数控机床编程与操作项目教程 第3版 课件 任务2.3 成型曲面的编程与加工

项目2数控车削编程与加工数控机床编程与操作任务2.3成型曲面的编程与加工数控加工编程与操作掌握G02、G03、G41、G42、G40、G71、

G72、G73、G70指令的功能与使用；掌握恒线速的概念以及G50、G96、G97指令的使用。知识目标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

会分析成型曲面的加工工艺并编写成型曲面的加工程序；能够正确加工出成型曲面类零件；会建立工件坐标系。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阶梯轴的车削加工，材料：45钢，毛坯尺寸为Φ30×75，单件生产，工件不用切断。任务引入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如图所示，零件材料为45钢，切削性能较好，加工部位由直线、圆弧组成的回转面构成。分析任务任务分析学习目标任务导入知识学习任务实施知识拓展思考练习考虑到零件表面粗糙度要求及尺寸公差的要求，对该零件应该：

先粗车再精车才能达到加工要求。分析任务任务分析任务分析学习目标任务导入知识学习任务实施知识拓展思考练习

本任务包含：

圆弧插补指令、

刀具半径补偿指令、

恒线速与恒转速指令、

复合固定循环指令的学习分析任务任务分析任务分析学习目标任务导入知识学习任务实施知识拓展思考练习G02—刀架从当前位置（圆弧起点）沿圆弧顺 时针方向移动到指令给出的目标点。G03—刀架从当前位置（圆弧起点）沿圆弧逆 时针方向移动到指令给出的目标点。

圆弧插补指令-G02/G03

指令功能知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析圆弧的顺、逆方向的判断：沿与圆弧所在平面（XZ平面）相垂直的另一坐标轴的负方向（如-Y方向）看去:顺时针为G02，逆时针为G03，如图所示圆弧插补指令-G02/G03知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析指令格式

G02/G03X(U)Z(W)IKF

；（圆心编程）

或G02/G03X(U)Z(W)RF

；（半径编程）

圆弧插补指令-G02/G03知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析X、Z:为圆弧终点坐标，既可使用绝对坐标也可使用相对坐标，圆弧起点为当前点R:为圆弧的半径。

I、K:分别为圆心坐标相对圆弧起点的X和Z方向的相对坐标，可能是正值、负值或零。圆弧插补指令-G02/G03知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析a)G02X

Z

I

K

F

b)G03X

Z

I

K

F

c)G02X

Z

R

F车削圆弧插补指令的参数含义圆弧插补指令-G02/G03知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析刀具轨迹从图中A点插补至B点的程序为：绝对圆心编程:G02X40Z-35I13K-5F0.2； 相对圆心编程:G02U20W-25I13K-5F0.2；

举例说明圆弧插补指令-G02/G03知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G02U20W-25R25F0.2；

G02X40Z-35R25F0.2； 绝对半径编程相对半径编程圆弧插补指令-G02/G03知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析刀尖圆弧自动补偿指令指令功能编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆角，如图所示知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析刀尖圆弧自动补偿指令

当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外圆、内孔等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，如图所示知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析观察欠切和过切现象编程路径(假象刀尖路径)工件轮廓假想刀尖位置少切过切

具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少切或过切现象的产生。执行刀尖半径补偿指令后，刀尖会自动偏离工件轮廓一个刀尖半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。刀尖圆弧自动补偿指令知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析2）指令代码

G40表示取消刀尖半径补偿，按程序路径进给。

G41表示左偏刀尖半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给。

G42表示右偏刀尖半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给。

刀尖圆弧自动补偿指令知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

左、右刀补的偏置方向是这样规定的：逆着插补平面的法线方向看插补平面，沿着刀具前进的方向:刀具在工件的左侧为左刀补G41，刀具在工件的右侧为右刀补G42。数控车床采用前置刀架和后置刀架时刀尖半径补偿平面不同，补偿方向也不同，如图所示圆弧自动补偿指令G41、G42知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析图2-35前置刀架刀尖圆弧半径补偿圆弧自动补偿指令G41、G42知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

图2-36后置刀架刀尖圆弧半径补偿圆弧自动补偿指令G41、G42知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

每个刀具补偿号，都有一组对应的刀尖半径补偿量R和刀尖方位号T。在设置刀尖圆弧自动补偿值时，还要设置刀尖圆弧位置编码，刀尖圆弧位置编码定义了:

刀具刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系其从0~9有十个方向，系统T表示假想刀尖的方向号假想刀尖的方向与T代码之间的关系如图所示，其中“·”代表刀具刀位点A

