第二章 外圆与端面加工汇总.docx

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第二章外圆与端面加工汇总

第二章外圆与端面加工

在数控车床上加工的零件形状主要以回转类零件为主，因此如图2-1所示结构的零件是会经常遇到的，而外圆和端面加工又是零件加工的基本步骤和前期工步，所以我们应首先掌握零件基本结构的加工工艺、加工特点、要求及方法，以及控制机床动作的加工程序和编程指令。

图2-1中间轴

第一节工艺分析

[知识点]走刀路线

[技能点]正确制定外圆和端面的加工工艺

一、外圆及端面加工的工艺分析

在车削加工中最常见、最基本的加工就是车外圆。

而且车外圆与车床上其他的加工形式有着密切的关系。

因此，必须熟练掌握车外圆技术。

1．零件的装夹

正确安装的目的就是使工件在整个切削过程中始终保持正确的位置，工件安装的质量和速度，直接影响到工件的加工质量和效率。

同时，所有加工表面都位于零件的外圆上的，加工时将产生较大的切削力。

车外圆时主切削力的方向与工件轴线不重合，必然的要影响到工件的稳固性。

在数控车床上进行外圆加工一般可采用下面几种装夹方式：

（1）使用普通三爪卡盘安装，工件安装后一般不需要校正，只控制长度即可。

（2）利用软卡爪，并适当增加夹持面的长度，以保证定位准确，装夹稳固。

（3）利用尾座及顶尖做辅助，采用一夹一顶方式装夹，最大限度的保证零件的稳固性。

2．选择刀具及加工方式

外圆加工是最基本、最简单的加工步骤，所选用的刀具其结构和种类也较普通。

（1）选择通用标准刀具，选择余地较大。

（2）尽量选择机夹不重磨刀具，有利于标准化选择。

（3）可根据零件材料选择特殊刀具。

加工路线主要是根据零件的形状和毛坯来确定。

当零件精度较低且余量较小时，可不分粗、精车一刀车出，加工效率较高；当零件余量较大时，不分粗、精车会使刀具前面压力过大出现扎刀和折断刀具的现象，应采用分次进刀的粗车方式，达到降低切削力和断屑的目的。

同时注意尽量的选择强度较高的刀具。

3．切削用量与切削液的选择

背吃刀量、进给速度和切削速度是切削用量三要素，受加工过程中，切削力的影响，切削速度大小可以调节的范围较小。

要增加切削稳定性，提高切削效率，就要在背吃刀量和进给速度上面做文章。

在普通车床上进行外圆加工，切削速度和进给速度的选择相对较低，一般取80~100米/分钟。

数控车床的各项精度要远高于普通车床，在切削用量的选取上就可以选择相对较高的速度。

第二节编程指令

[知识点]G01、G00、G71~G73代码

[技能点]按零件图样要求加工外圆及端面

数控加工中的动作在加工程序中用指令的方式予以规定，准备功能G指令它是用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。

为了完成上述图2-1所示零件的加工我们有必要先来学习几个基本加工指令代码。

一、基本指令代码

（一）快速点定位指令G00

G00指令是模态代码，它命令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置。

它只是快速定位，而无运动轨迹要求，且无切削加工过程。

指令书写格式：

G00X（U）Z（W）

为增量值编程时，刀具以各轴的快速进给速度运动到距离现有位置为U、W的点。

G指令格式中如果省略X（U），则表示为外圆加工；如果省略Z（W），则表示为端面加工。

加工如图2-2所示的零件，要求刀具快速从A点移动到B点，编程格式如下：

图2-2快速点定位

绝对值编程为

G00X25.0Z2.0

增量值编程为

G00U-25.0W0

说明：

1．G00为模态指令，可由G01、G02、G03或G33功能注销；

2．移动速度不能用程序指令设定，而是由厂家预先设置的；

3．G00的执行过程：

刀具由程序起始点加速到最大速度，然后快速移动，最后减速到终点，实现快速点定位；

4．刀具的实际运动路线有时不是直线，而是折线，使用时注意刀具是否和工件干涉；

5．G00一般用于加工前的快速定位或加工后的快速退刀。

（二）直线插补指令G01

G01指令是模态代码，它是直线运动命令，规定刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度做任意的直线运动。

