数控车削零件编程与加工课件

《数控车削零件编程与加工》精品课程任务一河北工业职业技术学院《数控车削零件编程与加工》河北工业职业技术学院1

1任务内容加工阶梯轴，如图所示阶梯轴，已知材料为45#钢，毛坯为φ50×100，编写零件的加工程序，在上海宇龙数控仿真系统仿真加工，最后在实训教学区进行实际加工。1任务内容2

2知识应用2.1数控车削编程基础知识1、数控程序编制的方法及步骤数控加工：根据事先编写好的加工程序自动加工工件。程序编制过程：把工件加工所需的数据和信息，如工件的材料、形状、尺寸、精度、加工路线、切削用量、数值计算数据等按数控系统规定的格式和代码，编写成加工程序，再将程序录入到数控系统的过程。分析零件图样→确定工艺过程→刀具运动轨迹计算（数学处理）→编写加工程序单→程序输入→程序校验→首件试切2知识应用3

2、数控程序的基本结构和分类（1）数控程序的基本结构一个零件程序是由遵循一定结构句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字（又称功能字）组成的，如图1所示。图1程序的结构2、数控程序的基本结构和分类图1程序的结构4

任务1阶梯轴的编程与加工一个完整的加工程序由程序号、程序的内容和程序结束3部分组成。程序号：以地址O、P、％以及l～9999范围内的任意数字组成。通常FANUC系统用“O”，华中系统用“％”。程序结束：放在最后一个程序段作为整个程序的结束，M02或M30代码。程序内容：若干个程序段组成，每个程序段表示一个完整的加工工步或动作。程序段：由程序段号、若干功能字和程序段结束符号组成，如图2所示。任务1阶梯轴的编程与加工一个完整的加工程序由5

常用地址符功能地址符说明程序号O或P或%程序地址编号尺寸字X，Y，Z，U，V，W直线坐标轴A，B，C，D，E旋转坐标轴R圆弧半径I，J，K圆弧中心坐标准备功能G指令动作方式辅助功能M开关控制方式的指定补偿值H，D补偿值地址暂停P或X或F暂停时间重复次数L或H子程序调用次数或循环程序的循环次数切削用量F进给量或进给速度转速S主轴转速刀具号T刀库中的刀具编号常用地址符功能地址符说明程序号O或6

3、数控机床坐标系采用标准的右手笛卡儿直角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定如图3所示，图3右手直角笛卡儿坐标系3、数控机床坐标系图3右手直角笛卡儿坐标系7

典型数控机床坐标系典型数控机床坐标系8

图5车床的前置刀架与后置刀架图5车床的前置刀架与后置刀架9

图6机床坐标系与机床参考点图6机床坐标系与机床参考点10

（2）工件坐标系工件坐标系：编程时使用，由编程人员以工件图纸上的某一固定点位原点所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件坐标系也是右手笛卡儿坐标系，与机床坐标系的坐标轴方向一致。工件坐标系的原点：最好选在工件图样的基准上或工件的对称中心上，例如回转体零件的端面中心、非回转体零件的角边、对称图形的中心等。在数控车床上加工零件时，工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面或左端面的交点处如图7所示。工件原点设置

（2）工件坐标系工件原点设置11

对刀本质：确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。将编程坐标原点相对机床原点的偏置量输入系统。工件随夹具在机床上安装后，测量工件原点与机床原点之间的距离，这个距离称为工件原点偏置，如图8所示。图8机床坐标系与工件坐标系对刀本质：确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置12

2.2阶梯轴加工编程的工艺知识1、阶梯轴的车削方法阶梯轴的车削方法分低台阶牛削和高台阶车削两种方法。(1)低台阶车削相邻两圆柱体直径差较小，可用车刀一次切出。加工路线为A—B—C—D—E。(2)高台阶车削相邻两圆柱体直径差较大，采分层切削，粗加工路线为A1一B1,A2一B2，A3一B3,精加工路线为A—B-C—D一E。低台阶车削法高台阶车削法2、编程尺寸计算2.2阶梯轴加工编程的工艺知识低台阶车削法13

2.3阶梯轴加工编程方法1、米制与英制编程长度单位量纲：有米制和英制，专用指令代码设定长度单位量纲，如FANUC-0imate系统用G20表示使用英制单位量纲，G21表示使用米制单位量纲。2、直径与半径编程直径编程：把X坐标值表示为回转零件的直径值，由于图纸上都用直径表示零件的回转尺寸，用这种方法编程比较方便，X坐标值与回转零件直径尺寸保持一致，不需要尺寸换算。半径编程：把X坐标值表示为回转零件的半径值，称为半径编程，符合直角坐标系的表示方法，较少采用。2.3阶梯轴加工编程方法14

