《數控加工工藝編程與操作》單元四課件

1、數控加工工藝編程與操作單元四課件子程序與刀尖圓弧半徑補償 課題二課題二 刀尖圓弧半徑補償刀尖圓弧半徑補償課題一課題一 子程序子程序掌握子程序編程的方法；掌握數控編程的數值計算方法；完成零件的子程序編程并進行加工。一、教學目標課題一課題一 子子 程程 序序二、任務分析任務要求 試編寫圖41所示液化氣灶管接頭右端輪廓的加工程序（左端輪廓及螺紋加工程序后敘）。三、相關理論1 1、子程序編程、子程序編程（1 1）子程序的概念）子程序的概念1 1）子程序的定義）子程序的定義機床的加工程序可以分為主程序和子程序兩種。機床的加工程序可以分為主程序和子程序兩種。主程序：是一個完整的零件加工程序，或是零件加工程

2、序的主體部分，不同的零主程序：是一個完整的零件加工程序，或是零件加工程序的主體部分，不同的零件或不同的加工要求，都有唯一的主程序。件或不同的加工要求，都有唯一的主程序。子程序：能被其他程序調用，在實現某種子程序：能被其他程序調用，在實現某種功能功能后能自動返回到調用程序去的程后能自動返回到調用程序去的程序。序。 2 2）子程序的嵌套）子程序的嵌套為了進一步簡化加工程序，可以允許其子程序再調用另一個子程序，這一功能稱為子程序的嵌套，如圖42所示。FANUC 0i系統最多只允許4級子程序嵌套（2）子程序的調用1）子程序的格式子程序和主程序在程序號及程序內容方面基本相同，僅結束標記不同。主程序用M0

3、2或M30表示其結束，而子程序在FANUC系統中則用M99表示結束，并實現自動返回主程序功能。如下述子程序： O0401； G01 U-1.0 W0; . . . G28 U0 W0; M99;2)子程序在FANUC系統中的調用在FANUC 0i數控系統中，子程序的調用可通過輔助功能指令M98指令進行，同時在調用格式中將子程序的程序號地址改為P，其常用的子程序調用格式有兩種：格式一：M98 PXXXX LXXXX；例41 M98 P100 L5；例42 M98 P100；其中，地址符P后面的四位數字為子程序號，地址L后面的數字表示重復調用的次數，子程序號及調用次數前的0可省略不寫。如果只調用子

4、程序一次，則地址L及其后的數字可省略。格式二：M98 PXXXXXXXX；例43 M98 P50010；例44 M98 P0510；地址P后面的八位數字中，前四位表示調用次數，后四位表示子程序號，采用這種調用格式時，調用次數前的0可以省略不寫，但子程序號前的0不可省略。(注意：同一系統中，兩種子程序的調用格式不能混合使用。）子程序的執(zhí)行過程示例如下：主程序：3）子程序調用的特殊用法 子程序返回到主程序中的某一程序段如果在子程序的返回指令中加上Pn指令，則子程序在返回主程序時，將返回到主程序中程序段段號為n的那個程序段，而不直接返回主程序。其程序格式如下：M99 Pn；M99 P100；（返回到

5、N100程序段）自動返回到程序開始段如果在主程序中執(zhí)行M99，則程序將返回到主程序的開始程序段并繼續(xù)執(zhí)行主程序。也可以在主程序中插入M99 Pn，用于返回到指定的程序段。為了能夠執(zhí)行后面的程序，通常在該指令前加“/”，以便在不需要返回執(zhí)行時，跳過該程序段。例如：/M99 P100；強制改變子程序重復執(zhí)行的次數用M99 LXX指令可強制改變子程序重復執(zhí)行的次數，其中LXX表示子程序調用的次數。例如，如果主程序用M98 PXX L99，而子程序采用M99 L2返回，則子程序重復執(zhí)行的次數為2次。注意：注意：在編寫子程序的過程中，最好采用增量坐標方式進行編程，以避免錯誤發(fā)生。 2、手工編程中的數值計

6、算根據零件圖樣，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計算數控系統所需輸入的數據，稱為數控加工的數值計算。（1）基點、節(jié)點的概念1）基點的概念構成零件輪廓的不同幾何元素的連接點稱為基點。如圖43 中的中的A A、B B、C C、D D、E E和和F F等點等點 2）節(jié)點的概念當采用不具備非圓曲線插補功能的數控機床加工非圓曲線輪廓的零件時，在加工程序的編制工作中，常常需要用直線或圓弧去近似代替非圓曲線，稱為擬合處擬合處理。理。擬合線段的交點或切點就稱為節(jié)點。節(jié)點。如圖如圖44中的中的P1、P2、P3、P4、P5等點為直線等點為直線擬合非圓曲線時的節(jié)點。擬合非圓曲線時的節(jié)點。（2 2）基點計算方法

