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1、有些机器零件表面的轴向剖面呈曲线形，如椭球手柄、圆球手柄等，具有这种特征的表面叫成形面。在普通车床上加工成形面可以根据工件的精度要求和批量大小采用双手控制法，该技术难度大，加工精度不高；可采用成形法，即使用成形刀具加工，此方法适用于轴向尺寸不长的简单成形面；对于精度要求较高、批量较大的成形面，还可采用仿形法、专业工具法加工。然而，随着数控技术的发展和普及，利用数控车床的两轴联动功能及圆弧插补指令，可以联动控制X和Z坐标轴方便地进行曲线轮廓零件的加工，同时加工精度及加工效率也得到了大大的提高。 本项目重点讲述凹、凸圆弧的G02、G03车削方法，及刀具半径的补偿指令G40、G41、G42。,项目四
2、 圆弧加工,这里输入标题,学习目标 1)熟悉圆弧面数控车削加工路线，并能合理确定轮廓粗、精加工路线。 2)掌握圆弧面相关尺寸计算，并能准确计算出轮廓上各基点的坐标。 3)掌握圆弧插补指令G02/G03的指令格式、功能，掌握顺逆圆弧的判别方法。 4)能够根据加工要求完成圆弧面零件的编程与加工。,任务 粗车循环G71加工圆弧,知识 G02、G03指令,1.圆弧面的数控车削加工方法 有些机器零件的表面轴向剖面呈圆弧线，如椭圆手柄、圆球手柄等，具有这些特征的表面叫成形面。如果在普通车床上加工圆弧面，其难度较大，加工精度不高，劳动强度也较大。但在数控车床上，利用数控车床的两轴联动功能及圆弧插补指令，可以
3、联动控制X坐标轴和Z坐标轴方便地进行圆弧面轮廓零件的加工，同时加工精度及加工效率也得到大大提高。 (1)车削凸圆弧面的方法 1)车锥法 如图4-1(a)所示，根据加工余量，采用圆锥分层切削的办法将加工余量去除后，再进行圆弧精加工。采用这种方法加工时，加工效率高，但计算麻烦。,图4-1 车削凸圆弧面的方法 2)同心圆分层切削法 如图4-1b所示，根据加工余量，采用不同的圆弧半径，同时在两个方向上向所加工的圆弧偏移，最终将圆弧加工出来。采用这种方法加工时，每次进给的加工余量相等，圆弧的起点、终点坐标容易确定，数值计算简单，编程方便，但空行程较多。 3)圆弧偏移法 如图4-1c所示，根据加工余量，通
4、过移动圆心的位置，并用相同的圆弧半径，渐进地向机床的某一坐标轴方向偏移，最终将圆弧加工出来。采用这种方法加工时，编程简便，但空行程较多。,(2)车削凹圆弧面的方法 图4-2所示为切削凹圆弧面时的几种常用方法。 采用同心圆分层切削法(图4-2a)和圆弧偏移法（图4-2b）的特点与凸圆弧加工类似。此外，还常用以下两种方法： 1)变半径分层切削法 如图4-2c所示，根据加工余量，采用起点坐标、终点坐标固定，改变半径的分层切削法最终将圆弧加工出来。编程时只需计算变半径值，并注意半径值与背吃刀量匹配。 2)切梯形槽法 如图4-2d所示，对于较深凹圆弧的加工，可采用切梯形槽的方法先去除大部分加工余量，再进
5、行圆弧精加工。,图4-2 车削凹圆弧面的方法,(3)对以上加工路线的比较和分析如下： 1)程序段最少的为同心圆分层切削法及圆弧偏移法。 2)加工路线最短的为同心圆分层切削法，其余依次为变半径分层切削法、切梯形槽法及圆弧偏移法。 3)计算和编程最简单的为圆弧偏移法（可利用程序循环功能），其余依次为同心圆分层切削法、变半径分层切削法、切梯形槽法。 4)金属切除率最高、切削力分布最合理的为切梯形槽法。 5)精车余量最均匀的为同心圆分层切削法,2.圆弧插补指令 G02、G03 1)指令格式,G02 X(U)_ Z(W)_ R_ F_； G03 I_K_ 其中：X_、Z_是绝对编程时，圆弧终点在工件坐标
