先进制造技术是近几年提得较多,叫得较响的一个专用词语,而且先进制造技术在机械制造业领域中的应用越来越广泛而深入,并取得了很大的成绩

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1 面向 21 世纪全国高职高专机电类规划教材 数控加工编程与操作 郑红 主编 付桂环马春荣冯英宇副主编

2 内容简介 数控加工编程与操作 是根据教育部数控技能型紧缺人才的培养培训方案的指导思想编写的 本书全 面 系统地介绍了数控车床 数控铣床与加工中心编程的基本知识, 数控加工的工艺分析与处理及数值计算 数控加工刀具选用 华中 SIEMENS FANUC 三大主流系统数控机床的各种常用编程指令与操作规程 本书共分 7 章 : 数控加工的编程基础 数控编程的工艺分析 数控车床的编程与加工操作 数控铣削的编程与加工操作 加工中心的编程与操作 数控线切割编程与加工操作 自动编程与 DNC 简介 本书力求简明实用, 对数控技术基础理论本着够用 实用的原则仅做一般性介绍, 而对数控工艺编程及加工操作的内容, 则做了大量的阐述, 并以典型加工实例进行详细分析, 每章附有复习思考题 本书可作为高等职业学校 高等专科学校 成人院校及本科院校开办的二级职业技术学校和民办高校数控技术专业 机械制造专业 机电一体化等专业的教材, 也可作为本科院校相关专业教材及数控技术的培训教材 图书在版编目 (CIP) 数据 数控加工编程与操作 / 郑红主编. 北京 : 北京大学出版社, ( 面向 21 世纪全国高职高专机电类规划教材 ) ISBN I. 数 II. 郑 III. 数控机床 - 程序设计 - 高等学校 - 教材 IV.TG659 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2005) 第 号 书 名 : 数控加工编程与操作 著作责任者 : 郑红主编 责任编辑 : 郭芳周金昭 标准书号 :ISBN /TH 0013 出版者 : 北京大学出版社 地址 : 北京市海淀区成府路 205 号 电话 : 邮购部 发行部 编辑部 网 址 : 电子信箱 :xxjs@pup.pku.edu.cn 印刷者 : 发行者 : 北京大学出版社 经销者 : 新华书店 定 787 毫米 1092 毫米 16 开本 印张 460 千字 2005 年 8 月第 1 版 2005 年 8 月第 1 次印刷 价 :34.00 元

3 前 言 本书是根据教育部等六大部委下发的有关数控技能型紧缺人才的培养培训方案的指导思想, 结合多年的教学经验, 在查阅国内外大量资料的基础上编写的 当今世界各国制造业广泛采用数控技术, 以提高制造能力和水平, 提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力 大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为各发达国家加速经济发展 提高综合国力的一个重要途径 数控技术也是我国制造业发展和综合国力提高的关键技术, 尽快加速培养掌握数控技术的技能型紧缺人才已成为当务之急 为了适应高等职业教育对人才培养的需求, 必须对课程体系进行整体优化, 对传统的以学科为主线的教学内容进行必要的调整 合并, 适当降低理论深度和难度, 拓宽知识面, 加强岗位技能需要的新技术 新知识 本书按培养 提高数控加工编程人员 操作人员的职业技能进行阐述, 将必要的知识支撑点融于技能培养的过程中, 注重实践性教学, 注重知识的综合应用, 将数控加工工艺 数控编程和加工操作有机结合起来, 以达到满意的教学效果 本书严格依据 以应用为目的, 以必需够用为度 的原则, 力求从实际应用的需要出发, 尽量减少枯燥 实用性不强的理论概念, 较好地反映了国内外数据控技术的新发展和新成果, 全面 系统地介绍了数控车床 数控铣床与加工中心编程的基本知识 数控加工的工艺分析与处理 数值计算 数控加工刀具选用及华中 SIEMENS FANUC 三大主流系统数控机床的各种常用编程指令与操作规程 文字叙述力求简练清晰, 配以大量的零件加工图形, 使内容具体 直观易懂, 便于学习 实践和操作训练, 是一本内容新颖 实例丰富 深入浅出 系统性强 有较高实用价值的教材 参加本书编写的有抚顺职业技术学院郑红 ( 第 章 ) 辽宁机电职业技术学院付桂环 ( 第 5 章 ) 抚顺职业技术学院马春荣 ( 第 2 章 ) 沈阳职业技术学院计算机分院冯英宇 ( 第 7 章 ) 全书由郑红任主编并负责全书的统稿, 付桂环 马春荣 冯英宇任副主编 沈阳理工大学郝博教授审稿并对本书的编写提出了一些宝贵意见和建议 中国石油天然气公司石油一厂朱灏工程师对本书的编写给予了大力帮助和支持, 并提供了部分的参考资料 本书在编写过程中还参阅了国内外同行的大量教材 资料与文献 在此一并致谢 由于编者水平有限, 书中难免有不妥或谬误之处, 敬请读者斧正 编者 2005 年 4 月

4 目 录 第 1 章数控加工的编程基础 数控加工技术概述 数控加工的过程 数控加工的特点 数控编程的内容与方法 数控编程的内容 数控编程的方法 数控机床的坐标系统与刀具运动 刀具沿工件的加工轮廓插补 数控机床的坐标系和运动方向 数控系统与加工功能 典型数控系统 数控系统的主要功能 数控加工程序的结构与格式 程序的结构 程序段格式 复习思考题...20 第 2 章数控编程的工艺分析 概述 数控加工工艺的基本特点 数控加工工艺分析 数控加工的工艺分析与工艺设计 数控机床的合理选用 数控加工零件的工艺性分析 数控加工定位基准的选择 加工方法和加工方案的确定 工序与工步的划分 对刀点与换刀点的确定 刀具走刀路线的确定...34

5 II 数控加工编程与操作 工件的装夹与夹具的选择 刀具的选择 切削用量的确定 程编误差及其控制 数控编程中的数学处理 基点坐标计算 节点坐标计算 数控加工工艺文件的编制 数控加工工序卡 数控加工刀具卡 数控加工走刀路线图 数控加工程序单 数控加工工艺守则 复习思考题...55 第 3 章数控车床的编程与加工操作 概述 数控车削加工的对象 数控车床的配置与加工能力 数控车削加工的工艺分析 数控车削加工刀具及其选择 数控车削加工的切削用量选择 数控车削加工的装夹与定位 数控车削加工中的装刀与对刀 数控车削加工工艺路线制订 数控车床程序编制 车床数控系统的功能和指令代码 M 功能 F S T 功能 常用 G 功能 螺纹加工 固定循环和子程序 单一固定循环 复合固定循环 子程序 华中 HNC-21/22T 车床数控系统编程指令简介

6 目录 III 3.6 SINUMERIK 802D 系统编程指令简介 尺寸系统 坐标轴运动 其他 G 指令 典型数控车床编程综合实例 轴类零件加工 盘类零件的数控车削加工 数控车床的基本操作 CAK 6150Dj(FANUC 0i-mate 系统 ) 数控车床基本操作步骤 CJK6032(HNC-21/22T 系统 ) 数控车床基本操作步骤 复习思考题 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 概述 数控铣床的分类及加工对象 数控铣削加工工艺分析 数控铣床编程要点 数控铣床基本编程方法 铣床数控系统的功能和指令代码 M 功能 F S T 功能 常用 G 功能 刀具补偿指令 固定循环功能 用户宏程序 变量 宏指令调用 G 注意事项 用户宏程序应用举例 华中 HNC-21M 铣床数控系统编程指令简介 SINUMERIK 802D 系统编程指令简介 尺寸系统 坐标轴运动 其他 G 指令 现代 CNC 系统中的高级编程方法 极坐标编程

7 IV 数控加工编程与操作 镜像编程 旋转与缩放编程 轮廓描述 型腔加工循环 综合实例 盖板零件的数控加工 固定循环功能应用举例 凸轮的加工 简单内轮廓及型腔的数控加工 简单连杆的数控加工 数控铣床的基本操作 开机 关机 急停 复位 回机床参考点 超程解除 机床手动操作 程序编辑 程序存储与传递 文件管理 程序运行 数据设置 参数设置 显示 复习思考题 第 5 章加工中心的编程与操作 概述 加工中心简介 加工中心的主要功能 加工中心的工艺及工艺分析 加工中心的坐标系 对刀及参数的输入 加工中心的基本编程方法 加工中心的编程特点 编程的基本要点 FANUC 系统的常用编程代码及编程格式 SINUMERIK 840D 系统常用编程代码 FANUC 数控系统宏指令编程 加工中心综合编程实例

8 目录 V 5.5 加工中心基本操作 FANUC 0M 加工中心的基本控制面板介绍 FANUC 0M 系统立式加工中心机床的基本操作 SINUMERIK 840D/FM-NC 数控系统加工中心操作 加工中心的基本操作顺序概括 开 / 关机操作 手动操作 MDA 模式下的操作 自动方式 程序校验 复习思考题 第 6 章数控线切割编程与加工操作 概述 数控电火花线切割的加工原理 数控电火花线切割加工特点 数控电火花线切割的应用 数控电火花线切割工艺与工装基础 线切割加工的主要工艺指标 影响线切割工艺指标的若干因素 电火花线切割典型夹具 附件及工件装夹 线切割编程 B 格式程序编制 B 格式程序编制 ISO 格式程序编制 数控线切割自动编程 综合编程实例与加工操作 数控线切割机床基本操作步骤 典型零件的线切割加工实例 数控线切割加工实训 复习思考题 第 7 章自动编程与 DNC 简介 自动编程概述 自动编程的基本形式 自动编程的主要工作内容 自动编程的工作过程