指令书写格式：

G01X（U）Z（W）F

合成进给速度。

为增量值编程时，刀具以F指令的进给速度

运动到距离现有位置为U、W的点

直线插补指令应用如图2-3所示。

图2-3直线插补指令

使用绝对编程：

（O点为工件原点）从A→B→C

G01X25.0Z33.0F0.3

G01X25.0Z13

使用增量值编程：

从A→B→C

G01U-25.0W0F0.3

G01U0W-20

例1：

如图2-4所示，用G00、G01指令进行编程。

图2-4G00、G01编程实例

程序

说明

O0001;

N10M03T0101S600;

以600转启动主轴正转，选择1#刀及1#刀补

N20G00X14.0Z2.0;

快速移到起刀点，Z轴2mm

N30G01X14.0Z-10.0F0.3;

加工Φ14外圆

N40X26.0;

退刀

N50Z-20.0;

加工Φ26外圆

N60X34.0;

退刀

N70Z-30.0;

加工Φ34外圆

N80G00X100.0Z10.0;

回对刀点

N90M05;

主轴停

N100M30;

主程序结束并复位

说明：

1．G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程，由编程者根据情况决定;

2．进给速度由F指令决定。

F指令也是模态指令，可由G00指令取消。

如果在G01程序段之前的程序段没有F指令，且现在的G01程序段中没有F指令，则机床不运动。

因此，G01程序中必须含有F指令；

3．程序中F指令进给速度在没有新的F指令以前一直有效，不必在每个程序段中都写入F指令；

4．G01为模态指令;可由G00、G02、G03或G33功能注销。

（三）相关知识

1．刀具补偿功能的应用

刀具补偿功能是用来补偿刀具实际安装位置（或实际刀尖圆弧半径）与理论编程位置（刀尖圆弧半径）之差的一种功能。

刀具补偿功能是数控车床的一种主要功能，它分为刀具偏移补偿（即刀具位置补偿）和刀尖圆弧半径补偿两种功能。

在次，主要介绍刀具位置补偿。

刀具位置补偿是数控加工中较为复杂的准备工作之一，各刀具定位及相互之间的位置将直接影响到零件的尺寸精度。

如图2-3所示，刀具安装在刀架上后便与机床确定一相互关系，但每把刀具安装的位置和伸出长度均不相同，都存在一定的位置偏差。

图2-5a刀具安装位置，图2-5b两把刀在同一基准下的位置偏差量。

a）b）

图2-5刀具位置补偿

这个偏差值可通过刀具补偿值设定，使刀具在x方向和z方向获得相应的补偿量。

通过对刀或刀具预调，使每把刀的刀位点尽量重合于某一理想基准点，同时测定其各号刀的刀位偏差值，存入相应的刀具偏置寄存器中以备加工时随时调用。

2．刀位点

刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。

对于车刀，各类车刀的刀位点见图2-6。

图2-6各类车刀的刀位点

。

。

。

。

。

。

N50M03T0101;（启动主轴，选择1#刀并调用1#刀补）

。

。

。

。

。

。

N100T0202;（换2#刀并调用2#刀补）

。

。

。

。

。

。

（四）编程实例

图2-7中间轴

1．工艺分析：

（1）分析图纸要求，按先粗后精、先主后次的加工原则，确定加工路线。

1）此零件为回转类工件且左右对称，大外圆有圆跳动公差要求，因此选用两顶尖装夹以轴心线定位，在保证形位公差的前提下来加工此工件。

2）选取工件右端面中心为工件坐标系原点。

3）路线为：

车端面（可以在普车上加工）——粗车大外圆及右侧两外圆——反头两顶尖装夹粗车左端两外圆——两顶尖装夹精车Φ20mm外圆——精车Φ24mm外圆——精车Φ30mm外圆——反头两顶尖装夹精车左端外圆Φ20mm、Φ24mm外圆。

（2）合理选择切削用量

切削用量

切削表面

主轴转速S（r/min）

进给速度f（mm/r）

粗车外圆及端面

500

0.25

精车外圆及端面

800

0.15

（3）编写加工程序

程序

注释

O0002;

建立程序号

N10M03T0101S400;

主轴正转转速为600转，选择1#刀及刀补

N20G00X40.0Z10.0;

刀具快速移动到定刀点

N30X35.0Z2.0;

移近工件

N40G01X31.0F0.25;

工进到切削点

N50Z-50.0;

粗加工外圆第一刀

N60X35.0;

退刀

N70G00Z2.0;

快速退回到起刀点

N80X25.0;

