《数控加工工艺编程与操作》单元四课件

1、数控加工工艺编程与操作单元四课件子程序与刀尖圆弧半径补偿 课题二课题二 刀尖圆弧半径补偿刀尖圆弧半径补偿课题一课题一 子程序子程序掌握子程序编程的方法；掌握数控编程的数值计算方法；完成零件的子程序编程并进行加工。一、教学目标课题一课题一 子子 程程 序序二、任务分析任务要求 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 1、子程序编程、子程序编程（1 1）子程序的概念）子程序的概念1 1）子程序的定义）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。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

2、序的主体部分，不同的零主程序：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。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，在实现某种子程序：能被其他程序调用，在实现某种功能功能后能自动返回到调用程序去的程后能自动返回到调用程序去的程序。序。 2 2）子程序的嵌套）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。FANUC 0i系统最多只允许4级子程序嵌套（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M0

3、2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

4、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：3）子程序调用的特殊用法 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，则子程序在返回主程序时，将返回到主程序中程序段段号为n的那个程序段，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）自动返回到程序开始段如果在主程序中执行M99，则程序将返回到主程序的开始程序段并继续执行主程序。也可以在主程序中插入M99 Pn，用于返回到指定的程序段。为了能够执行后面的程序，通常在该指令前加“/”，以便在不需要返回执行时，跳过该程序段。例如：/M99 P100；强制改变子程序重复执行的次数用M99 LXX指令可强制改变子程序重复执行的次数，其中LXX表示子程序调用的次数。例如，如果主程序用M98 PXX L99，而子程序采用M99 L2返回，则子程序重复执行的次数为2次。注意：注意：在编写子程序的过程中，最好采用增量坐标方式进行编程，以避免错误发生。 2、手工编程中的数值计

6、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点称为基点。如图43 中的中的A A、B B、C C、D D、E E和和F F等点等点 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，称为拟合处拟合处理。理。拟合线段的交点或切点就称为节点。节点。如图如图44中的中的P1、P2、P3、P4、P5等点为直线等点为直线拟合非圆曲线时的节点。拟合非圆曲线时的节点。（2 2）基点计算方法

7、）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：（圆的标准方程为：（x-a)x-a)2 2+(y-b)+(y-b)2 2=R=R2 2式中式中 a a、bb圆心的横、纵坐标；圆心的横、纵坐标； RR圆的半径。圆的半径。圆的一般方程为：圆的一般方程为：x x2 2+y+y2 2+Dx+Ey+F=0+Dx+Ey+F=0式中式中 DD常数，并等于常数，并等

8、于-2a-2a，a a为圆心的横坐标；为圆心的横坐标； EE常数，并等于常数，并等于-2b-2b，b b为圆心的纵坐标；为圆心的纵坐标； FF常数，并等于常数，并等于a a2 2+b+b2 2-R-R2 2，其圆半径，其圆半径 R R1/2D1/2D2 2+E+E2 2-4F-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：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分别为角分别为角A A、B B、C C所对边的边长；所对边的边长； RR三角形外接圆半径。三角形外接圆半径。例例4 45 5 采用三角函数法分析图采用三角函数法分析图4 41 1中切点中切点P P和和Q Q的坐标。的坐标。图图4 45 5 三角函数法示基点三角函数法示基点 3）CAD绘图分析法 常用CAD软件目前在国内常用的CAD绘图软件有AutoCAD和CAXA电子图板等。AutoCAD是Autodesk公司的主导产品，是当今最为流行的绘图软件之一，具有强大的二维功能，如绘图、编辑、填充和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时还具有部分三维