3、常用M指令（1）程序停止指令（M00）（2）选择性停止指令（M01）（3）程序结束指令（M02）（4）程序结束并返回到零件程序头（M30）（5）主轴正转、反转、停转指令（M03、M04、M05）M03指令控制主轴正转，即使主轴按逆时针方向旋转。M04指令控制主轴反转，即使主轴按顺时针方向旋转。M05控制主轴停转。是模态指令，可以互相注销。（6）冷却液开关指令（M07、M08、M09）3、常用M指令15

4、主轴功能S、进给功能F和刀具功能T（1）进给功能（F功能）F指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G98和G99。1）每分钟进给模式（G98）默认指令指令格式：G98F＿F后面的数字表示的是主轴每分钟进给量，单位为mm/min。模态指令。2）每转进给模式（G99）指令格式：G99F＿F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。模态指令。（2）主轴转速功能（S功能）S功能指令用于控制主轴转速。编程格式：S＿4、主轴功能S、进给功能F和刀具功能T16

（3）刀具功能（T功能）T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式：T××（或T××××）例：T0303表示选用3号刀及3号刀具补偿值。该指令主要用于设置刀具几何位置补偿来确定工件坐标系，注意：（1）刀具号与刀架上的刀位号一致。（2）刀具号和刀具补偿号可以不相同，如T0103，此时T01号刀的刀具补偿值必须写在#3号刀补位置上。（3）T××为取消刀具补偿，如上例中，T0300则取消3号刀位的刀补。（3）刀具功能（T功能）17