“＋”代表刀尖圆弧圆心O圆弧自动补偿指令G41、G42知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析前置刀架的刀尖方位号图

后置刀架的刀尖方位号图刀尖方位号知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析3）指令格式以FAUNC系统为例

G00/G01G41/G42X(U)Z(W)

；建立半径补偿程序段

…………

轮廓切削程序段

G00/G01G40X(U)Z(W)

；撤消半径补偿程序段圆弧自动补偿指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析4）刀尖半径补偿的过程

①建立刀补刀具补偿的建立使刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀尖圆弧半径。刀补程序段内必须有G00或G01功能才有效，偏移量补偿必须在一个程序段的执行过程中完成，并且不能省略。建立刀具补偿知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②刀补进行执行含G41、G42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏移量。

G41、G42指令不能重复使用，即在前面使用了G41或G42指令之后，不能再紧接着使用G42或G41指令。若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态后，再使用G42或G41，否则补偿就不正常了。建立刀具补偿知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析③取消刀补在G41、G42程序后面，加入G40程序段即是刀尖半径补偿的取消。

如图,表示刀尖半径补偿建立与取消的过程。G40刀尖半径补偿取消程序段执行前，刀尖圆弧中心停留在前一程序段终点的垂直位置上，G40程序段是刀具由终点退出的动作。取消刀具补偿知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析图2-39数控车床刀尖半径补偿的建立与取消的过程建立、取消刀具补偿过程知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析5）刀尖半径补偿注意事项①刀尖半径补偿建立与取消程序段，只能在G00或G01移动指令模式下才有效。②为保证刀补建立与刀补取消时刀具与工件的安全，通常采用G01运动方式来建立或取消刀补。如果采用G00运动方式来建立或取消刀补，则要确定刀具不与工件发生碰撞。

刀尖半径补偿注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析③为了避免过切或欠切，建立刀尖半径补偿或取消刀尖半径补偿的程序段，最好在工件轮廓线以外，且移动距离应大于一个刀尖半径值。④使用G41、G42后，必须要用G40取消原补偿状态，才能再次使用G41、G42。刀尖半径补偿注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析⑤在使用G41、G42指令时，不允许有两句连续的非移动指令，否则会出错非移动指令包括：M代码、S代码、暂停指令G04等。

刀尖半径补偿注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析刀尖半径补偿指令使用前，需通过机床数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀尖半径补偿的相关参数：

刀尖圆弧半径R

假想刀尖位置T

作为刀尖半径补偿的依据。刀尖圆弧半径粗加工一般取0.8mm

半精加工一般取0.4mm

精加工一般取0.2mm

若粗、精加工采用同一把刀，刀尖半径取0.4mm刀尖半径补偿注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析例如：数控车床刀架形式为前置刀架，1号刀位为外圆车刀，刀尖圆弧半径0.2mm，刀尖位置号为3号，参数设置如图所示:刀尖半径补偿注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析（3）恒线速设置与取消指令G96与G97

1）最高转速限制指令G50①指令功能：当使用恒线速度功能车削轴类或盘类零件时，随着直径数值的变化，可能会出现主轴转速过高，工件有从卡盘飞出的危险用G50就可以限制最高转速。

最高转速限制指令G50知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②指令格式：

G50S；

S后面的数字表示控制主轴的最高转速，单位为r/min，其数值可以查阅数控机床参数说明书中主轴设定的最高转速。例如：G50S3000表示主轴最高转速为

3000r/mi③适用范围主要用于数控车削编程中设置恒线速度切削之前。最高转速限制指令G50格式知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析2）恒线速指令G96①指令功能：可以实现轴类或盘类零件各个表面最佳恒线速度的切削加工，保证加工表面的粗糙度均匀一致。

恒线速指令G96知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②指令格式：

G96S；

S后面的数字表示控制主轴恒定的线速度，单位为m/min。例如：G96S120表示切削点线速度控制在120m/min。③适用范围主要用于数控车削加工中精加工工序。恒线速指令G96知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析3）取消恒线速指令G97①指令格式：

G97S；

G97表示取消恒线速，S后面的数字表示控制主轴恒定的转速，单位为r/min。例如：G97S120表示取消恒线速并控制切削主轴转速在120r/min取消恒线速指令G97知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②适用范围主要适用于数控车削加工中车螺纹、切槽、切断、钻孔工序。注意：G96与G97指令功能能够相互取消。恒线速指令适用范围知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

