1、第二章 外圓與端面加工在數控車床上加工的零件形狀主要以回轉類零件為主， 因此如圖 2-1 所示結構的零件是會經常遇到的，而外圓和端面加工又是零件加工的基本步驟和前期工步，所以我們應首先掌握零件基本結構 的加工工藝、加工特點、要求及方法，以及控制機床動作的加工程序和編程指令。0.025AB圖 2-1 中間軸 第一節 工藝分析1. 40 712. 45#3. 0.5 45知識點 走刀路線技能點 正確制定外圓和端面的加工工藝 一、外圓及端面加工的工藝分析在車削加工中最常見、最基本的加工就是車外圓。而且車外圓與車床上其他的加工形式有著密 切的關系。因此，必須熟練掌握車外圓技術。1零件的裝夾 正確安裝的

2、目的就是使工件在整個切削過程中始終保持正確的位置，工件安裝的質量和速度， 直接影響到工件的加工質量和效率。同時，所有加工表面都位于零件的外圓上的，加工時將產生較 大的切削力。車外圓時主切削力的方向與工件軸線不重合，必然的要影響到工件的穩固性。在數控 車床上進行外圓加工一般可采用下面幾種裝夾方式：（ 1）使用普通三爪卡盤安裝，工件安裝后一般不需要校正，只控制長度即可。（ 2）利用軟卡爪，并適當增加夾持面的長度，以保證定位準確，裝夾穩固。（ 3）利用尾座及頂尖做輔助，采用一夾一頂方式裝夾，最大限度的保證零件的穩固性。 2選擇刀具及加工方式外圓加工是最基本、最簡單的加工步驟，所選用的刀具其結構和種類

3、也較普通。（ 1）選擇通用標準刀具，選擇余地較大。（ 2）盡量選擇機夾不重磨刀具，有利于標準化選擇。（ 3）可根據零件材料選擇特殊刀具。加工路線主要是根據零件的形狀和毛坯來確定。當零件精度較低且余量較小時，可不分粗、精車一刀車出，加工效率較高；當零件余量較大時，不分粗、精車會使刀具前面壓力過大出現扎刀和 折斷刀具的現象，應采用分次進刀的粗車方式，達到降低切削力和斷屑的目的。同時注意盡量的選 擇強度較高的刀具。3切削用量與切削液的選擇 背吃刀量、進給速度和切削速度是切削用量三要素，受加工過程中，切削力的影響，切削速度 大小可以調節的范圍較小。要增加切削穩定性，提高切削效率，就要在背吃刀量和進給速

4、度上面做 文章。在普通車床上進行外圓加工，切削速度和進給速度的選擇相對較低，一般取80100 米 /分鐘。數控車床的各項精度要遠高于普通車床，在切削用量的選取上就可以選擇相對較高的速度。第二節 編程指令知識點 G01 、G00、G71G73 代碼技能點 按零件圖樣要求加工外圓及端面 數控加工中的動作在加工程序中用指令的方式予以規定，準備功能 G 指令它是用來規定刀具和 工件的相對運動軌跡、機床坐標系、坐標平面、刀具補償、坐標偏置等多種加工操作。為了完成上 述圖 2-1 所示零件的加工我們有必要先來學習幾個基本加工指令代碼。一、基本指令代碼（一）快速點定位指令 G00G00 指令是模態代碼， 它

5、命令刀具以點定位控制方式從刀具所在點快速運動到下一個目標位置。 它只是快速定位，而無運動軌跡要求，且無切削加工過程。指令書寫格式：為絕對值編程時，刀具以各軸的快速進給速度運動到工件坐標系 X 、 Z 點；G00 X （U）Z（W）為增量值編程時，刀具以各軸的快速進給 速度運動到距離現有位置為 U、 W 的點。G 指令格式中如果省略 X （ U），則表示為外圓加工；如果省略 Z（ W ），則表示為端面加工。 加工如圖 2-2 所示的零件，要求刀具快速從 A 點移動到 B 點，編程格式如下：圖 2-2快速點定位絕對值編程為G00 X25.0 Z2.0增量值編程為G00 U-25.0 W0說明：1G

