数控机床编程与操作项目教程-任务2.3.pps

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模块2数控车削编程与加工,正德职业技术学院,数控机床编程与操作项目教程,任务2.3成型曲面的编程与加工,正德职业技术学院,数控机床编程与操作项目教程,掌握G02、G03、G41、G42、G40、G71、G72、G73、G70指令的功能与使用；掌握恒线速的概念以及G50、G96、G97指令的使用。

知识目标,学习目标,技能目标,会分析成型曲面的加工工艺并编写成型曲面的加工程序；能够正确加工出成型曲面类零件；会建立工件坐标系。

学习目标,完成如图2-29所示的阶梯轴的车削加工，材料：

45钢，毛坯尺寸为3075，单件生产，工件不用切断。

任务引入,任务导入,如2-29所示，零件材料为45钢，切削性能较好，加工部位由直线、圆弧组成的回转面构成。

考虑到零件表面粗糙度要求及尺寸公差的要求，对该零件应该先粗车再精车，才能达到加工要求。

分析任务,任务分析,本任务包含圆弧插补指令、刀具半径补偿指令、恒线速与恒转速指令、复合固定循环指令等的学习。

分析任务,任务分析,1）指令功能G02刀架从当前位置（圆弧起点）沿圆弧顺时针方向移动到指令给出的目标点。

G03刀架从当前位置（圆弧起点）沿圆弧逆时针方向移动到指令给出的目标点。

圆弧插补指令G02/G03,知识学习,圆弧的顺、逆方向的判断：

沿与圆弧所在平面（如XZ平面）相垂直的另一坐标轴的负方向（如-Y方向）看去，顺时针为G02，逆时针为G03，如图2-30所示。

圆弧插补指令G02/G03,知识学习,图2-30圆弧顺、逆与刀架的关系,圆弧插补指令G02/G03,知识学习,2）指令格式G02/G03X（U）Z（W）IKF；（圆心编程）或G02/G03X（U）Z（W）RF；（半径编程）,圆弧插补指令G02/G03,知识学习,式中X、Z为圆弧终点坐标，既可使用绝对坐标也可使用相对坐标，圆弧起点为当前点，R为圆弧的半径。

I、K分别为圆心坐标相对圆弧起点的X和Z方向的相对坐标，可能是正值、负值或零。

图2-31所示为车削圆弧插补指令的参数含义。

知识学习,圆弧插补指令G02/G03,a）G02XZIKFb）G03XZIKFc）G02XZRF,图2-31车削圆弧插补指令的参数含义,圆弧插补指令G02/G03,知识学习,3）举例说明：

刀具轨迹从图2-32中A点插补至B点的程序为：

G02X40Z-35I13K-5F0.2；（绝对圆心编程）或G02U20W-25R25F0.2；（相对半径编程）或G02X40Z-35R25F0.2；（绝对半径编程）或G02U20W-25I13K-5F0.2；（相对圆心编程）,圆弧插补指令G02/G03运用,知识学习,图2-32圆弧插补指令运用,圆弧插补指令G02/G03运用,知识学习,1）指令功能编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，如图2-33所示。

当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外圆、内孔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2-34所示。

刀尖圆弧自动补偿指令,知识学习,图2-33刀尖半径与理想刀尖,刀尖圆弧自动补偿指令,具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生。

即执行刀尖半径补偿指令后，刀尖会自动偏离工件轮廓一个刀尖半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。

图2-34刀尖圆角R造成的少切与过切,刀尖圆弧自动补偿指令,知识学习,2）指令代码G40表示取消刀尖半径补偿，按程序路径进给。

G41表示左偏刀尖半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给。

G42表示右偏刀尖半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。

刀尖半径补偿指令,知识学习,左、右刀补的偏置方向是这样规定的：

逆着插补平面的法线方向看插补平面，沿着刀具前进的方向，刀具在工件的左侧为左刀补G41，刀具在工件的右侧为右刀补G42。

数控车床采用前置刀架和后置刀架时刀尖半径补偿平面不同，补偿方向也不同，如图2-35、2-36所示。

刀尖半径补偿指令,知识学习,图2-35前置刀架刀尖圆弧半径补偿,圆弧自动补偿指令G41、G42,知识学习,图2-36后置刀架刀尖圆弧半径补偿,圆弧自动补偿指令G41、G42,知识学习,每个刀具补偿号，都有一组对应的刀尖半径补偿量R和刀尖方位号T。

