数控加工工艺与编程程俊兰第4章习题答案.docx
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数控加工工艺与编程程俊兰第4章习题答案
复习思考题4
1．加工中心可分为哪几类？
其主要特点有哪些？
加工中心按结构布局可以分为以下三类：
（1）立式加工中心其主轴轴线垂直于水平面。
为了解决垂直方向运动时重力平衡的问
题，一般是由主轴箱沿立柱上下运动来实现的，主轴箱的重量通过立柱中空腔内的配重使其
平衡。
大型立式数控铣床则往往采用龙门架移动式，龙门架沿床身做纵向运动。
三坐标立式数
控铣床占有相当的比重，一般可进行三坐标联动加工。
还有部分机床的主轴可以绕X、Y、Z坐
标轴中的一个或两个轴做数控摆角运动，完成四坐标和五坐标数控立铣加工。
（2）卧式加工中心其主轴轴线平行于水平面，垂直方向的运动一般也是由主轴箱升降
来实现的。
为了扩大加工范围，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现
四、五坐标加工。
利用万能数控转盘，可以将工件上不同角度的加工面调整成加工位置，从
而省去很多专用夹具或专用角度成型铣刀。
带有数控转盘的卧式数控铣床利于对工件进行“四
面加工”。
2．箱体上直径小于30mm的孔一般采用什么加工方法？
直径小于30mm的孔可以不铸出毛坯孔，全部加工都在加工中心上完成。
可分为“锪平
端面—打中心孔—钻—扩—孔端倒角—铰”等工步。
有同轴度要求的小孔（<30mm），须采
用“锪平端面—打中心孔—钻—半精镗—孔端倒角—精镗（或铰）”等工步来完成。
3．数控铣和加工中心的工序划分原则是什么？
（1）工序集中原则。
（2）先粗后精原则。
（3）基准先行原则。
（4）先面后孔原则。
4．数控铣和加工中心的工序划分方法有哪些？
（1）以一次安装、加工作为一道工序。
这种方法适于加工内容不多的零件，加工完成后就能
达到待检状态。
（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。
有些零件虽然能在一次安装中加工多个表面，但会
导致程序太长。
程序长度会受到系统内存容量、机床连续工作时间（一个零件在一个工作班
内应该加工完毕）、查错和检索等的限制。
因程序不宜太长，一道工序的内容也不宜太多。
（3）以加工部位划分工序。
对于加工内容很多的零件，按其结构特点将加工部位分成几个部
分，如内形、外形、曲面或平面等。
一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几
何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度要求较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
（4）以粗、精加工划分工序。
对于易发生变形的零件，为减小加工后的变形，一般先进行粗
加工，后进行精加工，并将粗、精加工工序分开。
（5）先主后次。
即先加工主要表面，然后加工次要表面。
（6）一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减
小加工变形。
（7）先内形内腔加工，后外形加工。
5．数控铣和加工中心的工步划分方法有哪些？
（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精分开进
行。
（2）对于既有面又有孔的零件，可以采用“先面后孔”的原则划分工步。
先铣面可提高孔的
加工精度。
因为铣削时切削力较大，工件易发生变形，而先铣面后镗孔，则可使其变形有一
段时间恢复，减少由于变形引起的对孔的精度的影响。
反之，如先镗孔后铣面，则铣削时极
易在孔口产生飞边、毛刺，从而破坏孔的精度。
（3）按所用刀具划分工步。
某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用刀具集中工步，
以减少换刀次数，减少辅助时间，提高加工效率。
（4）在一次安装中，尽可能完成所有能够加工的表面。
6．影响切削用量的因素有哪些？
（1）机床：
机床刚性、最大转速、进给速度等；
（2）刀具：
刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等；
（3）工件：
毛坯材质、热处理性能等；
（4）装夹方式：
（工件紧固程度）压板、台钳、托盘等；
（5）冷却情况：
油冷、气冷、水冷等。
7．如何用Z轴设定器确定刀具的长度？
（1）组装和调整加工中使用的各种刀具。
（2）校准Z轴设定器，用校准棒压在Z轴设定器的上面，调整表盘使指针指向刻度0。
（3）将Z轴设定器放在Z向零点的平面上（一般为零件平面）。
