简单圆弧成形面的加工优化方案

【任务描述】

本任务要求学生使用刀尖半径补偿指令（G41、G42和G40）与复合循环指令（G71/G70）进行简单圆弧面轴零件的加工，采用刀尖半径补偿功能及修改磨耗方法控制尺寸精度，独立完成图4-9所示零件的加工。

【任务目标】

知识目标：能够学会圆弧尺寸的相关计算。掌握圆弧指令G02和G03。

技能目标：采用刀尖半径补偿功能及修改磨耗方法控制尺寸精度，完成图4-9所示零件的加工。

情感目标：培养自身的主观能动性，将已学知识应用到新任务中。

图4-9 圆弧面轴零件

【相关知识】

1.圆弧相关尺寸的计算

1）计算图4-10a中A点的X坐标。

在图4-10b中：

AC=CD=10mm

DO′=22mm/2=11mm

BO=CO′=11mm-10mm=1mm

利用直角三角形勾股定理，

AO=AB+BO=6mm+1mm=7mm

所以A点的坐标为X14.Z0。

2）计算图4-11a中A点的X坐标。

在图4-11b中：

图4-10 圆弧计算（一）

图4-11 圆弧计算（二）

AC=CD=12mm

DO′=20mm/2=10mm

BO=CO′=12mm-10mm=2mm

利用直角三角形勾股定理，

AO=AB-BO=8.9443mm-2mm=6.9443mm

所以A点的坐标为X13.889 Z0。

2.圆弧指令

（1）G02和G03指令 圆弧插补指令G02是刀具相对于工件在指定的坐标平面（G17、G18和G19）内以F指令的进给速度从起点向终点进行顺时针圆弧插补，圆弧插补指令G03则是逆时针圆弧插补，如图4-12所示。

图4-12 圆弧插补

a）G02 b）G03

圆弧插补顺时针、逆时针方向的判断：沿着不在圆弧平面内的坐标轴负方向（-Y）看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。

（2）指令格式 G02/G03 X（U）_ Z（W）_ R_ F_；

或：G02/G03 X（U）_ Z（W）_ I_ K_ F_；

指令说明：

1）X（U）_ Z（W）_ 为圆弧终点坐标。

2）I_ K_ 为圆心相对于圆弧起点的增量坐标。

3）R_ 为圆弧半径。若G02 X_ Z_ R_ I_ K_ F_ ，则执行R指令（优先）。圆弧圆心角≤180°时R为正，圆弧圆心角＞180°时R为负。(https://www.xing528.com)

4）注意圆弧线段起、终点坐标的计算，通过坐标计算可判定圆弧与圆弧、圆弧与直线间是相切还是相接的关系。

5）G02、G03是与G00、G01同组的模态指令。

（3）指令练习 如图4-13a所示图形的加工程序如下：

…

G01 X60. Z0；

G02 X80. Z-10. R10.；

G01；

如图4-13b所示图形的加工程序如下：

…

G01 X0. Z0；

G03 X45. Z-36. R25.；

G01；

图4-13 圆弧指令练习

【引导操作】

1.任务分析

（1）零件图分析 图4-9所示为带有圆弧面的高台阶轴零件，材料为铝棒，选用ϕ40mm×60mm的圆棒料作为工件毛坯。零件表面由三个外圆柱面ϕ22 _-⁰_0.03mm、ϕ30 _-⁰_0.03mm、ϕ38mm和三个圆弧面（R10mm、R3mm、R15mm）组成。当外圆刀具有刀尖圆弧时，刀具需要补偿，否则圆弧面会产生几何误差。两个外圆直径都为负偏差，采用修改磨耗值控制尺寸精度。

该零件为直径尺寸单调增大的高台阶轴，采用外圆粗车循环和精车循环指令（G71和G70）来完成加工。

（2）工件原点 选用数控车床加工，以工件右端面与轴线的交点作为工件原点，建立工件坐标系。

2.任务准备

1）量具选用见表1-12。

2）刀具选用见表4-2。

3）数控加工工艺卡见表4-9。

表4-9 数控加工工艺卡

4）数控加工程序单见表4-10。

表4-10 数控加工程序单

（续）

3.任务实施

1）启动车床前检查车床的外观和润滑油箱的油位，清除车床上的灰尘和切屑。

2）启动车床后在手动模式下检查主轴箱和进给轴的传动是否顺畅，是否有异响情况。

3）回车床参考点。

4）装夹工件并找正。

5）装夹刀具并找正。

6）对刀建立坐标系，并且在[OFS/SET][偏置形状]界面的“G001”位置输入刀尖半径补偿量“0.8”和外圆车刀“-Z”方向走刀的刀尖方位号“3”，如图4-6所示。

7）将图4-9所示零件的加工程序（程序名为O4002）输入车床，具体程序见表4-10。

8）校验运行程序。

9）运行程序进行加工。

10）完成工件加工并检测。

11）进行车床维护和保养。