课题11：外圆弧面的加工(1)(26页).doc

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1、-课题11：外圆弧面的加工(1)课题11：外圆弧面的加工（1）理论：1.掌握外圆弧加工的工艺知识；2.复合循环编程指令。技能：1.外圆弧类零件的加工程序；数控车床仿真软件；外圆弧零件加工仿真加工。1.外圆弧类零件加工的工艺知识；2.复合循环编程指令。复合循环指令仿真加工专业课（理实一体）讲授法、引导文教学法、案例教学法、示范法、练习法多媒体、网络或投影仪6/78杨丰1.提问：孔加工固定循环指令2.讲解：外圆弧加工的工艺知识3.讲解：G71、G72、G73、G94、T、S、F指令；4.练习：实例加工；5.小结。-第 23 页课题11：外圆弧面的加工11.1 任务加工如图11-1所示零件，为42m

2、m的棒料，材料为45钢。11.2 知识链接11外圆与端面加工工艺知识1.刀具的选择1）外圆车刀1）可转位车刀为了充分利用数控设备、提高加工精度及减少辅助准备时间，数控车床上广泛使用机夹可转位车刀，如图18-2所示。图18-2 机夹可转位车刀1-刀杆 2-刀片 3-刀垫 4-夹紧元件（1）刀片形状可转位车刀常用的刀片如图18-3所示。刀片的形状主要与被加工工件表面形状、切削方法、刀具寿命和有效刃数等有关。一般外圆和端面车削常用T型、S型、C型、W型刀片；成形加工常用D型、V型、R型刀片。图18-3 刀片形状（2）刀杆头部形式可转位车刀常见的刀杆头部形式和主偏角如图18-4所示。有直角台阶的工件，

3、可选主偏角大于或等于90的刀杆；外圆粗车可选主偏角4590的刀杆，精车可选主偏角4575的刀杆；中间切入、成形加工可选主偏角大于或等于45的刀杆。图18-4 刀杆头部形式与主偏角2）成形加工刀具的选择在加工球面时要选择副偏角合适的刀具，以免刀具的副切削刃与工件产生干涉，如图18-5所示。a) b)图18-5 副偏角对加工的影响a)副偏角大，不干涉 b) 副偏角大，产生干涉采用机夹车刀时，常通过选择合适的刀片形状和刀杆头部形式来组合形成所需要的刀具。图18-6所示为一些常用的成形加工机夹车刀。c) d) e)图18-6 常用的成形加工机夹车刀a)D-J形式 b)D-V形式 c)V-J形式 d)V

4、-V形式 e)R-A形式a) b)数控车编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，如图18-7a)所示；但实际上刀尖处是一段圆弧，如图18-7b)所示。当用按理想刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，如图18-8所示。a) b)图18-7 车刀刀尖a)理想刀尖 b)圆弧刀尖 图18-8 刀尖圆弧的影响 编程指令1.圆弧插补指令G02、G03G02G03IKRX(U)Z(W)F；指令格式：式中：G02顺时针圆弧插补，见图18-9。G03逆时针圆弧插补，见图18-9。X、Z绝对编程，圆弧终点在工件

5、坐标系中的坐标。U、W增量编程，圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。I、K圆心相对于圆弧起点的偏移值(等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标，如图18-10所示)，在绝对编程和增量编程时都是以增量方式指定；特别注意，在直径、半径编程时I都是半径值。R圆弧半径，当圆弧圆心角小于180时R为正值，否则R为负值。当R等于180时，R可取正也可取负。F被编程的两个轴的合成进给速度。a） b）图18-9 G02、G03的判断a）后置刀架 b）前置刀架a） b）图18-10 I、K的算法a）后置刀架 b）前置刀架【例18-1】如图18-11所示，使用圆弧插补指令编写A点到B点程序。图18-11 R及I、K编程举例R

6、编程方式绝对编程：G03 X56.6 Z12 R20 F0.2；增量编程：G03 U16.6 W-25.3 R20 F0.2。I、K编程方式绝对编程：G03 X56.6 Z12 I-10 K-17.3 F0.2；增量编程：G03 U16.6 W-25.3 I-10 K-17.3 F0.2。2.刀尖圆弧半径补偿指令G41、G42、G401）刀尖圆弧半径补偿功能由于实际刀具的刀尖处存在圆弧，加工中起实际切削作用的是刀刃上的圆弧切点，这样在加工过程中可能产生过切或欠切现象，如图18-12a)所示。刀尖圆弧半径补偿就是用来补偿由于刀具圆弧半径引起的加工形状误差的。在编程过程中，不用计算圆弧半径值，只需

