任務二 外圓錐面Ⅰ數控加工程序的編制

一、項目任務書

外圓錐面Ⅰ數控加工程序的編制項目任務書，見表2-1。

表2-1 項目任務書

二、學習導讀

1.刀尖圓弧半徑補償

編制數控車床加工程序時，通常將車刀刀尖看做一個點。然而在實際應用中，為了提高刀具壽命和降低加工表面的粗糙度，一般將車刀刀尖磨成半徑約為 0．4～1．6mm 的圓弧。如圖 2-1 所示，編程時以理論刀尖點 P（又稱刀位點或假想刀尖點：沿刀片圓角切削刃作X、Z兩方向切線相交于P點）來編程，數控系統控制P點的運動軌跡，而切削時，實際起作用的切削刃是圓弧的各切點，這勢必會產生加工表面的形狀誤差。而刀尖圓弧半徑補償功能就是用來補償此誤差的。

切削工件的右端面時，車刀圓弧的切點 A 與理論刀尖點 P 的 Z 坐標值相同；車外圓時車刀圓弧的切點 B 與點 P 的 X 坐標值相同。切削出的工件沒有形狀誤差和尺寸誤差，因此可以不考慮刀尖圓弧半徑補償。如果車削外圓柱面后繼續車削圓錐面，則必存在加工誤差BCD（誤差值為刀尖圓弧半徑），這一加工誤差必須靠刀尖圓弧半徑補償的方法來修正。

車削圓錐面和圓弧面部分時，仍然以理論刀尖點 P 來編程，刀具運動過程中與工件接觸的各切點軌跡為圖2-1中所示無刀尖圓弧半徑補償時的軌跡。該軌跡與工件加工要求的軌跡之間存在著圖2-1中斜線部分的誤差，直接影響到工件的加工精度，而且刀尖圓弧半徑越大，加工誤差越大。可見，對刀尖圓弧半徑進行補償是十分必要的。當采用刀尖圓弧半徑補償時，車削出的工件輪廓就是圖2-1中所示工件加工要求的軌跡。

圖2-1 刀尖圓弧半徑對加工精度的影響

2.實現刀尖圓弧半徑補償功能的準備工作

在加工工件之前，要把刀尖圓弧半徑補償的有關數據輸入到存儲器中，以便使數控系統對刀尖的圓弧半徑所引起的誤差進行自動補償。

（1）刀尖半徑。工件的形狀與刀尖半徑的大小有直接關系，必須將刀尖圓弧半徑 R 輸入到存儲器中，如圖2-2所示。

圖2-2 CRT顯示屏幕顯示刀具補償參數

（2）車刀的形狀和位置參數。車刀的形狀很多，它能決定刀尖圓弧所處的位置，因此也要把代表車刀形狀和位置的參數輸入到存儲器中。將車刀的形狀和位置參數稱為刀尖方位T。車刀的形狀和位置如圖2-3所示，分別用參數0～9表示，P點為理論刀尖點。圖2-3左下角的刀尖方位T應為3。

圖2-3 車刀的形狀和位置

（3）參數的輸入。與每個刀具補償號相對應有一組 X 和 Z 的刀具位置補償值、刀尖圓弧半徑R及刀尖方位T值。輸入刀尖圓弧半徑補償值，就是要將參數R和T輸入到存儲器中。例如，某程序中編入下面的程序段：

          N100 G00 G42 X100．0 Z3．0 T0101；

若此時輸入刀具補償號為01的參數，則CRT屏幕上顯示圖2-2的內容。在自動加工工件的過程中，數控系統將按照01 刀具補償欄內的X、Z、R、T的數值，自動修正刀具的位置誤差和自動進行刀尖圓弧半徑的補償。