6、00為模態指令，可由 G01、G02、G03或 G33功能注銷；2移動速度不能用程序指令設定，而是由廠家預先設置的；3G00 的執行過程：刀具由程序起始點加速到最大速度，然后快速移動，最后減速到終點，實 現快速點定位；4刀具的實際運動路線有時不是直線，而是折線，使用時注意刀具是否和工件干涉；5G00 一般用于加工前的快速定位或加工后的快速退刀。（二）直線插補指令 G01G01 指令是模態代碼，它是直線運動命令，規定刀具在兩坐標或三坐標間以插補聯動方式按指 定的 F 進給速度做任意的直線運動。指令書寫格式：為絕對值編程時，刀具以 F 指令的進給速 度進行直線插補，運動到工件坐標系X 、Z 點。G

7、01 X（ U）Z（ W）F合成進給速度。 為增量值編程時，刀具以 F 指令的進給速度 運動到距離現有位置為 U、 W 的點 直線插補指令應用如圖 2-3 所示。圖 2-3 直線插補指令 使用絕對編程： （O 點為工件原點）從 A BCG01 X25.0 Z33.0 F0.3G01 X25.0 Z13使用增量值編程：從 A B CG01 U-25.0 W0 F0.3G01 U0 W-20例 1：如圖 2-4 所示，用 G00、 G01 指令進行編程。圖 2-4G00 、G01 編程實例程序說明O0001;N10M03 T0101 S600;以 600 轉啟動主軸正轉，選擇1#刀及 1#刀補N2

8、0G00 X14.0 Z2.0;快速移到起刀點， Z 軸 2mmN30G01 X14.0 Z-10.0 F0.3;加工 14 外圓N40X26.0;退刀N50Z-20.0;加工 26 外圓N60X34.0;退刀N70Z-30.0;加工 34 外圓N80G00 X100.0 Z10.0;回對刀點N90M05;主軸停N100M30;主程序結束并復位說明：1G01 指令后的坐標值取絕對值編程還是取增量值編程，由編程者根據情況決定;2進給速度由 F 指令決定。 F 指令也是模態指令，可由 G00 指令取消。如果在 G01 程序段之 前的程序段沒有 F指令，且現在的 G01 程序段中沒有 F 指令，則機

9、床不運動。因此， G01程序中必 須含有 F 指令；3程序中 F指令進給速度在沒有新的 F指令以前一直有效， 不必在每個程序段中都寫入 F 指令； 4G01為模態指令 ;可由 G00、G02、G03 或G33功能注銷。（三）相關知識1刀具補償功能的應用 刀具補償功能是用來補償刀具實際安裝位置（或實際刀尖圓弧半徑）與理論編程位置（刀尖圓 弧半徑）之差的一種功能。刀具補償功能是數控車床的一種主要功能，它分為刀具偏移補償（即刀 具位置補償）和刀尖圓弧半徑補償兩種功能。在次，主要介紹刀具位置補償。刀具位置補償是數控加工中較為復雜的準備工作之一，各刀具定位及相互之間的位置將直接影 響到零件的尺寸精度。如

10、圖 2-3 所示，刀具安裝在刀架上后便與機床確定一相互關系，但每把刀具 安裝的位置和伸出長度均不相同， 都存在一定的位置偏差。 圖 2-5a刀具安裝位置， 圖 2-5b 兩把刀在圖 2-5 刀具位置補償 這個偏差值可通過刀具補償值設定，使刀具在 x 方向和 z 方向獲得相應的補償量。通過對刀或 刀具預調，使每把刀的刀位點盡量重合于某一理想基準點，同時測定其各號刀的刀位偏差值，存入 相應的刀具偏置寄存器中以備加工時隨時調用。2刀位點 刀位點是指在加工程序編制中，用以表示刀具特征的點，也是對刀和加工的基準點。對于車刀， 各類車刀的刀位點見圖 2-6。圖 2-6 各類車刀的刀位點N50 M03 T0