利用上述讲解的指令，编写如图2-41所示零件的精加工程序。工件已经完成粗加工，单边仅0.2mm的余量。图2-41刀具补偿指令运用刀具补偿指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析参考程序如下：O0006程序名G50S3500；限制最高转3500r/minM03G96S110；主轴正转，恒切削速度

110m/minM08；开冷却液T0101；调用1号刀具，补偿号01刀具补偿指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G00X38Z10；刀具定位至起点G42G01Z0F0.1；建立刀尖半径右补偿刀具补偿指令运用X40Z-1；Z-30；X42；G03X48Z-33R3；G01Z-60；X54；X58Z-62；Z-100；知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G97G40G00X100；取消刀尖半径补偿Z100；退刀M09；冷却液关闭M30；程序结束刀具补偿指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析复合固定循环使用复合固定循环，在对零件的轮廓定义之后，即可完成从粗加工到精加工的全过程，使程序得到进一步简化。

外圆粗切循环G71知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

外圆粗切循环G71①指令功能：外圆粗切循环是一种复合固定循环。适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工。如图所示为其走刀路线。外圆粗切循环G71知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析图2-42外圆粗切循环G71走刀路线外圆粗切循环G71走刀路线知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②指令格式：

G71U(△d)R(e)；G71P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)式中：

△d表示:背吃刀量,径向车削深度（半径值）无正负号，是模态值；

e表示:退刀量；无正负号，是模态值；外圆粗切循环G71格式知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析ns表示：精加工轮廓程序段中开始程序段的

段号

nf表示：精加工轮廓程序段中结束程序段的

段号△u表示：X轴向精加工余量（直径值），有正负号△w表示：Z轴向精加工余量，有正负号；

f、s、t表示粗加工时的F、S、T值。外圆粗切循环G71格式知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析注意事项：

a）ns→nf程序段中的F、S、T功能，即使被指定也对粗车循环无效（仅对后续精加工有效）

b）零件轮廓必须符合在X轴、Z轴方向上同时单调增大或单调减少；

外圆粗切循环G71注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析c）从A到A’的刀具轨迹必须在P程序段（首段）中用G00或G01指定，且首段的刀具移动必须垂直于Z方向。如：G00/G01X；

外圆粗切循环G71注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析d）△u和△w的符号规定法则：沿刀具轨迹移动时：

X坐标值单调增加，则△u为正，否则为负；

Z坐标值单调减小，则△w为正，否则为负外圆粗切循环G71注意事项知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

编写如图2-43所示零件的粗车外圆切削循环程序。毛坯尺寸Ф32×65。外圆粗切循环G71指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析参考程序如下：O0007程序名M03S600；主轴正转，恒转速600r/minM08；开冷却液T0101；调用1号刀具，补偿号01G00X32Z2；刀具定位至起点G71U1R1；外圆粗车循环G71P70Q150U0.2W0.1F0.1；外圆粗切循环G71指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G00X0；G01Z0；G03X10Z-5R5；G01Z-12；X20；Z-25；X25；X30Z-28；Z-40；G00X100；退刀Z100；M30；程序结束外圆粗切循环G71指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析2）端面粗切循环G72①指令功能：端面粗切循环是一种复合固定循环。端面粗切循环适于Z向余量小，X向余量大的棒料粗加工，如图2-44所示。端面粗切循环G72指令知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析端面粗切循环G72走刀路线知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②指令格式：G72W(△d)R(e)；G72P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)；式中：△d表示背吃刀量，无正负号，是模态值；e表示退刀量，无正负号，是模态值；ns表示精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；nf表示精加工轮廓程序段中结束程序段的段号；端面粗切循环G72格式知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析△u表示:X轴向精加工余量（直径值），有正负号；△w表示:Z轴向精加工余量，有正负号；

f、s、t表示粗加工时的F、S、T值。端面粗切循环G72格式③使用注意事项：

同G71,参照书P58页找不同点知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

编写如图2-45所示零件的粗车外圆切削循环程序，毛坯尺寸Ф165×80，工件不用切断。注意：应该选择副偏角较大的外圆车刀端面粗切循环G72指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析参考程序如下：O0008程序名M03S600；主轴正转，恒转速600r/minM08；开冷却液T0101；调用1号刀具，补偿号01G00X166Z2；刀具定位至起点G72W1R1；外圆粗车循环G72P70Q160U0.2W0.1F0.1；端面粗切循环G72指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G00Z-43；G01X160；Z-25；G01X90；G03X80Z-20R5；G01X60；Z-10；X50；Z0；X160；G00Z100；退刀M30；程序结束端面粗切循环G72指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析3）封闭切削循环G73①指令功能：封闭切削循环适于对铸、锻毛坯切削，并且毛坯轮廓形状与零件轮廓基本接近，对零件轮廓的单调性则没有要求，如图2-46所示。封闭切循环G73指令知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析图2-46封闭切削循环G73走刀路线封闭切循环G73走刀路线知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析②指令格式：G73U(△i)W(△k)R(△d)；G73P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F(f)S(s)T(t)；式中：

