《数控加工工艺编程与操作》单元四幻灯片

1、,数控加工工艺编程与操作 FANUC系统车床分册,单元四 子程序与刀尖圆弧半径补偿,子程序与刀尖圆弧半径补偿,课题二 刀尖圆弧半径补偿,课题一 子程序,课题一 子 程 序,任务要求 试编写图41所示液化气灶管接头右端轮廓的加工程序（左端轮廓及螺纹加工程序后叙）。,三、相关理论,1、子程序编程,（1）子程序的概念 1）子程序的定义 机床的加工程序可以分为主程序和子程序两种。 主程序：是一个完整的零件加工程序，或是零件加工程序的主体部分，不同的零件或不同的加工要求，都有唯一的主程序。 子程序：能被其他程序调用，在实现某种功能后能自动返回到调用程序去的程序。,2）子程序的嵌套,为了进一步简化加工程序，可以允许其子程序再调用另一个子程序，这一功能称为子程序的嵌套，如图42所示。,（2）子程序的调用 1）子程序的格式 子程序和主程序在程序号及程序内容方面基本相同，仅结束标记不同。主程序用M02或M30表示其结束，而子程序在FANUC系统中则用M99表示结束，并实现自动返回主程序功能。如下述子程序： O0401； G01 U-1.0 W0; . . . G28 U0 W0; M99;,2)子程序在

2、FANUC系统中的调用 在FANUC 0i数控系统中，子程序的调用可通过辅助功能指令M98指 令进行，同时在调用格式中将子程序的程序号地址改为P，其常用 的子程序调用格式有两种： 格式一：M98 PXXXX LXXXX； 例41 M98 P100 L5； 例42 M98 P100； 其中，地址符P后面的四位数字为子程序号，地址L后面的数字表 示重复调用的次数，子程序号及调用次数前的0可省略不写。如果 只调用子程序一次，则地址L及其后的数字可省略。,格式二：M98 PXXXXXXXX； 例43 M98 P50010； 例44 M98 P0510；,地址P后面的八位数字中，前四位表示调用次数，后四 位表示子程序号，采用这种调用格式时，调用次数前 的0可以省略不写，但子程序号前的0不可省略。(注意： 同一系统中，两种子程序的调用格式不能混合使用。）,子程序的执行过程示例如下：,主程序：,2、手工编程中的数值计算 根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程 误差，计算数控系统所需输入的数据，称为数控加工 的数值计算。,（1）基点、节点的概念 1）基点的概念 构成零件轮廓的不同几何元素的连接

3、点称为基点。如图43 中的A、B、C、D、E和F等点,2）节点的概念 当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆 曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常常需 要用直线或圆弧去近似代 替非圆曲线，称为拟合处 理。 拟合线段的交点或切点就 称为节点。 如图44中的P1、P2、 P3、P4、P5等点为直线 拟合非圆曲线时的节点。,（2）基点计算方法,常用的基点计算方法有列方程求解法、三角函数法、 CAD绘图求解法等。 1）列方程求解法 直线方程的一般形式为：Ax+By+C=0 式中A、B、C任意实数，并且A、B不能同时为零。 直线方程的标准形式：y=kx+b 式中 k直线的斜率，即倾斜角的正切值； b直线在Y轴上的截距。,圆的标准方程为：（x-a)2+(y-b)2=R2 式中 a、b圆心的横、纵坐标； R圆的半径。 圆的一般方程为：x2+y2+Dx+Ey+F=0 式中 D常数，并等于-2a，a为圆心的横坐标； E常数，并等于-2b，b为圆心的纵坐标； F常数，并等于a2+b2-R2，其圆半径 R1/2D2+E2-4F。,2）三角函数计算法 三角函数计算法简称三角计算法。在手工编程中