9 VI 数控加工编程与操作 加工方式及其选择 加工参数的确定 后置处理 DNC 简介 DNC 的概念 DNC 的相关技术 DNC 的功能 DNC 技术的研究 DNC 的未来发展趋势 网络 DNC 简介 网络 DNC 的优点 网络 DNC 的缺点 简单应用 复习思考题 参考文献

10 第 1 章数控加工的编程基础 1.1 数控加工技术概述 数控 (Numerical Control,NC) 的定义是 : 用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法, 是近代发展起来的一种自动控制技术, 在数控加工技术方面得到了广泛的应用 数控加工技术集传统的机械制造 计算机 现代控制 传感检测 信息处理 光机电技术于一体, 是现代机械制造技术的基础, 它的迅速发展和广泛应用, 有效解决了复杂 精密 小批多变零件的加工问题, 使机械制造业的生产方式 产品结构发生了根本性的变化 数控技术的水平和普及程度, 已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志 近年来, 国内制造业发展迅速, 全球制造业向我国转移的趋势十分明显 与此同时, 代表着先进制造技术的数控加工在制造业中的应用也日益普及 据统计, 早在 1994 年以前数控加工已在我国 144 个机械制造行业中得到广泛应用, 而在一些技术密集性的制造行业 ( 如模具 汽车 飞机等 ), 数控加工已成为一种常规的和必须的加工手段 为了适应这一发展趋势, 国家将以数控机床为代表的基础机械确定为近期行业发展的重点之一 数控机床已是柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System,FMS) 计算机集成制造系统 (Computer Integrated Manufacturing System,CIMS) 自动化工厂 (Factory Automation, FA) 的基本构成单位 努力发展数控加工技术, 并向更高层次的自动化 柔性化 敏捷化 网络化和数字化制造方向推进, 是当前机械制造业发展的方向 数控加工的过程 数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求, 编制成以数码表示的程序输入到机床的数控装置或控制计算机中, 以控制工件和工具的相对运动, 使之加工出合格零件的方法 利用数控机床完成零件数控加工的过程如图 1-1 所示 一般来说, 数控加工技术涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两个方面 : 数控机床是数控加工的硬件基础, 其性能对加工效率 精度等方面具有决定性的影响 高速 高效和高精度是数控机床技术发展的目标 零件加工程序的编制是实现数控加工的重要环节,

11 2 数控加工编程与操作 对于产品质量的控制有着重要的作用 特别是对于复杂零件加工, 其编程工作的重要性甚至超过数控机床本身 数控编程所追求的目标是如何更有效地获得满足各种零件加工要求的高质量数控加工程序, 以便充分发挥数控机床的性能, 获得更高的加工效率和质量 由图 1-1 可见, 数控编程是数控加工的重要步骤 用数控机床对零件进行加工时, 首先对零件进行加工工艺分析, 以确定加工方法 加工工艺路线 ; 正确地选择数控机床刀具和装夹方法 ; 然后, 按照加工工艺要求, 根据所用数控机床规定的指令代码及程序格式, 将刀具的运动轨迹 位移量 切削参数 ( 主轴转速 进给量 吃刀深度等 ) 以及辅助功能 ( 换刀 主轴正转 / 反转 切削液开 / 关等 ) 编写成加工程序单, 传送或输入到数控装置中, 从而指挥机床加工零件 (1) 零件工艺析 ( 确定零件的加工要素 ) 换刀装置 (5) 程序输送到 NC 机床 (3) 向 MCU 输入 零件的加工程序 加工零件 机床控制单元 (MCU) (2) 编写零件的加工程序 (4) 显示刀具路径 NC 机床 图 1-1 数控加工的过程 数控加工的特点 与传统的加工手段相比, 数控加工具有如下的特点 : (1) 自动化程度高 在数控机床上加工零件时, 除了手工装卸工件外, 全部加工过程都可由机床自动完成 在柔性制造系统上, 上下料 检测 诊断 对刀 传输 调度 管理等也都可由机床自动完成, 大大减轻了操作者的劳动强度, 改善了劳动条件 (2) 具有加工复杂形状零件的能力 复杂形状零件在飞机 汽车 造船 模具 动力设备和国防工业等部门的产品制造中具有十分重要的地位, 其加工质量直接影响整机产品的性能 数控加工运动的任意可控性使其能完成普通加工方法难以完成或者无法进行的复杂型面加工 (3) 生产准备周期短 在数控机床上加工新的零件, 大部分准备工作是根据零件图样

12 第 1 章数控加工的编程基础 3 编制数控程序, 而不是去准备靠模 专用夹具等工艺装备, 而且编程工作可以离线进行 这样大大缩短了生产的准备时间, 因此应用数控机床十分有利于产品的升级换代和新产品的开发 (4) 加工精度高 质量稳定 目前, 普通数控加工的尺寸精度通常可达 ±0.05 mm, 最高的尺寸精度可达 ±0.01μm 数控机床是按预先编制好的加工程序进行工作的, 加工过程中无需人的参与或调整, 因此不受操作工人的技术水平或情绪的影响, 加工精度稳定 另外, 数控机床可以通过采用在线自动补偿 ( 实时补偿 ) 技术来消除或减少热变形 力变形和刀具磨损的影响, 使加工精度的一致性得到保证 这在传统机床上则是无法做到的, 因此采用数控加工技术可以提高零件的加工精度和产品质量 (5) 生产效率高 数控机床的加工效率一般比普通机床高 2~3 倍, 尤其在加工复杂零件时, 生产率可提高十几倍甚至几十倍 一方面是因为其自动化程度高, 具有自动换刀和其他辅助操作自动化等功能, 而且工序集中, 在一次装夹中能完成较多表面的加工, 省去了划线 多次装夹 检测等工序 ; 另一方面是加工中可采用较大的切削用量, 有效地减少了加工中的切削工时 数控机床在配有适当的刀库 工件毛坯库 上下料装置和多种传感器的条件下, 不仅具有全自动的加工功能, 而且具有对加工过程进行自动监控 检测 报警及修正误差等功能 因此, 数控机床可以实现白班有人看管和做好各种准备工作后, 二 三班则可以在 无人看管 的条件下 ( 国外称为 熄灯生产 ) 进行 24 小时乃至 72 小时的连续加工 这不仅改善了劳动条件, 解决了晚上和节假日 ( 含周六 周日 ) 连续工作的问题, 也大大提高了劳动生产率 设备利用率, 缩短了生产周期, 增加了企业的经济效益 (6) 易于建立计算机通信网络 由于数控机床使用数字信息, 易于与计算机辅助设计和制造 (CAD/CAM) 系统联接, 形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统 另外, 数控机床通过因特网 (Internet) 内联网 (Intranet) 外联网 (Extranet), 现在已可实现远程故障诊断及维修, 已初步具备远程控制和调度, 进行异地分散网络化生产的可能, 从而为今后进一步实现制造过程网络化 智能化提供了必要的基础条件 当然, 数控加工在某些方面也有不足之处, 即数控机床价格昂贵, 加工成本高, 技术复杂, 对工艺和编程要求较高, 加工中难以调整, 维修困难等 1.2 数控编程的内容与方法 数控编程技术包含了数控加工与编程 金属加工工艺 CAD/CAM 软件操作等多方面知识与经验 其主要任务是计算加工走刀中的刀位点 ( 简称 CL 点 )

13 4 数控加工编程与操作 数控编程的内容 整个数控编程的内容及步骤, 可用图 1-2 所示框图表示 零件图 加工工艺分析数值计算编写程序清单制备控制介质首件试切程序校对数控机床 图 1-2 数控编程的步骤 (1) 加工工艺分析 编程人员首先要根据零件图纸, 对零件的材料 形状 尺寸 精度和热处理要求等, 进行加工工艺分析 合理地选择加工方案, 确定加工顺序 加工路线 装夹方式 刀具及切削参数等 ; 同时还要考虑所用数控机床的指令功能, 充分发挥机床的效能 ; 加工路线要短, 正确地选择对刀点 换刀点, 减少换刀次数 (2) 数值计算 根据零件图的几何尺寸确定工艺路线及设定坐标系, 计算零件粗 精加工运动的轨迹, 得到刀位数据 对于形状比较简单的零件 ( 如直线和圆弧组成的零件 ) 的轮廓加工, 要计算出几何元素的起点 终点 圆弧的圆心 两几何元素的交点或切点的坐标值, 有的还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值 对于形状比较复杂的零件 ( 如非圆曲线 曲面组成的零件 ), 需要用直线段或圆弧段逼近, 根据加工精度的要求计算出节点坐标值, 这种数值计算一般要用计算机来完成 (3) 编写程序清单 加工路线 工艺参数及刀位数据确定以后, 编程人员根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式, 逐段编写加工程序单, 即程序清单 此外, 还应附上必要的加工示意图 刀具布置图 机床调整卡 工序卡以及说明 (4) 制备控制介质 把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上, 作为数控装置的输入信息 通过程序的手工输入或通信传输送入数控系统 (5) 程序校对与首件试切 编写的程序单和制备好的控制介质, 必须经过校验和试切才能正式使用 校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控装置中, 让机床空运转, 以检查机床的运动轨迹是否正确 在有 CRT 图形显示的数控机床上, 用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验更为方便, 但这些方法只能检验运动是否正确, 不能检验被加工零件的加工精度 因此, 要进行零件的首件试切 当发现有加工误差时, 分析误差产生的原因, 找出问题所在, 加以修正 数控编程的方法 根据问题复杂程度的不同, 数控加工程序可通过手工编程或自动编程来获得

