项目二单一循环指令的应用

项目二单一循环指令的应用 • 项目内容 • 相关知识 • 编程指令 • 项目分析 • 项目实施 • 项目拓展练习

项目内容 要求对零件进行技术分析、确定装夹方案、选择刀具、制定加工方案、运用直线插补指令及单一固定循环指令等进行加工程序的编制，并加工检验。

相关知识 1、数控车床的基本功能 • 准备功能(G指令) • 主轴功能(S指令) • 辅助功能(M指令) • 进给功能(F指令) • 刀具功能(T指令) 2、刀具补偿功能 3、数控车床加工程序的结构 4、对刀点与换刀点的确定

1、数控车床的基本功能 ◆ 准备功能

◆ 主轴功能 ① S两位数——S01指定为低速，S02指定高速，这里的高速和低速只是相对于机床的某个机械档位而言的。如：想要指定车床每分钟560正转，则先将车床变速档位打在1120/560档位上（手动），编程时只需在程序段中指令M03 S01即可实现转速要求（其余转速可类推）。

◆ 主轴功能 ② S四位数——用地址S和其后面的四位数值指令轴的转数（转/分）。如S1200表示主轴恒定转速为每分钟1200转。具有恒线速控制功能的数控系统，则S后面的线速度是恒定的，随着车削直径的变化，根据给定线速度计算出主轴转速，使得刀具瞬间的位置与工件表面保持恒定关系。用G96（恒线速控制指令），G97（指定主轴转速）来配合S代码来指定主轴的速度。如G96 S15，表示切削速度为15米/分；G97 S1200表示主轴转速为1200转/分。

◆ 辅助功能

◆ 进给功能 ① 每分钟进给（进给速度）——即在单位时间里，刀具沿进给方向移动的距离。与车床转速快慢无关，其进给速度不随主轴转速的变化而变化，和普通车床的走刀量概念有区别。对于初学者来说，F功能数值的确定往往不合理，主要是缺少切削方面的知识。 F值 = 车床转速×刀具进给量，即：mm /min = n × mm/r ② 每转进给（刀具进给量）——即车床主轴每转一圈，刀具向进给方向移动的距离。主轴每转刀具的进给量用F后续的数值直接指令，用G99配合指令，如：G99 F0.3表示主轴每转一圈，刀具向进给方向移动0.3毫米，与普通车床的走刀量概念完全相同。其运行的速度是随主轴的变化而变化的。 ③ 在螺纹加工时表示螺纹导程——如：F2.5表示螺纹导程为2.5毫米。

◆ 刀具功能 刀具功能也称为T功能，用于指令加工中所用刀具号及刀具自动补偿编组号的地址字，其自动补偿内容主要指刀具的位置偏差及刀具半径补偿。如：T0203表示将2号刀转到切削位置，并执行第3组刀具补偿值； T0303表示将3号刀转到切削位置，并执行第3组刀具补偿值； T0100表示将1号刀转到切削位置，不执行刀补，补偿量为零。一般情况下，刀具号与刀补号对应设置，所以在四方刀架上带刀补号的刀号一般为T0101、T0202、T0303、T0404。

2、刀具补偿功能 （1）换刀功能——在程序加工中，根据工件的加工要求可调用所需的刀具。这些刀具事先按照工件加工要求而选择并安装在刀架的刀号上，只需在程序中指令某一刀号，程序指令就会将该刀号的刀具转动定位在当前加工位置，并执行下段程序加工。（2）刀具位置补偿——当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件时，或同一尺寸的刀具因换刀重调、磨损时，必须对刀具进行位置补偿。编程时，指定刀具的同时，也指定刀具的位置补偿，如T0101就是指调用1号刀，执行储存在01号寄存器中的刀具补偿。（3）刀尖圆弧半径补偿——此部分的内容见项目七。

3、数控车床加工程序的结构 ① 程序号——即程序的编号，是为了区别存储器中的程序，也用作加工程序的开始标识，每个程序都要有程序编号。程序号通常由字符“%”“P”或“O”及后跟数字（最多四位数）来表示。 ② 程序内容——程序内容是整个程序的核心，是由一个个的程序段组成。每个程序段是由一个或若干个信息字组成，每个信息字又是由地址符和数字字符组成。在程序中能作指令的最小单位是信息字，仅用地址符或仅用数据符是不能作为指令的。 ③ 程序结束——可以用辅助功能代码M02、M03（程序结束）等来表示程序结束、关冷却液、停主轴，只有等待新的指令后才能继续运行加工。