7、）基點計算方法常用的基點計算方法有列方程求解法、三角函數法、CAD繪圖求解法等。1）列方程求解法直線方程的一般形式為：Ax+By+C=0式中A、B、C任意實數，并且A、B不能同時為零。直線方程的標準形式：y=kx+b式中 k直線的斜率，即傾斜角的正切值； b直線在Y軸上的截距。 圓的標準方程為：（圓的標準方程為：（x-a)x-a)2 2+(y-b)+(y-b)2 2=R=R2 2式中式中 a a、bb圓心的橫、縱坐標；圓心的橫、縱坐標； RR圓的半徑。圓的半徑。圓的一般方程為：圓的一般方程為：x x2 2+y+y2 2+Dx+Ey+F=0+Dx+Ey+F=0式中式中 DD常數，并等于常數，并等

8、于-2a-2a，a a為圓心的橫坐標；為圓心的橫坐標； EE常數，并等于常數，并等于-2b-2b，b b為圓心的縱坐標；為圓心的縱坐標； FF常數，并等于常數，并等于a a2 2+b+b2 2-R-R2 2，其圓半徑，其圓半徑 R R1/2D1/2D2 2+E+E2 2-4F-4F。2）三角函數計算法三角函數計算法簡稱三角計算法。在手工編程中中，是進行數學處理時應重點掌握的方法之一。三角函數計算法常用的三角函數定理的表達式如下：正弦定理：正弦定理：a asinAsinAb bsinBsinBc csinCsinC2R2R余弦定理：余弦定理：cosA=cosA=b b2 2+c+c2 2-a-a

9、2 22bc2bc式中式中 a a、b b、cc分別為角分別為角A A、B B、C C所對邊的邊長；所對邊的邊長； RR三角形外接圓半徑。三角形外接圓半徑。例例4 45 5 采用三角函數法分析圖采用三角函數法分析圖4 41 1中切點中切點P P和和Q Q的坐標。的坐標。圖圖4 45 5 三角函數法示基點三角函數法示基點 3）CAD繪圖分析法 常用CAD軟件目前在國內常用的CAD繪圖軟件有AutoCAD和CAXA電子圖板等。AutoCAD是Autodesk公司的主導產品，是當今最為流行的繪圖軟件之一，具有強大的二維功能，如繪圖、編輯、填充和圖案繪制、尺寸標注以及二次開發(fā)等功能，同時還具有部分三維

10、繪圖功能。CADCAD繪圖分析基點與節(jié)點坐標繪圖分析基點與節(jié)點坐標采用采用CADCAD繪圖來分析基點與節(jié)點坐標時，首先應學繪圖來分析基點與節(jié)點坐標時，首先應學會一種會一種CADCAD軟件的使用方法，然后用該軟件繪制出軟件的使用方法，然后用該軟件繪制出零件二維零件圖并標出相應尺寸（通常是基點與零件二維零件圖并標出相應尺寸（通常是基點與工件坐標系原點間的尺寸），最后根據坐標系的工件坐標系原點間的尺寸），最后根據坐標系的方向及所標注的尺寸確定基點的坐標。方向及所標注的尺寸確定基點的坐標。CADCAD繪圖分析法的特點繪圖分析法的特點采用采用CADCAD繪圖分析法可以避免大量復雜的人工計算，繪圖分析法可

11、以避免大量復雜的人工計算，操作方便，基點分析精度高，出錯概率小。操作方便，基點分析精度高，出錯概率小。CADCAD繪圖分析基點坐標示例繪圖分析基點坐標示例例例4 46 6 用用CADCAD繪圖分析法求解圖繪圖分析法求解圖4 41 1中切點中切點M M和和N N的的坐標。坐標。四、操作實踐1、選擇加工用刀具粗加工左端面輪廓時，采用60V形刀片右偏刀（圖47a）；加工左端內凹接頭輪廓時，采用35菱形刀左偏刀（圖47b）此外，當進行批量加工時，還可采用特制的成形刀具（圖47c）五、綜合練習1 1、試采用子程序的編程方法編寫如圖、試采用子程序的編程方法編寫如圖4 48 8所示工件的加工程序。所示工件的

