圆弧与球面车削

任务5　弧面的编程车削

任务内容

●G02，G03指令的应用。

●基点的计算。

●成型面的车削加工。

●刀尖半径补偿功能的应用。

目的和要求

▲掌握圆弧与球面车削常用编程指令。

▲了解圆弧与球面车削刀具的切削特点。

▲掌握G02，G03圆弧编程的方法。

▲掌握刀尖半径补偿功能的应用。

▲遵守操作规程，养成文明操作、安全操作的良好习惯。

项目一　圆弧与球面车削

实训目的和要求

▲掌握圆弧与球面车削常用编程指令。

▲了解圆弧与球面车削刀具的切削特点。

▲掌握G02，G03圆弧编程的方法。

▲遵守操作规程，养成文明操作、安全操作的良好习惯。

实训准备

实训任务

编制如图5-1-1所示球头轴的加工程序，并利用数控机床进行实际零件的加工。

图5-1-1　球头轴

分析零件图

球头轴是由φ24，φ28，φ24外圆与R10的半圆球组成，在φ24处有一个宽为4 mm、深为2 mm的外圆槽，零件部长为49 mm，左端φ24外圆有尺寸公差要求。倒角均为C1。

确定加工方案及加工工艺路线

加工方案：分析零件图及尺寸，用三爪自定心卡盘夹紧工件，车削工件左端φ24，φ28外圆，然后调头车削右端半圆球头及φ24外圆。

加工工艺路线：

①夹持零件毛坯，伸出卡盘约35 mm，找正并夹紧；

②车削左端φ24，φ28外圆至符合尺寸要求；

③切槽；

④调头装夹已加工完成的φ24外圆，找正并夹紧；

⑤手动定总长；

⑥车削半圆球头及φ24外圆。

相关知识

一、编程指令

圆弧进给指令G00：

其中，X，Z——绝对编程时快速定位终点在工件体系中的坐标；

　U，W——增量编程时快速定位终点相对于起点的位移量；

　I，K——圆心相对于圆弧起点的增量（图5-1-2）；

　R——圆弧半径。

图5-1-2　G02，G03参数说明

注意：

①顺时针或逆时针是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴（即Y轴）的正方向看到的回转方向（图5-1-3）。

图5-1-3　G02，G03圆弧插补方向

②R是圆弧半径，当圆弧所对的圆心角小于或等于180°时，R取正值；当圆弧所对的圆心角大于180°小于360°时，R取负值；当为整圆时，用I，K代替R。

二、圆弧车削的相关知识

1.圆弧切削刀具的选择

选择加工圆弧的刀具时，要注意圆弧的大小。合理地选择刀具，避免车削时由于副偏角过小，刀具与工件表面产生干涉现象。

2.球头余量的去除方法

车锥法（图5-1-4（a））。在加工圆弧时，不可能只用一刀就能把圆弧加工好，如果只用一刀，由于吃刀量过大，容易打刀，损坏刀具。在加工圆弧时，可以先加工一个圆锥，再加工圆弧。但要注意加工圆锥时起点和终点的确定，如果确定不好，就有可能损伤圆弧表面或精车余量过大。

车圆法（图5-1-4（b））。车圆法就是用不同半径的圆来车削，通过车削不同半径的圆，最终把所需圆弧加工出来，在第一次走刀时，圆的半径不要太大，否则剩下的余量就会太大，但圆弧太小吃刀量又太大，甚至会产生过切。