7、按零件的轮廓进行编程，执行刀尖圆弧半径补偿后，刀尖圆弧始终与工件轮廓保持相切的关系，从而消除了刀尖圆弧对工件形状的影响，如图18-12b)所示。a) b) 图18-12 刀尖圆弧半径补偿a) 无刀尖圆弧半径补偿 b)有刀尖圆弧半径补偿在进行数控加工前，必须预先将刀尖圆弧半径值和刀尖方位号存放在刀具补偿寄存器中，如图18-13所示。在数控加工中，通过程序中的指令来指定刀具补偿号，刀具补偿号一般与刀具编号相对应。在加工中，如果没有更换刀具，则该刀具号的补偿量一直有效。图18-13 刀尖圆弧半径与刀尖方位号的输入2）刀尖圆弧半径补偿指令（1）刀尖圆弧半径补偿指令格式建立刀尖圆弧半径补偿指令格式G41

8、G42G00G01G17G18G19RXZ；指令格式：式中：G17G19坐标平面选择指令。G41左刀补，如图18-14所示。G42右刀补，如图18-14所示。X、Y、Z建立刀具半径补偿时目标点坐标。a) b)图18-14 刀尖圆弧半径补偿的偏置方向判断a）后置刀架 b）前置刀架取消刀尖圆弧半径补偿指令格式G00G01G17G18G19RXZ；G40指令格式：式中：G17G19坐标平面选择指令。G40取消刀尖圆弧半径补偿功能。（2）使用刀尖圆弧半径补偿的注意事项刀具半径补偿的建立与取消只能G01、GOO来实现，不得用G02和G03。建立和取消刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，且移动距

9、离应大于刀具补偿值。G41/G42不带参数，其补偿号由T指令指定。刀尖圆弧半径补偿号与刀具偏置补偿号对应，见图18-13。在设置刀尖圆弧自动补偿值时，还要设置刀尖方位号。刀尖方位号定义了刀具刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系，如图18-15所示。a) b)图18-15 刀尖方位号a）后置刀架 b）前置刀架【例18-2】加工如图18-12所示零件，编写其精加工程序。为保证圆锥面的加工精度，试采用刀尖圆弧半径补偿指令编写程序。参考程序：O1801N10 T0101 选择1号刀，建立刀补N20 M03 S700 启动主轴N30 G00 X20 Z5 快进至A0点N40 G42 G01 X20 Z0 刀具

10、右补偿，A0A1N50 Z-20 车外圆，A1A2N60 X70 Z-55 车圆锥面，A2A4N70 G40 X80 Z-55 取消刀尖圆弧半径补偿，X向退刀，A4A5N80 G00 X100 Z100 M05 快速退刀，停主轴N90 T0100 取消1号刀刀补N100 M30 程序结束当零件外圆、内径或端面的加工余量较大时，需要多次进刀，为了减少程序段的数量，缩短编程时间，减少程序所占的内存，可采用循环编程。在加工外成形面时，常用的复合固定循环包括:外圆粗车循环G71、精车循环G70、端面粗车循环G72、固定形状粗车循环G73。1）外圆粗车循环指令G71（1）指令格式指令格式：G71 U(d

11、) R(e)；G71 P(ns) Q (nf) U(u) W(w) F；式中：d切深，半径量。e退刀量。ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号。nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。u径向（X）精加工余量，直径量。w轴向（Z）精加工余量。F粗加工循环中的进给速度。外圆粗车循环指令G71适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工，如图18-16所示为其加工轨迹。在程序中给出AAB的精加工零件形状，留出精加工余量u、w，给出切深d，则系统自动计算出每层的切削终点坐标，完成粗加工循环。图18-16 外圆粗车循环G71加工轨迹（2）指令形式在FANUC 0i系统中，G71循环指令有两种类型，即型和型。

12、型指令型指令中要求零件轮廓外形必须是单调递增或递减的形式，否则会产生凹形轮廓不是分层切削而是在半精加工时一次性切削的情况。如图18-17所示，当加工图示凹圆弧AB段时，因其不满足单调递增或递减的要求，故阴影部分的加工余量在粗车循环时，没有分层切削而在半精加工时一次性切除。图18-17 粗车凹槽型指令型指令中允许零件轮廓外形的X轴不必单调递增或递减，但Z轴必须是单调递增或递减。现代数控车床一般具有型指令功能。（3）指令说明nsnf程序段中的F、S、T只是对精车循环有效，而粗车循环的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有正负之分，当余量方向与坐标轴正向一致时为正