△i表示X轴方向的退刀距离（半径值）；△k表示Z轴方向的退刀距离；

△d表示分割次数，即粗车重复次数；

封闭切循环G73指令格式知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析

编写如图2-47所示零件的粗车外圆切削循环程序，毛坯尺寸Ф46×85工件不用切断。封闭切循环G73指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析参考程序如下：O0009程序名M03S600；主轴正转，恒转速600r/minM08；开冷却液T0101；调用1号刀具，补偿号01G00X46Z2；刀具定位至起点G73U1W1R6；G73P70Q150U0.2W0.1F0.1；G00X10Z2；G01Z-7；封闭切循环G73指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G02X20Z-15R10；G01Z-35；G03X34Z-42R7；G01Z-52；X44Z-56；Z-65；X46；G00X100；Z100；退刀M09；M30；程序结束封闭切循环G73指令运用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析4）精加工循环G70①指令功能：由G71、G72、G73指令完成粗加工后，可以用G70进行零件精加工。②指令格式：G70P(ns)Q(nf)FST；式中：

ns表示精加工轮廓程序段中开始程序段的段号；

nf表示精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。

精加工循环G70格式知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析③使用注意事项：精加工时，G71、G72、G73程序段中的F、S、T指令无效，只有在ns----nf程序段中的F、S、T才有效。精加工循环G70使用知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析2.工艺分析（1）工、量、刃具选择

1）工具选择工具采用三爪自定心卡盘装夹，用百分表找正。其他工具见表2-6。

2）量具选择由于外圆尺寸有公差要求，选用外径千分尺测量；长度尺寸选用游标卡尺测量；圆弧面用R规检测，圆锥面选用游标万能角度尺测量，表面粗糙度用表面粗糙度样板比对。工、量、刃具选择知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析3）刃具选择该工件的材料为45钢，切削性能较好，由于任务要求只加工外圆轮廓，所以选用外圆车刀装在电动刀架的1号刀位上。可以选用YT15硬质合金90º可转位刀片的偏刀。考虑到工件图素中有圆弧，为防止刀具副后角产生干涉，故选用副偏角较大的车刀来满足工艺要求。工、量、刃具选择知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析表2-6任务2.3工、量、刃具清单工、量、刃具清单知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析（2）加工工艺方案各工序切削用量的选择，见表2-7。加工工艺方案知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析表2-7任务2.3加工工序卡加工工序卡片知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析（3）参考程序编制

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与工件轴线交点上，如图2-48所示O点。

2）基点坐标的计算工件轮廓上从右向左各基点，如图2-48所示。

工件坐标系的建立知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析图2-48零件轮廓基点示意图零件轮廓基点示意图知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析各个基点坐标值见表2-8表2-8基点坐标零件轮廓基点坐标知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析3）参考程序O0010程序名M03S600；主轴正转，恒转速600r/minM08；开冷却液T0101；调用1号刀具，补偿号01G00X31Z0；刀具定位至起点G01X0F0.2；车端面G00X30Z3；粗车循环定位G71U1R1；G71P90Q170U0.2W0.1F0.2；G42G00X0；G01Z0；零件参考程序知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G03X16Z-2R17；G01Z-16；X24.98Z-21；G01Z-35；X26.99Z-36；Z-45；X30；G50S3000；G96S140；零件参考程序知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析G70P90Q170F0.1；精车循环G40G00X100；退刀Z100；M05；M30；零件参考程序知识学习知识学习学习目标任务导入任务实施知识拓展思考练习任务分析五、【任务实施】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钢件，伸出60mm。（5）刀具装夹：将外圆车刀装在电动刀架1号刀位上。任务实施任务实施学习目标任务导入任务分析知识学习知识拓展思考练习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，数控机床必须重回参考点。

4、零件自动加工及尺寸控制加工时粗、精加工轮廓都用同一把外圆车刀，轮廓半径方向上留0.1mm进行精加工，直至达到尺寸