2012-2013学年第一学期 - - 教案 - - 数控技术 - - 10机械设计与制造2班

数控技术教案

授 课 人：疏 剑

授课班级：10机制2班

2012～2013年度第一学期

第九章 复杂平面轮廓零件的编程与加工

第一节 极坐标编程

教学目的：

1) 掌握极坐标编程G16、G15

2) 编制实际的程序并在模拟软件上进行刀路的仿真 3) 安排正确的切削加工参数 教学重点、难点：

1) 准备功能指令G16、G15 2) 模拟机床的软件上进行刀路仿真 教学方法：

指令讲解、示范法 教学内容： 9.1.1认识极坐标 1．极坐标的建立

在平面内取一个定点O，叫做极点，引一条射线OX，叫做极轴，再选定一个长度单位和角度正方向（通常取逆时针方向），这样就建立了一个极坐标系。如图9-2所示：

图9-2极坐标

2．极坐标系内点的极坐标规定

对于平面上任意一点M如图9-3所示，用?表示线段OM的长度叫做点M的极径，用?表示从OX到OM 的角度叫做点M的极角，有序数对（?，?）就叫做M的极坐标。在数控加工中?逆时针为正，顺时针为负。

图9-3极坐标中的点

3．随堂问：说出下图9-4中各点的极坐标；并在图上描出下面点的极坐标A'（1，0°）；B'（1，90°）;C'（4，60°）；D'（2，225°）；E'（3，300°）；F'（1，270°）；

图9-4

9.1.2极坐标编程

编程时我们指定的终点坐标可以用直角坐标表示，也可以用极坐标（半径和角度）输入。

例如下图9-5所示，我们用G00指令从O点到M点 用绝对坐标表示为： 用极坐标表示为: ….. …..

G90G00X40Y30; G90G16G00X50Y37 …… ……

图9-5

1．极坐标指令格式：

G16极坐标系生效：在G90模式下此时系统自动将工件坐标系的直角坐标系转换成极坐标系。

G15极坐标系取消：在G90模式下系统将工件坐标系的极坐标系转换成直角坐标。

示例： XOY平面 …… G17G16； G01 X 50 Y 37 ； G02/G03 X___Y___R___； G15； …… 说明：

（1）极坐标半径：当使用G17、G18、G19选择好加工平面后，用所选平面第一轴的地址表示为极坐标中的极径，通常为正值；第二轴的地址表示为极坐标中的角度，通常用角度表示。第一轴、第二轴、第三轴的顺序为X，Y，Z （2）极坐标角度：用选择平面的第二坐标地址来指定极坐标角度（只需写角度数值即可，无需加角度符号），极坐标的零度方向为第一坐标轴的正向，逆时针为正。

（3）在极坐标指令中，极坐标半径和极角的指定既可以用绝对方式，也可以用增量方式。需要注意的是，当半径和极角用绝对方式指定时，工件坐标系的原点为极坐标的原点（用G90指定）；当半径和极角用增量方式指定时（用G91指定），刀具所处的当前位置为极坐标系的原点。如图9-6所示，刀具由A点定位到P点，当采用绝对方式G90指定时，点P的极坐标为：（X42.91，Y50），当采用增量方式G91指定时，点P的极坐标为：（X25.25，Y30）。

（4）极坐标编程可以大大减少编程计算，一般图像尺寸以半径与角度形式标注的零件以及圆周分布的孔类零件比较适合。

XOZ平面 …… G18G16； G01 X50 Z 37 ； G02/G03 X___Z___R___； G15； …… YOZ平面 …… G19G16； G01 Y 50 Z 37 ； G02/G03 Y___Z___R___； G15； ……

图9-6

图9-7正五边形 编程实例一 ：精加工如图9-7所示的正五边形，用极坐标编程实现加工，铣削深度3mm，铣刀为?10的立铣刀。 O0001； M98P9000T1；