4、 中，是进行数学处理时应重点掌握的方法之一。 三角函数计算法常用的三角函数定理的表达式如 下：,式中 a、b、c分别为角A、B、C所对边的边长； R三角形外接圆半径。,例45 采用三角函数法分析图41中切点P和Q的坐标。,图45 三角函数法示基点,1、选择加工用刀具 粗加工左端面轮廓时，采用60V形刀片右偏刀（图4 7a）；加工左端内凹接 头轮廓时，采用35菱 形刀左偏刀（图47b） 此外，当进行批量加工 时，还可采用特制的成 形刀具（图47c）,五、综合练习,1、试采用子程序的编程方法编写如图48所示工件的加工程序。,课题二 刀尖圆弧半径补偿编程,任务要求 如图49所示工件，毛坯为32mmX68mm的45钢，试编写 其数控车加工程序并进行加工。,任务分析 本任务工件的轮廓包含较多的圆弧和圆锥表面，如采用尖形车刀进行编程与加工，则无法达到其精度要求。因此，为了保证圆弧和圆锥面的各项加工精度，精加工时，需选用带有刀尖圆弧的车刀，并运用刀尖圆弧半径补偿指令进行编程。 采用刀尖圆弧半径补偿进行编程时，刀具的刀沿位置号一定不能选错。,三、理论与工艺知识,1、刀具的补偿功能 （1）刀具补偿功能的

5、定义 编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，但为了提高刀具的使用 寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径 R是0.41.6之间），在数控编程过程中，一般不考虑刀具的长度与刀尖圆弧半径，只 需考虑刀位点与编程轨迹重合。但在实际加工过程中，由于刀尖圆弧半径与刀具长度 各不相同，在加工中会产生很大的加工误差。因此实际加工时必须通过刀具补偿指令， 使数控机床根据实际使用的刀具尺寸，自动调整各坐标轴的移动量，确保实际加工轮廓 和编程轨迹完全一致。数控机床根据刀具实际尺寸，自动改变机床坐标轴或刀具刀位点 位置，使实际加工轮廓和编程轨迹完全一致的功能，称为刀具补偿功能。,（2）刀位点的概念 所谓刀位点是指编制程序和加工时，用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。数控车刀的刀位点如图410所示，尖形车刀的刀位点通常是指刀具的刀尖；圆弧形车刀的刀位点是指圆弧刃的圆心；成形刀具的刀位点也通常是指刀尖。,2、刀具的偏置 刀具偏置是用来补偿假定刀具长度与基准刀具长度之差的功能。车床数控系统规定X轴与Z轴可同时实现刀具偏置。,刀具偏置,刀具几何偏置：由于

6、刀具的几何形状不同和刀 具安装位置不同而产生的刀具 偏置。,刀具磨损偏置：由于刀具刀尖的磨损产生的刀 具偏置。,刀具偏置示例如图411 所示。以1号刀作为基准 刀具，工件原点采用G54 设定，则其他刀具与基 准刀具的长度差值（短 用负值表示）及转刀后 刀具从刀位点到A点的移 动距离见表43。,表43 刀具偏置补偿示例,FANUC系统的刀具几何偏置参数设置如图412所示，如 要进行刀具磨损偏置设置则只需按下软键磨耗即可 进入相应的设置画面。,（2）利用刀具几何补偿进行对刀操作 对刀操作的定义 调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。 采用G54设定工件坐标系后进行对刀时，必须精确测量各刀具安装后相对于基准刀具的刀具长度差值，给对刀带来了诸多不便，而且基准刀具的对刀误差还会直接影响其他刀具的加工精度。当采用G50或G92设定工件坐标系后进行对刀时，原设定的坐标系如遇关机即丢失，并且程序起点还不能为任意位置。所以，在数控车床的对刀操作中，目前普遍采用刀具几何偏置的方法进行。, 对刀操作的过程 直接利用刀具几何偏置进行对刀操作的过程如图2.3.6所示，首先手动操作加

7、工端面，记录下这时刀位点的Z向机械坐标值（图中z值，机械坐标值为相对于机床原点的坐标值）。再用手动操作方式加工外圆，记录下这时刀位点的X向机械坐标值（图中x1值），停机测量工件直径D，用公式x=x1-D计算出主轴中心的机械坐标值。再将x、z值输入相应的刀具几何偏置存储器中，完成该刀具的对刀操作。,其余刀具的对刀操作与上述方法相似，不过一般不采用试切法进行，而是用刀具的刀位点靠到工件表面即记录下相应的z及x1尺寸，通过测量计算后将相应的x、z值输入相应的刀具几何偏置存储器中。,3、刀尖圆弧半径补偿（G40、G41、G42） （1）刀尖圆弧半径补偿的定义 在实际加工中，由于刀具产生磨损及精加工的需要，常将车刀的刀尖修磨成半径较小的圆弧，这时的刀位点为刀尖圆弧的圆心。为确保工件轮廓形状，加工时不允许刀具刀尖圆弧的圆心运动轨迹与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏置一个半径值，这种偏置称为刀尖圆弧半径补偿。,(2)假想刀尖与刀尖圆弧半径 在理想状态下，我们总是将尖形车刀的刀位点假想成一个点，该点即为假想刀尖 （图413中的O点），在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但实际加工中的车刀， 由于工艺或