14 第 1 章数控加工的编程基础 5 1. 手工编程 手工编程就是从分析零件图样 确定加工工艺过程 数值计算 编写零件加工程序单 制备控制介质到程序校验都由人工完成 对于加工形状简单 计算量小 程序不多的零件, 采用手工编程较容易, 而且经济 及时 因此, 在点位加工或由直线与圆弧组成的轮廓加工中, 手工编程仍广泛应用 如在加工中心上用立铣刀加工如图 1-3 所示形状的工件, 因该零件轮廓由直线和简单的圆弧组成, 可以手工计算坐标值 ( 如表 1-1 所示 ), 并确定刀具路径来完成数控编程, 使刀具沿 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 1 的轨迹运动加工 (a) 工件立体图 图 1-3 手工编程零件例 (b) 刀具走刀路线图 表 1-1 计算坐标值 ( 单位 :mm) P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 x y 手工编制的加工程序 ( 为简化, 此处没考虑铣刀半径 ) 如下 : O1001; ( 程序号 ) G90 G00 G54 X25.0 Y0; ( 建立工件坐标系, 刀具快速运动到 P l 点 ) G43 Z100.0 H01; ( 建立刀具长度补偿, 快速移动到 Z=100 位置 ) S1000 M03; ( 主轴以 1000 r min -1 的转速正转 ) G00 Z3.0 ( 刀具快速移动到 Z=3 位置 ) G01 Z-2.0 F150; ( 刀具以 150 mm min -1 的进给速度切入到 Z=-2 位置 ) X15.0 Y-20.0; ( 刀具沿直线运动到 P 2 点 )

15 6 数控加工编程与操作 G03 X-15.0 R25.0; ( 刀具沿逆时针圆弧运动到 P 3 点 ) G01 X-25.0 Y0; ( 刀具沿直线运动到 P 4 点 ) X-15.0 Y20.0; ( 刀具沿直线运动到 P 5 点 ) G03 X15.0 R25.0; ( 刀具沿逆时针圆弧运动到 P 6 点 ) G01 X25.0 Y0; ( 刀具沿直线运动到 P 1 点 ) G00 Z10.0 M05; ( 刀具沿 Z 轴方向快速退刀至 Z=10 位置, 主轴停止 ) G91 G28 Z0; (Z 轴回机床参考点 ) G28 X0 Y0; (X Y 轴回机床参考点 ) M30; ( 程序结束 ) 2. 自动编程 对于形状复杂的零件, 特别是具有非圆曲线 列表曲线及曲面组成的零件, 用手工编程就有一定困难, 出错的概率将增大, 有时甚至无法编出程序, 必须用自动编程的方法编制程序 自动编程是利用计算机专用软件编制数控加工程序的过程 编程人员只需根据零件图样的要求, 使用专用软件, 由计算机自动地进行数值计算及后置处理, 编写出零件加工程序单, 加工程序通过直接通讯的方式送入数控机床, 控制机床工作 自动编程使得一些计算繁琐 手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成 有关自动编程的内容, 请参阅有关书籍 1.3 数控机床的坐标系统与刀具运动 刀具沿工件的加工轮廓插补 图 1-4 数控机床的点位控制的运动轨迹 数控加工的过程是刀具沿工件所要加工的轮廓移动 插补过程 ( 注 : 某些机床实际上是工作台移动而不是刀具运动, 但为了编程上的方便, 假定刀具相对于工件移动 ) 按机床运动的控制轨迹, 分为以下几种类型 : (1) 点位控制数控机床点位控制只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位, 对于点与点之间运动轨迹的要求并不严格, 在移动过程中不进行加工, 各坐标轴之间的运动是不相关的 为了实现既快又精确

16 第 1 章数控加工的编程基础 7 的定位, 两点间位移的移动一般先快速移动, 然后慢速趋近定位点, 以保证定位精度, 图 1-4 所示为数控机床的点位控制的运动轨迹 具有点位控制功能的机床主要有数控钻床 数控镗床 数控冲床等 随着数控技术的发展和数控系统价格的降低, 单纯用于点位控制的数控系统已不多见 (2) 直线控制数控机床直线控制数控机床也称为平行控制数控机床, 其特点是除了控制点与点之间的准确定位外, 还要控制两相关点之间的移动速度和路线 ( 轨迹 ), 但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动, 也就是说同时控制的坐标轴只有一个 ( 即数控系统内不必有插补运算功能 ), 在移动的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削, 一般只能加工矩形 台阶形零件 直线控制的加工轨迹如图 1-5(a) 所示 具有直线控制功能的机床主要有比较简单的数控车床 数控铣床 数控磨床等 这种机床的数控系统也称为直线控制数控系统 同样, 单纯用于直线控制的数控机床也不多见 (3) 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床, 其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行控制 为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求, 必须将各坐标运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来 因此在这类控制方式中, 就要求数控装置具有插补运算功能, 所谓插补就是根据程序输入的基本数据 ( 如直线的终点坐标 圆弧的终点坐标和圆心坐标或半径 ), 通过数控系统内插补运算器的数学处理, 把直线或圆弧的形状描述出来, 也就是一边计算, 一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲, 从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合 在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削, 可以进行各种直线 圆弧 曲线的加工 轮廓控制的加工轨迹如图 1-5(b) (c) 所示 刀具 刀具 刀具 工件 工件 工件 (a) 刀具沿 z 轴直线运动 (b) 刀具沿锥度运动 (c) 刀具沿圆弧运动 图 1-5 车削加工刀具运动轨迹 这类机床主要有数控车床 数控铣床 数控线切割机床 加工中心等, 其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统 根据它所控制的联动坐标轴数不同, 又可以分为下面几种形式

17 8 数控加工编程与操作 1 二轴联动主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面 2 二轴半联动主要用于三轴以上机床的控制, 其中两根轴可以联动, 而另外一根轴可以作周期性进给 如图 1-6 所示就是采用这种方式用行切法加工三维空间曲面 3 三轴联动一般分为两类, 一类就是 X Y Z 三个直线坐标轴联动, 比较多的用于数控铣床 加工中心等, 如图 1-7 所示为用球头铣刀铣切三维空间曲面 另一类除了同时控制 X Y Z 其中两个直线坐标轴外, 还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴 如车削加工中心, 它除了纵向 (Z 轴 ) 横向(X 轴 ) 两个直线坐标轴联动外, 还需同时控制围绕 Z 轴旋转的主轴 (C 轴 ) 联动 图 1-6 二轴半联动的曲面加工 图 1-7 三轴联动的加工曲面 4 四轴联动同时控制 X Y Z 三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动, 图 1-8(f) 所示为同时控制 X Y Z 三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床 (a) (b) (c)

18 第 1 章数控加工的编程基础 9 (d) (e) (f) (g) (h) (i) 图 1-8 数控机床的坐标系 5 五轴联动除同时控制 X Y Z 三个直线坐标轴联动外, 还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的 A B C 坐标轴中的两个坐标轴, 形成同时控制五个轴联动 这时刀具可以被定在空间的任意方向, 如图 1-8(d) 所示 例如控制刀具同时绕 X 轴和 Y 轴两个方向摆动, 使刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向, 以保证被加工曲面的光滑性, 提高其加工精度和加工效率, 减小被加工表面的粗糙度 数控机床的坐标系和运动方向 规定数控机床坐标轴及运动方向, 是为了准确地描述机床运动, 简化程序的编制, 并使所编程序具有互换性 目前国际标准化组织已经统一了标准坐标系, 我国机械工业部也颁布了 JB 数字控制机床坐标和运动方向的命名 的标准, 对数控机床的坐标和

19 10 数控加工编程与操作 运动方向作了明文规定 1. 坐标和运动方向命名的原则 机床在加工零件时是刀具移向工件, 还是工件移向刀具, 为了根据图样确定机床的加工过程, 特规定 : 永远假定刀具相对于静止的工件坐标而运动 2. 坐标系的规定 图 1-9 笛卡尔右手直角坐标系与右手螺旋法则 为了确定机床的运动方向 移动的距离, 要在机床上建立一个坐标系, 这个坐标系就是标准坐标系, 也叫机床坐标系 在编制程序时, 以该坐标系来规定运动的方向和距离 数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系 如图 1-9 所示, 大拇指的方向为 X 轴的正方向, 食指为 Y 轴的正方向, 中指为 Z 轴正方向 图 1-8 (a) (b) 分别给出了卧式车床和立式铣床的标准坐标系 3. 运动方向的确定 (1)Z 坐标的运动 Z 坐标的运动由传递切削力的主轴决定, 与主轴轴线平行的坐标轴即为 Z 轴 对于车床 磨床等主轴带动零件旋转 ; 对于铣床 钻床 镗床等主轴带动刀具旋转, 与主轴平行的坐标轴即为 Z 轴, 如图 1-8(a) (b) 所示 如果没有主轴 ( 如牛头刨床 ),Z 轴垂直于工件装卡面 Z 坐标的正方向为增大工件与刀具之间距离的方向 如在钻床加工中, 钻入工件的方向为 Z 坐标的负方向, 退出方向为正方向 (2)X 坐标的运动 X 坐标为水平的且平行于工件的装卡面, 这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标 对于工件旋转的机床 ( 如车床 磨床等 ),X 坐标的方向是在工件的径向上, 且平行于横滑座 刀具离开工件旋转中心的方向为 X 轴正方向, 如图 1-8(a) (c) 所示 对于刀具旋转的机床 ( 如铣床 镗床 钻床等 ),X 坐标运动的正方向指向右, 如图 1-8(b) (d) (g) (i) 所示 (3)Y 坐标的运动 Y 坐标轴垂直于 X Z 坐标轴,y 坐标运动的正方向根据 X 和 Z 坐