6、系中的坐标; U_、 W_是增量编程时，圆弧终点相对于圆弧起点的位移量; I_、K_是圆心相对于圆弧起点的增加量（等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标， 在绝对、增量编程时都是以增量方式指定，在直径、半径编程时I都是半径值）; R_是圆弧半径，圆弧圆心角小于180时，R为正值，否则R为负值; F_是进给速度。 2)功能 刀具在指定平面内按给定的进给速度作圆弧运动，车削圆弧轮廓。 3)指令说明,顺逆圆弧判断。顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面（如ZX平面）的坐标（如Y轴）的正方向到负方向看到的回转方向，顺时针方向圆弧为G02顺圆，逆时针方向弧为G03逆圆。在判断圆弧的顺逆方向时，一定要注意刀架的位
7、置及Y轴的方向，图4-3所示。前置刀架与后置刀架正好相反。,图4-3 圆弧插补方向规定 a)圆弧顺逆方向 b）刀架位置,圆弧半径的确定。圆弧半径R有正值与负值之分。当圆弧圆心角小于或等于180（图4-4中圆弧1）时，程序中的R用正值表示。当圆弧圆心角大于180并小于360 (图4-4中圆弧2）时，R用负值表示。通常情况下，数控车床上所加工的圆弧的圆心角小于180。 整圆编程时不可以使用R，只能用I、K。 同时编入R与I、K时，R有效。,例：如图4-4中轨迹AB，用R指令格式编写的程序段如下 AB1: G03 X60.0 Z40.0 R50.0 F200; AB2: G03 X60.0 Z40.
8、0 R-50.0 F200;,图4-4 圆弧半径正负值的判断,3.圆弧相关计算及编程,试按圆弧偏移法的加工工艺编写如图4-5所示工件的加工程序（外圆已加工完）。 (1)相关计算 1)确定X方向圆弧加工余量 i= CD= OD-OC= OD-,=(20-,2)估算粗车次数d 粗车次数可由下式估算 d=（X方向圆弧加工余量i -精加工余量u）单边背吃刀量ap d=( i - u)/ap= (2.68-0.2)/1.5 2次,)mm =2.68mm,图4-5圆弧计算编程实例图,(2)程序编制见表4-1 工件加工的参考程序如表4-1所示,表4-1程序卡（供参考）,知识 G40、G41、G42指令,1.
9、刀尖圆弧半径补偿 (1)刀尖圆弧半径补偿的定义 带有刀尖圆弧的车刀的刀位点为刀尖圆弧的圆心。为确保工件加工后的轮廓形状，加工时刀尖圆弧的圆心运动轨迹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。圆弧形车刀的切削刃半径偏置也与其相同。 (2)刀尖圆弧半径补偿指令格式 G41 G01/G00 X_ Z_ F_;刀尖圆弧半径左补偿 G42 G01/G00 X_Z_F_：刀尖圆弧半径右补偿 G40 G01/G00 X_Z_F_；取消刀尖圆弧半径补偿 (3)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： 刀补的建立、刀补的进行和刀补的取消。 其补偿过程是AB：刀补建立，BCDE：刀补进
10、行，EF：刀补取消，如图4-6所示,。,图4-6 刀尖圆弧半径补偿过程,补偿过程的加工程序如表4-2所示,表4-2程序卡（供参考）,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。 刀具补偿过程通过G42程序段建立。当执行G42程序段后，车刀圆弧刃的圆心坐标位置由以下方法确定：将包含G42语句的下边两个程序段预读，连接在补偿平面内最近两移动语句的终点坐标（见图4-6中的BC连线），其连线的垂直方向为偏置方向，根据G41或G42来确定偏向哪一边，偏置的大小由刀尖圆弧半径值决定。
11、经补偿后，车刀圆弧刃的圆心位于图4-6中的B点处，其坐标值为0，（0+刀尖圆弧半径）。 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。 在该补偿模式下，机床同样要预读两段程序,找出当前程序段所示刀具轨迹与下一程序段偏置后的刀具轨迹交点，以确保机床把下一段工件轮廓向外补偿一个偏置量，如图4-6中的C点、D点等。 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为刀补取消，如图4-6中的EF段，通过指令G40来执行。,2.刀具切削沿位置及刀具参数的设置,(1)常用车刀的切削沿位置号如图4-7所
