆圓加工到B點(diǎn)直線插補(bǔ)到A點(diǎn)逆圓加工到H點(diǎn)直線插補(bǔ)到G點(diǎn)逆圓加工到F點(diǎn)逆圓加工到E點(diǎn)第二次下刀

12、T01 刀在工作抬刀抬到起始高度，長(zhǎng)度補(bǔ)償取消。程序結(jié)束 【任務(wù)評(píng)價(jià)】本次任務(wù)的實(shí)施可以作為考察學(xué)生程序輸入、編輯、調(diào)試及模擬顯示基本能力練習(xí)的課題。通過(guò)模擬仿真，觀察刀位點(diǎn)的移動(dòng)軌跡，來(lái)評(píng)價(jià)程序編制是否有錯(cuò)誤，另外可以通過(guò)機(jī)床報(bào)警顯示來(lái)查看是否存在語(yǔ)法、格式錯(cuò)誤。通過(guò)學(xué)生分組實(shí)施，及教師的指導(dǎo)與監(jiān)督，目的是培養(yǎng)學(xué)生的手工編程能力，及圓弧插補(bǔ)的使用。1 G18平面上加工圓弧圖4-13 xz平面銑削圓弧2. 螺旋插補(bǔ)螺旋插補(bǔ)經(jīng)常作為一種特殊的控制系統(tǒng)選項(xiàng)，用來(lái)在三維空間中切削圓周或圓弧。螺旋插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是在原二維平面內(nèi)的圓弧插補(bǔ)再增加一個(gè)與加工平面相垂直的第三軸移動(dòng)指令，其合成軌跡就是一空間螺旋線

13、。平面G17(XY)中的第三個(gè)尺寸是Z軸，平面G18(ZX)中的第三個(gè)尺寸是Y軸，平面G19(ZY)中的第三個(gè)尺寸是X軸。編程格式：1）在順時(shí)針和逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)中使用半徑R：G17 G02 X. Y. R. Z. F.G17 G03 X. Y. R. Z. F.2）在順時(shí)針和逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)中使用圓心向量I、J和K：G17 G02 X. Y. Z. I. J.K. F.G17 G03 X. Y. Z. I. J.K. F. 圖2-14 螺旋插補(bǔ) G02、G03指令可以實(shí)現(xiàn)空間螺旋線進(jìn)給，如圖4-14所示，起點(diǎn)在X軸上，起點(diǎn)坐標(biāo)（20，0，0），終點(diǎn)坐標(biāo)為（0，20，15），加工螺旋形圓弧，則程序段為：G

14、03 X0 Y20 Z15 R20 F100;說(shuō)明 1）指令方法只是簡(jiǎn)單地加上一個(gè)或兩個(gè)非圓弧插補(bǔ)軸的移動(dòng)軸。F指令制定沿圓弧的進(jìn)給速度。而直線的軸的進(jìn)給速度如下： 2）雖然螺旋插補(bǔ)不是常用的編程方法，但它可能是大量非常復(fù)雜的加工應(yīng)用中使用的唯一方法：螺紋銑削、螺旋輪廓、螺旋斜面加工。3. 工件加工時(shí)的下刀方式加工外輪廓時(shí)，一般從零件輪廓空隙處下刀（工件外圍）。加工封閉內(nèi)輪廓時(shí)刀具必須從工件上方切入材料。常用加工方法可先加工預(yù)鉆孔（落刀孔），然后刀具沿預(yù)鉆孔下刀；如果沒(méi)有預(yù)鉆孔，在加工中心或數(shù)控銑床上可采用以下三種方法：1）垂直下刀 在使用鍵槽銑刀時(shí)，由于銑刀有端刃，可在編寫加工程序時(shí)直接Z向

15、下刀加工。 2）斜線下刀 銑刀在徑向沿直線進(jìn)給的同時(shí)，切削深度ap不斷增大，加工后的表面為斜面。刀具局部受力，即當(dāng)執(zhí)行G01 X Y Z 指令時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。加工如圖4-15中直線AB： 圖4-15斜線下刀方式可編寫如下程序： G00 Z10 ； /刀具Z軸快速定位；X20 Y30 ； /刀具快速定位到A點(diǎn)；G01 X10 Z-5 F100；/斜線下刀到B點(diǎn)； 3）螺旋下刀銑刀在徑向沿圓周（大于銑刀直徑）進(jìn)給的同時(shí)，切削深度ap不斷增大，因此刀具軌跡呈螺旋狀。一般用于大于銑刀直徑的孔加工、型腔加工。 圖4-16 螺旋線如圖4-16所示，走刀軌跡欲為從A點(diǎn)到B點(diǎn)的螺旋線，可如下編寫程序： G00 Z10；/刀具Z軸快速定位； X50 Y0；/刀具快速定位到A點(diǎn)； G03 Z-5 I-10 F100；/螺旋下刀到B點(diǎn)；【思考與練習(xí)】 1. 如圖4-17所示為兩個(gè)平面曲線圖形，要求在某零件表面用試用直線插補(bǔ)指令和圓弧插補(bǔ)