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。圖2-1 中間軸第一節 工藝分析知識點 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

2、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

3、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

4、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。為絕對值編程時，刀

5、具以各軸的快速進給速度運動到工件坐標系X、Z點；指令書寫格式：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：1G00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

6、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。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。指令書寫格式：G01 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

7、點）從ABCG01 X25.0 Z33.0 F0.3G01 X25.0 Z13使用增量值編程：從ABCG01 U-25.0 W0 F0.3 G01 U0 W-20例1：如圖2-4所示，用G00、G01指令進行編程。圖2-4 G00、G01編程實例程 序說 明O0001;N10 M03 T0101 S600; 以600轉啟動主軸正轉，選擇1#刀及1#刀補N20 G00 X14.0 Z2.0;快速移到起刀點，Z軸2mmN30 G01 X14.0 Z-10.0 F0.3;加工14外圓N40 X26.0;退刀N50 Z-20.0;加工26外圓N60 X34.0;退刀N70 Z-30.0;加工34外圓

8、N80 G00 X100.0 Z10.0;回對刀點N90 M05;主軸停N100 M30;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

9、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兩把刀在同一基準下的位置偏差量。 a) b)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

10、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 T0101 ; (啟動主軸，選擇1#刀并調用1#刀補)。N100 T0202 ; （換2#刀并調用2#刀補） 。（四）編程實例圖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

11、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30mm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 切削用量切削表面主 軸 轉 速 S（r/min）進 給 速 度 f (mm/r)粗車外圓及端面5000.25精車外圓及端面8000.15（3）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

12、 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N80 X25.0;工進到第二刀切削點N90 G01 Z-25.0 F0.25;粗加工外圓第二刀N100 X32.0;退刀N110 G00 Z2.0; 快速退回到起刀點N120 X21.0;第三刀切削點N130 G01 Z-15.0 F0.25;粗加工外圓第三刀N140 X27.0;退刀N150 G00 X100.0 Z100.0;快速退刀N160 M05;主軸停N

13、170 M00;程序暫停，工件反頭N180 M03 S400;主軸以400轉轉動N190 G00 X35.0 Z2.0;刀具快速移動到起刀點N200 G01 X31.0 F0.25;工進到切削點N210 Z-25.0 ;粗加工外圓第一刀N220 X35.0;退刀N230 G00 Z2.0; 快速退回到起刀點N240 X25.0;工進到第二刀切削點N250 G01 Z-25.0 F0.25;粗加工外圓第二刀N260 X32.0;退刀N270 G00 Z2.0; 快速退回到起刀點N280 X21.0;第三刀切削點N290 G01 Z-15.0 F0.25;粗加工外圓第三刀N300 X27.0;退刀

14、N310 G00 X50.0 Z100.0;退刀N320 T0202 S600;換2#刀及刀補N330 G00 X30.0 Z0;快進到工件端面N340 G01 X0 F0.2;精車端面N350 Z3.0;退刀N360 G00 X22.0 S600;快速退刀到精加工定刀點，轉速600轉N370 G01 X19.98 F0.15;工進到精加工第一刀切削點N380 Z-15.0;精車20外圓N390 X23.98;退刀N400 Z-25.0;精車24外圓N410 X29.99;退刀N420 Z-50.0;精車30外圓N430 X35.0;退刀N440 G00 X100.0 Z100.0;回換刀點N

15、450 M05;主軸停N460 M00;程序暫停，工件反頭N470 M03 S600;主軸以600轉轉動N480 G00 X35.0 Z2.0 ;快速移動到精加工定刀點N490 G01 X19.98 F0.15;工進到精加工第一刀切削點N500 Z-15.0;精車20外圓N510 X23.98;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二、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

16、。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。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

17、-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：N50 G90 X40.0 Z20.0 F0.3 ;（ABCDA）N60 X30.0; （AEFDA） N70 X20.0; （AGHDA）說明：1在固定循環切削過程中，M、S、T等功能都不能改變;如需改變，必須在G00或G01的指令下變更，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。 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;N10 M03 T0101 S600;以600