12、加工程序。課題二課題二 刀尖圓弧半徑補償編程刀尖圓弧半徑補償編程一、教學目標選擇圓弧車刀。了解刀具長度補償概念；掌握刀尖圓弧半徑補償的編程方法；掌握刀沿位置號的確定方法；采用刀尖圓弧半徑補償編寫實例加工程序；二、任務分析任務要求 如圖49所示工件，毛坯為32mmX68mm的45鋼，試編寫其數控車加工程序并進行加工。任務分析 本任務工件的輪廓包含較多的圓弧和圓錐表面，如采用尖形車刀進行編程與加工，則無法達到其精度要求。因此，為了保證圓弧和圓錐面的各項加工精度，精加工時，需選用帶有刀尖圓弧的車刀，并運用刀尖圓弧半徑補償指令進行編程。采用刀尖圓弧半徑補償進行編程時，刀具的刀沿位置號一定不能選錯。三、

13、理論與工藝知識1、刀具的補償功能（1）刀具補償功能的定義 編制數控車床加工程序時，理論上是將車刀刀尖看成一個點，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0.41.6之間），在數控編程過程中，一般不考慮刀具的長度與刀尖圓弧半徑，只需考慮刀位點與編程軌跡重合。但在實際加工過程中，由于刀尖圓弧半徑與刀具長度各不相同，在加工中會產生很大的加工誤差。因此實際加工時必須通過刀具補償指令，使數控機床根據實際使用的刀具尺寸，自動調整各坐標軸的移動量，確保實際加工輪廓和編程軌跡完全一致。數控機床根據刀具實際尺寸，自動改變機床坐標軸或刀具刀位點位置，使實際

14、加工輪廓和編程軌跡完全一致的功能，稱為刀具補償功能。（2）刀位點的概念所謂刀位點是指編制程序和加工時，用于表示刀具特征的點，也是對刀和加工的基準點。數控車刀的刀位點如圖410所示，尖形車刀的刀位點通常是指刀具的刀尖；圓弧形車刀的刀位點是指圓弧刃的圓心；成形刀具的刀位點也通常是指刀尖。2 2、刀具的偏置、刀具的偏置刀具偏置是用來補償假定刀具長度與基準刀具長度之差的功刀具偏置是用來補償假定刀具長度與基準刀具長度之差的功能。車床數控系統規(guī)定能。車床數控系統規(guī)定X X軸與軸與Z Z軸可同時實現刀具偏置。軸可同時實現刀具偏置。刀具偏置刀具偏置刀具幾何偏置：由于刀具的幾何形狀不同和刀刀具幾何偏置：由于刀具

15、的幾何形狀不同和刀 具安裝位置不同而產生的刀具具安裝位置不同而產生的刀具 偏置。偏置。刀具磨損偏置：由于刀具刀尖的磨損產生的刀刀具磨損偏置：由于刀具刀尖的磨損產生的刀 具偏置。具偏置。刀具偏置示例如圖411所示。以1號刀作為基準刀具，工件原點采用G54設定，則其他刀具與基準刀具的長度差值（短用負值表示）及轉刀后刀具從刀位點到A點的移動距離見表43。 表表4 43 3 刀具偏置補償示例刀具偏置補償示例FANUCFANUC系統的刀具幾何偏置參數設置如圖系統的刀具幾何偏置參數設置如圖4 41212所示，如所示，如要進行刀具磨損偏置設置則只需按下軟鍵磨耗即可要進行刀具磨損偏置設置則只需按下軟鍵磨耗即可

16、進入相應的設置畫面。進入相應的設置畫面。注意：圖中的代碼注意：圖中的代碼“T”T”指刀具切削沿類型，不是指刀具號，也不是指刀具補償號。指刀具切削沿類型，不是指刀具號，也不是指刀具補償號。 （2）利用刀具幾何補償進行對刀操作 對刀操作的定義 調整每把刀的刀位點，使其盡量重合于某一理想基準點，這一過程稱為對刀。 采用G54設定工件坐標系后進行對刀時，必須精確測量各刀具安裝后相對于基準刀具的刀具長度差值，給對刀帶來了諸多不便，而且基準刀具的對刀誤差還會直接影響其他刀具的加工精度。當采用G50或G92設定工件坐標系后進行對刀時，原設定的坐標系如遇關機即丟失，并且程序起點還不能為任意位置。所以，在數控車

17、床的對刀操作中，目前普遍采用刀具幾何偏置的方法進行。 對刀操作的過程 直接利用刀具幾何偏置進行對刀操作的過程如圖2.3.6所示，首先手動操作加工端面，記錄下這時刀位點的Z向機械坐標值（圖中z值，機械坐標值為相對于機床原點的坐標值）。再用手動操作方式加工外圓，記錄下這時刀位點的X向機械坐標值（圖中x1值），停機測量工件直徑D，用公式x=x1-D計算出主軸中心的機械坐標值。再將x、z值輸入相應的刀具幾何偏置存儲器中，完成該刀具的對刀操作。 其余刀具的對刀操作與上述方法相似，不過一般不采用試切法進行，而是用刀具的刀位點靠到工件表面即記錄下相應的z及x1尺寸，通過測量計算后將相應的x、z值輸入相應的刀

