第三章 外轮廓加工 数控车床编程

复习思考题33-1 车刀刀尖圆弧半径补偿有何意义。

数控车床按刀尖对刀，但车刀的刀尖总有一段小圆弧，所以对刀时刀尖的位置是假想刀尖P。

编程时按假想刀尖轨迹编程〔即工件的轮廓与假想刀尖p重合〕，而车削时实际起作用的切削刃是圆弧切点A，B，这样就会引起加工外表的形状误差。

采用刀具半径补偿功能后可按工件的轮廓线编程，数控系统会自动计算刀心轨迹并按刀心轨迹运动，从而消除了刀尖圆弧半径对工件形状的影响。

3-2 在数控车床上如何对刀？在数控加工生产实践中，常用的对刀的方法有找正法对刀、机外对刀仪对刀、自动对刀等三大类。

在数控车床上常采用找正法对刀中的试切法。

有用G50、G54和直接刀补来找到工件原点位置三种方法。

3-3 完成如图3-53所示零件的粗加工循环。

图3-53O1001; 程序名G54 S800 M03; 坐标系设定，主轴正转，转速800r/minT0101; 选择1号刀1号刀补G00 X110. Z5.; 快速定位到循环起点〔110，5〕G71 U3.0 R1.5; 调用外圆粗加工循环G71，切深3mm，退刀量1.5mmG71 P10 Q20 U1.0 W0.5 F0.15; 精加工路线是N10至N20.精加工余量0.5mm，粗加工进给量0.15mm/rN10 G00 X0.; 精加工路线第一段，沿X轴进给到零件中心G01 Z0; 切削进给到z0X35.; 平端面Z-30.; 切削φ35外圆X55. Z-50.; 切削锥面Z-65.; 切削φ55外圆G02 X85. Z-80. R15.; 切R15圆弧G01 X100. Z-100.; 切锥面N20 Z-120.; 精加工路线最后一段，切φ100外圆G00 X100. Z100.; 快速返回到〔100，100〕M30; 程序结束3-4 编写如图3-54所示工件的加工程序。

图3-54一、工艺分析此零件的车削加工包括车端面、倒角、外圆、圆弧过渡面、切槽加工、螺纹加工和切断。

轴类零件外圆轮廓在数控车床上的编程加工在机械加工中，轴类零件是常见的一类工件，这类工件通常包含有外圆等轮廓，需要进行数控加工，来保证准确度和精度。

在数控加工中，外圆轮廓的加工是其中的一项重要工作。

本文将介绍外圆轮廓在数控车床上的编程加工技术，帮助读者更好地了解数控加工的实现过程。

1.数控加工概述数控加工是一种基于计算机数值控制的自动化加工方法，通过预先编写程序来控制机床的运动，实现高效、高精度和重复性的零件加工。

数控加工可以加工各种复杂的轮廓形状，适用于各种材料的加工，广泛应用于模具行业、航空航天、汽车制造等领域。

2.外圆轮廓加工的难点外圆轮廓是轴类零件的一种基本特征，加工外圆轮廓是数控加工中的常见任务。

但是外圆轮廓加工也有一些难点，主要表现在以下几个方面：（1）精度要求高：外圆轮廓通常要求精度很高，例如轴类零件的公差往往在几个微米之内，这就要求机床和编程的精度都非常高。

（2）加工路径复杂：外圆轮廓加工需要画出各种复杂的轮廓，这对于初学者来说可能比较困难。

（3）刀具选择：不同的外圆轮廓需要使用不同的刀具，刀具选择合理与否直接关系到加工质量。

3.编程加工步骤下面介绍利用数控车床加工外圆轮廓的编程步骤。

编程分为手工编程和CAM编程两种方式，本文重点介绍手工编程的方法。

（1）选择刀具和夹具：对于不同的外圆轮廓，建议选择不同的切削刀具，例如圆弧刀具、直角刀具、倒角刀具等。

（2）数据输入：编程得先将所需加工的数据输入数控系统，包括直径、长度、角度等参数。

其中直径是最重要的参数，所有其他参数都在此基础上推算。

（3）加工路径设置：设置加工路径是编程的核心步骤，主要有以下几种方法：- 根据轮廓数据进行手动编程，通过输入坐标值和切削指令来设置加工路径。

- 利用CAD/CAM软件，用鼠标绘制轮廓图形，然后通过转化为数字控制代码来生成加工路径。

- 借助仿真软件，对轮廓进行仿真加工，然后根据加工路径生成控制代码。

（4）G代码编辑：在上述步骤完成后，就要通过G代码编辑器生成数控程序。

轴类零件外圆轮廓在数控车床上的编程加工摘要数控车床能够加工轴类或者盘类零件的各类回转表面、曲面及各类螺纹等轮廓，轴类零件外圆轮廓特别适宜在数控车床上加工，灵活的运用多种数控编程指令，保证产品精度，能够有效的提高产品加工效率。

