第二章外圆与端面加工汇总

1、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。0.025AB图 2-1 中间轴 第一节 工艺分析1. 40 712. 45#3. 0.5 45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

2、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

3、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

4、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80100 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、G71G73 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 G00G00 指令是模态代码， 它

5、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：为绝对值编程时，刀具以各轴的快速进给速度运动到工件坐标系 X 、 Z 点；G00 X （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G00 X25.0 Z2.0增量值编程为G00 U-25.0 W0说明：1G

6、00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；3G00 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；5G00 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 G01G01 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：为绝对值编程时，刀具以 F 指令的进给速 度进行直线插补，运动到工件坐标系X 、Z 点。G

7、01 X（ 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 BCG01 X25.0 Z33.0 F0.3G01 X25.0 Z13使用增量值编程：从 A B CG01 U-25.0 W0 F0.3G01 U0 W-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;N10M03 T0101 S600;以 600 转启动主轴正转，选择1#刀及 1#刀补N2

8、0G00 X14.0 Z2.0;快速移到起刀点， Z 轴 2mmN30G01 X14.0 Z-10.0 F0.3;加工 14 外圆N40X26.0;退刀N50Z-20.0;加工 26 外圆N60X34.0;退刀N70Z-30.0;加工 34 外圆N80G00 X100.0 Z10.0;回对刀点N90M05;主轴停N100M30;主程序结束并复位说明：1G01 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

9、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； 4G01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

10、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N50 M03 T0

11、101 ; （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0.025AB1. 40 712. 45#3. 0.5 45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 20mm 外圆精车 24mm外圆精车 30

12、mm外圆反头两 顶尖装夹精车左端外圆 20mm、 24mm 外圆。（2）合理选择切削用量切削用量主轴转速进给速度切削表面S( r/min )f (mm/r)粗车外圆及端面5000.25精车外圆及端面8000.153）编写加工程序程序注释O0002;建立程序号N10 M03 T0101 S400;主轴正转转速为 600 转，选择 1#刀及刀补N20 G00 X40.0 Z10.0;刀具快速移动到定刀点N30 X35.0 Z2.0;移近工件N40 G01 X31.0 F0.25;工进到切削点N50 Z-50.0 ;粗加工外圆第一刀N60 X35.0;退刀N70 G00 Z2.0;快速退回到起刀点N

13、80 X25.0;工进到第二刀切削点600 转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;粗加工外圆第二刀 退刀快速退回到起刀点 第三刀切削点 粗加工外圆第三刀 退刀 快速退刀 主轴停 程序暂停，工件反头 主轴以 400 转转动 刀具快速移动到起刀点 工进到切削点 粗加工外圆第一刀 退刀快速退回到起刀点 工进到第二刀切削点 粗加工外圆第二刀 退刀快速退回到起刀点 第三刀切削点 粗加工外圆第三刀 退刀 退刀 换 2#刀及刀补 快进到工件端面 精车端面 退刀 快速退刀到精加工定刀点，转速 工进到精加工第一刀切削点 精车 20 外圆 退刀 精车 24 外圆 退刀 精车 30 外圆 退刀 回换刀点 主轴停

16、程序暂停，工件反头 主轴以 600 转转动 快速移动到精加工定刀点 工进到精加工第一刀切削点 精车 20 外圆 退刀N520 Z-24.97;精车 24 外圆N530 X35.0;退刀N540 G00 X100.0 Z100.0;回换刀点N550 M05;主轴停N560 M30;程序停并返回程序开始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

17、。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G90 X （ 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：N50G90 X40.0 Z20.0F0.3 ;(A BCDA )N60X

18、30.0;(AEFDA)N70X20.0;(AGHDA)说明：M、S、T 等功能都不能改变 ;如需改变，必须在 G00 或 G01 的指令1在固定循环切削过程中， 变更，然后再指令固定循环。2G90 循环每一步吃刀加工结束后刀具均返回起刀点。3G90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。2030图 2-10 G90 外圆切削循环加工编程实例其加工程序如下：程序说明O0003;N10M03T0101 S600;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

19、.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N70G90X35.0 Z-30.0 F50;循环第一刀加工 34 外圆留量1mm，并回到起点N80X27.0Z-20.0;循环第二刀加工 26 外圆留量1mm 并回到起点N90X15.0Z-10.0;循环第三刀加工 14 外圆留量1mm 并回到起点N100 G00X14.0;快速移动到精车起点 14、Z2 处N110 G01Z-10.0F30;精加工 14 外圆N120X26.0;退刀至 26 外圆N130Z-20.0;精加工 26 外圆N140X35.0;退刀至 35 外

20、圆N150Z-30.0;精加工 35 外圆N160X50.0;退刀至 50 外圆N170 G00X100.0 Z100.0;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：切削终点) 4(R) /2U4(R) U2(F) 1( R)2(F) 3( F) 4(R)/2X为绝对值编程时，切削终点坐标值合成进给速度 为增量值编程时，切削终点相对循环 起点的有向距离。1、2、3、 4 进行。如图 2-11 所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，其加工顺序按切削始点循环 起 点Z图 2-11 端面切削循环说明： G94 循环与

