数控机床编程与操作项目教程 第3版 课件 任务2.2 阶梯轴零件的编程与加工

项目2数控车削编程与加工数控机床编程与操作任务2.2阶梯轴零件的编程与加工数控机床编程与操作学习目标掌握G00、G01、G20、G21、G98、G99、

G27、G28、G90、G94指令的功能与使用；掌握简单程序的编写方法。学习目标任务导入任务分析知识学习任务实施知识拓展思考练习技能目标

能够进行试切法对刀；会分析阶梯轴的加工工艺并编写阶梯轴零件加工程序；会操作机床空运行和进行单段加工。学习目标任务导入任务分析知识学习任务实施知识拓展思考练习任务导入完成如图所示的阶梯轴的车削加工，材料：硬铝2A12，毛坯尺寸为Φ32×70，单件生产。任务导入任务分析知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标零件材料为硬铝2A12，切削性能较好，加工部位由直径为Φ24和Φ30的外圆柱面无特殊的精度要求，尺寸精度均未注公差任务分析任务分析知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入FANUC系统数控车床有两种编程方法：绝对坐标编程相对坐标编程绝对坐标：编程时移动指令终点的坐标值X、Z都是以编程原点为基准来计算的。相对坐标：编程时移动指令终点的坐标值X、Z都是相对于刀具前一位置来计算的。这两种编程法能够被结合在同一个程序段中。X和Z对应的相对坐标分别是U和W。绝对/相对坐标编程知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析绝对/相对坐标编程

如图所示，圆柱面的车削从A点至B点可有三种编程形式绝对/相对坐标编程知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析绝对/相对坐标编程

1）绝对坐标程序：X35Z-40；从A点至B点知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析绝对/相对坐标编程2）相对坐标程序：从A点至B点U0W-40；知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析绝对/相对坐标编程3）混合坐标程序：从A点至B点X35W-40；或U0Z-40；知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令功能使刀架以厂家设定的最大速度按点位控制方式从当前点快速移动到目标点。

它只是快速到位，其运动轨迹则根据具体控制系统的设计，可以是多种多样的。要注意避免碰撞事故，在快速状态下的碰撞是相当危险的。快速点定位指令-G00知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令格式

G00X(U)Z(W)；

X(U)Z(W)

表示:

移动终点（即目标点）的坐标X坐标值以直径值输入。

当某个方向没有进给时，该方向的坐标可以省略不写。

坐标值可以是绝对坐标或相对坐标（增量形式），也可混合编程。编程指令G00知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析举例说明如图2-12，刀具轨迹从A点(50,25)移动至B点(40,0)的程序为：编程指令G00运用知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G00X40Z0； （绝对编程）或G00U-10W-25； （相对编程）或G00X40W-25； （混合编程）或G00U-10Z0； （混合编程）编程指令G00运用知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令功能

使刀架以给定的进给速度从当前点以直线的形式移动至目标点。因为数控车床可以两轴联动，因此可以插补任意斜率的直线直线插补指令-G01知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令格式

G01X(U)Z(W)F；

X(U)Z(W)：

表示移动终点的坐标，

G01程序段中必须含有F指令，如果F的值在前面已给出且不需改变，在本段程序中也可不写。

若某一轴向没有运动，该方向的坐标可以省略不写。直线插补指令-G01知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析举例说明如图，刀具轨迹从当前位置A点直线插补到B点的程序为：

直线插补指令-G01知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G01X30Z-30F0.2； （绝对编程）或G01U0W-30F0.2；（相对编程）或G01X30W-30F0.2；（混合编程）或G01U0Z-30F0.2；（混合编程）直线插补指令-G01知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析公制与英制指令-G20/G21G20和G21是两个可以互相取代的G指令，机床出厂时将根据使用区域设定默认状态也可按需要重新设定。

我国一般使用公制（米制）单位（单位为mm），所以机床出厂前一般设定默认为G21。如果一个程序开始用G20指令，则表示程序中的数据使用英制单位（单位为inch，简写为in.）在同一个程序内，不能同时使用G20与G21指令，且必须在坐标系确定之前指定。知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析公制与英制指令-G20/G21

有些机床系统将本指令设置为断电记忆状态即：一次指定，持续有效，直到被另一指令取代断电再开也能保持上次设定状态，因此：必须注意在使用前检查该指令功能组的当前状态。

公制与英制单位的换算关系为：

1mm≈0.0394in.1in.≈25.4mm

改变G20/G21后，进给速度值、位移量、偏置量、手摇脉冲发生器的功能单位、步进进给的移动单位都会相应地发生变化。知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令功能控制进给速度为每分钟进给模式（进给速度单位：毫米/分）指令格式

G98G01X(U)Z(W)F；

举例说明

G98G01Z-20F80；表示刀具进给速度为80mm/min。进给速度量纲控制指令-G98知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令功能控制进给率为每转进给模式（进给率单位：毫米/转）。

