數(shù)控加工工藝編程與操作單元四解讀第1頁(yè)/共53頁(yè)單元四子程序與刀尖圓弧半徑補(bǔ)償

課題二刀尖圓弧半徑補(bǔ)償課題一子程序第2頁(yè)/共53頁(yè)掌握子程序編程的方法；掌握數(shù)控編程的數(shù)值計(jì)算方法；完成零件的子程序編程并進(jìn)行加工。一、教學(xué)目標(biāo)課題一子程序第3頁(yè)/共53頁(yè)二、任務(wù)分析任務(wù)要求試編寫圖4－1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）。第4頁(yè)/共53頁(yè)三、相關(guān)理論1、子程序編程（1）子程序的概念1）子程序的定義機(jī)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(gè)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。子程序：能被其他程序調(diào)用，在實(shí)現(xiàn)某種功能后能自動(dòng)返回到調(diào)用程序去的程序。

第5頁(yè)/共53頁(yè)2）子程序的嵌套為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化加工程序，可以允許其子程序再調(diào)用另一個(gè)子程序，這一功能稱為子程序的嵌套，如圖4－2所示。FANUC0i系統(tǒng)最多只允許4級(jí)子程序嵌套第6頁(yè)/共53頁(yè)（2）子程序的調(diào)用

1）子程序的格式

子程序和主程序在程序號(hào)及程序內(nèi)容方面基本相同，僅結(jié)束標(biāo)記不同。主程序用M02或M30表示其結(jié)束，而子程序在FANUC系統(tǒng)中則用M99表示結(jié)束，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回主程序功能。如下述子程序：

O0401；

G01U-1.0W0;

.

.

.

G28U0W0;

M99;第7頁(yè)/共53頁(yè)2)子程序在FANUC系統(tǒng)中的調(diào)用在FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)中，子程序的調(diào)用可通過輔助功能指令M98指令進(jìn)行，同時(shí)在調(diào)用格式中將子程序的程序號(hào)地址改為P，其常用的子程序調(diào)用格式有兩種：格式一：M98PXXXXLXXXX；例4－1M98P100L5；例4－2M98P100；其中，地址符P后面的四位數(shù)字為子程序號(hào)，地址L后面的數(shù)字表示重復(fù)調(diào)用的次數(shù)，子程序號(hào)及調(diào)用次數(shù)前的0可省略不寫。如果只調(diào)用子程序一次，則地址L及其后的數(shù)字可省略。第8頁(yè)/共53頁(yè)格式二：M98PXXXXXXXX；例4－3M98P50010；例4－4M98P0510；地址P后面的八位數(shù)字中，前四位表示調(diào)用次數(shù)，后四位表示子程序號(hào)，采用這種調(diào)用格式時(shí)，調(diào)用次數(shù)前的0可以省略不寫，但子程序號(hào)前的0不可省略。(注意：同一系統(tǒng)中，兩種子程序的調(diào)用格式不能混合使用。）第9頁(yè)/共53頁(yè)子程序的執(zhí)行過程示例如下：主程序：第10頁(yè)/共53頁(yè)3）子程序調(diào)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(shí)，將返回到主程序中程序段段號(hào)為n的那個(gè)程序段，而不直接返回主程序。其程序格式如下：M99Pn；M99P100；（返回到N100程序段）第11頁(yè)/共53頁(yè)自動(dòng)返回到程序開始段如果在主程序中執(zhí)行M99，則程序?qū)⒎祷氐街鞒绦虻拈_始程序段并繼續(xù)執(zhí)行主程序。也可以在主程序中插入M99Pn，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(shí)，跳過該程序段。例如：/M99P100；第12頁(yè)/共53頁(yè)強(qiáng)制改變子程序重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)用M99LXX指令可強(qiáng)制改變子程序重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)，其中LXX表示子程序調(diào)用的次數(shù)。例如，如果主程序用M98PXXL99，而子程序采用M99L2返回，則子程序重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)為2次。注意：在編寫子程序的過程中，最好采用增量坐標(biāo)方式進(jìn)行編程，以避免錯(cuò)誤發(fā)生。第13頁(yè)/共53頁(yè)