工进到第二刀切削点

N90G01Z-25.0F0.25;

粗加工外圆第二刀

N100X32.0;

退刀

N110G00Z2.0;

快速退回到起刀点

N120X21.0;

第三刀切削点

N130G01Z-15.0F0.25;

粗加工外圆第三刀

N140X27.0;

退刀

N150G00X100.0Z100.0;

快速退刀

N160M05;

主轴停

N170M00;

程序暂停，工件反头

N180M03S400;

主轴以400转转动

N190G00X35.0Z2.0;

刀具快速移动到起刀点

N200G01X31.0F0.25;

工进到切削点

N210Z-25.0;

粗加工外圆第一刀

N220X35.0;

退刀

N230G00Z2.0;

快速退回到起刀点

N240X25.0;

工进到第二刀切削点

N250G01Z-25.0F0.25;

粗加工外圆第二刀

N260X32.0;

退刀

N270G00Z2.0;

快速退回到起刀点

N280X21.0;

第三刀切削点

N290G01Z-15.0F0.25;

粗加工外圆第三刀

N300X27.0;

退刀

N310G00X50.0Z100.0;

退刀

N320T0202S600;

换2#刀及刀补

N330G00X30.0Z0;

快进到工件端面

N340G01X0F0.2;

精车端面

N350Z3.0;

退刀

N360G00X22.0S600;

快速退刀到精加工定刀点，转速600转

N370G01X19.98F0.15;

工进到精加工第一刀切削点

N380Z-15.0;

精车Φ20外圆

N390X23.98;

退刀

N400Z-25.0;

精车Φ24外圆

N410X29.99;

退刀

N420Z-50.0;

精车Φ30外圆

N430X35.0;

退刀

N440G00X100.0Z100.0;

回换刀点

N450M05;

主轴停

N460M00;

程序暂停，工件反头

N470M03S600;

主轴以600转转动

N480G00X35.0Z2.0;

快速移动到精加工定刀点

N490G01X19.98F0.15;

工进到精加工第一刀切削点

N500Z-15.0;

精车Φ20外圆

N510X23.98;

退刀

N520Z-24.97;

精车Φ24外圆

N530X35.0;

退刀

N540G00X100.0Z100.0;

回换刀点

N550M05;

主轴停

N560M30;

程序停并返回程序开始

二、固定循环指令

数控车床上被加工工件的毛坯常用棒料或铸、锻件，因此加工余量大，一般需要多次重复循环加工，才能去除全部余量。

为了简化编程，数控系统提供不同形式的固定循环功能，以缩短程序的长度，减少程序所占内存。

固定切削循环通常是用一个含G代码的程序段完成用多个程序段指令的加工操作，使程序得以简化。

固定循环一般分为单一形状固定循环和复合形状固定循环。

1．单一形状固定循环

（1）外圆切削循环（G90）

格式：

为绝对值编程时，切削终点坐标值

G90X（U）Z（W）F

合成进给速度

为增量值编程时，切削终点相对循环

起点的有向距离

如图2-8所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，最后又回到循环起点。

图中虚线表示快速运动，实线表示按F指定的工作进给速度运动。

其加工顺序按1、2、3、4进行。

图2-8外圆切削循环

例2：

加工如图2-9所示的工件，编写加工程序。

图2-9外圆切削循环加工

其加工程序如下：

………

N50G90X40.0Z20.0F0.3;（A→B→C→D→A）

N60X30.0;（A→E→F→D→A）

N70X20.0;（A→G→H→D→A）

……

说明：

1．在固定循环切削过程中，M、S、T等功能都不能改变;如需改变，必须在G00或G01的指令下变更，然后再指令固定循环。

2．G90循环每一步吃刀加工结束后刀具均返回起刀点。

3．G90循环第一步移动为X轴方向移动。

例3：

加工如图2-10所示的工件，编写加工程序。

图2-10G90外圆切削循环加工编程实例

其加工程序如下：

程序

说明

O0003;

N10M03T0101S600;

以600转启动主轴正转，选择1#刀及1#刀补

N20G00X50.0Z2.0;

快速移到起刀点，Z轴2mm处

N30G01Z0F0.40;

工进到Z轴端面零点

N40X0;

车端面

N50Z2.0;

Z轴退刀

N60G00X48.0Z2.0;

回到循环起刀点

N70G90X35.0Z-30.0F50;