移圆法（图5-1-4（c））。移圆法与车圆法不同，它的半径不变，而是通过移动圆心的位置，最终加工出所需的圆弧。

图5-1-4

项目实施

（1）指导教师分析加工工艺，讲解加工方法；

（2）指导教师示范半圆球的车削；

（3）学生根据加工工艺要求，编制加工程序，并输入完成程序校验；

（4）学生完成零件的车削，尺寸经自测、小组评测后由指导教师检测并记录；

（5）学生填写实训报告；

（6）指导教师根据学生实训情况作出评价。

实训注意事项

（1）要根据零件圆弧加工情况，正确选择G02，G03指令。

（2）正确使用圆弧指令时，I，K值必须计算准确。

（3）加工圆弧时一定要注意防止刀具干涉。

（4）加工圆弧时要正确选择初加工路线，加工精度较高的圆弧面时力求精车余量均匀。

（5）切削用量选择不合理，刀具刃磨不当，致使铁屑不断屑，因此要选择合理的切削用量及刀具。

（6）要按照操作步骤逐一进行训练，实习中对未涉及的问题及不明白处要询问指导教师，切忌盲目加工。

（7）尺寸及表面粗糙度达不到要求时，要找出其中原因，知道正确的操作方法及注意事项。

（8）指导教师要巡回指导。

任务评价

续表

课后思考

1.总结归纳圆弧与圆球面粗、精加工中所出现的问题和解决方法。

2.分析加工圆弧与球面刀具的选择及进一步提高加工精度的设想。

项目二　圆球手柄的车削

实训目的和要求

▲掌握圆弧与球面车削常用编程指令。

▲了解圆弧与球面车削刀具的切削特点。

▲掌握刀尖半径补偿功能的应用。

▲了解基点计算的基本方法。

▲遵守操作规程，养成文明操作、安全操作的良好习惯。

实训准备

续表

实训任务

编制如图5-2-1所示球头手柄的加工程序，并利用数控机床进行实际零件的加工。

图5-2-1　球头手柄

分析零件图

圆球手柄是由一段φ26的圆柱和两段相切圆弧轮廓的回转面组成的，其表面粗糙度及尺寸公差没有特别要求，均为自由公差，零件总长为40 mm。

确定加工方案及加工工艺路线

加工方案：分析零件图及尺寸，选择φ35 mm的较长棒料毛坯，用三爪自定心卡盘夹紧工件，利用G02，G03圆弧插补指令加工该手柄零件外轮廓，最后切断保证总长。

加工工艺路线：

①夹持零件毛坯，伸出卡盘约50 mm，找正并夹紧。

②粗、精加工零件外轮廓。

③切断零件，保证总长。

相关知识

一、编程指令

1.子程序调用及从子程序返回M98，M99

调用子程序格式：M98　P_____　L_____

其中，P——被调用的子程序号；

　L——重复调用子程序的次数。

子程序的格式：

%****

…

M99

注意：

①子程序的开头不能是空格；

②在子程序的开头，必须规定子程序号，以作为调用入口地址。在子程序的结尾用M99，以控制执行完成该子程序后返回主程序。

2.刀尖圆弧半径补偿G40，G41，G42

注意：

数控程序一般是针对刀具上的某一点即刀位点，按工件轮廓尺寸编制的。车刀的刀位点一般为理想状态下的假想刀尖或刀点圆弧圆心点。但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一理想点，而是一段圆弧。当切削加工时刀具切削点在刀尖圆弧上变动，造成实际切削点与刀位点之间的位置有偏差，造成过切或少切。这种刀尖不是一理想点，而是一段圆弧，造成的加工误差，可用刀尖圆弧半径补偿功能来消除。

刀尖圆弧半径补偿是通过G40，G41，G42代码及T代码指定的刀尖圆弧半径补偿号，加入或取消半径补偿。

G40——取消刀尖半径补偿；

G41——左刀补（在刀具前进方向左侧补偿），如图5-2-2所示；

G42——右刀补（在刀具前进方向右侧补偿），如图5-2-2所示。

图5-2-2　左刀补和右刀补

图5-2-3　车刀刀尖位置码定义

刀尖圆弧半径补偿寄存器中，规定了车刀圆弧半径及刀尖的方向号。车刀刀尖的方向号定义了刀具刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系，其从0～9有10个方向，如图5-2-3所示。

二、基点的计算

在加工编程的过程中，需要知道R15与R5圆弧的切点的坐标，但在零件图中，切点坐标并不能通过尺寸的标注直接得出，这就需要通过数学方法将切点的坐标计算出来。这种直线、圆弧、二次曲线等线型在构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。

在圆球手柄中，将两圆弧的圆心点连接起来，再由R5圆弧的圆心向中轴线作垂线（因R15圆弧的圆心在中轴线上），便可建立一个直角三角形，通过两圆弧的切点向中轴线作垂线，便可构建两个相似三角形（如图5-2-4）。利用勾股定理和相似三角形的相关知识便可解出切点A′的坐标。

