第三章 外轮廓加工 数控车床编程

第三章 外轮廓加工
在数控车床上经常加工类似中间轴的轴类零件，其外表面多为 外圆、端面、锥面及圆弧轮廓加工，是零件加工的基本步骤和 前期工步。
中间轴
第一节 车削外圆/端面及外锥面 第二节 车削圆弧面 第三节 外圆粗车复合循环G71/G70的应用 第四节 端面粗车复合循环G72/G70的应用 第五节 仿形切削粗车复合循环G73/G70
轴类零件加工实例
一、工艺分析
1. 夹住毛坯φ45mm外圆，伸出大于55mm长→粗车φ42mm外 圆至φ42.5mm→粗车φ20mm外圆至φ20.5mm→粗车锥面。 2. 精车外轮廓至尺寸。
二、选择刀具及确定切削用量
1. 刀具选择
机夹外圆车刀，刀具型号 PCLNR2020K12。
刀具参数
外圆车刀
2. 确定切削用量
2. 指令功能
G90车削外圆和圆锥循环轨迹图中，刀具从循环起点开始按矩 形（或梯形）循环，最后又回到循环起点。 刀具移动轨迹：1→2→3→4。
G90车削外圆循环示意图
Байду номын сангаас
G90车削外锥循环示意图
1（R）、4（R）——快速运动 2（F）、3（F）——按照F指定的进给速度运行 车削外圆可省略R。 注意： （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。 （2）G90循环每一步切削加工结束后，刀具自动返回起刀点。
端面而形成凹面。
用右偏刀车削端面向
主偏角不能小于90°，否则会使端面的平面度超差或者在车削 台阶端面时造成台阶端面与工件轴线不垂直的现象，通常在车 削端面时，右偏刀的主偏角应在90°～93°范围内。
三、车削外圆与端面时对车刀安装的工艺要求
车刀安装得是否正确，将直接影响切削能否顺利进行和工 件的加工质量。车刀安装后，必须保证做到：
1.车刀的伸出长度不宜过长。通常车削外圆时，车刀伸出 刀架部分的长度，一般为刀杆厚度的1～5倍左右为宜。
2.车刀下面的垫片数量不宜过多。垫片要平整，并应与刀 架前端对齐。
3.压紧车刀用的螺钉不能少于两个，并逐个拧紧。
4.车刀的刀尖不宜高于或低于工件的回转中心。
装高——后角减小，
正确
装低——前角减小，切
快速定位
二、G01——直线插补
1. 指令格式
G01 X（U） Z（W） F ； 说明： X、Z：直线插补的目标位置绝对坐标值（U、W表示增量 值）。 F：进给率。
2. 指令功能
G01是模态代码，该指令是以直线方式和命令给定的移动速率 从当前位置移动到指定位置。 注意： （1）G01指令后的坐标值可用绝对值，也可用增量值，由编程 者根据情况确定。 （2）进给速度由F指令确定，F指令也是模态指令。
·
3. 编程实例
要求刀具快速从A点移动到B点，
编程如下： G00 X33.0 Z2.0； 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，而是由系统参数预先设 置。
快速定位
·
（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， 实现快速定位。 （4）刀具实际运动路线并不是 直线，而是折线，刀具先沿两轴 夹角45°移动，再移动剩余一轴， 移动时要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。
（3）G90循环第一步移动必须是X轴单方向移动。
3. 编程实例
应用G90循环指令编写零件加工程序。
零件图
（下一页续表）
续表
四、G94——单一形状固定循环（端面）
1. 指令格式
G94 X（U） Z（W） F ； 说明： X、Z：切削终点的绝对坐标值；U、W表示切削终点的增量坐 标值。 F：进给率。
为区别二者，规定：
圆心角α≤180°时，即图中的 圆弧1，R取正值；
圆心角α＞180°时，即图中的 圆弧2，R取负值。
一般情况下，在数控车床加
工时不会出现α＞180°的圆弧。
指定圆心位置的圆弧半径确定
3. 编程实例
加工该零件外轮廓，编写精加工程序。
圆弧加工实例
注意：在加工锥面或圆弧面轮廓时，因刀尖圆弧半径R=0.4mm，若加工时不进 行刀尖圆弧半径补偿，加工轮廓会出现“欠切”或“过切”现象。如何使用刀尖圆 弧半径补偿功能，具体见下面介绍。
圆弧插补顺逆方向的判断 方法——正对着处在圆弧所在
平面（如ZX平面）的另一根轴 （Y轴）的正方向看该圆弧，
顺时针方向圆弧为G02，逆时 针方向圆弧为G03。
圆弧插补方向的判断
（2）加工圆弧前，刀具必须停到圆弧起点。
（3）用半径R指定圆心位置时，由于在同一半径R的情况下，
从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性。
4. 编程实例
选择刀尖圆弧半径R=0.4的外圆车刀，设置刀尖方位号3，应