12、示,图4-7 常用车刀的切削沿位置号 a）后置刀架，+Y轴垂直向纸面外时的切削沿位置号 b）前置刀架，+Y轴垂直向纸面内时的切削沿位置号,这里输入标题,(2)刀具参数的设置,在FANUC车削系统中，刀具半径补偿号由T指令指定，本例中为T0101。其刀尖圆弧补偿号与刀具偏置补偿号对应，图4-8所示显示画面“001”中相对应的“TIP3”即是指该刀具的切削沿位置号是3号，对应的“0.400”即是指该刀具的半径补偿值（刀尖圆弧半径为0.4mm）。,图4-8 FANUC系统刀具补偿参数设定,(3) 刀具切削沿位置的确定 由于刀具刀尖圆弧的影响，在车锥度和圆弧时就有1个刀尖圆弧半径误差，为了使数控系统对
13、刀尖圆弧半径的误差进行自动补偿，就要进行刀具切削沿位置的确定。,1）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4-9所示。不管前置刀架还是后置刀架，外圆右偏车刀的刀具切削沿位置都是3。,图4-9 数控车床的刀具切削沿位置 a)刀架前置 b)刀架后置,3）参数的设置 在FANUC车削系统中，刀尖圆弧半径补偿号由T指令指定，如T0202，后一个02既是刀具补偿号，也是刀尖圆弧补偿号，如图4-8显示画面G001中的TIP下面的“ 3”即是指该刀具的切削沿位置号是3号，对应的“R0.4”即是指刀具的半径补偿值为0.4mm。,2）刀尖圆弧半径补偿值的确定 刀具的半径补偿值看
14、车刀的刀片标注，一般常用的有0.2mm、0.4mm、0.8mm等。,知识 G71加工带圆弧低台阶轴,1.圆弧面的编程及加工操作方法,在数控车床上完成图4-10所示圆弧轴零件，毛坯尺寸为32mm100mm，材料为45钢。,图4-10 圆弧轴零件,(1)分析零件图,该零件为一个比较简单的圆弧轴，尺寸精度和表面粗糙度要求不高，右端有2个外圆2个圆弧，由于工件结构简单，采用手动切断和倒角。,(2)工艺分析,1)该零件右端单调增大，可在一次装夹中完成零件车削。 2)零件右端轮廓可采用分层粗、精车的加工方法。 3)装夹加工时，将工件坐标系原点设定在工件右端面中心上。程序换刀点都设在(X100.0，Z100
15、.0)的位置上。,(3)刀具的选择 ：,刀具及切削用量的选择如表4-3所示。,表4-3刀具卡,(4)量具选择 加工中使用的量具如表4-4所示,表4-4 量具清单,(5)数值计算,零件轮廓连接处各基点坐标值：换刀点（100.0,100.0）、切入点(0,2.0)、A点(0,0)、B点(15.0,-7.5)、C点(15.0,-15.5)、D点(16.0,-15.5)、E点(20.0,-17.5)、F点(20.0,-37.5)、M点(30.0,-42.5)、N点(30.0,-57.5)。,(6)工件参考程序见表4-5 工件加工的参考程序如表4-5所示,表4-5 程序卡（供参考）,注意事项 1)编程时
16、注意正确判断圆弧的顺逆，确定使用插补指令G02或G03。 2)在刀具补偿模式下，一般不允许存在连续两段以上的补偿平面内非移动指令，否则刀具也会出现过切等危险动作。补偿平面非移动指令通常指：仅有G、M、S、F、T指令的程序段（如G90、M05）及程序暂停程序段(G04 X10.0)。 3)程序中如果有刀具半径补偿( G41、G42)，刀尖起点必须离工件端面距离大于刀尖半径，不然会撞刀。 4)程序结束时，必须用G40清除刀补。,任务 封闭轮廓复合循环G73加工圆弧,学习目标,1)能合理确定复杂外形零件的加工方案，合理选择加工工艺路线。 2)掌握封闭轮廓复合循环G73的指令格式、功能及使用方法。 3)正确理解G73指令参数的含义和循环加工轨迹的特点，并合理确定循环参数。 4)掌握车削复杂外形零件车刀的相关知识及使用。 5)能够根据加工要求完成复杂外形零件的编程与加工。,这里输入标题,知识 G73指令,1.封闭轮廓复合循环G73 (1)封闭轮廓复合循环G73 1)指令格