18、轉啟動主軸正轉，選擇1#刀及1#刀補N20 G00 X50.0 Z2.0;快速移到起刀點，Z軸2mm處N30 G01 Z0 F0.40;工進到Z軸端面零點N40 X0;車端面N50 Z2.0;Z軸退刀N60 G00 X48.0 Z2.0;回到循環起刀點N70 G90 X35.0 Z-30.0 F50;循環第一刀加工34外圓留量1mm，并回到起點N80 X27.0 Z-20.0;循環第二刀加工26外圓留量1mm并回到起點N90 X15.0 Z-10.0;循環第三刀加工14外圓留量1mm并回到起點N100 G00 X14.0;快速移動到精車起點14、Z2處N110 G01 Z-10.0 F30;精

19、加工14外圓N120 X26.0;退刀至26外圓N130 Z-20.0;精加工26外圓N140 X35.0;退刀至35外圓N150 Z-30.0;精加工35外圓N160 X50.0;退刀至50外圓N170 G00 X100.0 Z100.0;快速退刀至X100、Z100處N180 M05;主軸停N190 M30;主程序結束并復位（2）端面切削循環 （G94）格式： 為絕對值編程時，切削終點坐標值G94 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2-11所示，刀具從循環起點開始按矩形循環，其加工順序按1、2、3、4進行。圖2-11 端面切削循環說明

20、：G94循環與G90循環最大區別在于，G94第一步先走Z軸而G90則是先走X軸。例4： 加工下圖2-12所示零件，編寫加工程序。 圖2-12 G94切削循環編程其加工程序如下：程 序說 明O0004;N10 M03 T0101 S500;主軸正轉，選擇1#刀及1#刀補N20 G00 X45.0 Z5.0;快速移動到循環加工起點N30 G94 X20.0 Z-3.5 F0.3;第一次循環加工，ABCDAN40 X20.0 Z-7.0;第二次循環加工，AEFDAN50 X20.0 Z-10.0;第三次循環加工，AHIDAN60 M05;主軸停N70 M30;主程序結束并復位三、復合形狀多重循環G7

21、0G76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：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

22、（ns）Q（nf）U（u）W（w）D（d）F S T ns-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

23、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

24、。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;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N60 X30.0;精加工端面N70 Z-30.0;精加工30外圓N80 X40.0; 精加工端面N90 Z-45.0;精加工40

25、外圓N100 X70.0; 精加工端面N110 X75.0;退刀N120 G70 P40 Q110;精加工指令N130 G00 X100.0 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（nf）U（u）W（w）D（d）F S T 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;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

26、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/min，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;N10 M03 T0101 S800; 以800轉啟動主軸正轉，選擇1#刀及1#刀補N20 G00 X80.0 Z10.0;快速移到循環起刀點N30 G72 P40 Q100 U1.0 W0.5 D4.0 F0.3 S500;粗車

27、量：4mm;精車量：X1mm,Z0.5mmN40 G00 Z-45.0 S800;精加工輪廓起點，轉速800轉N50 G01 X50.0 F0.15;精加工45長度N60 Z-30.0;精加工50外圓N70 X40.0;精加工30長度N80 Z-15.0; 精加工40外圓N90 X30.0;精加工15長度N100 Z0.5; 精加工30外圓N110 G70 P40 Q100;精加工指令N120 G00 X100.0 Z100.0;退刀N130 M05; 主軸停N140 M30;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

28、 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，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G7

29、3指令編寫加工程序。圖2-16 固定形狀粗車循環（G73）其程序如下：程 序注 釋O0007;N10 M03 S800 T0101;以800轉啟動主軸正轉，選擇1#刀及1#刀補N20 G00 X120.0 Z30.0;快速移到循環起刀點N30 G73 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;N40 G00 X30.0 Z5.0;精加工輪廓起點，轉速800轉N50 G01 X30.0 Z-15.0 F0.15;精加工20外圓N60 X40.0;精加工端面N70 Z-30.0;精加工30外圓N80 X50.0;精

30、加工端面N90 Z-45.0;精加工40外圓N100 X70.0;精加工端面N110 Z-60.0;精加工70外圓N120 X85.0;精加工端面N130 G70 P40 Q120;精加工指令N140 G00 X100.0 Z100.0;退刀N150 M05;主軸停N160 M30;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

31、（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 1調整或重新設定刀具數據2切削用量選擇不當產生讓刀2合理選擇切削用量3程序錯誤3檢查修改加工程序4工件尺寸計算錯誤4正確計算外圓表面光潔度太