在设置刀尖圆弧自动补偿值时，还要设置刀尖圆弧位置编码，刀尖圆弧位置编码定义了刀具刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系。

图2-37后置刀架的刀尖方位号图,刀尖方位号,知识学习,图2-38前置刀架的刀尖方位号图,刀尖方位号,其从09有十个方向，系统T表示假想刀尖的方向号，假想刀尖的方向与T代码之间的关系，如图2-37、2-38所示，其中“”代表刀具刀位点A，“”代表刀尖圆弧圆心O。

知识学习,3）指令格式以FAUNC系统为例G00/G01G41/G42X（U）Z（W）；建立半径补偿程序段轮廓切削程序段G00/G01G40X（U）Z（W）；撤消半径补偿程序段,圆弧自动补偿指令运用,知识学习,4）刀尖半径补偿的过程建立刀补刀具补偿的建立使刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀尖圆弧半径。

刀补程序段内必须有G00或G01功能才有效，偏移量补偿必须在一个程序段的执行过程中完成，并且不能省略。

建立刀具补偿,知识学习,刀补进行执行含G41、G42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏移量。

G41、G42指令不能重复使用，即在前面使用了G41或G42指令之后，不能再紧接着使用G42或G41指令。

若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后，再使用G42或G41，否则补偿就不正常了。

建立刀具补偿,知识学习,取消刀补在G41、G42程序后面，加入G40程序段即是刀尖半径补偿的取消。

如图2-39表示刀尖半径补偿建立与取消的过程。

G40刀尖半径补偿取消程序段执行前，刀尖圆弧中心停留在前一程序段终点的垂直位置上，G40程序段是刀具由终点退出的动作。

取消刀具补偿,知识学习,图2-39数控车床刀尖半径补偿的建立与取消的过程,建立、取消刀具补偿过程,知识学习,5）刀尖半径补偿注意事项刀尖半径补偿建立与取消程序段，只能在G00或G01移动指令模式下才有效。

为保证刀补建立与刀补取消时刀具与工件的安全，通常采用G01运动方式来建立或取消刀补。

如果采用G00运动方式来建立或取消刀补，则要确定刀具不与工件发生碰撞。

刀尖半径补偿注意事项,知识学习,为了避免过切或欠切，建立刀尖半径补偿或取消刀尖半径补偿的程序段，最好在工件轮廓线以外，且移动距离应大于一个刀尖半径值。

使用G41、G42后，必须要用G40取消原补偿状态，才能再次使用G41、G42。

在使用G41、G42指令时，不允许有两句连续的非移动指令，否则会出错。

非移动指令包括：

M代码、S代码、暂停指令G04等。

刀尖半径补偿注意事项,知识学习,刀尖半径补偿指令使用前，需通过机床数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀尖半径补偿的相关参数：