5、基本移动指令（G00、G01）（1）快速定位指令（G00）刀具以点为控制方式从刀具所在位置用最快的速度到指定位置。编程格式：G00X(U)＿Z(W)＿其中，X(U)、Z(W)为目标点坐标值。注意：（1）执行该指令时，刀具以机床规定的进给速度从所在点以点位控制方式移动到目标移动速度不能由F指令设定，它的速度已由生产厂家预先调定。若编程时设定了进给速度F，则对G00程序段无效。（2）G00为模态指令，只有遇到同组指令（G01、G02、G03）时才会被取替。（3）X、Z后面跟的是绝对坐标值，U、W后面跟的是增量坐标值。（4）图9所示，从A到B有4种方式，直线AB、折线ACB折线ADB和折线AEB，采用哪条路径取决于个坐标轴的脉冲当量。使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，忽略这一点就容易发生碰撞。5、基本移动指令（G00、G01）18（2）直线进给（G01）模态指令该指令是使刀具以给定的速度，从所在点出发，直线移动到目标点。编程格式：G01X(U)＿Z(W)＿F＿其中，X(U)、Z(W)为目标点坐标，F为进给速度。注意：（1）G01指令进给速度由F决定。如果在G01程序段之前没有F指令，当前G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。（2）G01指令前若出现G00指令，而该句程序段中未出现F指令，则G01指令的移动速度按照G00指令的速度执行。（2）直线进给（G01）模态指令19例：加工图10所示零件，选右端面O点为编程原点。图10直线编程实例直线编程实例的加工程序绝对值编程增量值编程O0001N010T0101;N020S800M03;N030G00X200.0Z100.0;N040X30.0Z5.0;N050G01X50.0Z-5.0F1.3;N060Z-45.0;N070X80.0Z-65.0;N080G00X100.0;N090Z5.0;N100X200.0Z100.0T0100;N110M05;N120M30;O0002N010T0101;N020S800M03;N030G00X200.0Z100.0;N040U-170.0W-95.0;N050G01U20.0W-10.0F1.3;N060W-40.0;N070U30.0W-20.0;N080U20.0;N090W70.0;N100X200.0Z100.0T0100;N110M05;N120M30;例：加工图10所示零件，选右端面O点为编程原点。图10直线206、单一固定圆柱面切削循环指令（G90）（1）G90指令的特点G90指令用于车削内、外圆柱面和内孔自动固定循环。用于毛坯余量较大的粗加工，以去除大部分毛坯。①快速进刀(相当于G00指令);②切削进给(相当于G01指令);③退刀(相当于G01指令);④快速返回(相当于G00指令)。G90指令用一个程序段连续自动完成①—④的加工操作。6、单一固定圆柱面切削循环指令（G90）①快速进刀(相当于G21例：加工如图所示的零件，毛坯为Φ70的棒料，加工轴段为Φ30。G90车削圆柱面编程实例分析：加工余量较大，因此，在精车前，必须将大部分余量去除。为此，使用G90车削循环指令编写粗车程序，每次X向的背吃刀量的为5mm，留5mm余量用于半精加工和精加工，则粗车程序编写如下：G90X60.0Z-80.0F500;X50.0;X40.0;例：加工如图所示的零件，毛坯为Φ70的棒料，加工轴段为Φ30223阶梯轴的仿真与实际加工3.1零件图3阶梯轴的仿真与实际加工233.2刀具卡通过分析可知本任务需要如下刀具：产品名称或代号数控车削加工与编程实训件零件名称任务1阶梯轴零件图号1序号刀具号刀具名称数量加工表面刀尖半径R／mm刀尖方位T备注1T010191°硬质合金偏刀l粗车外轮廓0.432T020291°硬质合金偏刀l精车外轮廓0.23编制审核批准共1页第1页3.3加工方案及工序(1)加工方案根据零件的工艺特点和毛坯尺寸Φ50×100mm，确定加工方案：采用三爪自定心卡盘装卡，零件伸出卡盘82mm，加工零件外轮廓至尺寸要求。加工前先对刀，设置编程原点在右端面的轴线上，加工程序名为O0001。3.2刀具卡产品名数控车削加工零件任务1阶梯轴零件图号1序24加工工序卡见表任务1加工工序卡单位名称河北工业职业技术学院产品名称或代号零件名称零件图号数控车削零件编程加工课内任务任务1阶梯轴1工序号程序编号夹具名称使用设备数控系统场地001O0001三爪自定心卡盘CKA6150FANUC0iMate理实一体化教室工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速n/（r/min）进给量f/(mm/r)背吃刀量mm备注(程序名)1粗车外轮廓，留余量1mmT0125×206000.251.5自动(O0001)2精车尺寸至各表面至T0225×208000.150.25自动(O0001)编制审核批准共1页第1页加工工序卡见表任务1加工工序卡单位名称河北工业职业技术学院253.4编程加工及操作要点3.4.1数值计算图纸上有公差值的尺寸，编程时取极限尺寸的平均值。由此可得Φ40、Φ41.5、Φ43外圆的编程尺寸分别为：39.969、41.469、42.969；长度72的编程尺寸为72。3.4.2参考程序（程序号O0001）程序段号程序内容说明N10N20N30N40N30N60N70N80N90N100N110N120N130N140N150N160N170N180N190G97G99M03S500;T0101;M08;G00X48.0Z2.0;G90X47.0Z-72.0F0.3;X44.0X42.5.0Z-40.0;X41.0Z-20.0;G00X100.0Z150.0;T0202;G00X39.969S800G01Z-20.0F0.1;X41.499;Z-40.0;X42.969;Z-72.0;X50.0;G00X200.0Z100.0;M30主轴正转，转速500r/min换01号刀到位打开冷却液刀具快进，准备粗车Φ43外圆第一刀粗车Φ43外圆，进给量0.3mm/r粗车Φ41外圆粗车Φ40外圆01号刀快退换02号刀到位快速定位，转速800r/min，准备精车各圆柱面精车Φ40外圆，进给量0.1mm/r精车Φ41.5外圆精车Φ43外圆退刀程序结束3.4编程加工及操作要点程序段号程序内容说明N10G97263.4.3仿真操作1、进入仿真系统2、选择机床3.4.3仿真操作27进入宇龙仿真系统详细为学生做演示仿真进入宇龙仿真系统详细为学生做演示仿真28《数控车削零件编程与加工》精品课程任务一河北工业职业技术学院《数控车削零件编程与加工》河北工业职业技术学院29

1任务内容加工阶梯轴，如图所示阶梯轴，已知材料为45#钢，毛坯为φ50×100，编写零件的加工程序，在上海宇龙数控仿真系统仿真加工，最后在实训教学区进行实际加工。1任务内容30

2知识应用2.1数控车削编程基础知识1、数控程序编制的方法及步骤数控加工：根据事先编写好的加工程序自动加工工件。程序编制过程：把工件加工所需的数据和信息，如工件的材料、形状、尺寸、精度、加工路线、切削用量、数值计算数据等按数控系统规定的格式和代码，编写成加工程序，再将程序录入到数控系统的过程。分析零件图样→确定工艺过程→刀具运动轨迹计算（数学处理）→编写加工程序单→程序输入→程序校验→首件试切2知识应用31

2、数控程序的基本结构和分类（1）数控程序的基本结构一个零件程序是由遵循一定结构句法和格式规则的若干个程序段组成的，而每个程序段是由若干个指令字（又称功能字）组成的，如图1所示。图1程序的结构2、数控程序的基本结构和分类图1程序的结构32