关键字外圆轮廓 G71指令 G73指令 G70指令刀尖圆弧补偿复合循环G71、仿形复合循环G73及精加工循环70等编程指令在轴类零件外圆轮廓的粗加工中运用较多，编程加工过程中要熟悉编程指令、灵活的选择与运用各个指令，运用各类方法保证产品加工精度。

一．复合循环G71指令的编程加工关于加工棒料等余量不均匀毛坯的外圆轮廓粗加工，常用复合循环G71指令来完成，其编程格式为：G71 U__ R__；G71 P__Q__U__W__F__S__T__；运用G71指令进行编程加工时务必注意下列问题：1.G71指令务必带有P、Q地址ns、nf，且与精加工路径起、止顺序号对应，否则无法运行。

2.ns程序段务必为G00/G01指令，且只能为X向进给，不能出现Z向进给。

3.G71指令精加工轨迹在X及Z向务必是单调增加或者减小，假如出现不单调增加或者减小时机床也能运行，但在粗加工分层切削时非单调增加或者减小的轮廓部位不可能切削，待到粗加工最后一刀（半精加工）时一次切除，假如非单调增加或者减小的轮廓部位余量较大，则会因切削量过大导致崩刀等事故的发生。

4.G71指令在加工圆弧轮廓时，要注意防止过切，如图一所示：通常认为加工时凹轮廓A-D在粗加工最后一刀（半精加工时切除），但实际上粗加工时走刀轨迹路线为：O-E-B-C-D,导致轮廓E-A-B过切；粗加工最后一刀轨迹路线正常，即O-E-A-B-C-D。

解决方法：编程时把圆弧段O-B分成O-A及A-B两段进行编程加工。

5.G71指令程序段中的F、S、T只在粗加工循环时有效，精加工程序段中的F、S、T在精加工时有效，如精加工程序段中的F、S、T省略时，默认为粗加工时的F、S、T。

第三章数控加工程序的编制本章教学重点及难点：数控车床、数控铣床编程的特点；固定循环指令的应用。

§3.1数控车床的程序编制说明：（1）数控车床主要加工轴类零件和法兰类零件，使用四爪卡盘和专用夹具也能加工出较复杂的回转零件。

（2）车削加工时，装在数控车床上的工件随同主轴一起作回转运动，数控车床的刀架在X轴和Z轴组成的平面内运动，主要加工回转零件的端面、内孔和外圆。

（3）由于数控车床配置的数控系统不同，使用的指令在定义和功能上有一定的差异，但其基本功能和编程方法还是相同的。

（4）前置刀架与后置刀架：是数控车床刀架布置的两种形式。

前置刀架位于Z轴的前面，与传统卧式车床刀架的布置形式一样，刀架导轨为水平导轨，使用四工位电动刀架；后置刀架位于Z轴的后面，刀架的导轨位置与正平面倾斜，这样的结构形式便于观察刀具的切削过程、切屑容易排除；且后置空间大，可以设计更多工位的刀架；一般全功能的数控车床都设计为后置刀架。

一、数控车床的编程特点（1）可以采用绝对值编程、增量值编程，或二者的混用。

在采用增量值编程时，有些数控车床不用G91指令，而是在运动轨迹的起点建立起平行于X、Z 轴的增量坐标系U、W。

如：N01 G91 G01 X-20 Z-18 (半径编程)相当于：N01 G01 U-20 W-18N01 G91 G01 X-40 Z-18 (直径编程)相当于：N01 G01 U-40 W-18有些数控车床编程时，绝对坐标指令直接用X、Z 来指定数值；而增量坐标指令直接用U、W来指定数值。