20 第 1 章数控加工的编程基础 11 标的正方向, 按右手直角坐标系来判断 (4) 旋转运动 A B 和 C A B 和 C 相应地表示其轴线平行于 X Y 和 Z 坐标的旋转运动 A B 和 C 的正方向, 相应地表示在 X Y 和 Z 坐标正方向上按照右手螺旋前进的方向 1.4 数控系统与加工功能 数控系统是数控机床的核心 数控机床根据功能和性能要求, 配置不同的数控系统 下面介绍几种数控系统生产厂家的典型数控系统 典型数控系统 FANUC( 日本 ) SIEMENS( 德国 ) FAGOR( 西班牙 ) HEIDENHAIN( 德国 ) MITSUBISHI( 日本 ) 等公司的数控系统及相关产品, 在数控机床行业占据主导地位 ; 我国数控产品以华中数控 航天数控为代表, 也已将高性能数控系统产业化 1.FANUC 公司的主要数控系统 FANUC 公司的主要数控系统有以下几个系列 : (1) 高可靠性的 Power Mate 0 系列 它用于控制 2 轴的小型车床, 取代步进电机的伺服系统 ; 可配画面清晰 操作方便 中文显示的 CRT/MDI, 也可配性能 / 价格比高的 DPL/MDI (2) 普及型 CNC 0-D 系列 0-TD 用于车床,0-MD 用于铣床及小型加工中心,0-GCD 用于圆柱磨床,0-GSD 用于平面磨床,0-PD 用于冲床 (3) 全功能型的 0-c 系列 0-TC 用于通用车床 自动车床,0-MC 用于铣床 钻床 加工中心,0-GCC 用于内 外圆磨床,0-GSC 用于平面磨床,0-TTC 用于双刀架 4 轴车床 (4) 高性能 / 价格比的 0i 系列 整体软件功能包, 高速 高精度加工, 并具有网络功能 0i-MB/MA 用于加工中心和铣床,4 轴 4 联动 ;0i-TB/TA 用于车床,4 轴 2 联动,0i-mate MA 用于铣床,3 轴 3 联动 ;0i-mate TA 用于车床,2 轴 2 联动 (5) 具有网络功能的超小型 超薄型 CNC 16i/18i/21i 系列 控制单元与 LCD 集成为一体, 具有网络功能, 超高速串行数据通讯 其中 FS16i-MB 的插补 位置检测和伺服控制以纳米为单位 16i 最多可控 8 轴,6 轴联动 ;18i 最多可控 6 轴,4 轴联动 ;21i 最多可控 4 轴,4 轴联动 除此之外, 还有实现机床个性化的 CNC 16/18/160/180 系列

21 12 数控加工编程与操作 2.SIEMENS 公司的主要数控系统 SIEMENS 公司的主要数控系统有以下几个系列 : (1)SINUMERIK 802S/C 用于车床 铣床等, 可控 3 个进给轴和 1 个主轴,802S 适于步进电机驱动,802C 适于伺服电机驱动, 具有数字 I/O 接口 (2)SINUMERIK 802D 控制 4 个数字进给轴和 1 个主轴,PLC I/O 模块, 具有图形式循环编程, 车削 铣削 / 钻削工艺循环,FRAME( 包括移动 旋转和缩放 ) 等功能, 为复杂加工任务提供智能控制 (3)SINUMERIK 810D 用于数字闭环驱动控制, 最多可控 6 轴 ( 包括 1 个主轴和 1 个辅助主轴 ), 紧凑型可编程输入 / 输出 (4)SINUMERIK 840D 全数字模块化数控设计, 用于复杂机床 模块化旋转加工机床和传送机, 最多可控 31 个坐标轴 3.FAGOR 公司的主要数控系统 FAGOR 公司的主要数控系统有以下几个系列 : (1)CNC 8070 系列 它是目前 FAGOR 最高档数控系统, 代表 FAGOR 顶级水平 它是 CNC 技术与 PC 技术的结晶, 是与 PC 兼容的数控系统, 采用 Pentium CPU, 可运行 Windows 和 MS-DOS 可控制 16 轴 +3 电子手轮 +2 主轴, 可运行 VISUAL BASIC,VISUAL C++, 程序段处理时间小于 1ms,PLC 可达 1024 输入点 /1024 输出点, 具有以太网 CAN SER-COS 通讯接口, 可选用 ±10V 模拟量接口 (2)8055 系列 8055 系列数控系统是 FAGOR 高档数控系统, 可实现 7 轴 7 联动 + 主轴 + 手轮控制 按其处理速度不同分为 8055/A 8055/B 8055/C 三种档次 适用于车床 车削中心 铣床 加工中心及其他数控设备 它具有连续数字化仿形 RTCP 补偿 内部逻辑分析仪 SERCOS 接口 远程诊断等许多高级功能 (3)8040/8055-i 标准系列 它属于中高档数控系统, 采用中央单元与显示单元合为一体的结构,8040 可控 4 轴 4 联动 + 主轴 +2 个手轮 8055-i 可实现 7 轴 7 联动 + 主轴 +2 个手轮, 两者用户内存均可达到 1MB 字节且具有 ±10V 模拟量接口及数字化 SERCOS 光缆接口, 可配置带 CAN 接口的分布式 PLC (4)8040/8055-i/8055 TCO/MCO 系列 它是一种开放式的数控系统, 可供 OEM 再开发成为专用数控系统, 适用于任何机床设备 (5)8040/8055-i/8055 TC/MC 系列 它是人机对话式数控系统, 其主要特点是无需采用 ISO 代码编程, 可将零件图中的数据通过人机交互图形界面直接输入系统, 从而实现编程, 俗称傻瓜式数控系统 (6)8025/8035 系列 8025 系列是 FAGOR 公司的中档数控系统, 适用于铣床 加工中心 车床及其他数控设备 它可控 2~5 轴不等, 该数控系统是操作面板 显示器 中央

22 第 1 章数控加工的编程基础 13 单元合一的紧凑结构 8035 系列是 8040/8055-i/8055 的简化型, 采用 32 位 CPU, 同时也是 8025 的更新换代产品 4. 华中数控系统 华中数控以 世纪星 系列数控单元为典型产品,HNC-21/22T 为车削系统, 最大联动轴数为 4 轴 ;HNC-21/22M 为铣削系统, 最大联动轴数为 4 轴, 采用开放式体系结构, 内置嵌入式工业 PC 伺服系统的主要产品包括 :HSV-11 系列交流伺服驱动装置,HSV-16 系列全数字交流伺服驱动装置, 步进电机驱动装置, 交流伺服主轴驱动装置与电机, 永磁同步交流伺服电机等 5. 北京航天数控系统 北京航天数控系统主要产品为 CASNUC 2100 数控系统, 是以 PC 为硬件基础的模块化 开放式的数控系统, 可用于车床 铣床 加工中心等 8 轴以下机械设备的控制, 具有 2 轴 3 轴 4 轴联动功能 数控系统的主要功能 CNC 装置能控制的轴数以及能同时控制 ( 即联动 ) 轴数是其主要性能之一 一般数控车床只需 2 轴控制 2 轴联动 ; 一般铣床需要 2 轴半或 3 轴控制 3 轴联动 ; 一般加工中心为多轴控制,3 轴或 3 轴以上联动 控制轴数越多, 特别是同时控制轴数越多,CNC 装置的功能越强, 编制程序也越复杂 1. 准备功能 准备功能是使数控机床作好某种操作准备的指令, 用地址 G 和数字表示, ISO E 标准中规定准备功能有 G00 至 G99 共 100 种, 我国等效采用该标准制订了 JB/T 标准 目前, 有的数控系统也用到 00~99 之外的数字 准备功能包括数控轴的基本移动 程序暂停 平面选择 坐标设定 刀具补偿 基准点返回 固定循环 公 / 英制转换等 2. 刀具功能 刀具功能字 T, 由地址功能码 T 和数字组成 刀具功能的数字是指定的刀号, 数字的位数由所用的系统决定 在自动换刀的数控机床中, 该指令用于选择所需的刀具, 同时还可用来指定刀具补偿号 一般加工中心程序中 T 代码的数字直接表示选择的刀具号码, 如 T10 表示 10 号刀 ; 数控车床程序中的 T 代码后的数字既包含所选择刀具号, 也包含刀具补偿号, 如 T0806 表示选择 8 号刀, 调用 6 号刀具补偿参数进行长度和半径补偿 由于不同的数控系统有不同的指令方法和含义, 具体应用时应参照数控机床的编程说明书