2、手工編程中的數(shù)值計(jì)算根據(jù)零件圖樣，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計(jì)算數(shù)控系統(tǒng)所需輸入的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)控加工的數(shù)值計(jì)算。（1）基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的概念1）基點(diǎn)的概念構(gòu)成零件輪廓的不同幾何元素的連接點(diǎn)稱為基點(diǎn)。如圖4－3

中的A、B、C、D、E和F等點(diǎn)第14頁(yè)/共53頁(yè)2）節(jié)點(diǎn)的概念當(dāng)采用不具備非圓曲線插補(bǔ)功能的數(shù)控機(jī)床加工非圓曲線輪廓的零件時(shí)，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，稱為擬合處理。擬合線段的交點(diǎn)或切點(diǎn)就稱為節(jié)點(diǎn)。如圖4－4中的P1、P2、P3、P4、P5等點(diǎn)為直線擬合非圓曲線時(shí)的節(jié)點(diǎn)。第15頁(yè)/共53頁(yè)（2）基點(diǎn)計(jì)算方法常用的基點(diǎn)計(jì)算方法有列方程求解法、三角函數(shù)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(shí)數(shù)，并且A、B不能同時(shí)為零。直線方程的標(biāo)準(zhǔn)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。第16頁(yè)/共53頁(yè)圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為：（x-a)2+(y-b)2=R2式中a、b——圓心的橫、縱坐標(biāo)；

R——圓的半徑。圓的一般方程為：x2+y2+Dx+Ey+F=0式中D——常數(shù)，并等于-2a，a為圓心的橫坐標(biāo)；

E——常數(shù)，并等于-2b，b為圓心的縱坐標(biāo)；

F——常數(shù)，并等于a2+b2-R2，其圓半徑

R＝1/2√D2+E2-4F。第17頁(yè)/共53頁(yè)2）三角函數(shù)計(jì)算法三角函數(shù)計(jì)算法簡(jiǎn)稱三角計(jì)算法。在手工編程中中，是進(jìn)行數(shù)學(xué)處理時(shí)應(yīng)重點(diǎn)掌握的方法之一。三角函數(shù)計(jì)算法常用的三角函數(shù)定理的表達(dá)式如下：正弦定理：asinAbsinB＝＝csinC＝2R余弦定理：cosA=b2+c2-a22bc式中a、b、c——分別為角A、B、C所對(duì)邊的邊長(zhǎng)；

R——三角形外接圓半徑。第18頁(yè)/共53頁(yè)例4－5采用三角函數(shù)法分析圖4－1中切點(diǎn)P和Q的坐標(biāo)。圖4－5三角函數(shù)法示基點(diǎn)第19頁(yè)/共53頁(yè)3）CAD繪圖分析法

