外圓弧面的加工

1、外圓弧面的加工11.1任務(wù)加工如圖11-1所示零件，為C 42mm勺棒料，材料為45鋼30 -O-0293.2全部Z456080+0.1-0.111.2知識(shí)鏈接11.2.1外圓與端面加工工藝知識(shí)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(zhǔn)備時(shí)間，數(shù)控車床上廣 泛使用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀，如圖18-2所示。1圖18-2機(jī)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T型、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S型、C型、W型刀片；成形加工常用 D型、

2、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(tái)階的工件，可選主偏角大于或等于 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。RSTU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(shí)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。圖18-5副偏角對(duì)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(jī)夾車刀時(shí)

3、，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(jī)夾車刀。C)d)e)圖18-6常用的成形加工機(jī)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2.成形面加工的常見誤差數(shù)控車編程時(shí)，通常都將車刀刀尖作為一點(diǎn)來考慮，如圖18-7a)所示；但實(shí)際上刀尖處是一段圓弧，如圖18-7b)所示。當(dāng)用按理想刀尖點(diǎn)編出的程序進(jìn)行端面、外徑、內(nèi)徑等與軸線平行或垂直的表面加工時(shí)，是不會(huì)產(chǎn)生誤差的。但 在進(jìn)行倒角、錐面及圓弧切削時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生少切或過切現(xiàn)象，如圖18-8所示。XX圖18-7車刀刀尖a）理想刀尖b）圓弧刀尖18.2.

4、2編程指令1. 圓弧插補(bǔ)指令G02 G03指令格G02 '-G03 -X(U) Z(W)計(jì)F_；式:式中：G02-順時(shí)針圓弧插補(bǔ)，見圖18-9。G03-逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)，見圖18-9 oX、Z絕對(duì)編程，圓弧終點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。U、W-增量編程，圓弧終點(diǎn)相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的位移量。I、K圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的偏移值（等于圓心的坐標(biāo)減去圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)， 如圖18-10所示），在絕對(duì)編程和增量編程時(shí)都是以增量方式指定；特別注意， 在直徑、半徑編程時(shí)I都是半徑值。R圓弧半徑，當(dāng)圓弧圓心角小于 180°時(shí)R為正值，否則R為負(fù)值。當(dāng)R 等于180時(shí)，R可取正也可取負(fù)。F被編程的兩個(gè)軸的合成

5、進(jìn)給速度。G02(02a）b）圖18-9G02、G03的判斷a）后置刀架 b ）前置刀架圖18-10 I、K的算法a）后置刀架 b ）前置刀架A點(diǎn)到【例18-1】如圖B點(diǎn)程序。 R編程方式絕對(duì)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(duì)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(bǔ)償指令 G41 G42 G401）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能由于實(shí)際刀具的刀尖處存在圓弧，加工中起實(shí)際切削作用的

6、是刀刃上的圓弧 切點(diǎn)，這樣在加工過程中可能產(chǎn)生過切或欠切現(xiàn)象，如圖18-12a）所示。刀尖圓弧半徑補(bǔ)償就是用來補(bǔ)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(jì)算圓弧半徑值，只需按零件的輪廓進(jìn)行編程，執(zhí)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)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(duì)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(bǔ)償a）無刀尖圓弧半徑補(bǔ)償b）有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償在進(jìn)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(hào)存放在刀具補(bǔ) 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(bǔ) 償號(hào)，刀具補(bǔ)償號(hào)一般與刀具編號(hào)相對(duì)

7、應(yīng)。在加工中，如果沒有更換刀具，則該 刀具號(hào)的補(bǔ)償量一直有效。工具補(bǔ)正/形伏N番號(hào)X2RT01-205. OCiO0.400502-ISO.500-520.000 -B002030.0000.0000.000040.000o.ooa0.0000050.0000_DOO0.000006o.oaoo-ooa0.000007o, 00。o.ooa0.000006 |oToaoB0.0000.0000現(xiàn)在位聲（相對(duì)座標(biāo)UaooH0.000S0T巨就去* 車壯嵐廂耗形狀SETTING 坐標(biāo)系（操作）圖18-13刀尖圓弧半徑與刀尖方位號(hào)的輸入2）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令（1）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令格式 建立刀尖

8、圓弧半徑補(bǔ)償指令格式指令格式:式中：G1&G19-坐標(biāo)平面選擇指令。G4 左刀補(bǔ)，如圖18-14所示。G4 右刀補(bǔ)，如圖18-14所示。X、丫、Z建立刀具半徑補(bǔ)償時(shí)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)a)b)圖18-14刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)钠梅较蚺袛郺)后置刀架b)前置刀架指令格式: 取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令格式G40r G00 J仁01 一G17G18G19式中：G1&G19-坐標(biāo)平面選擇指令。G40-取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能。(2) 使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)淖⒁馐马?xiàng) 刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕⑴c取消只能 G01 GOO來實(shí)現(xiàn)，不得用G02和G03 建立和取消刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具必須在所補(bǔ)償?shù)钠矫鎯?nèi)移動(dòng)，且移動(dòng)