23 14 数控加工编程与操作 3. 主轴速度功能 主轴转速功能字 S, 由地址码 S 和其后的 1~4 位数字表示 有恒转速 ( 单位 r min -1 ) 和恒线速度 ( 单位 m min -1 ) 两种指令方式 S 代码只是设定主轴转速的大小, 并不会使主轴旋转, 必须有 M03( 主轴正转 ) 或 M04( 主轴反转 ) 指令时, 主轴才开始旋转 主轴转速功能的示例如图 1-10 所示 刀具 卡盘 工件 刀具 v: 切削速度 m/min 主轴转速 n r/min 主轴转速 n r/min 工件 刀具直径 D mm v: 切削速度 m/min (a) 车削主轴 图 1-10 主轴转速功能示例 (b) 铣削主轴 4. 进给功能 进给功能字 F 用来指定坐标轴移动的进给速度, 一般有两种表示方法 (1) 代码法即 F 后跟二位数字, 表示机床进给量数列的序号, 它不直接表示进给速度的大小 (2) 直接代码法 F 后跟的数字就是进给速度的大小, 如 F300 即表示进给速度为 300 mm min -1 这种表示方法较为直观, 目前大多数机床均采用这种方法 F 代码为续效代码, 一经设定后如未被重新指定, 则表示先前所设定的进给速度继续有效 F 代码指令值如超过制造厂商所设定的范围时, 则以厂商所设定的最高或最低进给速度为实际进给速度 进给功能的示例如图 1-11 所示 卡盘 刀具 mm/min F 刀具 工件 工件 工作台 (a) 车削进给 (b) 铣削进给 图 1-11 进给功能示例

24 第 1 章数控加工的编程基础 15 快速进给速度一般为进给速度的最高速度, 它通过参数设定, 用 G00 指令执行快速 数控机床操作面板上设置了进给倍率开关, 倍率可在 0~200% 之间变化, 每档间隔 10 % 使用倍率开关不用修改程序就可以改变进给速度 5. 辅助功能 (M 代码 ) 辅助功能也叫 M 功能或 M 代码, 它是控制机床或系统的开关功能的一种命令, 用于指定主轴的旋转方向 启动 停止 冷却液的开关, 工件或刀具的夹紧或松开, 刀具的更换等功能 由地址码 M 和数字组成, 从 M00~M99 共 100 种 各种型号的数控装置具有辅助功能的多少差别很大, 而且有许多是自定义的, 必须根据说明书的规定进行编程 常用的辅助功能有程序停 主轴正 / 反转 冷却液接通和断开 换刀等 辅助功能的典型示例如图 1-12 所示 卡盘 冷却通 / 断 刀具 工件 主轴顺时针旋转 工件 冷却通 / 断 (a) 车削冷却液控制 (b) 铣削冷却液控制 图 1-12 辅助功能示例 1.5 数控加工程序的结构与格式 程序的结构 1. 加工程序的结构 数控加工程序是由一系列机床数控装置能辨识的指令有序结合而构成的, 可分为程序号 程序段和程序结束等几个部分 例 1-1 下面给出了一个典型数控车床加工程 图 1-13 编程示例

25 16 数控加工编程与操作 序的组成实例 如图 1-13 所示, 设刀具位于 x 轴上, 编制程序使刀具沿 P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 的轨迹运动加工 O1002; ( 程序号 ) N10 G01 X40.0 Z0 F0.2; ( 刀具运动到 P 1 点, 进给量 0.2 mm r -1 ) N20 X60.0 Z-10.0; ( 刀具运动到 P 2 点 ) N30 Z-30.0; ( 刀具运动到 P 3 点 ) N40 X80.0; ( 刀具运动到 P 4 点 ) N50 G03 X100.0 Z-40.0 R10.0; ( 刀具运动到 P 5 点 ) N60 G01 Z-50.0; ( 刀具运动到 P 6 点 ) N80 G00 X120.0; ( 沿 x 轴方向快速退刀 ) N90 M30; ( 程序结束 ) 由此看出, 每一个程序都是由程序号 程序内容和程序结束三部分组成, 以上程序中每一行称为一个程序段或单节 (Block), 每一程序段至少由一个程序字 (Word) 所组成, 程序字是由一个地址 (Address) 和数字 (Number) 组成 ( 如 G00 G01 X120.0 F0.2 M30 等 ) 每一程序段后面加一结束符号 ;, 以表示一个程序段的结束 即字母和数字组成字, 字组成程序段, 程序段组成程序 如此 CNC 装置即按照程序中的程序段顺序, 依次执行程序 数控加工中零件加工程序的组成形式, 随数控系统功能的强弱而略有不同 对功能较强的数控系统加工程序可分为主程序和子程序, 其结构如图 1-14 所示 主程序 1 号子程序 2 号孔 1 号孔 2 号孔 1 号孔. M98P M98P M98P O1001 M99 2 号子程序 O1002 M99 1 号孔的程序 2 号孔的程序 (a) 零件 (b) 程序结构 2. 加工程序的组成 加工程序的组成有以下 3 个部分 图 1-14 主程序和子程序

26 第 1 章数控加工的编程基础 17 (1) 程序号程序号为程序的开始部分, 为了区别存储器中的程序, 每个程序都要有程序编号, 在编号前采用程序编号地址码 如在 FANUC 系统中, 采用英文字母 O 作为程序编号地址, 而其他系统有的采用 P % 以及 : 等 (2) 程序内容程序内容是整个程序的核心, 由许多程序段组成, 每个程序段由一个或多个指令 ( 字 ) 组成, 表示数控机床要完成的全部动作 (3) 程序结束以程序结束指令 M02 或 M30 作为整个程序结束的符号, 来结束整个程序 程序段格式 1. 程序段格式的种类 零件的加工程序是由程序段组成 程序段格式是指一个程序段中字 字符 数据的书写规则, 通常有以下 3 种格式 (1) 字 - 地址程序段格式字 - 地址程序段格式由语句号字 数据字和程序段结束组成 各字后有地址, 字的排列顺序要求不严格, 数据的位数可多可少, 不需要的字以及与上一程序段相同的续效字可以不写 该格式的优点是程序简短 直观以及容易检查和修改 因此, 该格式目前广泛使用 (2) 分隔符的程序段格式这种格式事先规定了输入时可能出现的字的顺序, 在每一个字前写一个分隔符, 这样就可以不写地址符, 只要按规定的顺序把相应的数字跟在分隔符后面就可以了 使用分隔符的程序段与字 - 地址程序段的区别在于分隔符代替了地址符 在这种格式中, 重复的可以不写, 但分隔符不能省略 若程序中出现连在一起的分隔符, 表明中间略去了一个数据字 (3) 固定程序段格式这种程序段既无地址码也无分隔符, 各字的顺序及位数是固定的, 重复的字不能省略, 所以每一个程序段的长度都是一样的 目前, 这种程序段的格式很少使用 2. 字 - 地址程序段的编排规则 字 - 地址程序段格式的编排顺序如下 : N G X Y Z I J K P Q R A B C F S T M LF 注意 : 上述程序段中包括的各种指令并非在加工程序的每个程序段中都必须有, 而是根据各程序段的具体功能来编入相应的指令 例如 :N20 G01 X35.2 Y-46.8 F120;

27 18 数控加工编程与操作 3. 程序段内各字的说明 字 - 地址程序段由语句号字 数据字和程序段结束组成, 常用于表示地址的英文字母的含义如表 1-2 所示, 主要地址和指令值范围如表 1-3 所示 表 1-2 地址码中英文字母的含义 功能地址意义 程序号 O 程序号 顺序号 N 顺序号 准备功能 G 指定移动方式 ( 直线 圆弧等 ) 尺寸字 X,Y,Z,U,V,W,A,B,C I,J,K R 坐标轴移动指令 圆弧中心的坐标 圆弧半径 进给功能 F 每分钟进给速度, 每转进给速度 主轴速度功能 S 主轴速度 刀具功能 T 刀号 辅助功能 M B 机床上的开 / 关控制 工作台分度等 偏置号 D,H 偏置号 暂停 P,X 暂停时间 程序号指定 P 子程序号 重复次数 P 子程序重复次数 参数 P,Q 固定循环参数 表 1-3 主要地址和指令值范围 功 能 地 址 公制输入 英制输入 程序号 O 1~9999 1~9999 顺序号 N 1~ ~99999 准备功能 G 0~99 0~99 尺寸字 增量单位 IS-B X,Y,Z,U,V, ± mm ± in 增量单位 IS-C W,C, I,J,K,R ± mm ± in 每分进给 增量单位 IS-B 1~ mm/min 0.01~ in/min F 增量单位 IS-C 1~ mm/min 0.001~ in/min

28 第 1 章数控加工的编程基础 19 功能地址公制输入英制输入 每转进给 0.001~ mm/r ~ in/r 主轴速度功能 S 0~ ~20000 刀具功能 T 0~ ~ 辅助功能 M 0~ ~ B 0~ ~ 偏置号 D,H 0~400 0~400 暂停 增量单位 IS-B 0~ s 0~ s 增量单位 IS-C P,X 0~ s 0~ s 程序号指定 P 1~9999 1~9999 子程序重复次数 P 1~999 1~999 ( 续表 ) (1) 语句号字 ( 顺序号 ) 用以识别程序段的编号, 由地址码 N 和后面的若干位数字组成 例如 :N20 表示该语句的句号为 20 顺序号与数控程序的加工顺序无关, 它只是程序段的代号, 故可任意编号 但最好由小到大按顺序编号, 较符合人们的思维习惯 为了节省内存空间, 一般数控程序不必在每一个程序段前面使用顺序号 但在车削复合循环指令中, 如 G70~G73, 必须在加工范围的程序段上加上特定的顺序号 另外在某些特定的加工程序段前可作为一种标示, 如常用顺序号标示加工种类, 以便人们阅读理解程序 如下例 : N1; ( 粗车 ) N2; ( 精车 ) N3; ( 切槽 ) N4; ( 车螺纹 ) (2) 功能字功能字主要包括 : 准备功能字 (G 功能字 ) 进给功能字 (F 功能字 ) 主轴转速功能字 (S 功能字 ) 刀具功能字 (T 功能字 ) 和辅助功能字 (M 功能字 ), 各功能字均由相应的地址码和后面的数字组成 (3) 尺寸字尺寸字由地址码 + - 符号及绝对 ( 或增量 ) 数值构成 尺寸字的地址码有 X Y Z U V W P Q R A B C I J K D H 等, 例如 X22.5 Y-55.0