◆ 程序的组成 一个完整的程序，一般由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。例如： O0008 程序号 N10 G50 X100 Z100；程序段1 N20 S02 M03 T0202；程序段2 N30 G00 X50 Z3；程序段3 中间为程序内容 N40 G90 X45 Z-30 F120；程序段4 …… …… N230 M30；程序结束

◆程序段格式 程序段中包含：程序刀具指令、机床状态指令、机床坐标轴运动方向（即刀具运动轨迹）指令等各种信息代码。字地址可变程序段格式如下： N□□□□ G□ □ X□□… Y □□… Z□□… □□…□ 程序段号准备功能运动坐标其他坐标 F□□□□ S□□□□ T□□□□ M□□ 工艺性指令辅助功能可见每个程序段的开头是程序段的序号，以字母N和4位（有的数控系统不用4位）数字表示，接着是准备功能指令，由G和两位数字组成。再接着是运动坐标；如有圆弧半径R等尺寸，放在其他坐标位置；在工艺指令中，F指令为进给速度，S指令为主轴转速，T指令为刀具号，M为辅助功能指令；还可以有其他的附加指令。

◆ 程序字 机能机能地址地址意义意义尺寸字地址字母程序段顺序号　 X、Y、Z N 坐标轴地址指令顺序地址符字母准备功能 U、V、W G 附加轴地址指令由G后面两位数字决定该程序段意义 A、B、C 附加回转轴地址指令进给功能 F 刀具进给功能 I、J、K 圆弧起点相对于圆弧中心的坐标指令主轴转速功能 S 指定主轴转速刀具功能 T 指定刀具号辅助功能 M 指定机床上的辅助功能非尺寸字地址字母尺寸字地址字母表

4、对刀点与换刀点的确定 （1）对刀点——对刀点就是通过对刀操作确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点往往就选择在零件的加工原点。（2）刀位点——刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。编程时用该点的运动来描述刀具的运动，运动所形成的轨迹称为编程轨迹。（3）换刀点——换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点可以是任意一点，但要考虑换刀点离工件的远近，离工件太近，则要防止换刀时碰伤零件及其他部件，离工件太远，则会影响工件的加工效率，增加空行程的路程，浪费时间，所以换刀点常常设置在被加工零件或夹具的轮廓之外，留有一定的安全量。

编程指令 固定切削循环通常是用一个含G代码的程序段完成多个程序段指令的加工操作，使程序得以简化。固定循环一般分为单一形状固定循环和复合形状固定循环。单一固定循环可以将一系列连续加工动作，如“切入—切削—退刀—返回”，用一个循环指令完成，从而简化程序。 1、G90——外圆、内圆车削循环指令 2、G94——端面车削循环指令 3、G92——螺纹车削循环指令

指令格式：G90 X（U）＿Ｚ（W）＿R＿Ｆ＿； 其中：X、Z＿切削终点的绝对坐标值； U、W＿切削终点相对于循环起点的增量坐标； R＿圆锥起点相对于圆锥终点在X轴上的位置差（半径表示，有正负）； F＿进给速度。 1、G90——外圆、内圆车削循环指令

当R值为零或缺省时，动作分解： 图中走刀动作分解： 1（R）：刀具从循环起点X轴快进至与终点坐标同一X坐标的位置上（走G00）； 2（F）：刀具Z轴以进给速度车削至终点位置（走G01）； 3（F）：X轴以进给速度退至与起点同一X坐标的位置（走G01）； 4（R）：Z轴快速退回起点（走G00）。注：R-快速移动 F-进给切削

当R值不为零时，动作分解： 图中走刀动作分解： 1（R）：刀具从循环起点X轴快进至与终点坐标同X坐标的位置上（走G00）； 2（F）：刀具X、Z轴同时以进给速度车削至终点位置（走G01）； 3（F）：X轴以进给速度退至与起点同X坐标的位置（走G01）； 4（R）：Z轴快速退回起点（走G00）。注：R－快速移动 F－进给切削

