數(shù)控車床刀尖圓弧半徑教學案例

《數(shù)控車刀尖圓弧半加工帶圓弧錐類零件》教案例一、教案背景刀尖圓弧半徑是影響零件的加工精度因素之一，本課題通過帶圓錐軸類零件的加工，讓學生掌握刀具刀尖圓弧半徑補償?shù)幕驹砑盎静僮?，以保證加工零件的加工精度。本課題完成課時4學時，學生人數(shù)40人，分4人／組，每組完成一個工件。教案目標：通過本課題的學習使學生掌握刀尖圓弧半徑的補償原理和方法，及補償參數(shù)的設置，提高零件的加工精度。時間資源：課前，課后和課內的設計和安排材料資源：材料信息資源：網(wǎng)絡技術，多媒體技術，工具書，手冊人員資源：雙師型工作團隊。1專業(yè)教2位培訓師。學生小組和組長。設備資源：FANUC系數(shù)控車床23人，臺；外圓粗、精車刀、螺紋車刀、切槽刀每臺機床各把刀架扳手、卡盤扳手、劃線盤、角度樣板每臺機1付，墊鐵若干；游標卡尺、千分尺、螺紋環(huán)規(guī)、粗糙度樣板每臺機床把。環(huán)境資源：數(shù)控實訓車間、數(shù)控仿真機房二、課程的實施(一復習導入新課老師：同學們，見過外圓車刀嗎？在哪見過？學生：見過，在普車實習時，就見過，而且也用過老師：不錯，學過的知識沒忘記。車刀的刀尖是尖嗎？學生：是，但不是絕對尖。老師：答得好。請看下圖,a圖是論刀尖b圖是實際刀尖。這就是我們今天要講的新課知識，刀尖圓弧半徑補償。(a>(b>圖1圓頭刀假想刀尖(二提出問題，探究新課老師：看圖回答問題。請大家思考，下圖是用一假設帶了刀尖的圓頭刀在數(shù)控車床上加工的路徑，兩種刀具切削會帶來什么影響？刀尖圓弧半徑對加工零件的精度有影響嗎？學生：車圓錐面有影響老師：答得好，觀察能力強。那么有何影響？學生：在切圓柱面時無影響；切圓錐面時，圓頭刀切得淺一些，有尖定的切得深一些。老師：分析得非常正確。請同學們看下圖討論的刀尖圓弧半徑在數(shù)控加工中的影響。學生：刀尖圓弧半徑對圓柱沒影響，對圓錐和圓弧有影響并產(chǎn)生了誤差。老師：很對。因編制數(shù)控車床加項目序時，理論上是將車刀刀尖看成一個點，如圖1a示的P點就是理論刀尖。但為了提高刀具的使用壽命和降低加工工件的表面粗糙度，通常將刀尖磨成半徑不大的圓弧<一般圓弧半徑R是0.4—之間），如圖1b示X向和Z向的交點P稱為假想刀尖，該點是編程時確定加工軌跡的點，數(shù)控系統(tǒng)控制該點的運動軌跡。然而實際切削時起作用的切削刃是圓弧的切點A、B，它們是實際切削加工形成工件表面的點。很顯然假想刀尖點P與實際切削點A、不同點，所以如果在數(shù)控加工或數(shù)控編程時不對刀尖圓角半徑進行補償，僅按照工件輪廓進行編制的程序來加工，勢必會產(chǎn)生加工誤差。如果不進行刀尖圓弧半徑補償，在加工過程中，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？請看下圖）學生：圖的右邊產(chǎn)生了少切，左邊產(chǎn)生的過切。老師：答得非常好，棒極了。這就是在數(shù)控加工中產(chǎn)生的過切和少切現(xiàn)象。在編程過程中如何實現(xiàn)刀具圓弧半徑補償，這是這次課的重點內容。(三知識學習在實際加工過程中可以使用刀尖圓弧0嗎？這樣做的目的是激發(fā)學生的求知欲，可以適當?shù)奶釂栆恍┖筮M生，分組進一步漸進式找規(guī)律：<1）尖圓弧半徑與工件已加工弧之間有何關系？<）加工圓錐會是什么樣子？1.