2项目二 轴类零件的典型表面数控车削加工

任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 任务2-2 端面及阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 任务2-3 阶梯轴在数控车
床仿真软件上的加工 项目二 轴类零件的典型表面数控车削加工全国高职高专规划教材 技能型紧缺人才培养及“双证制”教改教
材国家示范性高职院校建设项目成果 中国电子教育学会推荐教材　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 任
务目标：
（1）掌握数控车床仿真软件的基本功能与操作。 （2）掌握数控车床工件坐标系的设定 。 （3）掌握数控车床的常用指令
及编程方法 。任务引领：
制定如图2-1所示车削零件的数控加工刀具及加工工序卡，并编写精加工程序。图2-1 简单型面加工零件图2.1.1 坐标系及坐标
方向 一、标准坐标系 　　 　　 数控车床的坐标系是以径 向为Ｘ轴方向，纵向为Ｚ轴方向。 指向主轴箱的方向为Ｚ轴的负方 向，而指
向尾座的方向为Ｚ轴的 正方向。Ｘ轴是以操作者面向的 方向为Ｘ轴正方向。故，根据右 手法则，Ｙ轴正方向指向地（数 控车床编程中不涉及
Y轴坐标）。 数控车床坐标系如右图（后置刀 架）所示。上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 二、机
床坐标系 　　机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系；是机床本身所固有的坐标系；是机床生产厂家设计时自定的，其位置由机械挡块决
定，不能随意改变。 三、工件坐标系 １、工件原点 　　编制加工程序的基准点（零点）称为 工件原点。数控车床的工件原点一般定为
零件精加工右端面与轴心线的交处。 ２、工件坐标系 　　以程序原点为原点，所构成的坐标系称为工件坐标系。上一页下一页　任务2-1 简
单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 2.1.2 基本编程指令 一、编程常识： 1、程序的构成 在数控装置中，
程序的记录是由程序号来辩别的，调用某个程序可通过程序号来调出，编辑程序也要首先调出程序号。程序号由字母“O”接4位数（1～9999
）表示。 程序编号方式为：O ； 2、程序段的构成 程序段的构成主要是由程序段序号和各种功能指令构成的： N__ G
__ X（U）__ Z（W） __ F __ M __ S__ T __； 其中，N__为程序段序号；上一页下一页　任务2-1 简
单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 G 为准备功能； X（U） Z（W） 为
工件坐标系中X、Z轴移动终点位置； F 为进给功能指令； M 为辅助功能指令；
S 为主轴功能指令； T 为刀具功能指令。 3、坐标的选取： 绝对坐标：X、Z 相对坐标：U、W 注
： X、Z与U、W在一个程序段内可以混用 X方向坐标值使用直径值上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加
工 上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 二、工件坐标系设定 具有参考点设定功能的机
床可用工件零点预置G54～G59指令来代替G50建立工件坐标系。它是先测定出欲预置的工件原点相对于机床原点的偏置值，并把该偏置值通
过参数设定的方式预置在机床参数数据库中，因而该值无论断电与否都将一直被系统所记忆，直到重新设置为止。当工件原点预置好以后，便可用“
G54G00 X__ Z__；”指令让刀具移到该预置工件坐标系中的任意指定位置，不需要再通过试切对刀的方法去测定刀具起刀点相对于工
件原点的坐标，也不需要再使用G50指令了。很多数控系统都提供G54～G59指令，完成预置六个工件原点的功能。三、插补功能 1、快
速点定位（G00） 格式：G00 X __Z __； G00 U __W __； 其中（X，Z）（U，W）为
定位点 例：如图所示快速进刀指令 G00 X50.0 Z6.0； 或 G00 U-70.0 W-84.0；上一页下一
页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 2、G01（直线插补指令） 格式: G01 X__ Z __F __；
G01 U __ W __ F __ ； 其中（X，Z）（U，W）为直线终点位置 F进给指令单位：mm/r
（毫米/转） 例：如图所示G01外圆柱切削 使用绝对值编程：（O点为工件原点）从A→B G01 X45.0 Z13.0 F
30； 使用增量值编程：从A→B G01 U20.0 W-20.0 F30； 上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控
车床仿真软件上的加工 图2-16 直线插补实例3、G02/G03（圆弧插补指令） 格式：G02为顺时针圆弧插补指令； 　　　G02
X__Z__I__K__F__； 　或　G02 X__Z__R__F__； 　　　G03为逆时针圆弧插补指令。 　　　G03
X__Z__I__K__F__； 　或　G03 X__Z__R__F__； 其中X，Z为圆弧终点位置坐标， 也可使用增量坐标U，W
； I，K为圆弧起点到圆心在X，Z轴方向上的增量； R为圆弧的半径值，当圆弧≤180o 时R取正值； 当圆弧>180o 时R取负值