（4）将一把刀具装入加工中心（或数控铣床）主轴。
（5）Z向移动主轴，使刀尖与Z轴设定器接触，使Z轴设定器指针指向刻度0（或是指示灯
亮），将该刀的刀号、长度、直径等参数输入系统（输入方法参考机床操作手册）。
（6）将刀具装入刀库。
（7）重复步骤（3）～（5），直至将所有刀具测量完毕。
用这种方法即测量了各个刀具的长度补偿值，又确定了Z轴的零点。
8．如何用机械式寻边进行X、Y的对刀？
（1）将偏心式寻边器通过刀柄安装在主轴上。
（2）启动主轴旋转，主轴转速一般为500r/min左右。
（3）在X正方向手动移动工作台，使寻边器下部的圆柱与被加工零件上与X轴垂直的侧面接
触。
（4）进一步慢速移动工作台，边移动边观察，直至两段圆柱同心，再移动突然又出现偏心。
（5）记录下数控系统显示器上显示的X值，此时主轴中心与零件被测量面的距离等于寻边器
的半径。
（6）用同样的方法进行Y正向移动测量，记录下Y值。
（7）用记录的X值加上一个寻边器圆柱半径值（X+R），用记录的Y值加上一个寻边器圆柱半
径值（Y+R），（X+R，Y+R）就是主轴中心移至零件一个角点上的坐标值，如果此点是工件原
点，则将计算后的X值和Y值输入系统G54～G59之一（如G54）所对应的寄存器中，将来
在程序中可使用G54控制坐标系。
9．如何用光电式寻边器进行X、Y的对刀？
（1）将工件通过夹具装在机床工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出寻边器的测量位
置。
（2）将寻边器通过刀柄装在主轴上，手动Z轴使寻边器下降，钢球与测量杆的交线不要低于
零件的上表面，且保证钢球的最大半径面低于零件的上表面。
当出现误操作时可以保护测量
杆不受损坏。
（3）在X方向快速移动主轴，让寻边器测头靠近工件的左侧，改用微调操作，让测头慢慢接
触到工件左侧，直到寻边器发光。
记下此时测头在机械坐标系中的X坐标值，如-358.700。
（4）抬起测头至工件上表面之上，快速移动主轴，让测头靠近工件右侧，改用微调操作，让
测头慢慢接触到工件右侧，直到寻边器发光。
记下此时测头在机械坐标系中的X坐标值，如
-248.700。
（5）两者差值再减去测头直径，即为工件长度。
测头的直径一般为10mm，则工件的长度为
L=-248.700-（-358.700）-10=100mm。
（6）工件坐标系原点在机械坐标系中的X坐标为X=-358.7+100/2+5=-303.7，将此值输入到
工件坐标系中（如G54）的X即可。
（7）同样，工件坐标系原点在机械坐标系中的Y坐标也按上述步骤测定。
10．数控铣床和加工中心的坐标平面指令有哪些？
G17、G18、G19
11．加工中心的编程与数控铣床的编程主要有何区别？
加工中心带有刀库，可以实现自动换刀，所以加工中心的编程可以用指令M06来换刀，
而数控铣床需要手动换刀。
12．刀具长度补偿有哪些指令？
怎样使用？
刀具长度补偿指令有G43、G44、G49。
指令格式为：
G43Z___H___；或G43H____；
G44Z___H___；或G44H____；
G49；或H00；
G43表示长度正补偿，其含义是用H代码指定的刀具长度偏置号（存储在偏置存储器中）
加到在程序中由指令指定的终点位置坐标值上；G44表示长度负补偿，其含义是从终点位置减
去补偿值。
G49是取消刀具长度补偿，等同于H00。
13．试用图解表示G41、G42、G43、G44的含义。
14．G98、G99的区别是什么？
在钻孔固定循环中，使用G98控制刀具返回到初始点，用G99控制刀具返回到R点。
15．G15、G16的作用是什么？
如何使用？
极坐标编程通常使用指令G15、G16进行。
Gl5：
撤销极坐标编程
G16：
极坐标编程生效
极坐标编程时，编程指令的格式、代表的意义与所选择的加工平面有关，加工平面的选
择仍然利用G17、G18、G19等平面选择指令进行。
加工平面选定后，所选择平面的第一坐标
轴地址用来指定极坐标半径；第二坐标轴地址用来指定极坐标角度，极坐标的0°方向为第一
坐标轴的正方向。
极坐标原点指定方式，可以将工件坐标系原点直接作为极坐标原点；也可
以利用局部坐标系指令（G52）建立极坐标原点。
16．G50、G51的作用是什么？
如何使用？
G51为比例缩放功能生效，指令格式：
G51X__Y__Z__P__；各轴按相同比例缩放
G51X__Y__Z__I__J__K__；各种按不同比例缩放
X、Y、Z指令用来确定缩放中心，P指令用来确定缩放比例，缩放比例的最小输入增量
单位是0.001，如果省略X、Y和Z指令，则G51指令的刀具位置为缩放中心。
I、J、K分别对应X、Y、Z轴的比例系数，本系统设定I、J、K时不能带小数点，比例为1