常用CAD軟件目前在國(guó)內(nèi)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(dǎo)產(chǎn)品，是當(dāng)今最為流行的繪圖軟件之一，具有強(qiáng)大的二維功能，如繪圖、編輯、填充和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及二次開發(fā)等功能，同時(shí)還具有部分三維繪圖功能。第20頁(yè)/共53頁(yè)CAD繪圖分析基點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)采用CAD繪圖來分析基點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，首先應(yīng)學(xué)會(huì)一種CAD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(biāo)出相應(yīng)尺寸（通常是基點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)間的尺寸），最后根據(jù)坐標(biāo)系的方向及所標(biāo)注的尺寸確定基點(diǎn)的坐標(biāo)。第21頁(yè)/共53頁(yè)CAD繪圖分析法的特點(diǎn)采用CAD繪圖分析法可以避免大量復(fù)雜的人工計(jì)算，操作方便，基點(diǎn)分析精度高，出錯(cuò)概率小。CAD繪圖分析基點(diǎn)坐標(biāo)示例例4－6用CAD繪圖分析法求解圖4－1中切點(diǎn)M和N的坐標(biāo)。第22頁(yè)/共53頁(yè)四、操作實(shí)踐1、選擇加工用刀具粗加工左端面輪廓時(shí)，采用60°V形刀片右偏刀（圖4－7a）；加工左端內(nèi)凹接頭輪廓時(shí)，采用35°菱形刀左偏刀（圖4－7b）此外，當(dāng)進(jìn)行批量加工時(shí)，還可采用特制的成形刀具（圖4－7c）第23頁(yè)/共53頁(yè)第24頁(yè)/共53頁(yè)第25頁(yè)/共53頁(yè)五、綜合練習(xí)1、試采用子程序的編程方法編寫如圖4－8所示工件的加工程序。第26頁(yè)/共53頁(yè)課題二刀尖圓弧半徑補(bǔ)償編程一、教學(xué)目標(biāo)選擇圓弧車刀。了解刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償概念；掌握刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)木幊谭椒ǎ徽莆盏堆匚恢锰?hào)的確定方法；采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償編寫實(shí)例加工程序；第27頁(yè)/共53頁(yè)二、任務(wù)分析任務(wù)要求如圖4－9所示工件，毛坯為Φ32mmX68mm的45鋼，試編寫其數(shù)控車加工程序并進(jìn)行加工。第28頁(yè)/共53頁(yè)任務(wù)分析本任務(wù)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(jìn)行編程與加工，則無法達(dá)到其精度要求。因此，為了保證圓弧和圓錐面的各項(xiàng)加工精度，精加工時(shí)，需選用帶有刀尖圓弧的車刀，并運(yùn)用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令進(jìn)行編程。采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償進(jìn)行編程時(shí)，刀具的刀沿位置號(hào)一定不能選錯(cuò)。第29頁(yè)/共53頁(yè)三、理論與工藝知識(shí)1、刀具的補(bǔ)償功能（1）刀具補(bǔ)償功能的定義編制數(shù)控車床加工程序時(shí)，理論上是將車刀刀尖看成一個(gè)點(diǎn)，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?。ㄒ话銏A弧半徑R是0.4—1.6之間），在數(shù)控編程過程中，一般不考慮刀具的長(zhǎng)度與刀尖圓弧半徑，只需考慮刀位點(diǎn)與編程軌跡重合。但在實(shí)際加工過程中，由于刀尖圓弧半徑與刀具長(zhǎng)度各不相同，在加工中會(huì)產(chǎn)生很大的加工誤差。因此實(shí)際加工時(shí)必須通過刀具補(bǔ)償指令，使數(shù)控機(jī)床根據(jù)實(shí)際使用的刀具尺寸，自動(dòng)調(diào)整各坐標(biāo)軸的移動(dòng)量，確保實(shí)際加工輪廓和編程軌跡完全一致。數(shù)控機(jī)床根據(jù)刀具實(shí)際尺寸，自動(dòng)改變機(jī)床坐標(biāo)軸或刀具刀位點(diǎn)位置，使實(shí)際加工輪廓和編程軌跡完全一致的功能，稱為刀具補(bǔ)償功能。第30頁(yè)/共53頁(yè)（2）刀位點(diǎn)的概念所謂刀位點(diǎn)是指編制程序和加工時(shí)，用于表示刀具特征的點(diǎn)，也是對(duì)刀和加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。數(shù)控車刀的刀位點(diǎn)如圖4－10所示，尖形車刀的刀位點(diǎn)通常是指刀具的刀尖；圓弧形車刀的刀位點(diǎn)是指圓弧刃的圓心；成形刀具的刀位點(diǎn)也通常是指刀尖。第31頁(yè)/共53頁(yè)2、刀具的偏置刀具偏置是用來補(bǔ)償假定刀具長(zhǎng)度與基準(zhǔn)刀具長(zhǎng)度之差的功能。車床數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定X軸與Z軸可同時(shí)實(shí)現(xiàn)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具安裝位置不同而產(chǎn)生的刀具偏置。刀具磨損偏置：由于刀具刀尖的磨損產(chǎn)生的刀具偏置。第32頁(yè)/共53頁(yè)刀具偏置示例如圖4－11所示。以1號(hào)刀作為基準(zhǔn)刀具，工件原點(diǎn)采用G54設(shè)定，則其他刀具與基準(zhǔn)刀具的長(zhǎng)度差值（短用負(fù)值表示）及轉(zhuǎn)刀后刀具從刀位點(diǎn)到A點(diǎn)的移動(dòng)距離見表4－3。第33頁(yè)/共53頁(yè)