。上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 方法一：用I、K表示圆心位置。 ①绝对值编程 。 …… N
05 G00 X20.0 Z2.0； N10 G01 Z-30.0 F80； N15 G02 X40.0 Z-4
0.0 I10.0 K0 F60； …… ②增量值编程。 …… N05 G00 U-80.0 W-98.0； N10
G01 U0 W-32.0 F80； N15 G02 U20.0 W-10.0 I10.0 K0 F60； …
… 方法二： 用R表示圆心位置。 …… N05 G00 X20.0 Z2.0； N10 G01 Z-30.0 F80；
N15 G02 X40.0 Z-40.0 R10.0 F60； 上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿
真软件上的加工 图2-18 顺时针圆弧插补 四、暂停指令 （G04） 格式：G04 X__； G04 U__
； G04 P__； 使用P不能有小数点 （G99）G04 __；指令
暂停进刀的主轴回转数； （G98）G04 __；指令暂停进刀的时间（秒数）； 例：（G99）G04 X（U）
1.0； 或（G99）G04 P1000； 主轴停转一转后执行下一个程序段 （G98）G
04 X（U）1.0； 或（G98）G04 P1000； 主轴停转一秒钟后执行下一个程序段上一页下一页　任
务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 五、进给功能指 （F功能） 1、G99：每转进给量 格式：G99____（F
____）； G99使进给量F的单位为mm/r。如图所示。 2、G98：每分钟进给量 格式：G98____（F____
）； G98使进给量F的单位为mm/min。如图所示。 数控车床中，当接入电源时，机床进给方式默认G99。上一页下一
页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 六、主轴转动功能 (S功能) G50：主轴最高转速设定 格式：(G5
0)____S____； 其中S指令给出主轴最高转速； G97：主轴转速直接设定 格式：(G97)____S____(
M38或M39)； 设定主轴转数恒定（r/min）； G96：主轴转速线速度恒定设定 格式：(G96)____S___
_(M38或M39)； 设定主轴线速度，即切削速度恒定（m/min)。 其中M38设定主轴在低速范围内变化(粗加工)；
M39设定主轴在高速范围内变化(精加工)。上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 七
、刀具功能指令 (T功能) 该指令可指定刀具号及刀具补偿号。 格式： T_ _ _ _； 前两位指定刀具序号； 后两位指定刀具补偿
号。 刀具序号尽量与刀塔上的刀位号相对应； 刀具补偿包括几何补偿和磨损补偿； 为使用方便，尽量使刀具序号和刀具补偿号保持一致
； 取消刀具补偿，T指令格式为： T _ _或 T _ _ 00。上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上
的加工 　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软件上的加工 2.1.2 数控车床仿真软件基本操作 使用“数
控加工仿真与远程教学系统VNUC”软件可以很方便地进行教学和练习，采用数控车床的仿真软件进行模拟加工，如图2-22所示。软件中包括
国内外大部分数控系统。主要有三大系统：Fanuc、西门子、华中数控，还有其他的一些如：广州数控、阿贝尔信浓ASINA Series
205-T CNC数控系统等。图2-22 数控加工仿真与远程教学系统 上一页下一页　任务2-1 简单型面程序编制在数控车床仿真软
件上的加工 思考题
（1）说明G00、G01指令的功用与区别？（2）分析模态代码与非模态代码有何特点?（3）试述数控车床常用的对刀方法？
任务目标：
（1）掌握数控车床仿真软件的基本功能与操作。 （2）掌握数控车床单一形状端面切削固定循环指令及编程方法。 （3）
掌握数控车床单一形状外圆切削固定循环指令及编程方法。任务引领：
制定如图2-33所示车削零件的数控加工刀具及加工工序卡，并编写加工程序。图2-33 单一
形状端面及外圆加工零件　任务2-2 端面及阶梯轴在数控车床仿真软件的加工 2.2.1 内、外径切削循环指令（G90）格式：切削圆
柱面：G90 X（U）__ Z（W）__（F__）；其中X，Z（U，W）为外径、内径切削终点坐标如图所示，G90指令循环动作N05
G90 X40.0 20.0 F30.0 ； （A—B—C—D—A）N10 X30.0；
（A—E—F—D—A）N15 X20.0； （A—G—H—D—A） 上一页下
一页　任务2-2 端面及阶梯轴在数控车床仿真软件的加工 图2-35 外圆切削循环加工实例2.2.2 端面切削循环指令（G94）
格式： G94 X（U）__ Z（W）__（F__）； 其中X，Z（U，W）为端面切削终点坐标 例：如图所示的程序
……； G00 X85.0 Z10.0 T0101 M03； G01 G96 Z5.0 F3.0 S120； G94 X30.0
Z-5.0 F0.2；① Z-10.0； ② 循环部分 Z-15.0；
③ G00 G97 X200.0 Z200.0 S450 T0100； M01；
……；上一页下一页　任务2-2 端面及阶梯轴在数控车床仿真软件的加工 　任务2-2 端面及阶梯轴在数控车床仿真软件的加工 2.