程指令及編程格式學生課堂看<分）老師：請學生到黑板上寫出編程指令的格式學生：G41/G42/G01X_Z_。G40G00/G01X_Z_老師：請學生說出指令中各指令及地址符的含義。學生：其中G42為刀具半徑左右補償；為消刀具半徑補償X、為立取消刀具半徑補償直線段的終點坐標。老師解釋：刀具半徑補償?shù)倪^程分為三如圖）所示，刀補的建立，實現(xiàn)刀補和取消刀補。注意事項<1）具左補償，即沿刀具運動方向看刀具在工件的左側；同理G42刀右補償；取補償。G41/G42不連續(xù)使用，想變換必須先用G40取，再更換。<2）G41/G42指建立或取消必須在含有G00/G01指的程序段中才有效。<3）因為刀具偏置需一定的時間，所以刀尖圓弧半徑補償必須在加工指令前建立，加工完成后取消。以防因為調用刀補不當引起零件加工誤差。<4）不要與TXXXX混淆TXXXX后位是通過對刀建立的刀尖位軒補償，要想正確使用刀尖圓弧半徑補償還必須在R對應位置輸入刀尖圓弧半徑值；<5）還應輸入假想刀相對于圓頭刀中心的位置，如圖所示。學生編程O2222。。M03S800G00X20Z2G42G01X20Z0F0.5Z-20。X40Z-40G40G01X80Z-40。G00X100Z100。M05M02刀尖圓弧半徑補償在復合循環(huán)指令中的應用在實際加工中，數(shù)控車床工件的毛坯常用棒料或鑄、鍛件，加工余量較大，需要多次切削，oi系提供了不同形式的固定循環(huán)功能，例如粗車循環(huán)指令G71仿形粗車循環(huán)指令精加工指令等大大簡化了程序，減少所占內存。下面將結合刀尖圓弧半徑補償功能，利用G71、指進行實例加工。零件如圖所示。程序：O1111；；G00X22Z2G71U2R1G71P10Q20U0.4W0F0.3N10G42G00X0F0.1。G03X8W-4R4。G01Z-8X11。X15Z-14Z-17。G02X15W-14R14。G01W-3。X18。N20Z-38G70P10Q20G40G00X100Z100。M05M30注意事項：刀尖半徑補償功能只在精加工過程中產(chǎn)生作用。若將刀尖圓弧半徑補償指令放在粗車循環(huán)指令之前，例如：“…G42G00X22Z2。?！瓌t出#34報。三、教案反思在刀具刃是尖利時，切削進程按照程序指定的形狀執(zhí)行不會發(fā)生問題。不過，真實的刀具刃是由圓弧構成的(刀尖半>就右圖所示，在圓插補和攻螺紋的情況下刀尖半徑會帶來誤差。2.偏功能補償?shù)脑瓌t取決于刀尖圓弧中心的動向，它總是與切削表面法向里的半徑矢量不重合。因此，補償?shù)幕鶞庶c是刀尖中心。通常，刀具長度和刀尖半徑的補償是按一個假想的刀刃為基準，因此為測量帶來一些困難。把這個原則用于刀具補償，應當分別以XZ基準點來測量刀具長度刀尖半徑，以及用于假想刀尖半徑補償所需的刀尖形式數(shù)。這些內容應當事前輸入刀具偏置文件?！暗都獍霃狡睉肎00或功來下達命令或取消。不論這個命令是不是帶圓弧插補，不會正確移動，導致它逐漸偏離所執(zhí)行的路徑。因此，刀尖半徑偏置的命令應當在切削進程啟動之前完成；并能夠防止從工件外部起刀帶來的過切現(xiàn)象。反之，要在切削進程之后用移動命令來執(zhí)行偏置的取消過。命切削置刀路徑G40取刀按程序路徑的移動G41右刀從程序路徑左側移動G42左刀從程序路徑右側移動二、假想刀尖的軌跡分析與偏置值計算用圓頭車刀進行車削加工時，實際切削點和B分別決定了X向和Z向的加工尺寸。