29 20 数控加工编程与操作 尺寸字的 + 可省略 (4) 程序段结束写在每一程序段之后, 表示程序结束 当用 EIA 标准代码时, 结束符为 CR ; 用 ISO 标准代码时为 NL 或 LF ; 有的用符号 ; 或 * 表示 ; 有的直接回车即可 例 l-2 解释下列程序段中地址的含义 N100 G01 G42 X5.0 Y10.0 F10.0 S500 M03 D01 语句号字 尺寸字 主轴转速功能 补偿号指定 准备功能 进给率 辅助功能 1.6 复习思考题 1. 简述什么叫数控? 什么叫数控加工技术? 2. 数控加工的特点是什么? 3. 简述数控加工的工作过程 4. 什么是手工编程? 什么是自动编程? 它们各有何特点? 5. 数控机床的坐标系统是如何确定的? 试举例说明 6. 简述数控系统的主要功能 7. 简述数控加工程序的格式和结构 8. 简述常用的数控系统 9. 到图书馆或互联网查询资料, 了解数控加工技术的最新发展趋势及目前国内外有哪些常用的自动编程软件, 它们各有哪些特点? 可访问中国数控在线网站 (

30 第 2 章数控编程的工艺分析 2.1 概述 无论是手工编程还是自动编程, 编程前都要对所加工的零件进行工艺分析, 拟定加工方案, 选择合适的刀具, 确定切削用量 在编程时, 对一些工艺问题 ( 如加工路线 对刀点 换刀点等 ) 也需作一些处理 合理确定数控加工工艺对实现优质 高效和经济的数控加工具有极为重要的作用 其内容包括选择合适的机床 刀具 夹具 走刀路线及切削用量等, 只有选择合适的工艺参数及切削策略才能获得较理想的加工效果 从加工的角度看, 数控加工技术主要是围绕加工方法与工艺参数的合理确定及其实现的理论与技术 数控加工通过计算机控制刀具做精确的切削加工运动, 是完全建立在复杂的数值运算之上的, 它能实现传统的机加工无法实现的合理 完整的工艺规划 因此程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作 数控加工工艺的基本特点 工艺规程是操作者在加工时的指导性文件 在普通机床上加工零件时, 工艺规程实际上只是工艺过程卡, 机床的切削用量 走刀路线 工序的工步等往往是由操作者自行选定 在数控机床上加工零件时要把被加工的全部工艺过程 工艺参数和位移数据编制成程序, 加工程序就是数控机床的指令性文件 因此, 数控加工程序与普通机床工艺规程有很大差别, 涉及的内容也较广 数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程, 而且还包括切削用量 刀具参数以及机床的运动过程 因此, 要求编程人员对数控机床的性能 特点 运动方式 刀具系统 切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉 同时, 数控加工具有工序内容更复杂 工步的安排更为详尽等特点 工艺方案的好坏不仅会影响机床效率的发挥, 而且将直接影响到零件的加工质量 在设计零件的数控加工工艺时, 首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法, 同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求 数控加工工艺的基本特点如下 : (1) 内容明确具体 数控加工工艺与普通加工工艺相比, 在工艺文件的内容和格式上都有较大区别, 如在加工部位 加工顺序 刀具配置与使用顺序 刀具轨迹 切削参数等方面, 都要比普通机床加工工艺中的工序内容更详细 数控加工工艺必须详细到每一次走

31 22 数控加工编程与操作 刀路线和每一个操作细节, 即普通加工工艺通常留给操作者完成的工艺与操作内容 ( 如工步的安排 刀具几何形状及安装位置等 ), 都必须由编程人员在编程时予以预先确定 也就是说, 在普通机床加工时本来由操作工人在加工中灵活掌握并通过适时调整来处理的许多工艺问题, 在数控加工时就必须由编程人员事先具体设计和明确安排 (2) 工艺工作要求相当准确严密 数控机床虽然自动化程度高, 但自适应性差, 它不能像普通加工时那样可以根据加工过程中出现的问题自由地进行人为的调整 例如, 在数控机床上加工内螺纹时, 它并不知道孔中是否挤满了切屑, 何时需要退一次刀待清除切屑后再进行加工 所以, 在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节, 尤其是对图形进行数学处理 计算和编程时一定要力求准确无误 否则, 可能会出现重大机械事故和质量事故 (3) 采用多坐标轴联动自动控制加工复杂表面 对于一般简单表面的加工方法, 数控加工与普通加工无太大的差别 但是对于一些复杂表面 特殊表面或有特殊要求的表面, 数控加工与普通加工有着根本不同的加工方法 例如 : 对于曲线和曲面的加工, 普通加工是用画线 样板 靠模 钳工 成形加工等方法进行, 不仅生产效率低, 而且还难以保证加工质量 而数控加工则采用多坐标轴联动自动控制加工方法, 其加工质量与生产效率是普通加工方法无法比拟的 (4) 采用先进的工艺装备 为了满足数控加工中高质量 高效率和高柔性的要求, 数控加工中广泛采用先进的数控刀具 组合夹具等工艺装备 (5) 采用工序集中 由于现代数控机床具有刚性大 精度高 刀库容量大 切削参数范围广及多坐标 多工位等特点 因此, 在工件的一次装夹中可以完成多个表面的多种加工, 甚至可在工作台上装夹几个相同或相似的工件进行加工, 从而缩短了加工工艺路线和生产周期 减少了加工设备 工装和工件的运输工作量 实践证明, 数控加工中失误的主要原因多为工艺方面考虑不周和计算 编程粗心大意 因此, 编程人员除必须具备较扎实的工艺知识和较丰富的实际工作经验外, 还必须具有耐心 细致的工作作风和高度的工作责任感 数控加工工艺分析 根据实际应用需要, 数控加工工艺分析主要包括以下内容 : (1) 选择适合在数控机床上加工的零件, 确定工序内容 (2) 分析被加工零件的图纸, 明确加工内容及技术要求 在此基础上, 确定零件的加工方案, 制定数控加工工艺路线 如划分工序 安排加工顺序 与传统加工工序的衔接等 (3) 加工工序的设计, 如选取零件的定位基准, 工步的划分 装夹与定位方案确定 选取刀辅具 确定切削用量等 (4) 数控加工程序的调整 选取对刀点和换刀点, 加工路线的确定, 确定刀具补偿等

32 第 2 章数控编程的工艺分析 23 (5) 分配及控制数控加工中的误差 (6) 处理数控机床上的部分工艺指令, 编制工艺文件 总之, 数控加工工艺内容繁多, 但有些内容与普通机床加工工艺非常相似, 因此本章仅对编程中的工艺分析进行讨论, 关于编程中工艺指令的处理将在相关章节讨论 2.2 数控加工的工艺分析与工艺设计 编程人员在进行工艺分析时, 应根据被加工工件的材料 轮廓形状 加工精度等条件, 依据机床使用说明书 编程手册 切削用量表 标准工具及夹具手册等资料, 选用合适的机床, 制定加工方案, 确定零件的加工顺序 各工序所用刀具 夹具和切削用量等工作 数控机床的合理选用 1. 数控机床的应用范围不同类型的数控机床有着不同的用途, 在选用数控机床之前应对其类型 规格 性能 特点 用途和应用范围有所了解, 才能选择最适合加工零件的数控机床 根据数控加工的特点和国内外大量应用实践, 数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件 : (1) 多品种 小批量生产的零件或新产品试制中的零件 (2) 形状复杂, 加工精度要求高, 通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件 (3) 在普通机床加工时, 需要昂贵的工装设备 ( 工具 夹具和模具 ) 的零件 (4) 具有难测量 难控制进给 难控制尺寸型腔的壳体或盒型零件 (5) 必须在一次装夹中完成铣 镗 锪 铰或攻丝等多工序的零件 (6) 价格昂贵, 加工中不允许报废的关键零件 (7) 需要最短生产周期的急需零件 从数控机床的类型方面考虑, 数控车床适用于加工具有回转特征的轴类和盘类零件 数控镗铣床 立式加工中心适用于加工箱体类零件 板类零件 具有平面复杂轮廓的零件 卧式加工中心较立式加工中心用途要广一些, 适宜复杂箱体 泵体 阀体类零件的加工, 如图 2-1 所示 多轴联动的数控机床 加工中心可以用来加工复杂的曲型面 叶轮螺旋桨以及模具, 如图 2-2 所示