2.3 数控车床仿真软件的程序创建与编辑 1．创建程序 2．字的检索
3．跳到程序头 4．字的插入 5．字的替换 6．字的删除
7．输入过程中的删除 8．程序号检索 9．删除程序 10．
输入加工程序 11．保存代码程序　　 　　思考题
（1）说明在使用数控车床单一形状端面切削固定循环指令时，K值是如何确
定的？（2）说明在使用数控车床单一形状外圆切削固定循环指令时，I值是如何确定的？（3）编制如图2-42所示车削零件的数控加工刀具、
加工工序卡和加工程序，并在VNUC数控加工仿真软件上模拟加工路线轨迹。　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 任务目标：
（1）熟练
掌握数控车床仿真软件的基本功能与操作。 （2）掌握数控车床外圆复合形状多重粗车固定循环指令及编程方法 。 （3）掌
握数控车床端面复合形状多重粗车固定循环指令及编程方法。 （4）掌握数控车床轮廓复合形状多重粗车固定循环指令及编程方法 。
（5）掌握数控车床精车固定循环指令及编程方法。 任务引领：
制定如图2-43所示车削零件的数控加工刀具及加工工序卡，并编写加工程序。图2-4
3加工零件图2．3．1外圆复合形状多重粗车固定循环（G71） 格式：G71 U △d R e ； G7
1 P ns Q nf U △u W △w（F __ S __ T__）； 其中 △d：每次切削深度（半径值，无正
负值符号） e：每次切削的退刀量 ns：精加工程序第一个程序段的序号 nf：精加工程序最后一个程序段的序号 △u：X向的精
加工余量 △w：Z向的精加工余量 G71循环指令的刀具切削路径如图所示：　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 图2-4
4 外圆粗车循环G71图2-44 外圆粗车循环G71上一页下一页U和W的符号确定规则 　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加
工 图2-45 G71粗车循环时U、W数值的符号 2．3．2 精加工循环指令（G70） 格式：G70 P ns Q nf ；
其中 ns：循环开始的第一个程序段的序号 n循环结束最后一个程序段的序号 注： ﹡在ns-nf之间的程序
段中的F、S、T指令对精加工有效； ﹡G70切削后刀具会回到G71-G73的开始切削点； ﹡G71、G72循
环切削之后必须使用G70指令执行精加工，以达到所要求的尺寸； ﹡在没有使用G71、G72指令时，G70指令不能使用。上一页下一页　
任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 2．3．3 端面粗加工循环指令（G72） 格式：G72 W △d Re；
G72 P ns Q nf U △u W △w（F__S__ T__）； 其中 △d：每次Z向切削深度（无
正负值符号） e：每次切削的退刀量 ns：精加工程序第一个程序段的序号 nf：精加工程序最后一个程序段的序号 △u：X向的
精加工余量 △w：Z向的精加工余量 G72循环指令的刀具切削路径如图所示：上一页下一页　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加
工 U和W的符号确定规则 　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 图2-48 平端面粗车时, U、W指定值的符号 2.3.