车削CNC系统默认的进给模式是进给率，即每转进给模式。指令格式

G99G01X(U)Z(W)F；举例说明G99G01Z-20F0.3;表示进给率为0.3mm/r。进给速度量纲控制指令-G99知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析

该功能主要用于通过程序指令进行自动回零或使刀架返回到换刀点，以方便自动换刀1)自动返回参考点指令G28指令功能：可以使被指令控制的轴自动地返回参考点指令格式：G28X(U)Z(W)；

式中X(U)Z(W)分别表示返回参考点过程中的中间点坐标。

参考点功能-G28/G27知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析举例说明：程序G28X50Z10表示刀具以快速移动的方式从B点开始移动经过中间点A(50,-10)移动至参考点R参考点功能-G28/G27知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析2)返回参考点检测G27指令功能：刀具以快速移动方式在被指定的位置上定位，若到达的位置是参考点，则返回参考点灯亮。指令格式：G27X(U)Z(W)；

式中X(U)Z(W)

分别表示参考点的坐标值。

执行G27指令的前提是：

机床通电后必须手动返回一次参考点。参考点功能-G28/G27知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析

数控车床在加工一些毛坯余量过大的零件时，刀具往往要执行多次基本相同的动作这样在程序中就会出现很多基本相同的程序段，而使用上述讲过的G00、G01指令进行编程时，程序段将显得非常冗杂。为简化手动编程，FANUC0iTA系统提供了固定循环功能。

FANUC0i固定循环指令知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令功能

G90是单一切削循环指令，该循环主要用于：轴类零件的外圆、锥面的加工。其刀具轨迹如图所示。圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析图中：虚线表示快速移动，

实线表示按F指定的进给速度移动圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令格式

G90X(U)

Z(W)

R

F

；式中：

X、Z表示：圆柱面切削的终点坐标值；

U、W表示：圆柱面切削的终点相对于循环起点的增量坐标；

R表示：圆锥面切削的起点相对于终点的半径差。

当切削起点的X坐标小于终点的X坐标时R值为负，反之为正。

当R=0，用于圆柱面车削。R在一些FANUC系统的车床上，有时也用“I”来执行。圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析应用举例1

用G90指令车削如图2-16所示零件材料为铝件，毛坯尺寸Φ45×80mm，每次直径方向车削5mm余量。圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析参考程序如下：O0001程序名M03S600；主轴正转T0101；调用1号刀具G00X46Z3；刀具粗车循环定位圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G90X40Z-30F0.1；刀具轨迹为

A→C→G→E→AX35；刀具轨迹为

A→D→H→E→AX30；刀具轨迹为

A→G→I→E→A圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G00X100；Z100；退刀M30；程序结束圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析应用举例2

用G90指令车削如图2-17所示零件，材料为铝件，毛坯尺寸Φ34×80mm，每次直径方向车削2mm余量。圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析参考程序如下：O0002程序名M03S600；主轴正转T0101；调用1号刀具G00X36； 刀具粗车循环定位Z0；圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G90X34Z-22R-4F0.1；刀具轨迹为

A→B→G→F→AX32；刀具轨迹为

A→C→K→F→A圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析X30；刀具轨迹为

A→D→I→F→AX28；刀具轨迹为

A→E→M→F→AG00X100；退刀Z100；M30；程序结束圆柱面或圆锥面切削循环-G90知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令功能

G94指令用于零件垂直端面或锥形端面上毛坯余量较大时的粗加工，以去除大部分毛坯余量。它既可以加工圆柱面也可加工圆锥面，其循环方式如图所示。端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G94切削路线示意图端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析指令格式：

G94X(U)

Z(W)

R

F

；式中：

X、Z表示：端面切削的终点坐标值；

U、W表示：端面切削的终点相对于循环起点的增量坐标；

R表示：端面切削的起点相对于终点在Z轴方向的坐标分量。当切削起点Z坐标小于终点Z坐标时R为负反之为正。当R=0时，为圆柱面车削。

端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析编程举例1

用G94指令车削如图所示零件，材料为铝件，毛坯尺寸Φ80×50mm，每次Z方向上车削最大为2mm余量。端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析参考程序如下：O0003程序名M03S600；主轴正转T0101；调用1号刀具G00X81Z2；刀具粗车循环定位端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G94X50Z-2F0.1；刀具轨迹为

A→F→E→B→AZ-4；刀具轨迹为

A→T→R→B→AZ-5；刀具轨迹为

A→L→U→B→A端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G00X100；退刀Z100；M30；程序结束端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析编程举例2

用G94指令车削如图所示零件，材料为铝件，毛坯尺Φ30×60m每次Z方向上车削2mm余量。

端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析参考程序如下：O0004程序名M03S600；主轴正转T0101；调用1号刀具端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G00X32Z2；刀具粗车循环定位G94X15Z0R10F0.1；刀具轨迹为