33 24 数控加工编程与操作 图 2-1 在加工中心上完成的工序 图 2-2 在多轴联动加工中心上完成的工序 2. 把握好技术经济尺度, 选择数控机床 在数控机床上加工零件时, 通常有两种情况 : (1) 有被加工零件要选择合适的加工设备, (2) 有数控机床选择适合的加工零件 无论哪种情况, 通常都要根据被加工零件的精度 材质 形状 尺寸 数量和热处理等因素来选择 是选用普通机床加工, 还是数控机床加工, 或者还是选用专用机床来加工, 究竟如何选择, 概括起来要考虑 3 个方面因素 1 要保证被加工零件的技术要求, 加工出合格的产品 2 有利于提高生产率 3 尽可能降低生产成本 ( 加工费用 ) 当零件不太复杂 生产批量不大时, 宜采用普通机床 ; 随着零件复杂程度的提高, 数控机床就显得更为适用了 同时, 在多品种 小批量 (100 件以下 ) 生产时, 使用数控机床可获得较好的经济效益, 零件批量的增大, 对所选用的数控机床是不利的 数控加工零件的工艺性分析 采用数控机床加工, 必须根据数控机床的性能特点 应用范围, 对零件的数控加工工艺进行全面 认真 仔细的分析 就数控编程而言, 主要从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析

34 第 2 章数控编程的工艺分析 零件图样上尺寸数据的给出应便于编程 (1) 零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上, 应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸 这种标注方法既便于编程, 也便于尺寸之间的相互协调, 在保持设计基准 工艺基准 检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便 由于设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配方面的使用特性, 而不得不采用局部分散的标注方法, 这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便 数控加工的精度和重复定位精度都很高, 不会因产生较大的累计误差而破坏使用特性, 可将局部的分散标注改为同一基准的引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注方法 如图 2-3 所示 (a) 设计中的分散标注 (b) 编程中的同一基准标注 图 2-3 零件尺寸标注 (2) 构成零件图的几何要素的条件应充分构成零件轮廓的几何元素 ( 点 线 面 ) 的条件 ( 如相切 相交 垂直和平行等 ) 是数控编程的重要依据 手工编程时, 要依据这些条件计算基点或节点坐标 ; 自动编程时, 则要根据这些条件才能对构成零件的所有几何元素进行定义, 无论哪一条件不明确, 编程都无法进行 因此, 在分析零件图样时, 务必要分析几何元素的给定条件是否充分, 发现问题及时与设计人员协商解决 (3) 认真分析零件的技术要求零件的技术要求主要是指尺寸精度 形状精度 位置精度 表面粗糙度及热处理等 这些要求在保证零件使用性能的前提下, 应经济合理 过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂 加工困难 成本提高 (4) 零件材料分析在满足零件功能的前提下, 应选用廉价 切削性能好的材料 而且材料选择应立足国内资源, 不要轻易选用贵重或紧缺的材料 2. 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求 零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济

35 26 数控加工编程与操作 性 良好的结构工艺性, 可以使零件加工容易, 节省工时和材料 而较差的零件结构工艺性, 会使加工困难, 浪费工时和材料, 有时甚至无法加工 因此, 零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点 (1) 零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸, 这样可以减少刀具规格和换刀次数, 使编程方便, 提高生产效率 (2) 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小, 所以内槽圆角半径不应太小 对于图 2-4 所示零件, 其结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低 转角圆弧半径的大小等因素有关 图 2-4(b) 与图 2-4(a) 相比, 转角圆弧半径大, 可以采用较大直径的立铣刀来加工 ; 加工平面时, 进给次数也相应减少, 表面加工质量也会好一些, 因 (a) 工艺性不好 (b) 工艺性好而工艺性较好 通常 R<0.2H 时, 可以判定零件该部位的工图 2-4 内槽结构工艺性对比艺性不好 (3) 铣零件槽底平面时, 槽底圆角半径 r 不要过大 如图 2-5 所示, 铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径 d = D-2r(D 为铣刀直径 ), 当 D 一定时,r 越大, 铣刀端面刃铣削平面的面积越小, 加工平面的能力就越差, 效率越低, 工艺性也越差 当 r 大到一定程度时, 甚至必须用球头铣刀加工, 这是应该尽量避免的 (4) 应采用统一的基准定位, 在数控加工中若没有统一的定位基准, 则会因工件的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象 另外, 零件上最好有合适的孔作为定位基准孔 若没有, 则应设置工艺孔作为定位基准孔 若无法制出工艺孔, 最起码也要用精加工表面作为统一基准, 以减少二次装夹产生的误差 此外, 还应分析零件所要求的加工精度 尺寸公差等是否可以得到保证, 有没有引起矛盾的多余图 2-5 零件底面圆弧对加工工艺性的影响尺寸或影响加工安排的封闭尺寸等

36 第 2 章数控编程的工艺分析 数控加工定位基准的选择 定位基准选择正确与否不仅直接影响数控加工零件的加工精度, 还会影响到夹具结构的复杂程度和加工效率等 1. 粗基准的选择 粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度, 以及加工表面的余量分配 粗基准的选择应遵循的原则是 : (1) 如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置精度要求, 则应以不加工表面为粗基准 如果工件上有多个不加工表面, 则应以其中与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准 (2) 若必须首先保证工件上某重要表面加工余量均匀, 则应选择该表面作为粗基准 (3) 选作粗基准的表面应尽量平整光洁, 不应有飞边 浇冒口等缺陷 (4) 粗基准一般只使用一次 数控机床加工在选择定位基准时除了遵循以上原则外, 还应考虑以下几点 : (1) 应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工, 为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式 如对于箱体零件, 宜采用一面两销的定位方式, 也可采用以某侧面为导向基准 待工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式 (2) 如果用一次装夹完成工件上各个表面的加工, 也可直接选用毛面作定位基准, 只是这时毛坯的制造精度要求更高一些 2. 精基准的选择 精基准的选择应从保证零件的加工精度, 特别是加工表面的相互位置精度来考虑, 同时也必须尽量使装夹方便, 夹具结构简单可靠 精基准的选择应遵循如下原则 (1) 基准重合 原则即应尽可能选用设计基准作为精基准, 这样可以避免由于基准不重合而引起的误差 (2) 基准统一 原则即在加工工件的多个表面时尽可能使用同一组定位基准作为精基准, 这样便于保证各加工表面的相互位置精度, 避免基准变换所产生的误差, 并能简化夹具的设计与制造 (3) 互为基准 原则当两个加工表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时, 可以采用互为基准的原则, 反复多次进行加工 (4) 自为基准 原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀, 在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准, 而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证

37 28 数控加工编程与操作 加工方法和加工方案的确定 1. 加工方法的选择 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求 由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多, 因而在实际选择时, 要结合零件的结构形状 尺寸大小和热处理要求等全面考虑 例如, 对于 IT7 级精度的孔采用镗削 铰削 磨削等加工方法均可达到精度要求, 但箱体上较大的孔一般采用镗削, 较小的孔宜选择铰削, 而箱体上的孔不宜采用磨削 此外, 还应考虑生产率和经济性的要求, 以及现有实际生产情况等 常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册 工件表面的轮廓不同, 选择的数控机床和加工方法也不相同 应根据零件的尺寸精度 倾斜角的大小 刀具的形状 零件的装夹方法 编程的难易程度等因素, 选择一个较合理的加工方案 此外, 还要考虑选择机床的合理性 例如, 单纯铣轮廓表面或铣槽的中小型零件, 选择数控铣床进行加工较好 ; 而大型非圆曲线 曲面的加工或者是不仅需要铣削而且有孔系加工的零件宜在加工中心上加工 表 2-1 为孔加工精度与加工方法之间的相互关系, 图 2-6 所示为外圆加工的加工方法与加工精度的关系, 图 2-7 所示为平面加工方法的加工精度等级 详细内容可查阅有关工艺手册 表 2-1 孔加工精度与加工方法 ( 孔长度不大于直径 5 倍 ) 孔的精度 孔的毛坯性质在实体材料上加工孔预先铸出或热冲出的孔 H13 H12 一次钻孔 用扩孔钻钻孔或镗刀镗孔 H11 孔径不大于 10: 一次钻孔孔径大于 10~30: 钻孔及扩孔孔径大于 30~80: 钻孔 扩孔或钻 扩 镗孔 孔径不大于 80 粗扩 精扩或用镗刀粗镗 精镗或根据余量一次镗孔或扩孔 H10 H9 H8 H7 孔径不大于 10: 钻孔及铰孔孔径大于 10~30: 钻孔 扩孔及铰孔孔径大于 30~80: 钻孔 扩孔 铰孔或钻 镗 铰 ( 或镗 ) 孔径不大于 10: 钻孔 扩孔 铰孔孔径大于 10~30 钻孔 扩孔及一次或两次铰孔孔径大于 30~80 钻孔 扩孔 ( 或用镗刀分几次粗镗 ) 一次或二次铰孔 ( 或粗镗 ) 孔径不大于 80 用镗刀粗糙 ( 一次或二次, 根据余量而定 ) 铰孔 ( 或精镗 ) 孔径不大于 80 用镗刀粗镗 ( 一次或二次, 根据余量而定 ) 及半精镗, 精镗或精铰