刀尖圆弧半径R和假想刀尖位置T，作为刀尖半径补偿的依据。

刀尖圆弧半径粗加工一般取0.8mm，半精加工取0.4mm，精加工取0.2mm。

若粗、精加工采用同一把刀，刀尖半径取0.4mm。

例如，数控车床刀架形式为前置刀架，1号刀位为外圆车刀，刀尖圆弧半径为0.2mm，刀尖位置号为3号，参数设置如图2-40所示。

刀尖半径补偿注意事项,知识学习,图2-40刀尖半径补偿的参数设置,刀尖半径补偿参数设置,知识学习,1）最高转速限制指令G50指令功能：

当使用恒线速度功能车削轴类或盘类零件时，随着直径数值的变化，可能会出现主轴转速过高，工件有从卡盘飞出的危险。

用G50就可以限制最高转速。

最高转速限制指令G50,知识学习,指令格式：

G50S；S后面的数字表示控制主轴的最高转速，单位为r/min，其数值可以查阅数控机床参数说明书中主轴设定的最高转速。

例如：

G50S3000表示主轴最高转速为3000r/min。

适用范围主要用于数控车削编程中设置恒线速度切削之前。

最高转速限制指令G50格式,知识学习,2）恒线速指令G96指令功能：

可以实现轴类或盘类零件各个表面最佳恒线速度的切削加工，保证加工表面的粗糙度均匀一致。

指令格式：

G96S；S后面的数字表示控制主轴恒定的线速度，单位为m/min。

例如：

G96S120表示切削点线速度控制在120m/min。

适用范围主要用于数控车削加工中精加工工序。

恒线速指令G96,知识学习,3）取消恒线速指令G97指令功能：

可以实现在车削轴类或盘类零件各个表面时，主轴转速恒定。

指令格式：

G97S；G97表示取消恒线速，S后面的数字表示控制主轴恒定的转速，单位为r/min。

例如：

G97S120表示取消恒线速并控制切削主轴转速在120r/min。

取消恒线速指令G97,知识学习,适用范围主要适用于数控车削加工中车螺纹、切槽、切断、钻孔工序。

注意：

G96与G97指令功能能够相互取消。

恒线速指令适用范围,知识学习,【例2-5】利用上述讲解的指令，编写如图2-41所示零件的精加工程序。

工件已经完成粗加工，单边仅0.2mm的余量。

图2-41刀具补偿指令运用,刀具补偿指令运用,知识学习,参考程序如下：

O0006程序名G50S3500；限制最高转3500r/minM03G96S110；主轴正转，恒切削速度110m/minM08；开冷却液T0101；T0101调用1号刀具，补偿号01G00X38Z10；刀具定位至起点G42G01Z0F0.1；建立刀尖半径右补偿,刀具补偿指令运用,知识学习,X40Z-1；Z-30；X42；G03X48Z-33R3；G01Z-60；X54；X58Z-62；Z-100；G97G40G00X100；取消刀尖半径补偿Z100；退刀M09；冷却液关闭M30；程序结束,刀具补偿指令运用,知识学习,使用复合固定循环，在对零件的轮廓定义之后，即可完成从粗加工到精加工的全过程，使程序得到进一步简化。

1）外圆粗切循环G71指令功能：

外圆粗切循环是一种复合固定循环，适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工。

图2-42为其走刀路线。

外圆粗切循环G71,知识学习,图2-42外圆粗切循环G71走刀路线,外圆粗切循环G71走刀路线,知识学习,指令格式：

G71U（d）R（e）；G71P（ns）Q（nf）U（u）W（w）F（f）S（s）T（t）；式中：

d表示背吃刀量；径向车削深度（半径值），无正负号，是模态值；e表示退刀量；无正负号，是模态值；,外圆粗切循环G71格式,知识学习,ns表示精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf表示精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；u表示X轴向精加工余量（直径值），有正负号；w表示Z轴向精加工余量，有正负号；f、s、t表示粗加工时的F、S、T值。

外圆粗切循环G71格式,知识学习,使用注意事项：

a）nsnf程序段中的F、S、T功能，即使被指定也对粗车循环无效（仅对后续精加工有效）；b）零件轮廓必须符合在X轴、Z轴方向上同时单调增大或单调减少；c）从A到A的刀具轨迹必须在P程序段（首段）中用G00或G01指定，且首段的刀具移动必须垂直于Z方向。

如：

G00/G01X；d）u和w的符号规定法则：

沿刀具轨迹移动时：

X坐标值单调增加，则u为正，否则为负；Z坐标值单调减小，则w为正，否则为负。

外圆粗切循环G71注意事项,知识学习,【例2-6】编写如图2-43所示零件的粗车外圆切削循环程序。

毛坯尺寸3265。

图2-43外圆粗切循环G71指令运用,外圆粗切循环G71指令运用,知识学习,参考程序如下：

O0007程序名M03S600；主轴正转，恒转速600r/minM08；开冷却液T0101；调用1号刀具，补偿号01G00X32Z2；刀具定位至起点G71U1R1；外圆粗车循环G71P70