11、101 ; （啟動主軸，選擇 1#刀并調用 1#刀補 ）N100T0202 ;（換 2#刀并調用 2#刀補）四）編程實例0.025AB1. 40 712. 45#3. 0.5 45圖 2-7 中間軸1工藝分析：（1）分析圖紙要求，按先粗后精、先主后次的加工原則，確定加工路線。1）此零件為回轉類工件且左右對稱， 大外圓有圓跳動公差要求， 因此選用兩頂尖裝夾以軸心線 定位，在保證形位公差的前提下來加工此工件。2）選取工件右端面中心為工件坐標系原點。3）路線為：車端面 （可以在普車上加工 ）粗車大外圓及右側兩外圓反頭兩頂尖裝夾粗車 左端兩外圓兩頂尖裝夾精車 20mm 外圓精車 24mm外圓精車 30

12、mm外圓反頭兩 頂尖裝夾精車左端外圓 20mm、 24mm 外圓。（2）合理選擇切削用量切削用量主軸轉速進給速度切削表面S( r/min )f (mm/r)粗車外圓及端面5000.25精車外圓及端面8000.153）編寫加工程序程序注釋O0002;建立程序號N10 M03 T0101 S400;主軸正轉轉速為 600 轉，選擇 1#刀及刀補N20 G00 X40.0 Z10.0;刀具快速移動到定刀點N30 X35.0 Z2.0;移近工件N40 G01 X31.0 F0.25;工進到切削點N50 Z-50.0 ;粗加工外圓第一刀N60 X35.0;退刀N70 G00 Z2.0;快速退回到起刀點N

13、80 X25.0;工進到第二刀切削點600 轉N90G01 Z-25.0F0.25;N100X32.0;N110G00 Z2.0;N120X21.0;N130 G01 Z-15.0 F0.25;N140X27.0;N150G00 X100.0 Z100.0;N160M05;N170M00;N180M03 S400;N190G00 X35.0Z2.0;N200G01 X31.0F0.25;N210Z-25.0 ;N220X35.0;N230G00 Z2.0;N240X25.0;N250G01 Z-25.0F0.25;N260 X32.0;N270G00 Z2.0;N280X21.0;N290G0

14、1 Z-15.0 F0.25;N300X27.0;N310 G00 X50.0 Z100.0;N320 T0202 S600;N330 G00 X30.0 Z0;N340 G01 X0 F0.2;N350 Z3.0;N360 G00 X22.0 S600;N370 G01 X19.98 F0.15;N380 Z-15.0;N390 X23.98;N400 Z-25.0;N410 X29.99;N420 Z-50.0;N430 X35.0;N440 G00 X100.0 Z100.0;N450 M05;N460 M00;N470 M03 S600;N480 G00 X35.0 Z2.0 ;N49

15、0 G01 X19.98 F0.15;N500 Z-15.0;N510 X23.98;粗加工外圓第二刀 退刀快速退回到起刀點 第三刀切削點 粗加工外圓第三刀 退刀 快速退刀 主軸停 程序暫停，工件反頭 主軸以 400 轉轉動 刀具快速移動到起刀點 工進到切削點 粗加工外圓第一刀 退刀快速退回到起刀點 工進到第二刀切削點 粗加工外圓第二刀 退刀快速退回到起刀點 第三刀切削點 粗加工外圓第三刀 退刀 退刀 換 2#刀及刀補 快進到工件端面 精車端面 退刀 快速退刀到精加工定刀點，轉速 工進到精加工第一刀切削點 精車 20 外圓 退刀 精車 24 外圓 退刀 精車 30 外圓 退刀 回換刀點 主軸停

16、程序暫停，工件反頭 主軸以 600 轉轉動 快速移動到精加工定刀點 工進到精加工第一刀切削點 精車 20 外圓 退刀N520 Z-24.97;精車 24 外圓N530 X35.0;退刀N540 G00 X100.0 Z100.0;回換刀點N550 M05;主軸停N560 M30;程序停并返回程序開始固定循環指令數控車床上被加工工件的毛坯常用棒料或鑄、鍛件，因此加工余量大，一般需要多次重復循環 加工，才能去除全部余量。為了簡化編程，數控系統提供不同形式的固定循環功能，以縮短程序的 長度，減少程序所占內存。固定切削循環通常是用一個含 G 代碼的程序段完成用多個程序段指令的 加工操作，使程序得以簡化