刀具項(xiàng)目T01（基準(zhǔn)刀具）T02T04X（直徑）ZX（直徑）ZX（直徑）Z長(zhǎng)度差值00-1051010刀具移動(dòng)距離203030251020

表4－3刀具偏置補(bǔ)償示例FANUC系統(tǒng)的刀具幾何偏置參數(shù)設(shè)置如圖4－12所示，如要進(jìn)行刀具磨損偏置設(shè)置則只需按下軟鍵［磨耗］即可進(jìn)入相應(yīng)的設(shè)置畫面。注意：圖中的代碼“T”指刀具切削沿類型，不是指刀具號(hào)，也不是指刀具補(bǔ)償號(hào)。第34頁(yè)/共53頁(yè)第35頁(yè)/共53頁(yè)（2）利用刀具幾何補(bǔ)償進(jìn)行對(duì)刀操作①對(duì)刀操作的定義調(diào)整每把刀的刀位點(diǎn)，使其盡量重合于某一理想基準(zhǔn)點(diǎn)，這一過程稱為對(duì)刀。

采用G54設(shè)定工件坐標(biāo)系后進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，必須精確測(cè)量各刀具安裝后相對(duì)于基準(zhǔn)刀具的刀具長(zhǎng)度差值，給對(duì)刀帶來了諸多不便，而且基準(zhǔn)刀具的對(duì)刀誤差還會(huì)直接影響其他刀具的加工精度。當(dāng)采用G50或G92設(shè)定工件坐標(biāo)系后進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，原設(shè)定的坐標(biāo)系如遇關(guān)機(jī)即丟失，并且程序起點(diǎn)還不能為任意位置。所以，在數(shù)控車床的對(duì)刀操作中，目前普遍采用刀具幾何偏置的方法進(jìn)行。第36頁(yè)/共53頁(yè)②對(duì)刀操作的過程直接利用刀具幾何偏置進(jìn)行對(duì)刀操作的過程如圖2.3.6所示，首先手動(dòng)操作加工端面，記錄下這時(shí)刀位點(diǎn)的Z向機(jī)械坐標(biāo)值（圖中z值，機(jī)械坐標(biāo)值為相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)值）。再用手動(dòng)操作方式加工外圓，記錄下這時(shí)刀位點(diǎn)的X向機(jī)械坐標(biāo)值（圖中x1值），停機(jī)測(cè)量工件直徑D，用公式x=x1-D計(jì)算出主軸中心的機(jī)械坐標(biāo)值。再將x、z值輸入相應(yīng)的刀具幾何偏置存儲(chǔ)器中，完成該刀具的對(duì)刀操作。第37頁(yè)/共53頁(yè)其余刀具的對(duì)刀操作與上述方法相似，不過一般不采用試切法進(jìn)行，而是用刀具的刀位點(diǎn)靠到工件表面即記錄下相應(yīng)的z及x1尺寸，通過測(cè)量計(jì)算后將相應(yīng)的x、z值輸入相應(yīng)的刀具幾何偏置存儲(chǔ)器中。第38頁(yè)/共53頁(yè)3、刀尖圓弧半徑補(bǔ)償（G40、G41、G42）（1）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)亩x在實(shí)際加工中，由于刀具產(chǎn)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(shí)的刀位點(diǎn)為刀尖圓弧的圓心。為確保工件輪廓形狀，加工時(shí)不允許刀具刀尖圓弧的圓心運(yùn)動(dòng)軌跡與被加工工件輪廓重合，而應(yīng)與工件輪廓偏置一個(gè)半徑值，這種偏置稱為刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。第39頁(yè)/共53頁(yè)(2)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(diǎn)假想成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)即為假想刀尖（圖4－13中的O點(diǎn)），在對(duì)刀時(shí)也是以假想刀尖進(jìn)行對(duì)刀。但實(shí)際加工中的車刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一個(gè)理想的點(diǎn)，而是一段圓弧（圖4－13中的BC圓?。?。所謂刀尖圓弧半徑是指車刀刀尖圓弧所構(gòu)成的假想圓半徑（圖4－13中的r）。實(shí)際加工中，所有車刀均有大小不等或近似的刀尖圓弧，假想刀尖是不存在的。C端面切削點(diǎn)C理想刀尖外徑切削點(diǎn)B刀具第40頁(yè)/共53頁(yè)（3）未使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償時(shí)的加工誤差分析用圓弧刀尖的外圓車刀切削加工時(shí)，圓弧刃車刀（圖4－13）的對(duì)刀點(diǎn)分別為B點(diǎn)和C點(diǎn)，所形成的假想刀位點(diǎn)為O點(diǎn)，但在實(shí)際加工過程中，刀具切削點(diǎn)在刀尖圓弧上變動(dòng)，從而在加工過程中可能產(chǎn)生過切或欠切現(xiàn)象。因此，采用圓弧刃車刀在不使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能的情況下，加工工件會(huì)出現(xiàn)如圖4－14所示的幾種誤差情況。第41頁(yè)/共53頁(yè)1）加工臺(tái)階面或端面時(shí)，對(duì)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(tái)階的清角位置會(huì)產(chǎn)生殘留誤差，如圖4－14a所示。第42頁(yè)/共53頁(yè)2）加工圓錐面時(shí)，對(duì)圓錐的錐度不會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)錐面的大小端尺寸會(huì)產(chǎn)生較大的影響，通常情況下，會(huì)使外錐面的尺寸變大（圖4－14b），而使內(nèi)錐面的尺寸變小。第43頁(yè)/共53頁(yè)3）加工圓弧時(shí)，會(huì)對(duì)圓弧的圓度和圓弧半徑產(chǎn)生影響。加工外凸圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變小，如圖4－14c所示。加工內(nèi)凹圓弧時(shí)，會(huì)使加工后的圓弧半徑變大，如圖4－14d所示。第44頁(yè)/共53頁(yè)（4）刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令1）指令格式G41G01/G00X_Y_F_；（刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償）