G90G54G00X0Y0S1500M03； G00Z100； X0Y60； Z10； G01Z-3F150； G41X-14.047D01； G16；

G01X50.Y18； Y306； Y234； Y162；

G15；

G01X14.074Y60； G40X0Y60.； G00Z100.；

M30； 编程实例二：极坐标加工图9-8所示孔，深度20mm O0002；

M98P9000T02； //打中心孔 G90G54G00X0Y0S1500M03； G43Z100H1； G16；

G81X50Y30Z-5R2.0F500； Y120； Y210； Y300； G15G80G49； G90G00Z250；

M98P9000T03； //扩孔 G90G54G43G00Z100H2； G16S600M03；

G83X50Y30Z-20R2.0Q1.0F100； Y120； Y210； Y300； G15G80G49；

G00Z100； 图9-8 M30；

9.1.3请用极坐标编程完成如图9-9所示零件正六边形的粗加工、精加工，孔的加工。

图9-9正六边形 第二节 比例缩放编程

教学目的：

1) 掌握比例缩放编程G51、G50

2) 编制实际的程序并在模拟软件上进行刀路的仿真 3) 安排正确的切削加工参数 教学重点、难点：

1) 准备功能指令G51、G50 2) 模拟机床的软件上进行刀路仿真 教学方法：

指令讲解、示范法 教学内容：

9.2.1比例缩放加工功能指令

某个图形是按其他图形固定比例系数进行放大或缩小。这时候我们就按照比例缩放指令进行编程。

要素：缩放中心位置、各坐标轴缩放比例、G51建立比例缩放、G50取消比例缩放。

1、指令格式：

格式一：各轴按相同比例编程

G51 X Y Z P ; （比例缩放开始）

…..

G50; （比例缩放取消）

其中：X Y Z 表示比例缩放的中心坐标（绝对坐标）；P为比例系数，最小输入量为0.001，比例系数的范围为0.001～999.999。该指令以后的移动指令，从比例中心点开始，实际移动量为原数值的P倍；P值对偏移没有影响；P的值为整数，当不进行缩放时，P取1000。

示例：如图9-10所示ABCD为边长为40的长方形原图形，A1B1C1D1为以O点为中心的比例系数为0.5的缩放效果，以B点为例在X轴Y轴方向上的坐标均减小了一半，应用缩放的指令应该为：G51X0Y0Z0P500；A2B2C2D2为以O′点为中心的比例系数为0.5的缩放效果，以A点为例在X轴Y轴上的坐标均以O′为中心点减小了一半，应用缩放的指令应该为：G51X50Y80Z0P500。

图9-10

格式二：各轴按不相同比例编程

G51 X Y Z I J K ； （比例缩放开始）

…..

G50; （比例缩放取消）

其中：

1. X Y Z 与前面相同都表示缩放中心的绝对值坐标。 2. I J K 为对应X轴、Y轴、Z轴的比例系数，设定范围为0.001~999.999或0.00001～9.99999。设定的比例系数不能带小数点，比例为1时，应输入1，并在程序中都应输入，不能省略。

示例：如图9-11所示，各轴以坐标原点为中心，分别按各自比例缩放。 a/b：X轴比例系数；c/d：Y轴比例系数。

图9-11

3. 圆弧半径根据I、J中较大值进行缩放。如下图9-12所示，比例缩放ABCDE，

执行G51 X0 Y0 I2.0 J1.5程序，BC段半径是20，而不会产生椭圆。

图9-12

4. 若省略I、J、K，则按参数设定的比例因子缩放，且这些参数必须设定为非零值。

9.2.2使用比例缩放时第三轴的缩放

在编程时，我们指定的进给轴方向的缩放相当于对整个的加工图形往进给轴方向的“偏置”例如图9-13所示，以P点为比例缩放中心，将图形按等比例沿X、Y、Z轴缩放0.5。

图9-13

注意：如果在钻孔循环中有Z方向的缩放则对固定循环中Q与d值无效。 9.2.3使用比例缩放功能时的注意事项：

1、比例缩放功能对DNC运行、存储器运行或MDI操作有效，对手动操作无效。

2、比例缩放不能应用于下列情况：深空钻循环（G73、G83）中的背吃刀量和退刀量；X轴方向、Y轴方向在精镗（G76）和背镗（G87）时的移动量。 3、写在缩放程序段内比例缩放对于刀具半径补偿值DXX、刀具长度补偿HXX及工件坐标系零点偏移值无效。也就是说缩放指令只针对刀轨的“图形”进行缩放，对刀补及工件坐标系的零点没有“缩放”。