如：N01 G01 X30 W-18 (直径编程)（2）直径编程和半径编程由于零件的回转尺寸（径向尺寸）在图纸上标注及测量时，一般都用直径值表示，因此数控车削加工常用直径编程。

直径编程时，若用G90绝对值编程时，则X值以直径值表示；若用G91相对值编程时，则X 值以实际增量的两倍表示。

半径编程时，若用G90绝对值编程时，则X值以半径值表示；若用G91相对值编程时，则X 值即为实际增量值。

加工件1：根据下图零件,按GSK-980T数控系统要求编制加工程序;刀具装夹位置：粗、精车用1号外圆车刀,切断用4号切断刀;编程参考 1O 1001 ；说明：N10G50 X50 Z100 ；以换刀点定位工件坐标系N20M3 S560 ；启动主轴N30T0101 ；换1号刀N40G0 X25 Z2 ；快速移动到加工出发点N50G71 U0.8 R0.5 ；执行外圆粗加工循环N60G71 P70 Q140 U0.5 W0.2 F100 ；留余量X0.5 Z0.2,进给量100 mm/min N70G0 X0 ；轮廓加工起始行N80G1 Z0 F30 ；精加工进给量30N90G3 X10 Z-5 R5 ；N100G1 Z-15 ；N110X18 W-10 ；N120W-7 ；N130X21 ；N140X23 Z-33 ；N150Z-45 ；轮廓加工结束行N160G70 P70 Q140 ；执行精加工循环N170G0 X50 Z100 ；回换刀点N180T0404 ；换4号切断刀N190G0 X27 Z-40.1 ；定位切断起点,留0.1mm余量N200G1 X12 F15 ；N210G0 X25 ；N220Z-40 ；N230G1 X0 F10 ；切断,进给量10mm/minN240G0 X50 ；N250Z100 M5 ；回换刀点,停主轴N260T0100 ；换回基准刀N270M30 ；结束程序%加工件2：下图为待加工零件,材料：φ25铝合金棒料；粗、精车用1号外圆车刀,切断用4号切断刀；换刀点定在X50,Z100,请根据GSK-980T系统要求编制加工程序;编程参考2O 1002 ；说明：N10G50 X50 Z100 ；以换刀点定位工件坐标系N20M3 S560 ；启动主轴N30T0101 ；换1号刀N40G0 X25 Z2 ；快速移动到加工出发点N50G71 U0.8 R0.5 ；执行外圆粗加工循环N60G71 P70 Q140 U0.5 W0.2 F100 ；留余量X0.5 Z0.2,进给量100 mm/min N70G0 X4.307 ；轮廓加工起始行N80G1 Z0 F30 ；精加工进给量30N90G3 X8.268 Z-1.722 R2 ；N100G1 X12 Z-15 ；N110W-5 ；N120X14 ；N130G2 X23.5 Z-30 R15 ；N140Z-45 ；轮廓加工结束行N150G70 P70 Q140 ；执行精加工循环N160G0 X50 Z100 ；回换刀点N170T0404 ；换4号切断刀N180G0 X26 Z-36 ；定位切槽起点N190G1 X18 F10 ；切槽N200G4 X4 ；槽底暂停4秒N210G0 X26 ；N220Z-40.1 ；定位切断起点,留0.1mm余量N230G1 X12 F15 ；N240G0 X20 ；N250Z-39 ；退刀至倒角起点N260G1 X16 Z-40 F10 ；车尾端倒角N270X0 F10 ；切断,进给量10mm/minN280G0 X50 Z100 ；N290M5 ；回换刀点,停主轴N300T0100 ；换回基准刀N310M30 ；结束程序%加工件3：工件如下图所示,材料：φ25铝合金棒料；粗、精车用1号外圆车刀,60°螺纹刀装在3号刀位,切断用4号切断刀；换刀点定在X50,Z100,请根据GSK-980T系统要求编制加工程序;编程参考3O 1003 ；说明：N10G50 X50 Z100 ；以换刀点定位工件坐标系N20M3 S560 ；启动主轴N30T0101 ；换1号刀N40G0 X25 Z1 ；快速移动到加工出发点N50G71 U0.8 R0.5 ；执行外圆粗加工循环N60G71 P70 Q150 U0.5 W0.2 F100 ；留余量X0.5 Z0.2,进给量100 mm/min N70G0 X7.8 ；轮廓加工起始行N80G1 X11.8 Z-1 F30 ；车前端1×45°倒角N90Z-15 ；N100X12 ；N110X16 Z-27 ；车圆锥面N120W-8 ；N130X18 ；N140G2 X24 Z-40 R5.6 ；车凹圆弧N150Z-55 ；轮廓加工结束行N160G70 P70 Q140 ；执行精加工循环N170G0 X50 Z100 ；回换刀点N180T0303 ；换3号螺纹刀N190G0 X16 Z3 ；定位车螺纹起点N200G92 X11.1 Z-13.5 F1 ；分三刀车F1螺纹,第一刀0.7mmN210X10.7 ；第二刀0.4mmN220X10.5 ；第三刀0.2mmN230G0 X50 Z100 ；N240T0404 ；换4号切断刀N250G0 X27 Z-40.1 ；定位切断起点,留0.1mm余量N260G98 G1 X16 F15 ；预切一槽N270G0 X26 ；退刀N280Z-48 ；N290G1 X22 Z-50 F10 ；车尾端倒角,进给量10mm/minN300X0 ；切断N310G0 X50 ；N320Z100 M5 ；回换刀点,停主轴N330T0100 ；换回基准刀N340M30 ；结束程序。