13、；否则为负。在顺序号为“ns”的程序段中必须有G00或G01指令，且不可有Z轴方向移动指令。在G71循环中不允许调用子程序。2）精车循环指令G70指令格式：G70 P(ns) Q(nf) F；式中：ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号。nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。F精加工循环中的进给速度。指令说明：必须在G71、G72或G73指令后，才可使用G70指令。G70精加工循环结束后，刀具快速返回循环始点。在G70被使用的顺序号nsnf间程序段中，不能调用子程序。nsnf程序段中的F、S、T是对精车循环指令G70有效。【例18-3】加工如图18-18所示零件，毛坯为52mm的棒料，材料为

14、45钢。图18-18 外圆粗车循环指令G71编程实例参考程序：O1802N10 T0101 选择1号刀，建立刀补N20 M03 S500 启动主轴N30 G00 X53 Z1 快进至G71循环起点N40 G71 U2 R1N50 G71 P60 Q140 U0.6 W0.1 F0.2 G71循环粗加工外轮廓 N60 G42 G00 X24 Z1 刀具右补偿，AA，径向进刀N70 G01 Z-10 车24外圆N80 X28 车台阶N90 Z-24 车28外圆 N100 G02 X40 Z-30 R6 车R6圆弧N110 G01 Z-38 车40外圆N120 X50 Z-58 车圆锥N130 Z-

15、69 车50外圆N140 X53 B，径向退刀N150 G70 P60 Q140 F0.1 S1000 G70循环精加工外轮廓N160 G40 G00 X100 Z100 取消刀尖圆弧半径补偿，快速退刀N170 M05 停主轴N180 T0100 取消1号刀刀补N190 M30 程序结束3）端面粗车循环指令G72指令格式：G72 W(d) R(e)；G72 P(ns) Q (nf) U(u) W(w) F；指令说明：指令中各项的意义与G71相同，使用方式如同G71。G72指令不能用于加工端面有内凹的形体。在顺序号为“ns”的程序段中必须有G00或G01指令，且不可有X轴方向移动指令。端面粗车循

16、环指令适用于Z向余量较小，而X向加工余量大的圆柱棒料毛坯的粗加工，如图18-19所示为其加工轨迹。在程序中给出AAB的精加工零件形状，留出精加工余量u、w，给出切深d，则系统自动计算出每层的切削终点坐标，完成粗加工循环。图18-19 端面粗车循环G72加工轨迹B【例18-4】加工如图18-20所示零件，毛坯为60mm的棒料，材料为45钢。图18-20 端面圆粗车循环指令G72编程实例参考程序：O1803N10 T0101 选择1号刀，建立刀补N20 M03 S500 启动主轴N30 G00 X61 Z1 快进至G72循环起点N40 G72 W2 R1N50 G72 P60 Q110 U0.6

17、W0.2 F0.2 G72循环粗加工外轮廓 N60 G00 X61 Z-22 AA，轴向进刀N70 G01 X28 车台阶N80 Z-15 车28外圆N90 X14 Z-10 车圆锥N100 Z-7 车14外圆N110 X6 Z1 B，车倒角，N120 G70 P60 Q110 F0.1 S1000 G70循环精加工外轮廓N130 G00 X100 Z100 快速退刀N140 M05 停主轴N150 T0100 取消1号刀刀补N160 M30 程序结束4）固定形状粗车循环指令G73指令格式：G73 U(i) W(k) R(d)；G73 P(ns) Q (nf) U(u) W(w) F；式中：i

18、X轴向总退刀量，半径量。kZ轴向总退刀量。d重复加工次数。ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号。nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。u径向（X）精加工余量，直径量。w轴向（Z）精加工余量。F粗加工循环中的进给速度。图18-21 固定形状粗车循环指令G73加工轨迹AG73指令适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近的铸、锻毛坯。如图18-21所示，执行G73功能时，每一刀的切削路线的轨迹形状是相同的，只是位置不同。每走完一刀，就把切削轨迹向工件吃刀方向移动一个位置，这样就可以将铸、锻件待加工表面，分层均匀的切削余量。【例18-4】加工如图18-22所示零件（48外圆已加工），毛坯为锻件，单