21、 G90 循环最大区别在于， G94 第步先走Z 轴而 G90 则是先走 X 轴。Xo10主轴正转，选择 1#刀及 1#刀补 快速移动到循环加工起点例 4： 加工下图 2-12 所示零件，编写加工程序。E B A (45. 5)1( R)2( F) 4( R)3( F)FC图 2-12 G94 切削循环编程其加工程序如下：O0004;N10 M03 T0101 S500;N20 G00 X45.0 Z5.0;N30G94 X20.0 Z-3.5 F0.3;第一次循环加工，A BCD AN40X20.0 Z-7.0;第二次循环加工，A EF DAN50X20.0 Z-10.0;第三次循环加工，A

22、HIDAN60M05;主轴停N70M30;主程序结束并复位三、复合形状多重循环G70G76 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：

23、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：G71 P（ ns） Q（ nf） U（ u）W（w）D（d）FS Tns 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 ; u 径向（ X ）的精车余量 （该尺寸为直径值 ）; w 轴向（ Y ）的精车余量 ; d 每次径向吃刀深度 ,半径值 （该切深无符号 ）;在 NSNF 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

24、 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（ d）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。 w 为轴向的精车余量 ;U/2 径向的精车余量。 d 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AAB 之间的精加工形状及径向精车留量 U/2 、轴向精车留量 W 及每次切削深度 d 即可完成 AABA 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

25、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 500 r/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。07O图 2-14外圆粗车循环（ G71）实例加工程序如下：程序注释O0005;N10 M03 T0101 S800;以 800 转启动主轴正转， 选择 1# 刀及 1#刀补N20 G00 X120.0 Z10.0;快速移到循环起刀点N30 G71 P40 Q110 U1.0 W0.5 D4.0 F0.3 S500;粗车量： 4mm;

26、精车量： X1mm,Z0.5mm;N40 G00 X20.0 S800;精加工轮廓起点，转速 800 转N50 G01 Z-15 F0.15;精加工 20 外圆N60X30.0;精加工端面N70Z-30.0;精加工 30 外圆N80X40.0;精加工端面N90Z-45.0;精加工 40 外圆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;主轴停N150 M30;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：G72 P（ ns） Q（ n

27、f） U（ u）W（w）D（d）FS Tns 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 ; u 径向（ X ）的精车余量 ; w 轴向（ Y ）的精车余量 ; d 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 500 r/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/mi

28、n ，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;N10M03T0101 S800;以 800 转启动主轴正转，选择 1#刀及 1#刀补N20G00X80.0 Z10.0;快速移到循环起刀点N30G72P40 Q100 U1.0 W0.5 D4.0 F0.3 S500;粗车量： 4mm; 精车量：X1mm,Z0.5mmN40G00Z-45.0 S800;精加工轮廓起点，转速800 转N50G01X50.0 F0.15;精加工 45 长度N60Z-30.0;精加工 50 外圆N70X40.0;精加工 30 长度N80Z-

29、15.0;精加工 40 外圆N90X30.0;精加工 15 长度N100Z0.5;精加工 30 外圆N110G70P40 Q100;精加工指令N120G00X100.0 Z100.0;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： G73 P（ns）Q（nf）I（ i）K（k）U（u）W（w）D（d）F S T i 粗切时径向切除的总余量（半径值）; k 粗切时轴向切除的总余量 ; d 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，

30、 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 500 r/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。A图 2-16 固定形状粗车循环（ G73）其程序如下：程序注释O0007;N10M03 S800 T0101;以 800 转启动主轴正转，选择 1# 刀及 1# 刀补N20G

31、00 X120.0 Z30.0;快速移到循环起刀点N30G73 P40 Q120 I10.0 K10.0 U0.5 W0.5 D3 F0.3S500;粗车次数 3 次，余量 9mm;精车量 1mm;N40G00 X30.0 Z5.0;精加工轮廓起点，转速 800 转N50G01 X30.0 Z-15.0 F0.15;精加工 20 外圆N60X40.0;精加工端面N70Z-30.0;精加工 30 外圆N80X50.0;精加工端面N90Z-45.0;精加工 40 外圆N100X70.0;精加工端面N110Z-60.0;精加工 70 外圆N120X85.0;精加工端面N130G70 P40 Q120

32、;精加工指令N140G00 X100.0 Z100.0;退刀N150M05;主轴停N160M30;主程序结束并复位4精车循环加工（ G70）当用 G71、G72、G73 粗车工件后，用 G70 来指定精车循环，切除粗加工的余量其格式为：G70 P（ ns） Q（nf）其中 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在精车循环 G70状态下，（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 时，粗车循环中指定的 F、S、T 有效。其编程使用见上述几例。在使用G70 精车循环时，要特别注意快速退刀路线，防止刀具与工件发生干涉。第三节 外圆和端面加工的质量分析技能点 1. 分析产生加工误差的原因2. 消除加工误差的方法一、外圆加工的质量分析数控车床在外圆加工过程中会遇到各种各样的加工和质量上的问题， 表 2-2 对较常出现的问题、 产生的原因、预防及解决方法进行了分析。表 2-1 外圆加工的质量分析问题现象产生原因预防和消除工件外圆尺寸超差1刀具数据不准确2切削用量选择不当产生让刀3程序错误4工件尺寸计算错误1调整或重新设定刀具数据