如圖2所示，車削圓柱面或端面<它們的母線與坐標軸Z或X平行）時，P點的軌跡與工件輪廓線重合；車削錐面或圓弧面<它們的母線與坐標軸Z或平行）時，P點的軌跡與工件輪廓線不重合，因此下面就車削錐面和圓弧面進行討論：圖2刀尖圓弧半徑的影響1加工圓錐面的誤差分析與偏置值計算如圖3a所示，假想刀P點沿工件輪廓CD移動，如果按照輪廓線CD編程，用圓角車刀進行實際切削，必然產(chǎn)生CDD1C1的殘留誤差。因此，實際加工時，圓頭車刀的實際切削點要移至輪廓線CD，沿CD移動，如圖3b示，這樣才能消除殘留高度。這時假想刀尖的軌跡與輪廓線在X向相差，Z向相差。設刀具的半徑為r，可以求出：圖3圓頭車刀加工圓錐面2加工圓弧面的誤差分析與偏置值計算圓頭車刀加工圓弧面和加工圓錐面基本相似。如圖4是加工1/4凸凹圓弧，CD為工件輪廓線，O點為圓心，半徑為R，刀具與圓弧輪廓起點、終點的切削點分別為C和D，對應假想刀尖為C1和D1。對圖4a示凸圓弧加工情況，圓弧C1D1為假想刀尖軌跡，為圓心，半徑為<）；對圖4b所示凹圓弧加工情況，圓弧C2D2假想刀尖軌跡，其圓心是O2，半徑為<R-）。如果按假想刀尖軌跡編程，則要以圖中所示的圓弧或C2D2<線）有關參數(shù)進行程序編制。圖圓頭車刀加工90°凸凹圓弧三、刀尖圓角半徑補償方法現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都有刀具圓角半徑補償器，具有刀尖圓弧半徑補償功能<即補償和G42右補償功能），對于這類數(shù)控車床，編程員可直接根據(jù)零件輪廓形狀進行編程，編程時可假設刀具圓角半徑為零，在數(shù)控加工前必須在數(shù)控機床上的相應刀具補償號輸入刀具圓弧半徑值，加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加項目序和刀具圓弧半徑自動計算假想刀尖軌跡，進行刀具圓角半徑補償，完成零件的加工。刀具半徑變化時，不需修改加項目序，只需修改相應刀號補償號刀具圓弧半徑值即可。需要注意的是：有些具有、G42功能的數(shù)控系統(tǒng)，除了輸入刀頭圓角半徑外，還應輸入假想刀尖相對于圓頭刀中心的位置，這是因為內、外圓車刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。當數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)具有刀具長度補償器時，直接根據(jù)零件輪廓形狀進行編程，加工前在機床的刀具長度補償器輸入上述的和的值，在加工時調用相應刀具的補償號即可。對于有些不具備補償功能經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的車床可直接按照假想刀尖的軌跡進行編程，即在編程時給出假想刀尖的軌跡，如圖3b和圖4示的虛線軌跡進行編程。如果采用手工編程計算相當復雜，通常可利用計算機繪圖軟件<如AutoCAD、CAXA子圖版等）先畫出工件輪廓，再根據(jù)刀尖圓角半徑大小繪制相應假想刀尖軌跡，通過軟件查出有關點的坐標來進行編程；對于較復雜的工件也可以利用計算機輔助編程<CAM），如用CAXA數(shù)控車軟件進行編程時，刀尖半徑補償有兩種方式：編程時考慮半徑補償和由機床進行半徑補償，對于有些不具備補償功能數(shù)控系統(tǒng)應該采用編程時考慮半徑補償，根據(jù)給出的刀尖半徑和零件輪廓會自動計算出假想刀尖軌跡，通過軟件后置處理生成假想刀