19、边余量2mm，材料为45钢。图18-22 固定形状粗车循环指令G73编程实例参考程序：O1804N10 T0101 选择1号刀，建立刀补N20 M03 S500 启动主轴N30 G00 X50 Z2 快进至G73循环起点N40 G73 U2 W2 R2N50 G73 P60 Q110 U0.6 W0.1 F0.2 G73循环粗加工外轮廓 N60 G00 X16 Z2 AAN70 G01 X24 Z-2 车倒角N80 Z-10 车24外圆N90 X28 车台阶N100 Z-24 车28外圆N100 G02 X40 Z-30 R6 车R6圆弧N110 G01 X50 B，车台阶N120 G70 P

20、60 Q110 F0.1 S1000 G70循环精加工外轮廓N130 G00 X100 Z100 快速退刀N140 M05 停主轴N150 T0100 取消1号刀刀补N160 M30 程序结束18.3 任务实施加工工艺的确定 m。1）加工方案的确定根据零件的加工要求，各表面的加工方案确定为粗车精车。2）确定装夹方案：工件是棒料，为回转体，可用三爪自定心卡盘装夹。3）确定加工工序零件毛坯为棒料，所需要加工的余量较多，为了能够保证加工的精度，在加工时，先采用G71循环来进行粗加工，再采用G70来进行精加工。加工工艺见表16-6。表18-1 数控加工工序卡数控加工工序卡片产品名称零件名称材 料零件图

21、号45钢工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车 间工步号工 步 内 容刀具号主轴转速/(r/min)进给速度/(mm/r)背吃刀量/mm备注装夹：夹住棒料一头，留出长度大约78mm，车端面（手动操作），对刀，调用程序1粗车外轮廓T01016002精车外轮廓T02023切断T03036000.144掉头，平端面，达到图纸要求。4）进给路线的确定精车外轮廓的走刀路线如图18-23所示，粗车外轮廓走刀路线略。图18-23 精车外轮廓的走刀路线图18-23中各点坐标如表18-2所示。表18-2 外轮廓加工基点坐标1（43,1）2（-2,1）3（0，0）4（）5（）6（20,-40）7（30,-45）

22、8（30，-50）9（40，-60）10（40,-85）11（43，-85）刀具及切削参数的确定见表18-3。表18-3 数控加工刀具卡数控加工刀具卡片工序号程序编号产品名称零件名称材 料零件图号45序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径/mm数量加工表面备注1T010193右偏外圆刀（35菱形刀片）0.8外轮廓硬质合金2T020293右偏外圆刀（35菱形刀片）外轮廓硬质合金3T0303切断刀（B=4）切槽硬质合金 参考程序编制以工件右端面与轴线的交点为编程原点建立工件坐标系。2.基点坐标计算（略）参考程序见表18-4。表18-4 参考程序程序说明O1805程序名N10T0101选择1号刀，建立刀补

23、N20M03 S800启动主轴N30G00 X45 Z5快进至进刀点N40X43 Z1快进至G71循环起点N50G71 U1.5 R1G71循环粗加工外轮廓N60G71 P70 Q160 U1 W0 FN70G42 G00 X-2 Z112，建立刀尖圆弧半径补偿N80G02 X0 Z0 R123，圆弧切入N90G03 X25 Z-23.292 R1534N100G02 X20 Z-31.583 R1545N110G01 Z-4056N120G02 X30 Z-45 R567N130G01 X30 Z-5078N140X40 Z-6089N150Z-85910N160X43 Z-851011，X

24、向退刀N170G00 X100 Z100 M05返回换刀点，停主轴N180T0100取消1号刀刀补N190T0202选择2号刀，建立刀补N200G50 S3000主轴限速（最高转速3000r/min）N210M03 G96 S120启动主轴、恒线速度控制N220G00 X45 Z5快进至进刀点N230X43 Z1快进至G70循环起点N240G70 P70 Q160 FG70循环精加工外轮廓N250G40 G00 X100取消刀尖圆弧半径补偿，X向快速退刀N260Z100 M05返回换刀点，停主轴 N270T0200取消2号刀刀补N280T0303选择3号刀，建立刀补（左刀尖为刀位点）N290G97 M03 S600取消恒线速，启动主轴N300G00 X45 Z5快进至进刀点N310Z-84.4N320G01 X40.2 F径向接近工件N330X0 F切断工件N340G00 X100X向快速退刀N350Z100 M05Z向快速退刀，返回换刀点，停主轴N360T0300取消3号刀刀补N370M30程序结束练习：1.加工图示零件，毛坯为38mm的棒料，材料为45钢。