4、指定返回参考点（G27、G28、G29、G30）或坐标系设定指令（G92）之前，应先用G50取消比例缩放功能。

5、如果比例系数设置负值则成为镜像，我们可以用它来取代G51.1和G50.1如下图9-14所示：

图9-14

图9-15

9.2.4缩放指令编程实例一，如图9-15所示 毛坯为?50X12.5

一、图形分析

3个图像成比例缩放关系

二、加工工艺 ①机床选择：

FANUC OI mate系统的数控铣床

② 刀具选择：

Φ20mm平底刀，总长130mm ③ 刀具补偿： D01填10mm ④ 切削三要素选择：

根据刀具材料和工件材料，选择： A、切削速度Vc=30m/min

B、主轴转速n=1000Vc/πD,经计算取600r/min，即：S600 C、背吃刀量ap=2mm 三、编程思路

1.编写一个子程序，用来加工30X30，倒角为R7.5的方形 2.主程序调用 3.调用前比例缩放 四、编程

1.建立坐标系，工件坐标系的原点设置如下图9-16所示。

2.找出基点坐标值，如图所示，从A点进刀，A—B建立刀补，H—A取消刀补。

A(-25,-25)

B(-15,-25) C(-15,-15) D(-15，7.5) E(-7.5,15) F(15,15) G(15,-15)

H(-25,-15)

3.编写子程序 O2222;

G90G01X-25Y-25； G01Z8；

G41G01X-15Y-25D01; //D01为刀具半径 Y7.5;

G02X-7.5Y15R7.5; G01X15Y15;

Y-15; 图9-16工件坐标系原点设置 X-25 G40Y-25; M99;

4.编写主程序 O1111;

M98P9000T01； G90G17G54 M03S600; G90G00X-25Y-25; Z20; Z12.5；

G51X0Y0Z0I1.0J1.0K1.375; //使用图形缩放加工，Z方向增大1.375倍，即Z在Z=11深度 M98P2222F200; G50;

G51X0Y0Z0I1.0J1.0K1.125; //使用图形缩放加工，Z方向增大1.125倍，即Z在Z=9深度 M98P2222F200; G50;

G51X0Y0Z0I1.0J1.0K1; //使用图形缩放加工，Z方向增大1倍，即Z在Z=8深度

M98P2222 F200; G50;

G51X0Y0Z0I0.667J0.667K1.375; //X方向Y方向减小0.667，Z方向增大1.375倍，即Z在Z=11深度 M98P2222 F200; G50;

G51X0Y0Z0I0.667J0.667K1.25; //X方向Y方向减小0.667，Z方向增大1.25倍，即Z在Z=10深度 M98P2222 F200; G50;

G51X0Y0Z0I0.333J0.333K1.4375; //X方向Y方向减小0.333，Z方向增大1.4375倍，即Z在Z=11.5深度 M98P2222 F200; G50; G00Z100; M30;

仿真刀路如下图9-17：

图9-17缩放编程刀路仿真

编程实例二：请完成下面的例子，如下图9-18所示，用?16mm立铣刀铣相似轮廓。要求用缩放指令编程，缩放比例为0.8。材料为45钢。

图9-18缩放编程实例2

第三节 镜像指令编程、旋转指令编程

教学目的：

1) 掌握极坐标编程G51.1、G50.1

2) 编制实际的程序并在模拟软件上进行刀路的仿真 3) 安排正确的切削加工参数 教学重点、难点：

1) 准备功能指令G51.1、G50.1 2) 模拟机床的软件上进行刀路仿真 教学方法：

指令讲解、示范法 教学内容： 9.3.1镜像加工指令

当工件对某一轴有对称形状时，可以先对工件的局部进行编程，利用镜像功能和子程序调用的方法，只对工件的一部分进行编程，就能加工出工件的整体。以XY平面内的镜像加工为例，其编程格式为： 格式一：

G51.1X Y ；（建立镜像）

……..(M98 P××）；

G50.1X Y ；（取消镜像）

说明：

1、X Y 用来指定镜像的对称中心的位置或对称轴的位置。如图9-19所示，G51.1X0为以Y坐标轴镜像；G51.1Y0为以X坐标轴镜像；G51.1X0Y0为以原点O点镜像。