3.刀尖圓弧半徑補償的方向

在進行刀尖圓弧半徑補償時，刀具和工件的相對位置不同，刀尖圓弧半徑補償的指令也不同。如圖2-4所示，為刀尖圓弧半徑補償的兩種不同方向。

圖2-4 刀尖圓弧半徑補償方向

如果刀尖沿ABCDE運動（如圖2-4（a）所示），則順著刀尖運動方向看，刀具在工件的右側，即為刀尖圓弧半徑右補償，用G42指令。如果刀尖沿FGHI運動（如圖2-4（b）所示），則順著刀尖運動方向看，刀具在工件的左側，即為刀尖圓弧半徑左補償，用 G41 指令。如果取消刀尖圓弧半徑補償，可用G40指令編程，則車刀按理論刀尖點軌跡運動。

4.指令應用舉例

刀尖圓弧半徑補償的建立指令為G41/G42，取消指令為G40。

格式：

          G41/G42/G40 G00 /G01 X(U)__ Z(W)__ T__ F__；

G40：取消刀補，通常寫在程序開始的第一個程序段及取消刀具半徑補償的程序段。

G41：刀具左補償，在編程路徑前進方向上，刀具沿左側進給，使用該指令。

G42：刀具右補償，在編程路徑前進方向上，刀具沿右側進給，使用該指令。

刀具功能又稱為T功能，它是進行刀具選擇和刀具補償的功能。

格式：

          T××××；

前兩位數字為刀具號；后兩位數字為刀具補償號。其中 00 表示取消某號刀的刀具補償。例如，T0101表示01號刀調用01補償號設定的補償值，其補償值存儲在刀具補償存儲器內。又如，T0700表示調用07號刀，并取消07號刀的補償值。

說明

① 刀尖圓弧半徑補償的建立或取消必須在位移移動指令（G00、G01）中進行。G41、G42、G40均為模態指令。

② 刀尖圓弧半徑補償和刀具位置補償一樣，其實現過程分為三大步驟，即刀具補償的建立、刀具補償的執行和刀具補償的取消。

在設置刀尖圓弧自動補償值時，還要設置刀尖圓弧位置編碼，指定編碼值的方法參考圖2-3。

【例2-1】 應用刀尖圓弧自動補償功能加工圖2-5所示零件。

圖2-5 刀具補償編程

          刀尖位置編碼：3
          N10 G00 X200 Z175 T0101；
          N20 M03 S1500；
          N30 G00 G42 X58 Z10 M08；
          N40 G96 S200；
          N50 G01 Z0 F1．5；
          N60 X70 F0．2；
          N70 X78 Z-4；
          N80 X83；
          N90 X85 Z-5；
          N95 Z-15;
          N100 G02 X91 Z-18 R3 F0．15（參考圓弧插補指令）；
          N110 G01 X94；
          N120 X97 Z-19．5；
          N130 X100；
          N140 G00 G40 G97 X200 Z175 S1000；
          N150 M30；

三、任務解析

該零件由外圓柱面及外圓錐面組成，有較高的表面粗糙度要求。零件材料為 45 鋼，切削加工性能較好，無熱處理和硬度要求。

加工工藝路線：裝夾→對刀→設置編程原點為零件右端面中心→粗車φ36 外圓及各段錐面倒角→精車φ36外圓及各段錐面。

四、任務實施（零件加工工藝分析與編程）

1.工裝

采用三爪自定心卡盤夾緊零件的外圓周面。

2.刀具選擇

選硬質合金93°偏刀，用于粗、精加工零件各面。刀尖半徑R=0．4mm，刀尖方位T=3，置于T01刀位。數控加工刀具卡片見表2-2。

表2-2 數控加工刀具卡片

3.制作加工工藝卡

由于背吃刀量較大，因此由表1-2選用較小的進給量和主軸轉速。階梯軸Ⅱ加工工步及切削用量列于加工工藝卡中，見表2-3。

表1-2 切削用量參考表

表2-3 階梯軸Ⅱ加工工藝卡

4.程序編制

階梯軸Ⅱ數控加工程序清單見表2-4。

表2-4 階梯軸Ⅱ數控加工程序清單

五、任務學習手記（見表2-5）

表2-5 任務學習手記