时，输入1000即可，通过对某一轴指令比例系数“-1”，可以利用比例缩放，实现镜像加工。
G50为关闭缩放功能G51。
指令格式：
G50
17．G68、G69的作用是什么？
如何使用？
G68为图形旋转功能生效。
指令格式：
G17X__Y__
G18G68X__Z__R__；
G19Y__Z__
其中：
X、Y、Z指令指定旋转中心，如果程序中不指定回转中心，则以坐标原点为旋转中心；
R指令指定旋转角度，以度为单位，一般逆时针为正角度。
G69为关闭旋转功能。
指令格式为：
G69；
18．G51.1、G50.1的作用是什么？
如何使用？
G51.1指令控制镜像功能开始。
指令格式为：
X__
G51.1Y__
；
X__Y__
X、Y指令后面的坐标字指定对称轴或对称点。
如果式中只给出一个坐标字，是以一个轴镜像；
如果给出两个坐标字，是以一个点镜像。
例如，“G51.1X50.;”是以X=50为轴的轴对称；“G51.1
X0Y0;”是以原点为点对称。
镜像指令有效后，系统将程序段中的被镜像的坐标字自动处理，形成镜像值。
G50.1指令被执行时，结束可编程镜像的功能。
指令格式为：
X__
G50.1Y__
；
X__Y__
X、Y指令后面的坐标字指定取消镜像操作的坐标轴和坐标点。
19．编制如图4-73所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。
图4-73
工艺分析：
该零件加工内容为型腔，深5mm，还有4个φ20的沉孔，深9mm。
没有给出
尺寸精度想、形位公差等技术要求，只需要编写加工程序走出形状即可。
工艺设计：
在数控铣床利用平口钳夹紧，刀具选择φ18的3齿硬质合金立铣刀。
先粗加
工型腔，然后精加工型腔和φ20的沉孔。
型腔采用斜线下刀，沉孔采用螺旋线下刀。
粗加工时选择背吃刀量5，侧面留0.5mm余量。
每齿进给量查表4-3取0.05mm，铣削速
度查表4-2取60m/min,主轴转速由公式n=1000v/πD计算，取1050，进给速度计算后取157。
精加工时选择背吃刀量5。
每齿进给量查表4-3取0.04mm，铣削速度查表4-2取80m/min,
主轴转速由公式n=1000v/πD计算，取1415，进给速度计算后取170。
程序如下
O4001;主程序名
G54G00X0Y0设定工件坐标系
G00Z2.M03S1050；快速下刀,启动主轴正转
G01X20.5Y0Z-2F100;斜线下刀到Z-2
X-20.5Z-5;斜线下刀到切削深度
Y-6F157;向下进给
X20.5;X轴方向去除余料
Y6;Y正向进给
X-20.5;X轴方向去除余料
Y17;Y向进给
X-30Y30;去除左上角部余料
X-17Y20.5退刀
X17;去除x轴向余料
X30Y30;去除右上角部余料
X20.5Y17退刀
Y-17;Y向进给
X30Y-30;去除右下角部余量料
X17Y-20.5;退刀
X-17;除X向余料
X-30Y-30;去除左下角部余料
X-20.5Y-17退刀
M98P1001;调用子程序精加工右上角部分
G51.1X0;关于Y轴镜像
M98P1001;调用子程序精加工左上角部分
G51.1Y0;再关于X轴镜像
M98P1001;调用子程序精加工左下角部分
G50.1X0;取消关于Y轴镜像
M98P1001;调用子程序精加工右下角部分
G50.1Y0;取消关于X轴镜像
M30;主程序结束
O1001;子程序名（右上角部分）
G00X0Y0S1415;快速定位到原点,主轴转速1415r/min
G01G41X30D01F170;建立刀具半径补偿，切削速度170mm/min
G01Y9.51;沿Y轴进给
G02X35.09Y16.96R8;走R8圆弧
G03X16.96Y35.09R-14;走R14圆弧
G02X9.51Y30R8;走R8圆弧
G01X0Y30;直线进给到终点
G40X0Y0;取消刀具半径补偿
G00X30Y30;快速定位到孔中心
G02X31Y0Z-9I-1J0K5;螺旋线下刀到孔深度
G02I-1J0;走整圆加工孔
G00Z-5;抬刀到型腔的深度位置
M99;子程序结束
20．编制如图4-74所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。
图4-74
工艺分析与设计：
该零件既有外轮廓加工，又有型腔和孔的加工。
所用刀具数量较多，故选
择立式加工中心，夹具选择平口钳。
刀具选择：
T01为φ20的4齿高速钢立铣刀，用来加工
外轮廓；T02选择φ12高速钢键槽铣刀，铣两个型腔；T03选择φ4麻花钻，用来钻3个8mm
深的孔。
切削用量：
T01切削深度为8mm，切削速度30m/min,每齿进给量取0.02，计算得到切削速度
为480r/min,进给速度40mm/min.