9、距 離應(yīng)大于刀具補(bǔ)償值。 G41/G42不帶參數(shù)，其補(bǔ)償號(hào)由T指令指定。刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號(hào)與刀具 偏置補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)，見圖18-13。 在設(shè)置刀尖圓弧自動(dòng)補(bǔ)償值時(shí)，還要設(shè)置刀尖方位號(hào)。刀尖方位號(hào)定義了 刀具刀位點(diǎn)與刀尖圓弧中心的位置關(guān)系，如圖 18-15所示。圖18-15刀尖方位號(hào)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(bǔ)償指令編寫程序。參考程序：O1801N10 T0101N20 M03 S700N30 G00 X20 Z5N40 G42 G01 X20 Z0N50 Z-20N60 X70 Z-5

10、5N70 G40 X80 Z-55向退刀，AS A5N80 G00 X100 Z100 M05N90 T0100N100 M303. 復(fù)合循環(huán)指令選擇1號(hào)刀，建立刀補(bǔ)啟動(dòng)主軸快進(jìn)至A0點(diǎn)刀具右補(bǔ)償，A0 A1車外圓，A1 A2車圓錐面，A2 A4取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，X快速退刀，停主軸取消1號(hào)刀刀補(bǔ) 程序結(jié)束當(dāng)零件外圓、內(nèi)徑或端面的加工余量較大時(shí)，需要多次進(jìn)刀，為了減少程序 段的數(shù)量，縮短編程時(shí)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(shí)，常用的復(fù)合固定循環(huán)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)G731) 外圓粗車循環(huán)指令G71(1)指令格式指

11、令格式：G71 UQ d) R(e);G71 P(ns) Q (nf) U( u) W( w) F 式中：Ad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(hào) nf 精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號(hào) 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(jìn)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，女口圖 18-16所示為其加工軌跡。在程序中給出 L A'- B的精加工零件形狀，留出精 加工余量厶u、Aw,給出切深厶d,貝U系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出每層的切削終點(diǎn)坐標(biāo)，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

12、令形式在FANUC 0i系統(tǒng)中，G71循環(huán)指令有兩種類型，即I型和U型。 I型指令I(lǐng)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(huì)產(chǎn)生凹 形輪廓不是分層切削而是在半精加工時(shí)一次性切削的情況。如圖18-17所示，當(dāng)加工圖示凹圓弧AB段時(shí)，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(shí)，沒有分層切削而在半精加工時(shí)一次性切除。圖18-17粗車凹槽 U型指令U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?，F(xiàn)代數(shù)控車床一般 具有U型指令功能。(3) 指令說明 nsnf程序段中的F、S、T只是對(duì)精車循環(huán)有效，而粗車循環(huán)的 F、S、T 功能

13、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(fù)之分，當(dāng)余量方向與坐標(biāo)軸正向一致時(shí)為正； 否則為負(fù)。 在順序號(hào)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(dòng)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(hào)。nf 精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號(hào)。F精加工循環(huán)中的進(jìn)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(diǎn)。 在G70被使用的順序號(hào)nsnf間程序段中，不能調(diào)用子程

14、序。 nsnf程序段中的F、S、T是對(duì)精車循環(huán)指令G70有效?！纠?8-3】加工如圖18-18所示零件，毛坯為C 52mm的棒料，材料為45 鋼。參考程序：O1802N10 T0101N20 M03 S500N30 G00 X53 Z1N40 G71 U2 R1N50 G71 P60 Q140 U0.6 W0.1 F0.2N60 G42 G00 X24 Z1進(jìn)刀N70 G01 Z-10N80 X28N90 Z-24N100 G02 X40 Z-30 R6N110 G01 Z-38選擇1號(hào)刀，建立刀補(bǔ) 啟動(dòng)主軸快進(jìn)至G71循環(huán)起點(diǎn)G71循環(huán)粗加工外輪廓刀具右補(bǔ)償，2 A'，徑向車C 24

15、外圓車臺(tái)階車C 28外圓車R6圓弧車C 40外圓N120 X50 Z-58N130 Z-69N140 X53N150 G70 P60 Q140 F0.1 S1000N160 G40 G00 X100 Z100 速退刀N170 M05N180 T0100N190 M30車圓錐車C 50外圓-B,徑向退刀G70循環(huán)精加工外輪廓取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，快停主軸取消1號(hào)刀刀補(bǔ) 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(xiàng)的意義與G71相同，使用方式如同G71。 G72指令不能用于加