图9-19

2、G51.1和G50.1为模态指令，开机后默认G50.1。

3、当对所选平面内某一轴使用镜像时，其程序中的刀具工艺路线将发生如下变化（如图9-20所示）：

a) 镜像前的圆弧插补方向与镜像后的方向相反，即G02变成G03，G03变

成了G02。

b) 刀具半径补偿的方向相反，即G41变成了G42，G42变成了G41。 c) 镜像前后，坐标系旋转的方向相反。 d) “顺铣”变“逆铣”。

图9-20 4、对固定循环使用镜像时，下面的量不镜像。

在深孔钻G83、G73时，背吃刀量（Q）和退刀量不使用镜像。 在精镗（G76）和背镗（G87）中，移动方向不使用镜像。

5、对连续形状不使用镜像，进给中会产生接刀痕，影响轮廓的表面质量。 格式二：

G51 X___Y___I___J___；

……..(M98 P××）； G50； 说明：

该格式出能实现镜像轴线或镜像点的设置外，还可以进行比例缩放的设置（前面已讲解），采用这种格式时，根据需要I,J可分别取值为“1”或者“-1”。当I或J为“1”时，将相应屏蔽X值或Y值，以非屏蔽坐标值所确定的直线作为镜像轴线，例如“G51X0Y20.0I1.0J-1.0”表示：屏蔽X值，以Y=20的直线为镜像轴线；当I和J均为“-1”时，将以X、Y坐标值所确定点为镜像点，例如，“G51X0Y0I-1.0J-1.0”表示坐标原点为镜像点。 9.3.2镜像加工实例一：试编程加工如下图9-21

图9-21镜像实例1

一、图形分析

O1为原图，O2为镜像得到的图形，O3为O2镜像后放大了1.2倍，O4为O1镜像后缩小了0.9，

二、加工工艺

①机床选择：

FANUC OI mate系统的加工中心 ② 刀具选择： Φ8mm平底刀 ③ 刀具补偿：

D01填8 D02填4（刀具半径） ④ 切削三要素选择：

根据刀具材料和工件材料，选择： A、切削速度Vc=30m/min

B、主轴转速n=1000Vc/πD,经计算取600r/min，即：S600 C、背吃刀量ap=2mm 三、编程思路

1.编写一个子程序O3，用来编写O1图形的刀轨

2.编写一个子程序O2，通过多次调用O3子程序用来加工O1图形的整

体加工

3.编写主程序O1调用O2（嵌套调用O3），分别应用子坐标设定、镜像

命令、缩放命令加工图形O2、O3、O4 主程序：

O1；

T01M98P9000； G54F200； G00X0Y0；

G52X-27.5Y-20； M98P2； G52； X0Y0；

G51.1Y0； G52X-27.5Y-20； M98P2； G52；

G50.1； G51.1X0Y0； G52X-27.5Y-20；

G51X0Y0P1.2； M98P2； G50； G52；

G50.1； G51.1X0； 图形O4

G52X-27.5Y-20； G51X0Y0P0.99； M98P2；

//设定子坐标

//调用2号子程序实现图形O1的加工 //以Y0为对称轴镜像以下刀路，加工图形O2 //取消镜像

//以原点为对称点，镜像以下刀路，加工图形O3 //比例扩大1.2倍 //取消镜像

//以X0为对称轴，镜像以下刀路，加工

G50； G52；

G50.1； //取消镜像 M30；

子程序，加工O1图形，分2层加工，每层调用O3子程序两次 O2；

S800M03F200； G00X10Y0； Z2.0； G01Z-2.0；

D1M98P3； //D1为8

D2M98P3； //D2为刀具半径4 Z-4.0； D1M98P3； D2M98P3； Z10.0； M99； 子程序 O3；

G41G01X0Y-2； G01X0Y0；

G03X-20I-10；//注意此处的圆弧指定方式为圆心坐标指定，如果用半径指定，

则前面的缩小

G03X20Y0I20； 比例不正常

G03X0Y0I-10； G01Y-2； G40G01X10Y0；

M99；

在斯沃中的仿真刀轨如下图9-22所示（加入了刀补值）

图9-22镜像实例1刀路仿真

9.3.3镜像加工实例二：利用子程序及镜像加工功能指令编写下图9-23所示的精加工程序

刀具为Φ10的立铣刀

图9-23镜像加工实例2

9.4.1旋转加工功能指令—G68、G69

G68—建立旋转加工功能； G69—撤销旋转加工功能；

编程格式:

G68 X Y Z R ； ……..(M98 P××）； G69；

图9-24

其中，X、Y、Z为旋转中心的坐标值（可以是X、Y、Z中的任意两个，由当前平面选择指令G17、G18、G19中的一个来确定）；R为旋转角度，逆时针旋转为正值，顺时针旋转定义为负值。如图9-24所示。 说明：

1) 在建立坐标系旋转指令前，必须用G17、G18或G19指定坐标平面，平面选

择代码不能在坐标系旋转方式中指定。

2) 当用G68编程时，若程序中为指定G27、G28、G29、G30和与坐标系有关

的代码G52到G59～G92等不能指定，如果需要这些G代码，必须在取消坐标铣旋转方式以后才能指定。

3) 坐标系旋转取消指令G69以后的第一个移动指令，必须用绝对值指定，如果

用增量值指令将不执行正确的移动。

9.4.2编程实例一：如图9-25所示零件，试用旋转加工功能指令编写铣60mm×60mm的凸台的程序。

图9-25

编程分析：选用Φ10的刀具，编写主程序和子程序，子程序为铣正方的刀轨，主程序多次调用子程序实现分层加工。

主程序： O0006;

G54G90G00X-40Y-40Z100.0; S1000M03; Z2.0; G68X0Y0R28; G01Z-2.0F150;

D1M98P0007 F200; //D1取13 D2M98P0007 F200; //D2取5 G01Z-4.0F150; D1M98P0007 F200; D2M98P0007 F200; G01Z-5F150; D1M98P0007 F200; D2M98P0007 F200; G69 G00Z150 M30 子程序： O0007;

G41G01X-30Y-25; X25; Y25; X-25; Y-30;

G40G01X-40Y-40;

M99; 图9-26旋转编程刀路仿真 刀路仿真结果如下图9-26所示

9.4.3编程实例二：编写如下图9-27所示的旋转变换功能程序

图9-27

第四节 典型凸台零件的编制及仿真

教学目的：

1) 学会综合利用准备功能指令G16、G15；G51、G50；G51.1、G50、1；G68、

G69编制实际的程序

2) 正确理解加工工件的工艺编制

3) 编制实际的程序并在模拟软件上进行刀路的仿真 教学重点、难点：

1) 综合运用高级指令的能力 2) 模拟机床的软件上进行刀路仿真 教学方法：

指令讲解、示范法 教学内容：加工下图所示零件

9.5.1工件的工程图如图9-1所示，编程实现其加工。

9.5.2数控加工工艺分析

（1）零件图样及编程工艺分析：该零件图为三个凸起的平面图形，第一象限的凸形为初始图形，该图形为一个类六边形（边长为22mm）的变形形式，它是六边形的两个对角倒圆角，倒角圆的半径为19.05mm，倒角的圆心角为60°，圆心在正六边形的中心，加工编程可以采用局部坐标、极坐标编程加工；第四象限凸形为初始图形关于坐标轴的镜像可以使用镜像命令来加工；左边的图形为初始图形旋转了270°再经过坐标移动，缩放得到的图形，编程时，可以采用局部坐标、坐标旋转、缩放指令进行编程。 （2）选择工装及刀具

a) 根据零件图样要求，可选择数控铣床进行加工。

b) 工具选择。工件采用三爪卡盘装夹，试切法对刀，把刀偏置输入相应的刀具

参数中。

c) 量具选择。轮廓尺寸用游标卡尺、千分尺、角尺、万能量角器等测量，表面

质量用表面粗糙度样板检测。 d) 刀具选择如下表9-1所示

表9-1 零件图号 平面轮45钢 廓 换刀刀具 序号 号 称 号 设定 补设偿 定 具 名图刀 具具直径 度 直径 长度 手动 自动/长刀刀刀补地址 方式 加工部位 零件名材料 称 数控程序编号 刀具明细表 数控铣床 车间 使用设备