10、绘图功能。CADCAD绘图分析基点与节点坐标绘图分析基点与节点坐标采用采用CADCAD绘图来分析基点与节点坐标时，首先应学绘图来分析基点与节点坐标时，首先应学会一种会一种CADCAD软件的使用方法，然后用该软件绘制出软件的使用方法，然后用该软件绘制出零件二维零件图并标出相应尺寸（通常是基点与零件二维零件图并标出相应尺寸（通常是基点与工件坐标系原点间的尺寸），最后根据坐标系的工件坐标系原点间的尺寸），最后根据坐标系的方向及所标注的尺寸确定基点的坐标。方向及所标注的尺寸确定基点的坐标。CADCAD绘图分析法的特点绘图分析法的特点采用采用CADCAD绘图分析法可以避免大量复杂的人工计算，绘图分析法可

11、以避免大量复杂的人工计算，操作方便，基点分析精度高，出错概率小。操作方便，基点分析精度高，出错概率小。CADCAD绘图分析基点坐标示例绘图分析基点坐标示例例例4 46 6 用用CADCAD绘图分析法求解图绘图分析法求解图4 41 1中切点中切点M M和和N N的的坐标。坐标。四、操作实践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47a）；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 1、试采用子程序的编程方法编写如图、试采用子程序的编程方法编写如图4 48 8所示工件的加工程序。所示工件的

12、加工程序。课题二课题二 刀尖圆弧半径补偿编程刀尖圆弧半径补偿编程一、教学目标选择圆弧车刀。了解刀具长度补偿概念；掌握刀尖圆弧半径补偿的编程方法；掌握刀沿位置号的确定方法；采用刀尖圆弧半径补偿编写实例加工程序；二、任务分析任务要求 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、

13、理论与工艺知识1、刀具的补偿功能（1）刀具补偿功能的定义 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

14、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 2、刀具的偏置、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。车床数控系统规定能。车床数控系统规定X X轴与轴与Z Z轴可同时实现刀具偏置。轴可同时实现刀具偏置。刀具偏置刀具偏置刀具几何偏置：由于刀具的几何形状不同和刀刀具几何偏置：由于刀具

15、的几何形状不同和刀 具安装位置不同而产生的刀具具安装位置不同而产生的刀具 偏置。偏置。刀具磨损偏置：由于刀具刀尖的磨损产生的刀刀具磨损偏置：由于刀具刀尖的磨损产生的刀 具偏置。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。 表表4 43 3 刀具偏置补偿示例刀具偏置补偿示例FANUCFANUC系统的刀具几何偏置参数设置如图系统的刀具几何偏置参数设置如图4 41212所示，如所示，如要进行刀具磨损偏置设置则只需按下软键磨耗即可要进行刀具磨损偏置设置则只需按下软键磨耗即可

16、进入相应的设置画面。进入相应的设置画面。注意：图中的代码注意：图中的代码“T”T”指刀具切削沿类型，不是指刀具号，也不是指刀具补偿号。指刀具切削沿类型，不是指刀具号，也不是指刀具补偿号。 （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

17、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

18、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)(2)假想刀尖与刀尖圆弧半径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（图4 41313中的中的O O点），在对刀时也是以假

19、想刀尖进行对刀。但实际加工中的车刀，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，由于工艺或其他要求，刀尖往往不由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一个理想的点，而是一段圆弧是一个理想的点，而是一段圆弧（图（图4 41313中的中的BCBC圆弧）。圆弧）。所谓刀尖圆弧半径是指车刀刀尖圆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（图弧所构成的假想圆半径（图4 41313中的中的r r）。实际加工中，所有车刀）。实际加工中，所有车刀均有大小不等或近似的刀尖圆弧，均有大小不等或近似的刀尖圆弧，假想刀尖是不存在的。假想刀尖是不存在的。C C端面切削点端面切削点C C理想刀尖理想刀尖 外

20、径切削点外径切削点B B刀具刀具（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

21、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

22、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。 图图4 416 16 数控车床的刀具切削沿位置数控车床的刀具切削沿位置 a)a)后置刀架，后置刀架，+Y+Y轴向外轴向外 b)b)前置刀架，前置刀架，+Y+Y轴向内轴向内P P假想刀尖点假想刀尖点 S S刀具切削沿加以位置刀具切削沿加以位置 r r刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径数控车床刀尖圆