任务1阶梯轴的编程与加工一个完整的加工程序由程序号、程序的内容和程序结束3部分组成。程序号：以地址O、P、％以及l～9999范围内的任意数字组成。通常FANUC系统用“O”，华中系统用“％”。程序结束：放在最后一个程序段作为整个程序的结束，M02或M30代码。程序内容：若干个程序段组成，每个程序段表示一个完整的加工工步或动作。程序段：由程序段号、若干功能字和程序段结束符号组成，如图2所示。任务1阶梯轴的编程与加工一个完整的加工程序由33

常用地址符功能地址符说明程序号O或P或%程序地址编号尺寸字X，Y，Z，U，V，W直线坐标轴A，B，C，D，E旋转坐标轴R圆弧半径I，J，K圆弧中心坐标准备功能G指令动作方式辅助功能M开关控制方式的指定补偿值H，D补偿值地址暂停P或X或F暂停时间重复次数L或H子程序调用次数或循环程序的循环次数切削用量F进给量或进给速度转速S主轴转速刀具号T刀库中的刀具编号常用地址符功能地址符说明程序号O或34

3、数控机床坐标系采用标准的右手笛卡儿直角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定如图3所示，图3右手直角笛卡儿坐标系3、数控机床坐标系图3右手直角笛卡儿坐标系35

典型数控机床坐标系典型数控机床坐标系36

图5车床的前置刀架与后置刀架图5车床的前置刀架与后置刀架37

图6机床坐标系与机床参考点图6机床坐标系与机床参考点38

（2）工件坐标系工件坐标系：编程时使用，由编程人员以工件图纸上的某一固定点位原点所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件坐标系也是右手笛卡儿坐标系，与机床坐标系的坐标轴方向一致。工件坐标系的原点：最好选在工件图样的基准上或工件的对称中心上，例如回转体零件的端面中心、非回转体零件的角边、对称图形的中心等。在数控车床上加工零件时，工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面或左端面的交点处如图7所示。工件原点设置

（2）工件坐标系工件原点设置39

对刀本质：确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。将编程坐标原点相对机床原点的偏置量输入系统。工件随夹具在机床上安装后，测量工件原点与机床原点之间的距离，这个距离称为工件原点偏置，如图8所示。图8机床坐标系与工件坐标系对刀本质：确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置40

2.2阶梯轴加工编程的工艺知识1、阶梯轴的车削方法阶梯轴的车削方法分低台阶牛削和高台阶车削两种方法。(1)低台阶车削相邻两圆柱体直径差较小，可用车刀一次切出。加工路线为A—B—C—D—E。(2)高台阶车削相邻两圆柱体直径差较大，采分层切削，粗加工路线为A1一B1,A2一B2，A3一B3,精加工路线为A—B-C—D一E。低台阶车削法高台阶车削法2、编程尺寸计算2.2阶梯轴加工编程的工艺知识低台阶车削法41

2.3阶梯轴加工编程方法1、米制与英制编程长度单位量纲：有米制和英制，专用指令代码设定长度单位量纲，如FANUC-0imate系统用G20表示使用英制单位量纲，G21表示使用米制单位量纲。2、直径与半径编程直径编程：把X坐标值表示为回转零件的直径值，由于图纸上都用直径表示零件的回转尺寸，用这种方法编程比较方便，X坐标值与回转零件直径尺寸保持一致，不需要尺寸换算。半径编程：把X坐标值表示为回转零件的半径值，称为半径编程，符合直角坐标系的表示方法，较少采用。2.3阶梯轴加工编程方法42

3、常用M指令（1）程序停止指令（M00）（2）选择性停止指令（M01）（3）程序结束指令（M02）（4）程序结束并返回到零件程序头（M30）（5）主轴正转、反转、停转指令（M03、M04、M05）M03指令控制主轴正转，即使主轴按逆时针方向旋转。M04指令控制主轴反转，即使主轴按顺时针方向旋转。M05控制主轴停转。是模态指令，可以互相注销。（6）冷却液开关指令（M07、M08、M09）3、常用M指令43

4、主轴功能S、进给功能F和刀具功能T（1）进给功能（F功能）F指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G98和G99。1）每分钟进给模式（G98）默认指令指令格式：G98F＿F后面的数字表示的是主轴每分钟进给量，单位为mm/min。模态指令。2）每转进给模式（G99）指令格式：G99F＿F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。模态指令。（2）主轴转速功能（S功能）S功能指令用于控制主轴转速。编程格式：S＿4、主轴功能S、进给功能F和刀具功能T44