G42G01/G00X_Y_F_；（刀尖圓弧半徑右補(bǔ)償）

G40G01/G00X_Y_；（取消刀尖圓弧半徑補(bǔ)償）2）指令說明編程時(shí)，刀尖圓弧半徑補(bǔ)償偏置方向的判別如圖4－15所示。

第45頁(yè)/共53頁(yè)（5）圓弧車刀刀具切削沿位置的確定數(shù)控車床采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償進(jìn)行加工時(shí)，如果刀具的刀尖形狀和切削時(shí)所處的位置（即刀具切削沿位置）不同，那么刀具的補(bǔ)償量與補(bǔ)償方向也不同。根據(jù)各種刀尖形狀及刀尖位置的不同，數(shù)控車刀的刀具切削沿位置共有9種，如圖4－16所示。除9號(hào)刀具切削沿外，數(shù)控車床的對(duì)刀均是以假想刀位點(diǎn)進(jìn)行的。也就是說，在刀具偏置存儲(chǔ)器中或G54坐標(biāo)系設(shè)定的值是通過假想刀尖點(diǎn)（圖4－16c中P點(diǎn)）進(jìn)行對(duì)刀后所得的機(jī)床坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)值。第46頁(yè)/共53頁(yè)

圖4－16數(shù)控車床的刀具切削沿位置

a)后置刀架，+Y軸向外b)前置刀架，+Y軸向內(nèi)P－假想刀尖點(diǎn)S－刀具切削沿加以位置r－刀尖圓弧半徑第47頁(yè)/共53頁(yè)數(shù)控車床刀尖圓弧半徑補(bǔ)償G41/G42的指令后不帶任何補(bǔ)償號(hào)。在FANUC系統(tǒng)中，該補(bǔ)償號(hào)（代表所用刀具對(duì)應(yīng)的刀尖圓弧半徑補(bǔ)償值）由T指令指定，其刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號(hào)與刀具集團(tuán)補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)，如圖4－12顯示畫面“G04”中相對(duì)應(yīng)的