T02切圆切削深度为2，切矩形型腔深度为5，切削速度30m/min,每齿进给量取0.02，计算得
到切削速度为800r/min,进给速度32mm/min.
T03钻孔的进给量去0.08mm/r,钻削速度取20m/min,计算的主轴转速为1600r/min,进给速度
128mm/min.
加工程序如下：
O4002；程序名
G54G00X-30Y-30;设定工件坐标系，快速定位到下刀点
T01M06换1号刀
G43Z-8H01;建立1号刀的长度补偿
M03S480;主轴正转，转速480r/min
G41G01X0Y0D01F40;建立刀具半径左补偿，
Y60;Y轴进给
X30;X轴进给
G02X70Y60R20;走R20圆弧
G01X100;走直线
Y20;沿Y轴进给
G02X80Y0R20;走R20圆弧
G01X12;沿X轴进给
X0Y20;走倒角部分
G40X-30;撤销刀具半径补偿
G91G28Z0;刀具返回参考点
G90;绝对坐标方式
T02M06;换2号刀
G43Z5H02;建立长度补偿
M03S800；主轴正转
G01X16Y26F100;定位到矩形槽左下角
G01Z-5F20;下刀到槽深
G01Y50F32;Y向进给切槽
X24;X向进给
Y26;Y向进给
X16;X向进给
G01Z5F100;抬刀
G00X50Y60;快速定位到孔中心
G01Z-2F20;下刀到切深
G01G41X65D02F32;建立刀具半径补偿
G03X65Y60I-30J0;切削整圆
G40X0Y0;撤销刀具半径补偿
G91G28Z0;回参考点
G90;绝对坐标方式
T03M06;换3号刀
G00G43Z30H03;建立刀具长度补偿
M03S1600;启动主轴正转
G99G73X60Y30Z-8R3Q2F128;钻孔1
X80Y20;钻孔2
G98X80Y40钻孔3
G91G28Z0;回参考点
M30;程序结束
21．编制如图4-75所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。
图4-75
工艺分析：
本零件是钻孔，而且孔较多，深度不一样，但分布有规律。
孔的直径都是10mm，
深度有1mm、2mm、3mm、4mm、5mm五种。
用G81指令钻孔，五个孔的钻孔程序作为一
个子程序。
通过调用局部坐标系定位中心孔的位置。
工艺设计：
选用数控铣床，平口钳装夹，刀具选择φ10高速钢麻花钻。
切削速度取25m/min，
进给量取0.1mm/r，计算得到主轴转速为790r/min，进给速度为79mm/min。
编程原点在零件
对称中心上表面处。
程序如下：
主程序：
O4003;主程序名
G90G54G00X0Y0Z100;绝对值编程，工件坐标系设定，快速定位
G43Z50H01;建立刀具长度补偿，定位到初始平面
M03S790;主轴正转
M98P1002;调用子程序加工中间孔系
G52X-40Y40;局部坐标系原点设置在左上角位置
M98P1002;调用子程序加工左上角孔系
G52X-40Y-40;局部坐标系原点设置在左下角位置
M98P1002;调用子程序加工左下角孔系
G52X40Y-40;局部坐标系原点设置在右下角位置
M98P1002;调用子程序加工右下角孔系
G52X40Y40;局部坐标系原点设置在右上角位置
M98P1002;调用子程序加工右上角孔系
G52X0Y0;取消局部坐标系
G91G28Z0;返回参考点
M30;程序结束
子程序
O1002;子程序名
G90G99G81X0Y20Z-1R3F79;G81钻孔，钻深1mm孔，返回参考平面
X-20Y0Z-2;钻深2mm孔，返回参考平面
X20Y0Z-3;钻深3mm孔，返回参考平面
X0Y0Z-4;钻深4mm孔，返回参考平面
G98X0Y-20Z-5;钻深5mm孔，返回初始平面
G80;取消钻孔循环
M99;子程序结束
22．试说明G73的执行过程。
带断屑高速深孔加工循环（G73）
指令格式：
G73X__Y__Z__R__Q__F__；
式中：
X、Y指令后的数值——孔位数据；
Z指令后的数值——孔深度；
Q指令后的数值——每次切削进给的切深度为2～3mm；
F指令后的数值——切削进给速度。
每次工作进给后快速退回一段距离d（断屑），d值