8、其他要求，刀尖往往不 是一个理想的点，而是一段圆弧 （图413中的BC圆弧）。 所谓刀尖圆弧半径是指车刀刀尖圆 弧所构成的假想圆半径（图413 中的r）。实际加工中，所有车刀 均有大小不等或近似的刀尖圆弧， 假想刀尖是不存在的。,C,（3）未使用刀尖圆弧半径补偿时的加工误差分析 用圆弧刀尖的外圆车刀切削加工时，圆弧刃车刀（图413）的对刀点分别为B点和C点，所形成的假想刀位点为O点，但在实际加工过程中，刀具切削点在刀尖圆弧上变动，从而在加工过程中可能产生过切或欠切现象。因此，采用圆弧刃车刀在不使用刀尖圆弧半径补偿功能的情况下，加工工件会出现如图414所示的几种误差情况。,1）加工台阶面或端面时，对加工表面的尺寸和形状影响不大，但在端面的中心位置和台阶的清角位置会产生残留误差，如图414a所示。,2）加工圆锥面时，对圆锥的锥度不会产生影响，但对锥面的大小端 尺寸会产生较大的影响，通常情况下，会使外锥面的尺寸变大（图 414b），而使内锥面的尺寸变小。,3）加工圆弧时，会对圆弧的圆度和圆弧半径产生影响。加工外凸圆 弧时，会使加工后的圆弧半径变小，如图414c所示。加工内凹圆 弧时，会使加工

9、后的圆弧半径变大，如图414d所示。,（4）刀尖圆弧半径补偿指令 1）指令格式 G41 G01/G00 X_ Y_ F_；（刀尖圆弧半径左补偿） G42 G01/G00 X_ Y_ F_；（刀尖圆弧半径右补偿） G40 G01/G00 X_ Y_； （取消刀尖圆弧半径补偿） 2）指令说明 编程时，刀尖圆弧半径补偿偏置方向的判别如图415所示。,（5）圆弧车刀刀具切削沿位置的确定 数控车床采用刀尖圆弧半径补偿进行加工时，如果刀具的刀尖形状和切削时所处的位置（即刀具切削沿位置）不同，那么刀具的补偿量与补偿方向也不同。根据各种刀尖形状及刀尖位置的不同，数控车刀的刀具切削沿位置共有9种，如图416所示。 除9号刀具切削沿外，数控车床的对刀均是以假想刀位点进行的。也就是说，在刀具偏置存储器中或G54坐标系设定的值是通过假想刀尖点（图416c中P点）进行对刀后所得的机床坐标系中的绝对坐标值。,图416 数控车床的刀具切削沿位置 a)后置刀架，+Y轴向外 b)前置刀架，+Y轴向内 P假想刀尖点 S刀具切削沿加以位置 r刀尖圆弧半径,数控车床刀尖圆弧半径补偿G41/G42的指令后不带任何补偿号。在 FANUC系统中，该补偿号（代表所用刀具对应的刀尖圆弧半径补偿 值）由T指令指定，其刀尖圆弧半径补偿号与刀具集团补偿号对应， 如图412显示画面“G04”中相对应的“T3”即是指该刀具的切削沿位 置号是3号。常用车刀的刀沿位置号如图417所示。,（6）刀尖圆弧半径补偿过程 刀尖圆弧半径补偿的过程分为三步；即刀补的建立、刀补的进行和刀补的取消。其补偿过程通过图418和加工程序O0044共同说明。,1）刀补建立 刀补的建立指刀具从起点接近工件时，车刀圆弧刃的圆心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。该过程的实现必须与G00或G01功能在一起才有效。 2）刀补进行 在G41或G42程序段后，程序进入补偿模式，此时车刀圆弧刃的圆心与编程轨迹始终相距一个偏置量，直到刀补取消。 3）刀补取消 刀具离开工件，车刀圆弧刃的圆心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程称

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