4 闭环切削循环指令（G73） 格式：G73 U △i W △k R d； G73 P ns Q
nf U △u W △w（F__S__ T__） ； 其中 △i：X方向粗加工毛坯的预留量（半径值） △k：Z方向粗加工毛坯
的预留量（半径值） d：切削次数 ns：精加工程序第一个程序段的序号 nf：精加工程序最后一个程序段的序号 △U：X向的精
加工余量 △W：Z向的精加工余量 G73循环指令的刀具切削路径如图所示：上一页下一页　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工
　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 设粗加工分三刀进行，第一刀后余量（X和Z向）均为单边14mm，三刀过后，留给精
加工的余量X方向（直径上）为4.0mm，Z向为2.0mm；粗加工进给量为0.3mm/r,主轴转数为500r/min；精加工进给量为
0.15mm/r,主轴转数为800r/min；其加工程序如下：图2-51 固定形状粗车循环 G73实例　任务2-3 阶梯轴在数控车
床仿真软件上的加工 N05 G54；N10 G00 X220.0 Z160.0 M03 S800；N15 G73
U14.0 W14.0 R3.0；N16 G73 P20 Q45 U4.0 W2.0 F0.30 S500；N20
G00 X80.0 W-40.0 S800；N25 G01 W-20.0 F0.15；N30
X120.0 W-10.0；N35 W-20.0；N40 G02 X160.0 W-20
.0 R20.0；N45 G01 X180.0 W-10.0；N50 G70 P20 Q45；N55 G00
X260.0 Z220.0；N60 M05；N65 M30；　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 2．3．5 使用内
、外圆复合固定循环(G71、G72、G73、G70)时的注意事项 （1）如何选用内、外圆复合固定循环，应根据毛坯的形状、工件的加
工轮廓及其加工要求来选取。 ① G71固定循环主要用于对径向尺寸要求比较高、轴向切削尺寸大于径向切削尺寸这类毛坯工件进行粗车
循环。 ② G72固定循环主要用于对端面精度要求比较高、径向切削尺寸大于轴向切削尺寸这类毛坯工件进行粗车循环。 ③ G
73固定循环主要用于已成形工件的粗车循环。 （2）使用内、外圆复合固定循环进行编程时，在其ns～nf之间的程序段中，不能含有以下
指令。 ①除G04(暂停)以外的00组的非模态G代码（如参考点返回和G71～G76固定循环指令等）； ②除G00 G0
1 G02和G03 外的所有01组G代码（如G90、G92、G94等切削指令）； ③06组G代码； ④宏程序调用或子
程序调用指令。 　任务2-3 阶梯轴在数控车床仿真软件上的加工 2．3．5 使用内、外圆复合固定循环(G71、G72、G73、G7
0)时的注意事项 （3）执行G71、G72、G73循环时，只有在C71、G72、G73指令的程序段中F、S、T是有效的，在调用的
程序段ns～nf之间编入的F、S、T功能将被全部忽略。相反，在执行G70精车循环时，G71、G72、G73程序段中指令的F、S、T
功能无效，这时，F、S、T值决定于程序段ns～nf之间编入的F、S、T功能。 （4）在MDI方式不能指令G70、G71、G72或G73，如果指令了会产生67号P/S 报警。在MDI方式可以指令G74、G75或G76。 （5）当执行G70、G71、G72 或G73 时，用地址P和Q指定的顺序号不应当在同一程序中指定两次以上。 （6）在C71、G72、G73程序段中，系统是根据C71、G72、G73程序段中是否指定P、Q来区分Δd（Δi）、Δu及Δk、Δw的。当程序段中没有指定P、Q时，该程序段中的U和W分别表示Δd（Δi）和Δk；当程序段中指定了P、Q时，该程序段中的U、W分别表示Δu和Δw。 （7）在C71、G72、G73程序段中的ΔW、ΔU是指精加工余量值，该值按其余量的方向有正、负之分。另外，G73指令中的Δi、Δk值也有正、负之分，其正、负值是根据刀具位置和进、退刀方式来判定的。 思考题 （1）说明数控车床的复合形状多重固定循环加工指令的功用？（2）试述外圆复合形状多重粗车固定循环（G71）和轮廓复合形状多重粗车固定循环（G73）的区别？（3）编制如图2-52所示车削零件的数控加工刀具、加工工序卡和加工程序，并在VNUC数控加工仿真软件上模拟加工路线轨迹。