循环第一刀加工Φ34外圆留量1mm，并回到起点

N80X27.0Z-20.0;

循环第二刀加工Φ26外圆留量1mm并回到起点

N90X15.0Z-10.0;

循环第三刀加工Φ14外圆留量1mm并回到起点

N100G00X14.0;

快速移动到精车起点Φ14、Z2处

N110G01Z-10.0F30;

精加工Φ14外圆

N120X26.0;

退刀至Φ26外圆

N130Z-20.0;

精加工Φ26外圆

N140X35.0;

退刀至Φ35外圆

N150Z-30.0;

精加工Φ35外圆

N160X50.0;

退刀至Φ50外圆

N170G00X100.0Z100.0;

快速退刀至X100、Z100处

N180M05;

主轴停

N190M30;

主程序结束并复位

（2）端面切削循环（G94）

格式：

为绝对值编程时，切削终点坐标值

G94X（U）Z（W）F

合成进给速度

为增量值编程时，切削终点相对循环

起点的有向距离。

如图2-11所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，其加工顺序按1、2、3、4进行。

图2-11端面切削循环

说明：

G94循环与G90循环最大区别在于，G94第一步先走Z轴而G90则是先走X轴。

例4：

加工下图2-12所示零件，编写加工程序。

图2-12G94切削循环编程

其加工程序如下：

程序

说明

O0004;

N10M03T0101S500;

主轴正转，选择1#刀及1#刀补

N20G00X45.0Z5.0;

快速移动到循环加工起点

N30G94X20.0Z-3.5F0.3;

第一次循环加工，A→B→C→D→A

N40X20.0Z-7.0;

第二次循环加工，A→E→F→D→A

N50X20.0Z-10.0;

第三次循环加工，A→H→I→D→A

N60M05;

主轴停

N70M30;

主程序结束并复位

三、复合形状多重循环

G70~G76是CNC车床复合形状多重循环指令，该指令应用于非一次走刀即能完成加工的场合，与单一形状固定循环指令一样，它可以用于必须重复多次加工才能加工到规定尺寸的典型工序。

主要用于铸、锻毛坯的粗车和棒料车阶梯较大的轴及多次走刀切螺纹的情况下。

利用复合形状固定循环功能，只要编写出最终走刀路线，给出每次切除余量或循环次数，机床即可以自动决定粗加工时的刀具路径，完成重复切削直至加工完毕。

在这一组复合形状多重循环指令中，G70是G71、G72、G73等粗加工指令后的精加工指令，我们首先来学习其中几个指令：

1．外圆粗车循环（G71）

外圆粗车循环G71，适用于切除棒料毛坯的大部分加工余量。

其格式为：

G71P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）D（△d）FST

ns--------精加工循环中的第一个程序段号;

nf--------精加工循环中的最后一个程序段号;

Δu---------径向（X）的精车余量（该尺寸为直径值）;

Δw--------轴向（Y）的精车余量;

Δd---------每次径向吃刀深度,半径值（该切深无符号）;

在NS~NF程序段内的（即自循环开始至循环结束）指令F、S、T不起作用。

再整个粗车循环中，只执行循环开始前指令的F、S、T功能。

即进给速度、主轴转速、刀具均不能改变。

在G71指令的程序段中，F、S、T是有效的。

G71粗车循环方式的特点是：

循环切削过程中，最初的切深（Δd）方向，是刀具切削平行于Z轴。

如图2-13所示为用G71粗车外圆的走刀路线。

图中C点为粗加工循环起刀点，A点是毛坯外径与端面轮廓的交点。

Δw为轴向的精车余量;U/2径向的精车余量。

Δd是每次切削深度，e是径向退刀量，它是模态指令（由参数定）。

R表示快速进给，F表示切削进给。

只要在程序中，给出A→A′→B之间的精加工形状及径向精车留量ΔU/2、轴向精车留量△W及每次切削深度Δd即可完成AA′BA区域的粗车工序。

图2-13粗车外圆走刀路线

例5：

如图2-14所示为棒料毛坯的加工示意图。

粗加工切削深度为4mm,进给量为0.3mm/r,主轴转速为500r/min,精加工余量X向为1mm（直径值）,Z向0.5mm,进给量为0.15mm,主轴转速为800r/min，程序起点如图，编写加工程序。

图2-14外圆粗车循环（G71）实例

加工程序如下：

程序

注释

O0005;