17、。固定循環一般分為單一形狀固定循環和復合形狀固定循環。1單一形狀固定循環（ 1）外圓切削循環（ G90）格式： 為絕對值編程時，切削終點坐標值G90 X （ U）Z （W ）F合成進給速度為增量值編程時，切削終點相對循環 起點的有向距離如圖 2-8 所示，刀具從循環起點開始按矩形循環，最后又回到循環起點。圖中虛線表示快速運 動，實線表示按 F 指定的工作進給速度運動。其加工順序按1、2、3、4 進行。圖 2-8 外圓切削循環 例 2：加工如圖 2-9 所示的工件，編寫加工程序。圖 2-9 外圓切削循環加工其加工程序如下：N50G90 X40.0 Z20.0F0.3 ;(A BCDA )N60X

18、30.0;(AEFDA)N70X20.0;(AGHDA)說明：M、S、T 等功能都不能改變 ;如需改變，必須在 G00 或 G01 的指令1在固定循環切削過程中， 變更，然后再指令固定循環。2G90 循環每一步吃刀加工結束后刀具均返回起刀點。3G90循環第一步移動為 X 軸方向移動。例 3：加工如圖 2-10 所示的工件，編寫加工程序。2030圖 2-10 G90 外圓切削循環加工編程實例其加工程序如下：程序說明O0003;N10M03T0101 S600;以 600 轉啟動主軸正轉，選擇1#刀及 1#刀補N20G00X50.0Z2.0;快速移到起刀點， Z 軸 2mm 處N30G01Z0F0

19、.40;工進到 Z 軸端面零點N40X0;車端面N50Z2.0;Z 軸退刀N60G00X48.0Z2.0;回到循環起刀點N70G90X35.0 Z-30.0 F50;循環第一刀加工 34 外圓留量1mm，并回到起點N80X27.0Z-20.0;循環第二刀加工 26 外圓留量1mm 并回到起點N90X15.0Z-10.0;循環第三刀加工 14 外圓留量1mm 并回到起點N100 G00X14.0;快速移動到精車起點 14、Z2 處N110 G01Z-10.0F30;精加工 14 外圓N120X26.0;退刀至 26 外圓N130Z-20.0;精加工 26 外圓N140X35.0;退刀至 35 外

20、圓N150Z-30.0;精加工 35 外圓N160X50.0;退刀至 50 外圓N170 G00X100.0 Z100.0;快速退刀至 X100 、 Z100 處N180M05;主軸停N190M30;主程序結束并復位2）端面切削循環 （ G94）格式：切削終點) 4(R) /2U4(R) U2(F) 1( R)2(F) 3( F) 4(R)/2X為絕對值編程時，切削終點坐標值合成進給速度 為增量值編程時，切削終點相對循環 起點的有向距離。1、2、3、 4 進行。如圖 2-11 所示，刀具從循環起點開始按矩形循環，其加工順序按切削始點循環 起 點Z圖 2-11 端面切削循環說明： G94 循環與

21、 G90 循環最大區別在于， G94 第步先走Z 軸而 G90 則是先走 X 軸。Xo10主軸正轉，選擇 1#刀及 1#刀補 快速移動到循環加工起點例 4： 加工下圖 2-12 所示零件，編寫加工程序。E B A (45. 5)1( R)2( F) 4( R)3( F)FC圖 2-12 G94 切削循環編程其加工程序如下：O0004;N10 M03 T0101 S500;N20 G00 X45.0 Z5.0;N30G94 X20.0 Z-3.5 F0.3;第一次循環加工，A BCD AN40X20.0 Z-7.0;第二次循環加工，A EF DAN50X20.0 Z-10.0;第三次循環加工，A

22、HIDAN60M05;主軸停N70M30;主程序結束并復位三、復合形狀多重循環G70G76 是 CNC 車床復合形狀多重循環指令，該指令應用于非一次走刀即能完成加工的場合，與單一形狀固定循環指令一樣，它可以用于必須重復多次加工才能加工到規定尺寸的典型工序。主 要用于鑄、鍛毛坯的粗車和棒料車階梯較大的軸及多次走刀切螺紋的情況下。利用復合形狀固定循 環功能，只要編寫出最終走刀路線，給出每次切除余量或循環次數，機床即可以自動決定粗加工時 的刀具路徑，完成重復切削直至加工完畢。在這一組復合形狀多重循環指令中，G70 是 G71、 G72、G73 等粗加工指令后的精加工指令，我們首先來學習其中幾個指令：