18、具幾何偏置存儲器中。3、刀尖圓弧半徑補償（G40、G41、G42）（1）刀尖圓弧半徑補償的定義在實際加工中，由于刀具產生磨損及精加工的需要，常將車刀的刀尖修磨成半徑較小的圓弧，這時的刀位點為刀尖圓弧的圓心。為確保工件輪廓形狀，加工時不允許刀具刀尖圓弧的圓心運動軌跡與被加工工件輪廓重合，而應與工件輪廓偏置一個半徑值，這種偏置稱為刀尖圓弧半徑補償。(2)(2)假想刀尖與刀尖圓弧半徑假想刀尖與刀尖圓弧半徑在理想狀態(tài)下，我們總是將尖形車刀的刀位點假想成一個點，該點即為假想刀尖在理想狀態(tài)下，我們總是將尖形車刀的刀位點假想成一個點，該點即為假想刀尖（圖（圖4 41313中的中的O O點），在對刀時也是以假

19、想刀尖進行對刀。但實際加工中的車刀，點），在對刀時也是以假想刀尖進行對刀。但實際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一個理想的點，而是一段圓弧是一個理想的點，而是一段圓?。▓D（圖4 41313中的中的BCBC圓?。A?。?。所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖圓所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖圓弧所構成的假想圓半徑（圖弧所構成的假想圓半徑（圖4 41313中的中的r r）。實際加工中，所有車刀）。實際加工中，所有車刀均有大小不等或近似的刀尖圓弧，均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖是不存在的。假想刀尖是不存在的。C C端面切削點端面切削點C C理想刀尖理想刀尖 外

20、徑切削點外徑切削點B B刀具刀具（3）未使用刀尖圓弧半徑補償時的加工誤差分析用圓弧刀尖的外圓車刀切削加工時，圓弧刃車刀（圖413）的對刀點分別為B點和C點，所形成的假想刀位點為O點，但在實際加工過程中，刀具切削點在刀尖圓弧上變動，從而在加工過程中可能產生過切或欠切現象。因此，采用圓弧刃車刀在不使用刀尖圓弧半徑補償功能的情況下，加工工件會出現如圖414所示的幾種誤差情況。1）加工臺階面或端面時，對加工表面的尺寸和形狀影響不大，但在端面的中心位置和臺階的清角位置會產生殘留誤差，如圖414a所示。2）加工圓錐面時，對圓錐的錐度不會產生影響，但對錐面的大小端尺寸會產生較大的影響，通常情況下，會使外錐面

21、的尺寸變大（圖414b），而使內錐面的尺寸變小。3）加工圓弧時，會對圓弧的圓度和圓弧半徑產生影響。加工外凸圓弧時，會使加工后的圓弧半徑變小，如圖414c所示。加工內凹圓弧時，會使加工后的圓弧半徑變大，如圖414d所示。（4）刀尖圓弧半徑補償指令1）指令格式 G41 G01/G00 X_ Y_ F_；（刀尖圓弧半徑左補償） G42 G01/G00 X_ Y_ F_；（刀尖圓弧半徑右補償） G40 G01/G00 X_ Y_； （取消刀尖圓弧半徑補償）2）指令說明編程時，刀尖圓弧半徑補償偏置方向的判別如圖415所示。 （5）圓弧車刀刀具切削沿位置的確定數控車床采用刀尖圓弧半徑補償進行加工時，如果刀

22、具的刀尖形狀和切削時所處的位置（即刀具切削沿位置）不同，那么刀具的補償量與補償方向也不同。根據各種刀尖形狀及刀尖位置的不同，數控車刀的刀具切削沿位置共有9種，如圖416所示。除9號刀具切削沿外，數控車床的對刀均是以假想刀位點進行的。也就是說，在刀具偏置存儲器中或G54坐標系設定的值是通過假想刀尖點（圖416c中P點）進行對刀后所得的機床坐標系中的絕對坐標值。 圖圖4 416 16 數控車床的刀具切削沿位置數控車床的刀具切削沿位置 a)a)后置刀架，后置刀架，+Y+Y軸向外軸向外 b)b)前置刀架，前置刀架，+Y+Y軸向內軸向內P P假想刀尖點假想刀尖點 S S刀具切削沿加以位置刀具切削沿加以位置 r r刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑數控車床刀尖圓