N10M03T0101S800;

以800转启动主轴正转，选择1#刀及1#刀补

N20G00X120.0Z10.0;

快速移到循环起刀点

N30G71P40Q110U1.0W0.5D4.0F0.3S500;

粗车量：

4mm;精车量：

X1mm,Z0.5mm;

N40G00X20.0S800;

精加工轮廓起点，转速800转

N50G01Z-15F0.15;

精加工Φ20外圆

N60X30.0;

精加工端面

N70Z-30.0;

精加工Φ30外圆

N80X40.0;

精加工端面

N90Z-45.0;

精加工Φ40外圆

N100X70.0;

精加工端面

N110X75.0;

退刀

N120G70P40Q110;

精加工指令

N130G00X100.0Z100.0;

退刀

N140M05;

主轴停

N150M30;

主程序结束并复位

2．端面粗车循环（G72）

它适用于圆柱棒料毛坯的端面方向的粗车。

其格式为：

G72P（ns）Q（nf）U（△u）W（△w）D（△d）FST

ns--------精加工循环中的第一个程序号;

nf--------精加工循环中的最后一个程序号;

Δu---------径向（X）的精车余量;

Δw--------轴向（Y）的精车余量;

Δd---------每次径向吃刀深度;

G72程序段中的地址含义与G71相同，但它只完成端面方向粗车，如图2-15所示为从外径方向往轴心方向车削端面循环。

例6：

如图2-15所示为棒料毛坯的加工示意图。

粗加工切削深度为4mm,进给量为0.3mm/r,主轴转速为500r/min,精加工余量X向为1mm（直径值）,Z向0.5mm,进给量为0.15mm,主轴转速为800r/min，程序起点如图，用端面粗车循环G72指令编写加工程序。

图2-15端面粗车切削循环加工

其程序如下：

程序

注释

O0006;

N10M03T0101S800;

以800转启动主轴正转，选择1#刀及1#刀补

N20G00X80.0Z10.0;

快速移到循环起刀点

N30G72P40Q100U1.0W0.5D4.0F0.3S500;

粗车量：

4mm;精车量：

X1mm,Z0.5mm

N40G00Z-45.0S800;

精加工轮廓起点，转速800转

N50G01X50.0F0.15;

精加工45长度

N60Z-30.0;

精加工Φ50外圆

N70X40.0;

精加工30长度

N80Z-15.0;

精加工Φ40外圆

N90X30.0;

精加工15长度

N100Z0.5;

精加工Φ30外圆

N110G70P40Q100;

精加工指令

N120G00X100.0Z100.0;

退刀

N130M05;

主轴停

N140M30;

主程序结束并复位

3．固定形状粗车循环（G73）

它适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近的铸、锻毛坯件。

其格式：

G73P（ns）Q（nf）I（△i）K（△k）U（△u）W（△w）D（△d）FST

Δi-------粗切时径向切除的总余量（半径值）;

Δk-------粗切时轴向切除的总余量;

Δd-------循环次数;

其走刀路线如图2-16所示。

执行G73功能时，每一刀的切削路线的轨迹形状是相同的，只是位置不同。

每走完一刀，就把切削轨迹向工件移动一个位置，因此对于经锻造、铸造等粗加工已初步成型的毛坯，可高效加工。

例7：

如图2-16所示为棒料毛坯的加工示意图。

粗加工切削深度为9mm，进给量为0.3mm/r,主轴转速为500r/min；精加工余量X向为1mm（直径值），进给量为0.15mm,，主轴转速为800r/min，程序起点如图，固定形状粗车循环G73指令编写加工程序。

图2-16固定形状粗车循环（G73）

其程序如下：

程序

注释

O0007;

N10M03S800T0101;

以800转启动主轴正转，选择1#刀及1#刀补

N20G00X120.0Z30.0;

快速移到循环起刀点

N30G73P40Q120I10.0K10.0U0.5W0.5D3F0.3S500;

粗车次数3次，余量9mm;精车量1mm;

N40G00X30.0Z5.0;

精加工轮廓起点，转速800转

N50G01X30.0Z-15.0F0.15;

精加工Φ20外圆

N60X40.0;

精加工端面

N70Z-30.0;

精加工Φ30外圆

N80X50.0;

精加工端面

N90Z-45.0;

精加工Φ40外圆

N100X70.0;

精加工端面

N110Z-60.0;

精加工Φ70外圆

N120