面1 T01 铣刀 立2 T02 铣刀 审核 批 准 年 月 日 共 页 第 页 Φ10 自动 铣轮廓 Φ60 0 H1 自动 铣面

编制 （3）确定切削用量，见数控加工工序卡。

（4）确定工件坐标系，对刀点和换刀点，见数控加工工序卡表9-2。

表9-2数控加工工序卡 单位名称 工序号 1.铣O0502 面 工序简图： 三爪卡盘 数控铣床 数控实训车间 程序编夹具名称 号 使用设备 车间 ××× 产品名称 ××× 零件名称 平面轮廓铣削 零件图号 ×××

图9-29编程原点设定 工步号 1 装夹 工步内刀容 具号 手动 2 对刀，上T0表面中1 心点 3 铣面 1000 150 1.5 自动 工序号 2铣O0503轮（主程三爪卡盘 数控铣床 数控实训车间 程序编夹具名称 号 使用设备 车间 Φ60 800 手动 刀具规格主轴转速进给速度f/背吃刀量备（mm） n/（r/min） （mm/min） ap/(mm) 注

廓 序） O0504（子程序） 工序简图： 图9-30 工步号 工步内刀容 具号 刀具主轴转速n/进给速度f/背吃刀量备规格（r/min） （mm） 1 铣轮廓 T02 2 清除残T0料 2 Φ10 1000 150 Φ10 1000 150 自动 自动 自（mm/min） ap/(mm) 注

动 编制

（5）程序编制 程序 O0503； T02M98P9000； G17G54G90S800M03； G00X0Y0； Z100； Z20； G01Z-2.0F150； G52X30Y30； D1M98P0504； G01Z-4.0； D1M98P0504； G01Z-6.0； D1M98P0504； G52； G01Z-2.0； G52X30Y-30； G51.1Y0； D1M98P0504； G01Z-4.0； D1M98P0504； 注释 建立子坐标系 调用子程序加工凸台一 完成凸台一的加工 取消子坐标系 建立子坐标系 以X轴为对称轴镜像坐标 加工对称的凸台 D1为刀具半径5 ×× 审核 ×× 批准 ×× 年 月 共2页 日 第一页

G01Z-6.0； D1M98P0504； G50.1； G52； G01Z-2.0； G01X-30Y-40； G52X-35Y0； G68X0Y0R30； D7M98P0504； D6M98P0504； D5M98P0504； D4M98P0504； D3M98P0504； D2M98P0504； D1M98P0504； G01Z-4.0； D7M98P0504； D6M98P0504； D5M98P0504； D4M98P0504； D3M98P0504； D2M98P0504； D1M98P0504； G01Z-6.0； G51X0Y0Z0P1.2； D6M98P0504； D5M98P0504； D4M98P0504； 取消镜像，对称的凸台加工完成。 取消子坐标系。 刀具放在这里准备后面的旋转编程的下刀点 建立子坐标系，为加工左边的凸台做好准备。 以新建立的坐标系原点旋转坐标系30度（逆时针） 调用子程序加工左边凸台的第一台阶D7为50；D6为41；D5为33；D4为25；D3为21；D2为13

D3M98P0504； D2M98P0504； D1M98P0504； G50； G69； G52； G52X0Y0； G01X0F150； G91G01Y8； Y-16； X-60； Y-8；； X70； y-8； x-80； y-8； x90； y-8； G90G01X0Y-75； G03X75Y0R75； G01X0； X40； Y3； Y-3； X48； Y5； Y-5； X58； 开始准备缩放加工 以（0，0，0）点进行缩放，比例为：26.4/22=1.2 调用子程序加工左边凸台的第二台阶 比例缩放取消 撤销旋转 取消子坐标系。 以下为清除残料。

Y40； Y-40； X75Y0； G03X0Y75R75； G01Y30； G91X-60； Y8； X65； Y8； X-80； Y9； x90； y8； x-90； y6； x80； G90G00Z100； M30； O0504 G16； G41G01X19.05Y180； G01X22Y150； X22Y90； X19.05Y60； G02X19.05Y0r19.05； G01X22Y330； X22Y270； X19.05Y240； G02X19.05Y180r19.05； 加工凸台一的子程序 从对刀点到凸台一的起点建立刀具半径补偿，极坐标编程

G15； G01X-19.05Y22； G40G01X-30Y-30； M99； 取消极坐标 取消刀具半径补偿，返回进刀点。 在仿真软件上的刀轨仿真如下图9-31所示：（未设置刀具补偿及残料清楚）

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图9-31

完成下面如图所示零件的加工：

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