16、工端面有內(nèi)凹的形體。 在順序號(hào)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(dòng)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A-A't B的精加工零 件形狀，留出精加工余量 u>Aw,給出切深© d,則系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出每層的切 削終點(diǎn)坐標(biāo)，完成粗加工循環(huán)。圖18-19端面粗車循環(huán) G72加工軌跡【例18-4】加工如圖18-20所示零件，毛坯為C 60mm的棒料，材料為45e 30選擇1號(hào)刀，建立刀補(bǔ) 啟動(dòng)主軸快進(jìn)至G72循環(huán)起點(diǎn)G72循環(huán)粗加工外輪廓-A',軸向進(jìn)

17、刀 車臺(tái)階 車C 28外圓 車圓錐 車C 14外圓 B,車倒角,G70循環(huán)精加工外輪廓快速退刀 停主軸取消1號(hào)刀刀補(bǔ) 程序結(jié)束參考程序：O1803N10 T0101N20 M03 S500N30 G00 X61 Z1N40 G72 W2 R1N50 G72 P60 Q110 U0.6 W0.2 F0.2N60 G00 X61 Z-22AN70 G01 X28N80 Z-15N90 X14 Z-10N100 Z-7N110 X6 Z1N120 G70 P60 Q110 F0.1 S1000N130 G00 X100 Z100N140 M05N150 T0100N160 M304) 固定形狀粗車循

18、環(huán)指令G73指令格式：G73 U(A i) W( k) R(d);G73 P(ns) Q (nf) U( u) W( w) F _式中： i X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(hào) nf 精加工輪廓程序段中結(jié)束程序段的段號(hào) 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(jìn)給速度。Ajfc+AwAm?圖18-21固定形狀粗車循環(huán)指令 G73加工軌跡G73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(shí)，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

19、一刀，就把切削軌跡向工件吃刀方向移動(dòng)一個(gè)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?！纠?8-4】加工如圖18-22所示零件（C 48外圓已加工），毛坯為鍛件，單 邊余量2mm材料為45鋼。50R688©©*B10C2O*A'X2©30圖18-22固定形狀粗車循環(huán)指令 G73編程實(shí)例參考程序：O1804N10 T0101選擇1號(hào)刀，建立刀補(bǔ)N20 M03 S500啟動(dòng)主軸N30 G00 X50 Z2快進(jìn)至G73循環(huán)起點(diǎn)N40 G73 U2 W2 R2N50 G73 P60 Q110 U0.6 W0.1 F0.2G73循環(huán)粗加工外輪廓N60 G

20、00 X16 Z2Af AN70 G01 X24 Z-2車倒角N80 Z-10車C 24外圓N90 X28車臺(tái)階N100 Z-24車C 28外圓N100 G02 X40 Z-30 R6車R6圓弧N110 G01 X50f B,車臺(tái)階N120 G70 P60 Q110 F0.1 S1000G70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(hào)刀刀補(bǔ)N160 M30程序結(jié)束18.3任務(wù)實(shí)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(jí)，

21、所有表面的粗糙度為Ra3.2卩m。2. 工藝分析1）加工方案的確定根據(jù)零件的加工要求，各表面的加工方案確定為粗車f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(shí)，先采用G71循環(huán)來進(jìn)行粗加工，再采用 G70來進(jìn)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(hào)45鋼工序號(hào)程序編號(hào)夾具名稱夾具編號(hào)使用設(shè)備車間工步號(hào)工步內(nèi)容刀具號(hào)主軸轉(zhuǎn)速/（r/min）進(jìn)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

22、面（手動(dòng)操作），對(duì)刀，調(diào)用程序1粗車外輪廓T01016000.21.52精車外輪廓T02020.10.53切斷T03036000.144掉頭，平端面，達(dá)到圖紙要求。4）進(jìn)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2 Z1011圖18-23精車外輪廓的走刀路線圖18-23中各點(diǎn)坐標(biāo)如表18-2所示。表18-2外輪廓加工基點(diǎn)坐標(biāo)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

23、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(hào)程序編號(hào)產(chǎn)品名稱零件名稱材 料零件圖號(hào)45序號(hào)刀具號(hào)刀具名稱及規(guī)格刀尖半徑/mm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(biāo)系的建立以工件右端面與軸線的交點(diǎn)為編程原點(diǎn)建立工件坐標(biāo)系2. 基點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)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(hào)刀，建立刀補(bǔ)N20M03 S800啟動(dòng)主軸N30G00 X45 Z5快進(jìn)至進(jìn)刀點(diǎn)N40X43 Z1快進(jìn)至G71循環(huán)起點(diǎn)N50G71 U1