用刀尖圆弧半径补偿指令编程车削零件，编写轮廓精加工程序。
应用刀尖圆弧半径补偿加工实例
车削圆弧面的工艺方法
一、圆弧加工工艺路线的确定
阶梯形切削路线车圆弧 同心圆切削路线车削圆弧
车锥法路线车削圆弧
凹圆弧
凸圆弧
车削圆弧的平移轨迹路线图
（2）在调用新刀具前或更改刀具补偿方向时，中间必须取消 前一个刀具补偿，避免产生加工误差。
（3）在G41或G42程序段后面加G40程序段，便可以取消刀尖 圆弧半径补偿。
程序的最后必须以取消偏置状态结束，否则刀具不能在终点定 位，而是停在与终点位置偏移一个矢量的位置上。
（4）G41、G42、G40是模态代码。 （5）在G41方式中，不要再指定G42方式，否则补偿会出错； 同样，在G42方式中，不要再指定G41方式。 （6）在使用G41和G42之后的程序段中，不能出现连续两个或 两个以上的不移动指令，否则G41和G42指令会失效。
摩擦加大，表面硬
削力增大，切削不顺畅
化
刀尖与工件不等高时的前后角变化
车削端面时，要严格保证车刀的刀尖对准工件的旋转中心。
工件中心留有凸头
刀尖崩碎
车刀刀尖不对准工件的旋转中心
5.刀杆不能歪斜。安装车刀时，应使刀杆中心线与主轴轴线垂直。
毛坯为φ45mm×75mm的45钢，用FANUC 0i系统所学的G00、 G01、G90指令进行编程加工该零件。
二、圆弧车削对刀具的要求
车削圆弧时，应该使用标准半径的圆弧车刀，这类刀具往 往手工磨削无法达到要求，应选用标准数控车刀。
标准刀尖圆弧半径的外圆车刀
毛坯为φ45mm×75mm的45钢，用FANUC 0i系统编程加工该零
件。
轴类零件加工实例
一、工艺分析
1. 夹住毛坯φ45mm外圆，伸出60mm→粗车φ30mm外圆至 φ30.5mm→粗车φ20.5mm至Z-40→倒角法粗车半球→粗车成形
的应用
第一节 车削外圆/端面及外锥面
1.掌握G00、G01指令的应用。 2.掌握G90、G94指令的应用。 3.掌握外圆、端面的加工方法和工艺要求。 4.认识数控外圆车刀的牌号，能正确安装刀具。 5.掌握数控加工的操作步骤。
一、G00——快速定位
1. 指令格式
G00 X（U） Z（W） ； 说明： X、Z：快速定位的目标位置绝对坐标值（U、W表示增量值）。
2. 指令功能
G94车削端面循环轨迹——刀具从循环起点开始按矩形循环， 最后又回到循环起点。
G94切削循环轨迹——无锥度切削
G94车削端面锥度：刀具移 动轨迹——1→2→3→4。 1（R）、4（R）——快速 运动 2（F）、3（F）——按照F 指定的进给速度运行。
G94切削循环轨迹——带锥度切削
2. 指令功能
G00是模态代码。 该指令是在工件坐标系中以快速移动速度移动刀具到达由绝对 或增量指令指定的位置. G00指令中的快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分 别设定，所以快速移动速度不能在地址F中规定，快移速度可 由面板上的快速修调按钮修正。 在执行G00 指令时，由于各轴以各自的速度移动，不能保证各 轴同时到达终点，因此联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。
二、刀尖圆弧半径左补偿——G41/G42/G40
1.指令格式
说明： G41：刀尖圆弧半径左补偿。 G42：刀尖圆弧半径右补偿。 G40：取消刀尖圆弧半径补偿。
2. 指令功能
刀具半径补偿是指在加工中考虑刀具的几何形状，从而使刀 具刀尖沿着编程中设定的加工轨迹运动。 数控车床中的刀具补偿分为刀具位置补偿和刀具半径补偿。 （1）刀具半径补偿的目的 车刀刀尖由于磨损或标准定制刀具的原因总有一个圆弧（车 刀刀尖不可能是绝对尖的），但是，编程是根据理想刀尖点
3. 编程实例
应用G94循环指令编写零件加工程序。
零件图
车削外圆与端面的工艺方法
一、外圆车削工艺要求
外圆车削分为粗车、半精车、精车三个过程。 粗车：只需尽快去除各表面多余的部分，同时给各表面留 出一定的精车余量即可。 一般在车床动力条件允许的情况下，采用吃刀深、进给量 大、较低转速的做法，对车刀的要求主要是有足够的强度、刚 度和寿命。
面。
2. 精车外轮廓至尺寸。
二、选择刀具及确定切削用量
1. 刀具选择
机夹外圆车刀，刀具型号PCLNR2020K12和SVJBR2020K11。
PCLNR2020K12
SVJBR2020K11
外圆车刀图
刀具参数表
2. 确定切削用量
数控加工刀具及切削用量选择
三、程序编制
（下一页续表）
续表
圆弧加工误差分析
精车：使工件获得准确的尺寸和规定的表面粗糙度。 对车刀的要求主要是锋利，切削刃平直光洁，切削时必须
使切屑排向工件待加工表面。
二、端面车削工艺要求
用右偏刀（90°）车削端面 时，背吃刀量不能过大。在通 常情况下，是使用右偏刀的副 切削刃对工件端面进行切削， 当切削深度过大时，向床头方