图5-2-4

△ABC中，AB =两圆弧半径之和=20；

AD的距离是R5圆弧的半径值，因D点所处圆的直径为22，DC的距离就为11；

AC =5 +11

CB ==12

△ABC∽△A′BC′，其中：

A′点的X坐标=A′C′×2 =24

A′点的Z坐标=27 -CC′=24

项目实施

（1）指导教师分析加工工艺，讲解加工方法；

（2）学生根据加工工艺要求，编制加工程序，并输入完成程序校验；

（3）学生完成零件的车削；尺寸经自测、小组评测后由指导教师检测并记录；

（4）学生填写实训报告；

（5）指导教师根据学生实训情况作出评价。

实训注意事项

（1）要根据零件圆弧加工情况，正确选择G02，G03指令。

（2）正确使用圆弧指令时，I，K值必须计算准确。

（3）加工圆弧时一定要注意防止刀具干涉。

（4）加工圆弧时要正确选择初加工路线，加工精度较高的圆弧面时力求精车余量均匀。

（5）合理使用刀尖半径补偿功能，提高加工精度。

（6）切断时注意转速及进给速度的合理选择。

（7）要按照操作步骤逐一进行训练，实习中对未涉及的问题及不明白处要询问指导教师，切忌盲目加工。

（8）尺寸及表面粗糙度达不到要求时，要找出其中原因，知道正确的操作方法及注意事项。

（9）指导教师要巡回指导。

任务评价

续表

课后思考

1.简述刀尖圆弧半径补偿G41，G42的判别方法。

2.刀尖圆弧半径补偿的建立和取消应注意哪些问题？

项目三　成型面零件的车削

实训目的和要求

▲掌握手柄车削的步骤与方法。

▲掌握G71复合循环的编程方法。

▲掌握简单的表面修光方法。

▲遵守操作规程，养成文明操作、安全操作的良好习惯。

实训准备

实训任务

编制如图5-3-1所示手柄的加工程序，并利用数控机床进行实际零件的加工。

图5-3-1　手柄零件图

分析零件图

手柄零件是由三段外圆柱和三段相切的圆弧轮廓的回转面组成的，其尺寸公差没有特别要求，为自由公差，零件总长为90 mm，要求圆弧表面采用砂纸抛光。

确定加工方案及工艺路线

加工方案：分析零件图及尺寸，选择φ30×95棒料，加工过程中，首先车削左端外圆，调头装夹后车削成型面。

加工工艺路线：

①夹持零件毛坯，伸出卡盘约35 mm，找正并夹紧。

②加工φ10，φ14，φ16外圆。

③调头装夹φ10外圆，找正后夹紧。

④车削零件外型面。

⑤抛光外型面。

相关知识

编程指令

外径粗车复合循环G71：

指令格式：G71U_____R_____　P（ns）　Q（nf）　X_____　Z_____　F_____

N（ns） ……

…

N（nf） ……

其中，U——切削深度（背吃刀量、每次切削量），半径值，无正负号，如图5-3-2中的Δd。

　R——每次退刀量，半径值，无正负，图5-3-2中的e；

　ns——精加工路线中第一个程序段的顺序号；

　nf——精加工路线中最后一个程序段的顺序号；

　X——X方向精加工余量，直径值，图5-3-2中的Δu，一般取0.4 mm；

　Z——Z方向精加工余量，图5-3-2中的Δw，一般取0.2 mm；

　F——进给速度，mm/min。

G71动作运动轨迹如图5-3-2所示。

图5-3-2　G71动作运动轨迹

注意：

①应用G71前必须设一循环起点，即图5-3-2中的C点。

②G71程序段本身不进行精加工，粗加工是按后续程序段ns～nf给定的精加工编程轨迹A→A′→B→B′，沿平行于Z轴方向进行。

③G71程序段不能省略除F，S，T以外的地址符。G71程序段中的F，S，T只在循环时有效，精加工时处于ns到nf程序段之间的F，S，T有效。

④循环中的第一个程序段（即ns段）必须包含G00或G01指令，即A→A′的动作必须是直线或点定位运动，但不能有Z轴方向上的移动。

⑤ns到nf程序段中不能包含子程序。

⑥G71循环时可以进行刀具位置补偿，但不能进行刀尖半径补偿。因此在G71指令前必须用G40取消原有的刀尖半径补偿。在ns到nf程序段中可以含有G41或G42指令，对精车轨迹进行刀尖半径补偿。

项目实施

（1）指导教师讲解加工工艺；

（2）指导教师示范G71的编程车削方法；

（3）学生练习G71的车削；

（4）学生编程并完成手柄的车削；

（5）学生完成零件的车削，尺寸经自测，小组评测后由指导教师检测并记录；

（6）学生填写实训报告；

（7）指导教师根据学生实训情况作出评价。

实训注意事项

（1）要求学生注意切削转速、吃刀深度及进给速度的合理选择；

（2）要求学生单人操作，不允许多人操作；

（3）主轴开启时要求必须关闭防护门，要求学生养成良好的安全防范意识；主轴正反转转换时必须停转后再做转换操作。

任务评价