圆弧图形加工

一、任务导入

(一) 任务描述

图2-2-6所示为一“小车”的简笔画，图形为左右对称。

图2-2-6 “小车”

(二) 知识目标

(1) 了解G17、G18、G19平面选择指令含义。

(2) 掌握G02、G03圆弧插补指令及应用。

(3) 会计算基点坐标。

(三) 能力目标

(1) 掌握圆弧加工方法。

(2) 掌握零件自动加工方法。

二、知识准备

(一) 编程指令

1. 平面选择指令 (G17、G18、G19)

1) 指令功能

在利用圆弧插补、刀具半径补偿及刀具长度补偿等指令时必须先确定一个平面，即确定一个由两个坐标轴构成的坐标平面; 在此平面内可以进行圆弧插补、刀具半径补偿及在此平面垂直坐标轴方向进行长度补偿。铣床三个坐标轴构成三个平面，法那克系统与西门子系统指令相同，指令代码见表2-2-7和图2-2-8。

表2-2-7 坐标平面指令代码

图2-2-7 坐标平面

2) 指令使用

立式铣床及加工中心上加工圆弧及刀具半径补偿平面为XOY平面，即G17平面，长度补偿方向为Z轴方向，且G17代码程序启动时生效。

2. 圆弧插补指令 (见图2-2-8)

图2-2-8 圆弧插补指令

1) 指令功能

使刀具按给定进给速度沿圆弧方向进行切削加工。

2) 指令代码

顺时针圆弧插补指令代码: G02 (或G2)。

逆时针圆弧插补指令代码: G03 (或G3)。

顺时针、逆时针方向判别: 从不在圆弧平面的坐标轴正方向往负方向看，顺时针用G02，逆时针用G03，如图2-2-8所示。

3) 指令格式

(1) 终点坐标+圆弧半径，见表2-2-8。

表2-2-8 指令格式

例: 如图2-2-9所示，加工圆弧起点在A点，终点为B点。

图2-2-9 圆弧加工

法那克系统程序:

N30 G17 G02 X90 Y40 R52 F60;

西门子系统程序:

N30 G17 G02 X90 Y40 CR=52 F60;

(2) 终点坐标+圆心坐标。

法那克系统与西门子系统指令格式相同，格式为:

G17 G02(G03)X Y I J F;

其中，X，Y——圆弧终点坐标;

I，J——圆弧圆心相对于圆弧起点的增量坐标，

F——圆弧插补进给速度。

4) 指令使用说明

“终点坐标+圆弧半径”格式中，当圆弧圆心角小于180°时，半径为正; 当圆弧圆心角大于180°时，半径为负。

“终点坐标+圆弧半径”格式不能编制整圆零件加工。

“终点坐标+圆心坐标”格式不仅可用于加工一般圆弧，还可用于整圆加工。

“终点坐标+圆心坐标”格式中不管是用G90还是用G91指令，I、J均表示圆弧圆心相对于圆弧起点的增量值。

例1: 如图2-2-10所示，圆弧起点A (30、85)，终点B (100、44)，圆心O(49、37)。

加工程序: G17G02X100Y44I19J-48F60;

图2-2-10 顺时针加工

例2: 如图2-2-11所示，加工整圆，刀具起点在A点，逆时针加工。

图2-2-11 逆时针加工

解: 用“终点坐标+圆弧半径”格式把整圆分两段加工，先加工半圆再加工另半圆。

用“终点坐标+圆心坐标”格式直接用一段程序即可加工出整圆。

两种格式程序见表2-2-9。

表2-2-9 两种格式加工程序

(二) 加工工艺分析

1. 工、量、刃具选择

1) 工具选择

工件采用平口钳装夹，下用垫铁支撑，其他工具见表2-2-10。

2) 量具选择

加工尺寸精度要求不高，用游标卡尺测量，另用百分表校正平口钳，其规格、参数见表2-2-10。

3) 刃具选择

本课题加工图形深度为1mm，加工材料为PVC板，铣刀直径选择与图形宽度相同为3mm，铣刀材料选用价格较低的普通高速钢，加工中需垂直下刀，故选用键槽铣刀为宜，具体见表2-2-10。