1、外轮廓零件的程序编写、加工例1、如图所示零件，已知材料为45钢，毛坯为150×120×30，试编写零件的加工程序。

【分析】1．根据图样要求、毛坯，确定工艺方案及加工路线1）以毛坯的底面和侧面为定位基准，用通用台虎钳夹紧工件前后两侧面（宽度），并将台虎钳固定于铣床工作台上。

2）选用平底立铣刀，一次切深5mm，直接加工工件的轮廓外形。

3）采用G41加工方式，有利于保证侧面表面粗糙度。

4）起刀点在工件轮廓左下角下方，并在轮廓外面建立刀补；抬刀点在轮廓左下角左边，并在轮廓外面取消刀补。

刀具在正式加工工件在轮廓时，不允许建立或撤消刀补。

最好在工件轮廓的延长线上（本例以左下角为起刀点）2．选择机床设备根据零件图样要求，选用VMC－600型数控立式铣床。

3．选择刀具与参数现采用Ø 8－Ø20的平底立铣刀皆可，现在选用Ø10立铣刀，并把该刀具的半径输入刀具半径补偿参数表中。

4．确定切削用量主轴转速：n＝1000V/πD （V表示刀具切削速度。

高速钢刀具一般取20m/s；硬质合金刀具一般50-100m/s，具体还应考虑被加工材料的切削性能）进给速度：F＝f z Zn （f z表示每齿进给量；Z表示齿数；n表示转速）切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。

5．确定工件坐标系在XOY平面内选择工件对称中心为工件原点，Z方向选择工件上表面为工件原点，建立工件坐标系（编程坐标系）。

（将X、Y、Z坐标值均输入到G54中去，直接调用G54中的X、Y、Z值）6．编写程序按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。

该工件的加工程序如下（该程序用于VMC－600型数控铣床/加工中心）：O5001；（程序名）N10 G80 G40 G49 G69 G50 G15 G21；（取消所有固定循环功能，并采用公制mm编程）N20 G00 G90 G54 X0 Y0；（绝对编程，调用G54坐标，刀具快速走到编程原点）N30 M03 S600；（启动主轴）N40 G00 X-65 Y-85；（快速到达起刀点）N50 G00 Z10；（刀具快速下到工件表面10mm处）N60 G01 Z-5 F100；（按指定速度到达5mm切深处）N70 G01 G41 X-65 Y-70 D01 F100；（按指定速度从1点切削进给到2点，并在从1点到2点的过程中建立刀具半径补偿左补偿）N80 G01 X-65 Y50 F80；（3点）N90 G01 X65 Y50；（4点）N100 G01 X65 Y-50；（5点）N110 G01 X-85 Y-50；（6点）N120 G01 G40 X-100 Y-50；（按指定速度从6点切削进给到7点，并在从6点到7点的过程中撤消刀具半径补偿）N130 G00 Z100；（快速抬刀至100mm处）N140 M30；（程序结束，光标并返回程序起始处）注上图中，虚线表示刀具在移动过程中的刀具中心轨迹线。