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

G代码 组别 功能 G代码 组别 功能

G00 快速定位 G72 端面粗加工循环

G01 直线插补 G73 封闭切削循环

G02 逆圆弧插补 G74 端面深孔加工循环

G03

01

顺圆弧插补 G75 切槽循环

G04 暂停、准停 G76

00

螺纹复合切削循环

G28 00

返回参考点

G90 内外圆车削循环

G32 01 螺纹切削 G92 螺纹切削循环

G50 坐标系设定 G94

01

端面切削循环

G65 宏程序命令 G96、G97 02 恒线速开、关

G70 精加工循环 G98 每分进给（mm/min）

G71

00

内外圆粗加工循环

G99 03

每转进给（mm/r）

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）， G9

7 （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 S1

200 表示主轴转速为 1200 转 / 分。

◆ 主轴功能

◆ 辅助功能 代 码 功 能 代 码 功 能

M00 程序运行停止 M07 2 号冷却液开

M01 程序段选择 M08 1 号冷却液开

M02 程序结束 M09 冷却液关

M03 主轴正转（顺时针方向）

M30 程序结束，光标返回

M04 主轴反转（逆时针方向）

M98 调用子程序

M05 主轴停 M99 子程序结束回主程序

◆ 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 。

（ 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。

2 、刀具补偿功能

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。

◆ 程序段格式

机能 地址 意义程序段顺序号　 N 顺序地址符字母准备功能 G 由 G后面两位数字决定该程序段

意义进给功能 F 刀具进给功能主轴转速功能 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

机能 地址 意义

尺寸字

地址字母

X 、 Y 、 Z 坐标轴地址指令

U 、 V 、W

附加轴地址指令

A 、 B 、 C 附加回转轴地址指令

I 、 J 、 K 圆弧起点相对于圆弧中心的坐标指令

非尺寸字地址字母

尺寸字地址字母表

◆ 程序字

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

1 、 G90——外圆、内圆车削循环指令

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。

当 R 值为零或缺省时，动作分解：

O

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

O

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

O

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

O

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。

3 、 G92—— 螺纹车削循环指令

此指令的内容见项目五。

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 。⊙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——

工序

号

工步内容 G 指

令

T刀具 S主轴转速

（r/min）

F进给速度

（mm/min）

切削深度

（mm）

1 粗车整个外轮廓、留 0.5mm

的精加工余量

G90 T0101

（基准刀）

600 100 2

2 精加工外轮廓、保证尺寸 φ30 G01 T0101 1000 50 0.5

3 加工前端的锥面 G90 T0101 600 80 2

3 加工中部的圆柱、保证尺寸

φ16

G94 T0202 200 20

4 加工中部的前段圆锥面 G94 T0202 200 20

5 加工中部的后段圆锥面 G94 T0202 200 20

6 切断 G01 T0202 200 20

7 检测、校核

项目分析2 、编程说明——数值计算

A(35,3)A(32,-41)

B(16,-30)C(16,-45)

B

DA' ED

(a) (b)

C(30,-10)

图（ a ）计算： ，得到 R1=－ 13 ；

得到 R2=－ 11.43 ；

图（ b ）计算： ，得到 R3=11.43 。

10

13

)3010(

1

R

2/)1630(

2/)1632(

10

2

R

2/)1630(

2/)1632(

10

3

R

项目分析2 、编程说明——参考程序

程序号 程序 说明

N10 G50 X100 Z100； 建立工件坐标系，确定换刀点

N20 S600 M03； 主轴以 600r/min转速正转

N30 T0101； 调用外圆精车刀

N40 G00 X40 Z3； 快速定位，接近工件

N50 G90 X30.5 Z-75 F100； 粗加工外轮廓

N60 G00 X100 Z100 M05； 退刀

N70 M00； 测量外轮廓的尺寸

N80 S1000 M03； 主轴以 1000r/min转速正转

N90 G00 X30 Z3； 快速定位

N100 G01 Z-75 F50； 精加工外轮廓，保证尺寸 φ30

N110 G00 X100 Z100 M05； 刀具快速返回换刀点、主轴停

N120 S600 M03； 以低速起动主轴，正转

N130 G00 X35 Z3； 快速定位

N140 G90 X30 Z-10 R-3 F80； 加工前端的锥面，第一次循环切削

N150 R-6； 第二次循环切削

N160 R-9； 第三次循环切削

N170 R-12； 第四次循环切削

N180 R-13； 第五次循环切削

N190 G00 X100 Z100 M05； 回到换刀点，主轴停

N200 T0202； 换切断刀

N210 S200 M03； 主轴以 200r/min的转速起动

N220 G00 X32 Z-41； 快速定位

N230 G01 X16 F20； 直线插补退刀槽

N240 G00 X32；

N250 G94 X16 Z-38 F20； 加工径向尺寸为 φ16的圆柱，第一次循环切削

N260 Z-35； 第二次循环切削

N270 Z-32； 第三次循环切削

N280 Z-30； 第四次循环切削

N290 G94 X16 Z-41 R-3 F20； 加工中部前面的锥面，第一次循环切削

N300 R-6； 第二次循环切削

N310 R-9； 第三次循环切削

N320 R-11.43； 第四次循环切削

N330 G00 Z-30； 刀具移动

N340 G94 X16 Z-30 R3 F20； 加工中部后面的锥面，第一次循环切削

N350 R6； 第二次循环切削

N360 R9； 第三次循环切削

N370 R11.43； 第四次循环切削

N380 G00 Z-70； 刀具移动

N390 G01 X-1 F20； 切断工件

N400 G00 X100； 快速退刀

N410 Z100 M05；

N420 T0100； 取消刀补

N430 M30； 程序结束

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 、 G

94 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。

 

实 训 课 题 单一固定循环指令编程与加工

零件名称 内外锥套 零件图号 图6-11

序号 刀具号 刀具名称及规格 刀尖半径 数量 加工表面 备注

1 T0101

93° 外圆车刀 0.2 mm 1 端面、外圆

2 T0202

镗孔刀 0.2mm 1 内孔

3 T0404

B=3 mm切断刀（刀位点为左刀尖）

0.3mm 1 切断

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, Z20 ）；

当还有 2.2mm 余量时，加工外锥面的切削终点为：（ X54.4, Z20 ）；

当还有 4.2mm 余量时，加工外锥面的切削终点为：（ X58.4, Z20 ）。

（ 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, Z30 ）；

当留有 1.2mm 余量时，加工内锥面的切削终点为：（ X17.6, Z30 ）；

当留有 2.2mm 余量时，加工内锥面的切削终点为：（ X15.6, Z30 ）。

L

dDC

23

50

5

1 dC

3.2

2

504.45

L

dDC

30

30

3

1 dC

L

dDC

3

30

3

1 D

C 5.52

2031

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。