表2-2-10 圆弧图形加工工、量、刃具清单

2. 加工工艺方案

1) 加工工艺路线

不分粗、精加工，一次垂直下刀至深度尺寸，加工出图形。

2) 合理切削用量选择

加工材料为PVC板，硬度较低，切削力较小，切削速度可选大些; 刀具直径较小，进给速度选择小一些; 深度1mm，一次下刀至深度。具体如下:

主轴转速: 1200r/min。

进给速度: 垂直进给速度50mm/min; 表面进给速度70mm/min。

3) 参考程序 (见表2-2-11)

表2-2-11 参考程序

(三) 拓展知识

在G18或G19平面中进行圆弧插补时，若采用圆弧“终点坐标+圆心坐标”指令格式，则其不同于G17平面中圆弧插补。

1. G18 (X、Z) 平面圆弧插补格式

G18 G2/G3 X_Z_I_K_F_;

其中，X，Z——圆弧终点坐标;

I——圆弧起点到圆心在X轴方向增量值;

K——圆弧起点到圆心在Z轴方向增量值;

F——刀具进给速度。

2. G19 (Y、Z) 平面圆弧插补格式

G19 G2/G3 Y_Z_J_K_F_;

其中，Y，Z——圆弧终点坐标;

J——圆弧起点到圆心在Y轴方向增量值;

K——圆弧起点到圆心在Z轴方向增量值;

F——刀具进给速度。

三、方案设计

首先判断机床的加工平面是由哪两个轴组成的。根据本部分知识，判断选用G17、G18、G19中的其中一个。编程时，由于直线加工和圆弧加工是交替进行的，故在编程时，一定要养成好的习惯，每一行的第一个指令先写G指令，待完全熟悉后，相同的部分则可以省略。

四、任务实施

(一) 加工准备

(1) 检查毛坯尺寸。

(2) 开机、回参考点。

(3) 程序输入: 把编写好的程序通过数控面板输入数控机床。

(4) 工件装夹: 先把平口钳装夹在铣床工作台上，用百分表校正平口钳，使钳口与铣床X方向平行。工件装夹在平口钳上，下用垫铁支撑，使工件放平并伸出钳口5～10mm，夹紧工件。

(5) 刀具装夹: 选用φ3mm键槽铣刀、2～4mm弹簧夹头，把弹簧夹头装入铣刀刀柄中，再装入铣刀并夹紧。最后把刀柄装入铣床或加工中心主轴。

(二) 对刀

X、Y、Z轴均采用试切法对刀，并把操作得到的零偏值输入到G54等偏置寄存器中。

(三) 空运行

法那克系统: 把基础坐标系中Z轴值变为+50，选择MEM (自动加工) 工作模式，打开程序，按下“空运行”按钮，按“循环启动”按钮，观察加工轨迹。空运行结束后使“空运行”按钮复位。

西门子系统: 通过数控面板设置空运行和程序测试有效，打开程序，选择AUTO (自动加工) 模式，按下“数控启动”键，观察程序运行情况。

(四) 零件自动加工方法

法那克系统: 改变基础坐标系中Z轴值为0，选择MEM (自动加工) 工作模式，打开程序，调好进给倍率，按下“循环启动”按钮。

西门子系统: 取消空运行及程序测试有效，打开程序，选择AUTO (自动加工) 模式，按“数控启动”按钮。

(五) 加工结束

清理机床。

(六) 操作注意事项

(1) 刀具、工件应按要求夹紧。

(2) 加工前做好各项检查工作。

(3) 铣刀直径较小，垂直下刀应调小进给倍率。

(4) 首件加工时可采用单段加工，程序准确无误后再采用自动方式加工以避免意外，加工时关好机床防护门。

五、任务考核 (见表2-2-12)

表2-2-12 任务考核

六、拓展练习

(1) 分析圆弧插补指令中“终点坐标+半径”与“终点坐标+圆心坐标”两种指令格式有何区别? 用“终点坐标+半径”格式分别编写如图2-2-5所示零件法那克系统与西门子系统程序。

(2) 指出立式铣床 (加工中心) 圆弧插补所在平面。

(3) 如图2-2-12所示，圆弧起点分别在A、B、C、D点时，用“终点坐标+圆心坐标”编写整圆加工程序。

图2-2-12 拓展练习