（3）刀具功能（T功能）T功能指令用于选择加工所用刀具。编程格式：T××（或T××××）例：T0303表示选用3号刀及3号刀具补偿值。该指令主要用于设置刀具几何位置补偿来确定工件坐标系，注意：（1）刀具号与刀架上的刀位号一致。（2）刀具号和刀具补偿号可以不相同，如T0103，此时T01号刀的刀具补偿值必须写在#3号刀补位置上。（3）T××为取消刀具补偿，如上例中，T0300则取消3号刀位的刀补。（3）刀具功能（T功能）45

5、基本移动指令（G00、G01）（1）快速定位指令（G00）刀具以点为控制方式从刀具所在位置用最快的速度到指定位置。编程格式：G00X(U)＿Z(W)＿其中，X(U)、Z(W)为目标点坐标值。注意：（1）执行该指令时，刀具以机床规定的进给速度从所在点以点位控制方式移动到目标移动速度不能由F指令设定，它的速度已由生产厂家预先调定。若编程时设定了进给速度F，则对G00程序段无效。（2）G00为模态指令，只有遇到同组指令（G01、G02、G03）时才会被取替。（3）X、Z后面跟的是绝对坐标值，U、W后面跟的是增量坐标值。（4）图9所示，从A到B有4种方式，直线AB、折线ACB折线ADB和折线AEB，采用哪条路径取决于个坐标轴的脉冲当量。使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，忽略这一点就容易发生碰撞。5、基本移动指令（G00、G01）46（2）直线进给（G01）模态指令该指令是使刀具以给定的速度，从所在点出发，直线移动到目标点。编程格式：G01X(U)＿Z(W)＿F＿其中，X(U)、Z(W)为目标点坐标，F为进给速度。注意：（1）G01指令进给速度由F决定。如果在G01程序段之前没有F指令，当前G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。（2）G01指令前若出现G00指令，而该句程序段中未出现F指令，则G01指令的移动速度按照G00指令的速度执行。（2）直线进给（G01）模态指令47例：加工图10所示零件，选右端面O点为编程原点。图10直线编程实例直线编程实例的加工程序绝对值编程增量值编程O0001N010T0101;N020S800M03;N030G00X200.0Z100.0;N040X30.0Z5.0;N050G01X50.0Z-5.0F1.3;N060Z-45.0;N070X80.0Z-65.0;N080G00X100.0;N090Z5.0;N100X200.0Z100.0T0100;N110M05;N120M30;O0002N010T0101;N020S800M03;N030G00X200.0Z100.0;N040U-170.0W-95.0;N050G01U20.0W-10.0F1.3;N060W-40.0;N070U30.0W-20.0;N080U20.0;N090W70.0;N100X200.0Z100.0T0100;N110M05;N120M30;例：加工图10所示零件，选右端面O点为编程原点。图10直线486、单一固定圆柱面切削循环指令（G90）（1）G90指令的特点G90指令用于车削内、外圆柱面和内孔自动固定循环。用于毛坯余量较大的粗加工，以去除大部分毛坯。①快速进刀(相当于G00指令);②切削进给(相当于G01指令);③退刀(相当于G01指令);④快速返回(相当于G00指令)。G90指令用一个程序段连续自动完成①—④的加工操作。6、单一固定圆柱面切削循环指令（G90）①快速进刀(相当于G49例：加工如图所示的零件，毛坯为Φ70的棒料，加工轴段为Φ30。G90车削圆柱面编程实例分析：加工余量较大，因此，在精车前，必须将大部分余量去除。为此，使用G90车削循环指令编写粗车程序，每次X向的背吃刀量的为5mm，留5mm余量用于半精加工和精加工，则粗车程序编写如下：G90X60.0Z-80.0F500;X50.0;X40.0;例：加工如图所示的零件，毛坯为Φ70的棒料，加工轴段为Φ30503阶梯轴的仿真与实际加工3.1零件图3阶梯轴的仿真与实际加工513.2刀具卡通过分析可知本任务需要如下刀具：产品名称或代号数控车削加工与编程实训件零件名称任务1阶梯轴零件图号1序号刀具号刀具名称数量加工表面刀尖半径R／mm刀尖方位T备注1T010191°硬质合金偏刀l粗车外轮廓0.432T020291°硬质合金偏刀l精车外轮廓0.23编制审核批准共1页第1页3.3加工方案及工序(1)加工方案根据零件的工艺特点和毛坯尺寸Φ50×100