23、1外圓粗車循環 （G71）外圓粗車循環 G71，適用于切除棒料毛坯的大部分加工余量。其格式為：G71 P（ ns） Q（ nf） U（ u）W（w）D（d）FS Tns 精加工循環中的第一個程序段號 ;nf 精加工循環中的最后一個程序段號 ; u 徑向（ X ）的精車余量 （該尺寸為直徑值 ）; w 軸向（ Y ）的精車余量 ; d 每次徑向吃刀深度 ,半徑值 （該切深無符號 ）;在 NSNF 程序段內的（即自循環開始至循環結束）指令F、 S、T 不起作用。再整個粗車循環中，只執行循環開始前指令的 F、S、T 功能。即進給速度、主軸轉速、刀具均不能改變。在G71 指令的程序段中， F、 S、T

24、 是有效的。G71 粗車循環方式的特點是：循環切削過程中，最初的切深（ d）方向，是刀具切削平行于 Z軸。如圖 2-13 所示為用 G71 粗車外圓的走刀路線。圖中 C 點為粗加工循環起刀點， A 點是毛坯外 徑與端面輪廓的交點。 w 為軸向的精車余量 ;U/2 徑向的精車余量。 d 是每次切削深度， e 是徑向 退刀量，它是模態指令（由參數定） 。R 表示快速進給， F 表示切削進給。只要在程序中，給出AAB 之間的精加工形狀及徑向精車留量 U/2 、軸向精車留量 W 及每次切削深度 d 即可完成 AABA 區域的粗車工序。圖 2-13 粗車外圓走刀路線例 5： 如圖 2-14 所示為棒料毛

25、坯的加工示意圖。粗加工切削深度為 4mm, 進給量為 0.3mm/r, 主軸轉速為 500 r/min, 精加工余量 X 向為 1mm （直徑值） , Z 向 0.5mm, 進給量為 0.15mm, 主軸轉 速為 800r/min ，程序起點如圖，編寫加工程序。07O圖 2-14外圓粗車循環（ G71）實例加工程序如下：程序注釋O0005;N10 M03 T0101 S800;以 800 轉啟動主軸正轉， 選擇 1# 刀及 1#刀補N20 G00 X120.0 Z10.0;快速移到循環起刀點N30 G71 P40 Q110 U1.0 W0.5 D4.0 F0.3 S500;粗車量： 4mm;

26、精車量： X1mm,Z0.5mm;N40 G00 X20.0 S800;精加工輪廓起點，轉速 800 轉N50 G01 Z-15 F0.15;精加工 20 外圓N60X30.0;精加工端面N70Z-30.0;精加工 30 外圓N80X40.0;精加工端面N90Z-45.0;精加工 40 外圓N100X70.0;精加工端面N110X75.0;退刀N120 G70P40 Q110;精加工指令N130 G00X100.0 Z100.0;退刀N140 M05;主軸停N150 M30;主程序結束并復位2端面粗車循環（ G72）它適用于圓柱棒料毛坯的端面方向的粗車。其格式為：G72 P（ ns） Q（ n

27、f） U（ u）W（w）D（d）FS Tns 精加工循環中的第一個程序號 ;nf 精加工循環中的最后一個程序號 ; u 徑向（ X ）的精車余量 ; w 軸向（ Y ）的精車余量 ; d 每次徑向吃刀深度 ;G72 程序段中的地址含義與 G71相同，但它只完成端面方向粗車， 如圖 2-15 所示為從外徑方向 往軸心方向車削端面循環。例 6： 如圖 2-15 所示為棒料毛坯的加工示意圖。粗加工切削深度為 4mm, 進給量為 0.3mm/r, 主軸轉速為 500 r/min, 精加工余量 X 向為 1mm （直徑值） , Z 向 0.5mm, 進給量為 0.15mm, 主軸轉 速為 800r/mi