2、G94——端面车削循环 指令格式：G94 X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；其中: X、Z＿为表示循环终点的绝对坐标值； U、W＿为切削终点相对于循环起点的增量坐标； R＿为圆锥起点相对于圆锥终点在Z轴上的位置差（有正负）； F＿表示进给速度。

当R值为零或缺省时，动作分解： 图中走刀动作分解： 1（R）：刀具从循环起点X轴快进至与终点坐标同X坐标的位置上（走G00）； 2（F）：刀具X轴以进给速度车削至终点位置（走G01）； 3（F）：Z轴以进给速度退至与起点同X坐标的位置（走G01）； 4（R）：刀具X轴快速移动返回到循环起点,循环结束（走G00）。注：R－快速移动 F－进给切削

当R值不为零时，动作分解： 图中走刀动作分解： 1（R）：刀具由循环起点Z轴快速移动至切削起点的位置上（走G00）； 2（F）：刀具X轴与Z轴同时从切削始点以进给速度车削至终点位置（走G01）； 3（F）： Z轴从切削终点以进给速度退至与循环起点同Z坐标的位置（走G01）； 4（R）：刀具X轴快速退回至循环起点（走G00）。注：R－快速移动 F－进给切削

注意 ★ 单一固定循环指令G90、G94编程格式中的坐标X（U）、Z（W）、R、F都是模态值，在没有指定新的值时，前面切削循环指令的数据均一直有效，当指令新的数据时才取代原有的数据； ★ 指令中的R为锥面斜度，G90中的R即为圆锥起点相对于圆锥终点在X轴上的位置差（半径表示，有正负），G94中的R即为圆锥起点相对于圆锥终点在Z轴上的位置差（有正负）； ★ 加工圆柱表面时，G90和G94指令的循环起点的X值应大于圆柱毛坯的X尺寸，Z值应离G50工件原点（端面）3～4mm。 ★ 加工圆锥表面时，G90和G94指令的循环起点的X值应大于圆锥大端毛坯的X尺寸，Z值应离G50工件原点（端面）3～4mm。 ★ G94指令加工编程时，应考虑到每次循环的切削量（即刀具Z方向的移到量）应小于刀具的宽度。

此指令的内容见项目五。 3、G92——螺纹车削循环指令

项目分析 1、零件工艺性分析 ⊙半成品的选用——此零件加工的棒料选择切削加工性能较好的45#钢材料，棒料直径为φ35mm。 ⊙技术要求分析——该零件属于轴类零件，加工内容主要是圆柱、圆锥的加工，倒角及切断的加工，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，无热处理和硬度要求，表面粗糙度值不大于Ra3.2 μm，径向尺寸φ30精度要求较高，φ10、φ16无尺寸公差要求。

⊙确定装夹等方案——此工件只需要一次装夹即可完成加工，用三爪自定心卡盘夹紧定位，保证工件伸出的长度为78mm。⊙确定装夹等方案——此工件只需要一次装夹即可完成加工，用三爪自定心卡盘夹紧定位，保证工件伸出的长度为78mm。 ⊙选择刀具——根据加工要求，选用二把刀具，T0100为硬质合金90°外圆车刀，T0200为高速钢、刀宽为4mm的切断刀，同时将二把刀安装在刀架上，对刀，把它们的刀补值输入相应的刀具寄存器中，切断刀以右刀尖作为对刀点。

项目分析 ⊙制定加工方案——

项目分析 2、编程说明——数值计算图（a）计算：，得到R1=－13；得到R2=－11.43；图（b）计算：，得到R3=11.43。

项目分析 2、编程说明——参考程序

项目实施 1、操作要点及注意事项（1）严格按照数控车床的操作规程和安全规程进行操作；（2）开机后，进行数控车床空载运行，检查车床各部分运行状况；（3）对刀时，所有的切槽刀都以右刀尖作为编程的刀位点；（4）正确使用游标卡尺、外径千分尺测量相关的尺寸；（5）为保证零件尺寸的准确性，加工可分半精加工和精加工两步骤来进行，或通过修改刀补的方法来执行；（6）发生事故时，要沉着着冷静、积极配合工作人员处理。