由参数设定（参数5114）。
孔深大于5倍直径孔的加工属于深孔加工，不利于排屑，故采用间段进给（分多次进给），
该指令的动作示意图如下图所示，这种加工通过Z轴的间断进给可以比较容易地实现断屑与排
屑。
23．试说明G74的执行过程。
用丝锥攻螺纹时可用攻丝循环功能，其编程格式如下：
G74G98（或G99）X__Y__Z__R__P__F__K__；
式中：
X、Y指令后的数值——孔位数据；
Z指令后的数值——螺纹深度；
P指令后的数值——孔底停留时间；
F指令后的数值——切削进给速度（螺纹导程×主轴转速）；
K指令后的数值——重复次数（一般为1次）。
G74用于攻左旋螺纹，在攻左旋螺纹前，先使主轴反转，再执行G74指令，刀具先快速
定位至（X，Y）所指定的坐标位置，再快速定位到R点，接着以F指令所指定的进给速度攻
螺纹至Z指令所指定的坐标位置后，主轴转换为正转且同时向Z轴正方向退回至R点，退至
R点后主轴恢复原来的反转。
指令动作示意图如下图所示。
24．试说明G76的执行过程。
精镗孔循环指令用于精密镗孔加工，它可以通过主轴定向准停动作，进行让刀，从而消
除退刀痕。
指令格式：
G76X__Y__Z__R__Q__P__F__；
式中：
X、Y指令后的数值——孔位数据；
Z指令后的数值——孔深度；
Q指令后的数值——孔底刀具径向退刀量；
P指令后的数值——孔底停留时间；
F指令后的数值——切削进给速度。
动作过程如下图所示。
刀具快速从初始点定位至坐标点（X，Y），再快速移至R点，并开
始进行精镗切削，直至孔底主轴，定向停止、让刀（镗刀中心偏移一个q值，使刀尖离开加
工孔面），快速返回到R点（或初始点），主轴复位，重新启动，转入下一段。
25．编制如图4-76所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。
图4-76
工艺分析与设计：
根据图示，选择零件左下角点为程序零点。
本例只需要加工孔系。
有6-φ6
的孔和2-φ14的孔。
φ6孔深21mm，φ14孔深36mm，都属于深孔加工。
故选用G83带排
屑深孔钻削循环加工指令。
选择加工中心机床，平口钳夹具，刀具选用3把。
T01为φ3中心
钻，钻8个孔的定位孔；T02为φ6高速钢麻花钻，钻6-φ6的孔；T03为φ14高速钢麻花钻，
钻2-φ14的孔。
切削用量：
T01选择切削速度20m/min,进给量0.03mm/r,根据公式计算主轴转速为2100r/min，进给速度
为63mm/min。
T02选择切削速度20m/min,进给量0.06mm/r,根据公式计算主轴转速为1050r/min，进给速度
为63mm/min。
T03选择切削速度25m/min,进给量0.14mm/r,根据公式计算主轴转速为560r/min，进给速度为
78mm/min。
程序如下：
G54G00G49G90G21;设定工件坐标系，初始化
G00X0Y0;快速定位到原点上方
T01M06;换1号刀
G43Z30H01;建立1号刀长度补偿，刀位点定位到Z30位置
M03S2100;启动主轴正转
G99G81X12Y10Z-2R5F63;用G81钻定位孔#3
Y25;钻定位孔#2
G98Y40;钻定位孔#1
G99X48Y10;钻定位孔#4
Y25;钻定位孔#5
G98Y40;钻定位孔#6
G99X30Y33Z13R20;钻定位孔#7
G98Y17;钻定位孔#8
G80;取消固定循环
T02M06;换2号刀
G00G43Z50H02;建立2号刀长度补偿，刀位点定位到Z50位置
M03S1050;启动主轴正转
G99G83X12Y10Z-25R5Q2F63;用G83指令钻孔#3
Y25;钻孔#2
G98Y40;钻孔#1
G99X48Y10;钻孔#4
Y25;钻孔#5
G98Y40;钻孔#6
G80;取消固定循环
T03M06;换3号刀
G00G43Z50H03;建立3号刀长度补偿，刀位点定位到Z50位置
M03S560;启动主轴正转
G99G83X30Y33Z-28R20Q4F78;用G83指令钻孔#7
G98Y17;钻孔#8
G80;取消固定循环
M30;程序结束
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