28、n ，程序起點如圖，用端面粗車循環G72 指令編寫加工程序。圖 2-15 端面粗車切削循環加工其程序如下：程序注釋O0006;N10M03T0101 S800;以 800 轉啟動主軸正轉，選擇 1#刀及 1#刀補N20G00X80.0 Z10.0;快速移到循環起刀點N30G72P40 Q100 U1.0 W0.5 D4.0 F0.3 S500;粗車量： 4mm; 精車量：X1mm,Z0.5mmN40G00Z-45.0 S800;精加工輪廓起點，轉速800 轉N50G01X50.0 F0.15;精加工 45 長度N60Z-30.0;精加工 50 外圓N70X40.0;精加工 30 長度N80Z-

29、15.0;精加工 40 外圓N90X30.0;精加工 15 長度N100Z0.5;精加工 30 外圓N110G70P40 Q100;精加工指令N120G00X100.0 Z100.0;退刀N130M05;主軸停N140M30;主程序結束并復位3固定形狀粗車循環（ G73） 它適用于毛坯輪廓形狀與零件輪廓形狀基本接近的鑄、鍛毛坯件。其格式： G73 P（ns）Q（nf）I（ i）K（k）U（u）W（w）D（d）F S T i 粗切時徑向切除的總余量（半徑值）; k 粗切時軸向切除的總余量 ; d 循環次數 ;其走刀路線如圖 2-16所示。執行 G73功能時， 每一刀的切削路線的軌跡形狀是相同的，

30、 只是位 置不同。每走完一刀，就把切削軌跡向工件 移動一個位置，因此對于經鍛造、鑄造等粗加工已初步 成型的毛坯，可高效加工。例 7 ： 如圖 2-16 所示為棒料毛坯的加工示意圖。粗加工切削深度為9mm ，進給量為 0.3mm/r,主軸轉速為 500 r/min ；精加工余量 X 向為 1mm（直徑值），進給量為 0.15mm,，主軸轉速為 800r/min ， 程序起點如圖，固定形狀粗車循環 G73 指令編寫加工程序。A圖 2-16 固定形狀粗車循環（ G73）其程序如下：程序注釋O0007;N10M03 S800 T0101;以 800 轉啟動主軸正轉，選擇 1# 刀及 1# 刀補N20G

31、00 X120.0 Z30.0;快速移到循環起刀點N30G73 P40 Q120 I10.0 K10.0 U0.5 W0.5 D3 F0.3S500;粗車次數 3 次，余量 9mm;精車量 1mm;N40G00 X30.0 Z5.0;精加工輪廓起點，轉速 800 轉N50G01 X30.0 Z-15.0 F0.15;精加工 20 外圓N60X40.0;精加工端面N70Z-30.0;精加工 30 外圓N80X50.0;精加工端面N90Z-45.0;精加工 40 外圓N100X70.0;精加工端面N110Z-60.0;精加工 70 外圓N120X85.0;精加工端面N130G70 P40 Q120

32、;精加工指令N140G00 X100.0 Z100.0;退刀N150M05;主軸停N160M30;主程序結束并復位4精車循環加工（ G70）當用 G71、G72、G73 粗車工件后，用 G70 來指定精車循環，切除粗加工的余量其格式為：G70 P（ ns） Q（nf）其中 ns精加工循環中的第一個程序號;nf -精加工循環中的最后一個程序號在精車循環 G70狀態下，（ns）至（ nf）程序中指定的 F、S、T 有效;如果（ ns）至（ nf）程序中不指定 F、S、T 時，粗車循環中指定的 F、S、T 有效。其編程使用見上述幾例。在使用G70 精車循環時，要特別注意快速退刀路線，防止刀具與工件發生干涉。第三節 外圓和端面加工的質量分析技能點 1. 分析產生加工誤差的原因2. 消除加工誤差的方法一、外圓加工的質量分析數控車床在外圓加工過程中會遇到各種各樣的加工和質量上的問題， 表 2-2 對較常出現的問題、 產生的原因、預防及解決方法進行了分析。表 2-1 外圓加工的質量分析問題現象產生原因預防和消除工件外圓尺寸超差1刀具數據不準確2切削用量選擇不當產生讓刀3程序錯誤4工件尺寸計算錯誤1調整或重新設定刀具數據