项目实施 2、操作步骤及质量检测（1）准确快速地输入加工程序；（2）通过数控系统图形仿真加工轨迹，进行程序的校验及修整；（3）使用装夹具正确地安装刀具，进行对刀操作，建立工件坐标系；（4）灵活使用程序试运行、分段运行及自动运行等运行方式对工件进行自动加工操作；（5）加工过程中，按图纸要求检测工件，随时对工件进行误差与质量分析；（6）加工完成后，按规定要求润滑保养数控车床。

项目总结 此项目的目的主要是熟悉单一固定循环指令G90、G94的使用，掌握各指令加工的特点、适合的范围、使用方法、使用技巧以及使用过程中应注意的问题等。熟悉各指令加工时的走刀路径。掌握各指令的编程格式、各参数的含义、各参数的确定等。在数控车床加工的零件中，圆柱、圆锥的粗加工较多地使用此指令，这样能提高加工的效率。用G90、G94指令加工圆锥面时，掌握指令中R的计算方法及其取值的正负。通过本实训项目的学习与练习，熟练掌握运用单一循环指令来对零件进行编程与加工。掌握使用各种量具对加工零件的相关尺寸进行测量。

另附:案例 毛坯尺寸65mm的棒料，已加工毛坯孔18，材料45#钢，试车削成如图6-11所示零件，T01：93°粗、精车外圆刀，T02：镗孔刀，T04：切断刀（刀宽3 mm）。

解答过程 • 零件图工艺分析 • 数值计算 • 工件参考程序与加工操作过程 • 安全操作和注意事项

零件图工艺分析 （1）技术要求分析。零件包括内外圆锥面、内外圆柱面、端面、切断等加工。零件材料为45#钢，无热处理和硬度要求。（2）确定装夹方案、定位基准、加工起点、换刀点。由于毛坯为棒料，用三爪自定心卡盘夹紧定位。由于工件较小，为了加工路径清晰，加工起点和换刀点可以设为同一点，放在Z向距工件前端面200mm，X向距轴心线100mm的位置。（3）制定加工方案，确定各刀具及切削用量。

数值计算 （1）设定程序原点，以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系。（2）计算各基点位置坐标值，略。（3）当循环起点Z坐标为Z3时，计算精加工外圆锥面时，切削起始点的直径D值。根据公式，即得d = 45.4，则R = 。当X留有0.2mm余量时，加工外锥面的切削终点为：（X50.4, Z20）；当还有2.2mm余量时，加工外锥面的切削终点为：（X54.4, Z20）；当还有4.2mm余量时，加工外锥面的切削终点为：（X58.4, Z20）。（4）内锥小端直径：根据公式，即，得d=20。（5）当加工内锥孔循环起点Z坐标为Z3时，计算精加工内圆锥面时，切削起始点的直径D值。根据公式，即，得D=31。则R= 。当留有0.2mm余量时，加工内锥面的切削终点为：（X19.6, Z30）；当留有1.2mm余量时，加工内锥面的切削终点为：（X17.6, Z30）；当留有2.2mm余量时，加工内锥面的切削终点为：（X15.6, Z30）。

工件参考程序与加工操作过程 （1）工件的参考程序如表所示。（2）输入程序。（3）数控编程模拟软件对加工刀具轨迹仿真，或数控系统图形仿真加工，进行程序校核及修整。（4）安装刀具，对刀操作，建立工件坐标系。（5）启动程序，自动加工。（6）停车后，按图纸要求检测工件，对工件进行误差与质量分析。

安全操作和注意事项 （1）毛坯已有18毛坯孔；当用棒料时18孔可在普通车床上加工出。（2）对刀时，切槽刀左刀尖作为编程刀位点。（3）加工内孔时应先使刀具向直径缩小的方向退刀，再Z向退出工件，然后才能退回换刀点。（4）镗孔刀的换刀点应较远些，否则会在换刀或快速定位时碰到工件。（5）车锥面时刀尖一定要与工件轴线等高，否则车出工件圆锥母线不直，呈双曲线形。

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