A→D→C→B→A端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析Z-2；刀具轨迹为

A→E→F→B→AZ-4；刀具轨迹为

A→G→M→B→AZ-6；刀具轨迹为

A→N→T→B→A

端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析G00X100；

Z100；退刀

M30；程序结束端面切削循环-G94知识学习知识学习任务实施知识拓展思考练习学习目标任务导入任务分析1）工具选择：铝棒装夹在三爪自定心卡盘上，用百分表校正并夹紧。其他工具见表2-42）量具选择：外圆、长度精度要求不高，选用0~150mm游标卡尺测量。3）刃具选择：该工件的材料为硬铝，切削性能较好，可以选用自行刃磨的90°高速钢外圆车刀，置于T01号刀位。工、量、刃具选择任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习表2-4任务2.1的工、量、刃具清单工、量、刃具清单任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习

任务中的阶梯轴加工精度低不分粗精加工切削工件之前刀具定位于轮廓外A(33,2)处加工工艺路线任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习按照先近后远的原则：先加工靠刀具较近的外径Φ24，因余量较大需分多次车削（每次直径方向上车削2mm）

加工工艺路线任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习

然后加工外径Φ30，因余量不大，可一次走刀加工出来。加工路线如图所示。加工工艺路线任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习

加工材料为硬铝，硬度低，切削力小，精度要求不高，可用一把外圆车刀加工至尺寸要求

主轴转速800r/min，

切削速度f=0.1mm/r。切削用量的合理选择任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习

1）工件坐标系的建立此任务工件坐标系的原点选在工件右端面的中心，遵循基准重合的原则。

2）基点坐标的计算计算工件轮廓上基点坐标即可，坐标值见表2-5。参考程序的编制任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习基点坐标任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习O0005程序名M03S800；主轴正转T0101；调用1号刀具G00X33Z2；刀具粗车循环定位参考程序任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习G90X30Z-15F0.1；刀具轨迹为

A→L→D→G→AX28；刀具轨迹为

A→P→M→G→AX26；刀具轨迹为

A→S→H→G→A参考程序任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习X24；刀具轨迹为

A→N→C→G→AG00X30；刀具定位Φ30尺寸G01Z-38；刀具轨迹为L→E参考程序任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习G00X100；刀具沿X方向安 全退出Z100；刀具沿Z方向安 全退出M05；主轴停转M30；程序结束参考程序任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习

在此程序中，由于多数指令都是模态指令有续效性，程序可简写如有多段直线插补时，G90指令可只出现一次，后面的G90可省略进给指令F值相同时也可省略，程序段号N#也可以不写。参考程序任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习1.加工准备（1）检查毛坯尺寸。（2）开机、回参考点。（3）程序输入：把编写好的数控程序输入数控系统。（4）工件装夹：加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧铝棒，伸出60mm，找正并装夹。（5）刀具装夹：将外圆车刀装在电动刀架的1号刀位上。

任务实施任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习2.对刀操作按表2-3的方法用试切法完成外圆车刀的对刀操作。

3.空运行用机床锁住功能进行空运行，空运行结束后，使空运行按钮复位。注意若要开始加工，数控车床必须重回参考点。任务实施任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习4.程序单段运行加工

FAUNC系统：按单段运行开关，模式选择旋钮在“AUTO”位置，按下循环启动键进行程序加工，按一次加工一个程序段。加工过程中适当调整各个倍率开关，保证加工正常进行。5.零件尺寸检测程序执行完毕后，进行尺寸检测。6.加工结束、拆下工件、清理机床任务实施任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习1.在编写数控加工程序前，要根据被加工零件的材料选择合理的切削用量，根据数控加工工艺分析，注意各个工序在衔接时，各切削用量的变化。

2.在选择切削循环指令时，一定要观察清楚所要加工零件的形状特征是否符合循环指令的使用范围，然后合理选用。

3.G90指令和各参数均是模态的，实际编程中再次调用G90指令时只需重新给出改变后的X坐标值。编程与操作注意事项任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习4.G94指令和各参数均是模态的，实际编程中再次调用G94指令时只需重新给出改变后的Z坐标值。注意：在选择外圆车刀时，应选择副偏角较大的外圆车刀。

5.工件装夹在三爪卡盘上，要使数控机床的主轴没有明显的跳动，以保证零件的加工精度；也可以在加工之前先粗车外圆轮廓。

6.首次切削时由于熟练程度不够，一般采用单段运行加工，避免用自动运行方式编程与操作注意事项任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识拓展思考练习知识学习G01倒角功能倒角和倒圆角是零件上常见的情况，FANUC数控系统中提供了在两相邻轨迹的G01程序段之间自动插补倒角或倒圆角的控制功能。G01倒角45°功能知识拓展学习目标任务导入任务分析知识学习思考练习任务实施任务实施1.45°倒角编程格式为：G01Z(W)I±i时，倒角情况如图所示A点为起始点。

G01倒角45°功能知识拓展知识拓展学习目标任务导入任务分析知识学习思考练习任务实施任务实施编程格式为：G01X(U)K±k时，倒角情况如图所示，A点为起始点。G01倒角45°功能知识拓展知识拓展学习目标任务导入任务分析知识学习思考练习任务实施任务实施2