38 第 2 章数控编程的工艺分析 29 粗车 IT11~IT13 R a 12.5~50 半精车 IT8~IT10 R a 3.2~6.3 磨削 IT7~IT8 R a 0.4~0.8 粗磨 IT7~IT8 R a 0.4~0.8 精车 IT7~IT8 R a 0.8~1.6 精磨 IT6~IT7 R a 0.1~0.4 滚压 ( 抛光 ) IT7~IT8 R a 0.025~0.2 精细车 IT6~IT7 Ra0.025~0.4 超精加工 IT5 R a 0.012~0.1 研磨 IT5 以上 R a 0.006~0.1 超精磨 IT5 以上 R a 0.006~0.025 图 2-6 外圆的加工方法与加工精度 拉削 IT7~IT9 R a 0.2~0.8 粗铣 ( 粗刨 ) IT11~IT13 R a 6.3~25 粗磨 IT8~IT9 R a 1.6~6.3 粗车 IT11~IT13 R a 12.5~50 精铣 ( 精刨 ) IT8~IT10 R a 1.6~6.3 精磨 IT6~IT7 R a 0.025~0.4 半精车 IT8~IT10 R a 3.2~6.3 刮研 IT6~IT7 R a 0.1~0.8 宽刀细刨 IT6 R a 0.2~0.8 研磨 IT5 以上 R a 0.006~0.1 精车 IT7~IT8 R a 0.8~1.6 图 2-7 常见平面加工方法的加工精度等级

39 30 数控加工编程与操作 2. 加工方案的确定 任何一种零件都是由平面 内外圆柱面 内外圆锥面和成形表面等简单几何表面组成的 因此, 确定各种零件的加工方案, 实际上就是依据零件要求的加工精度和表面粗糙度及零件的结构特点, 把每一几何表面的加工方案确定下来, 按合理的加工顺序排列起来, 也就确定了零件的加工工艺方案 确定加工方案时, 首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求, 初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法, 然后再确定其前面一系列的加工方法, 即获得该表面的加工方案 例如, 对于箱体上孔径不大的 IT7 级精度的孔, 先确定最终加工方法为精铰, 而精铰孔前则通常要经过钻孔 扩孔和粗铰等工序的加工 在确定表面的加工方案时, 可查阅有关工艺手册 3. 平面类零件斜面轮廓加工方案的选择 平面类零件中的斜面轮廓, 有固定斜角的外形轮廓和变斜角的外形轮廓两种, 如图 2-8 所示 (a) 固定斜角斜面加工 (b) 变斜角斜面加工 图 2-8 斜面轮廓加工 一个有固定斜角的外形轮廓可以采用不同的刀具进行加工 在实际加工中, 应根据零件的尺寸精度 倾斜角的大小 刀具的形状 零件的安装定位方法 编程的难易程度等因素, 选择一个较好的加工方案 具有变斜角的外形轮廓, 若单纯从技术上考虑, 最好的加工方案是采用多坐标联动的数控机床, 这样不但生产效率高, 而且加工质量也好 但是这种方案机床设备投资大, 生产费用高, 一般中小企业几乎无力购买, 因此应考虑其他可能的加工方案 例如可在两轴半坐标控制的数控铣床上用锥形铣刀或鼓形铣刀, 采用多次行切的方法进行加工, 为提高零件的表面加工质量, 对少量的加工残痕可用手工修磨

40 第 2 章数控编程的工艺分析 工序与工步的划分 在数控机床上加工零件, 工序可以比较集中, 在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序 首先应根据零件图纸, 考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工, 如不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工, 哪一部分在其他机床上加工, 即对零件的加工工序进行划分 1. 工序划分的原则 数控加工通常按下列原则划分工序 (1) 基面先行原则用作精基准的表面应优先加工出来, 因为定位基准的表面越精确, 装夹误差就越小 例如加工轴类零件时, 总是先加工中心孔, 再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面 又如箱体类零件总是先加工定位用的平面和两个定位孔, 再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面 (2) 先粗后精原则各个表面的加工顺序按照粗加工 半精加工 精加工 光整加工的顺序依次进行, 逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度 (3) 先主后次原则零件的主要工作表面 装配基面应先加工, 从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷 次要表面可穿插进行, 放在主要加工表面加工到一定程度后 最终精加工之前进行 (4) 先面后孔原则对箱体 支架类零件, 平面轮廓尺寸较大, 一般先加工平面, 再加工孔和其他尺寸 这样安排加工顺序, 一方面用加工过的平面定位, 稳定可靠 ; 另一方面在加工过的平面上加工孔, 比较容易, 并能提高孔的加工精度, 特别是钻孔时的轴线不易偏斜 2. 工序划分的方法 数控加工中, 工序划分一般有以下几种方法 (1) 按所用刀具划分工序为了减少换刀次数, 压缩空行程时间, 减少不必要的定位误差, 可按刀具集中的工序方法加工零件, 即在一次装夹中, 尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位, 然后再换另一把刀加工其他部位 在专用数控机床和加工中心中常用这种方法 (2) 按零件的装夹定位方式划分工序由于每个零件的结构形状不同, 各表面的技术要求也有所不同, 加工时的定位方式各有差异 一般加工外形时以内形定位 ; 加工内形时又以外形定位 因而可根据定位方式的不同来划分工序

41 32 数控加工编程与操作 (3) 按粗 精加工划分工序根据 零件的加工精度 刚度和变形等因素来划分工序时, 可按粗 精加工分开的原则划分工序, 即先粗加工再精加工 此时可用不同的机床或刀具进行加工 通常在一次装夹中, 不允许将零件某一部分表面加工图 2-9 按粗 精加工划分工序完毕后, 再加工零件的其他表面 如图 2-9 所示的零件, 应先切除整个零件的大部分余量, 再将其表面精车一遍, 以保证加工精度和表面粗糙度的要求 3. 工步的划分 工步的划分要从加工精度和效率两方面考虑 在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量对不同的表面进行加工 为了便于分析和描述较复杂的工序, 在工序内又细分为工步 工步划分的原则是 : (1) 同一表面按粗加工 半精加工 精加工依次完成, 或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行 (2) 对于既有铣面又有镗孔的零件, 可先铣面后镗孔 按此方法划分工步, 可以提高孔的加工精度 因为铣削时切削力较大, 工件易发生变形 先铣面后镗孔, 使其有一段时间恢复, 可减少由变形引起的对孔加工精度的影响 (3) 按刀具划分工步 某些机床工作台回转时间比换刀时间短, 可采用按刀具划分工步, 以减少换刀次数, 提高加工效率 总之, 工序与工步的划分要根据零件的结构特点 技术要求等情况综合考虑 下面通过一个实例来说明这些原则的应用 : 如图 2-10 所示, 该零件可以先在普通机床上把底面和四个轮廓面加工好 ( 先基面后其他 ), 其余的顶面 孔及沟槽安排在立式加工中心上完成 ( 工序集中原则 ), 加工中心工序按 先面后孔 粗精分开 先主后次 等原则可以划分为如下 15 个工步 : 粗铣顶面 钻 φ32 φ12 孔中心孔 钻 φ32 φ12 孔至 φ11.5 扩 φ32 孔至 φ30 图 2-10 零件简图

42 第 2 章数控编程的工艺分析 33 钻 3 φ6 孔至尺寸 粗铣 φ60 沉孔及沟槽 钻 4 M8 底孔至 φ6.8 镗 φ32 孔至 φ31.7 精铣顶面 铰 φ12 孔至尺寸 精镗 φ32 孔至尺寸 精铣 φ60 沉孔及沟槽至尺寸 φ12 孔口倒角 14)4 M8 孔口倒角 攻 4 M8 螺纹完成 此外, 在安排加工顺序时, 还要注意数控加工工序与普通加工 热处理和检验等工序的衔接 如果衔接得不好就容易产生矛盾, 最好的解决办法是建立工序间的相互状态联系, 在工艺文件中做到互审会签 如是否预留加工余量, 留多少 ; 定位基准的要求 ; 零件的热处理等, 都要前后兼顾, 统筹衔接 对刀点与换刀点的确定 所谓对刀是确定工件在机床上的位置, 也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系 对刀过程一般是从各坐标方向分别进行, 它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点 ( 即对刀点 ) 来实现 选择对刀点的原则是 : 便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置, 便于用数学处理和简化程序编制 ; 在机床上容易找正 ; 加工过程中便于检查 ; 引起的加工误差小 对刀点可以设在工件 夹具或机床上, 但必须与工件的定位基准 ( 相当于与工件坐标系 ) 有已知的准确关系 ( 如图 2-11 中的 x 0 和 y 0 ), 这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系 为了提高加工精度, 对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上, 如以孔定位的工件, 可选孔的中心作为对刀点 刀具的位置则以此孔来找正, 使 刀位点 与 对刀点 重合 工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上, 然后转动机床主轴, 以使 刀位点 与对刀点一致 一致性越好, 对刀精度越高 所谓 刀位点 是指车刀 镗刀的刀尖 ; 钻头的钻尖 ; 立铣刀 端铣刀刀头底面的中心, 球头铣刀的球头中心, 如图 2-12 所示 零件安装后, 工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系 在工件坐标系设定后, 从对刀点开始的第一个程序段的坐标值为对刀点在机床坐标系中的坐标值 (x 0,y 0 ) 当按绝对值编程时, 不管对刀点和工件原点是否重合, 都是 x 2 y 2 当按增量值编程时, 对刀点与工件原点重合时, 第一个程序段的坐标值是 x 2 y 2 ; 不重合时, 则为 (x 1 +x 2 ) (y 1 +y 2 )

43 34 数控加工编程与操作 对刀点既是程序的起点, 也是程序的终点 因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度, 该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值 (x 0,y 0 ) 来校核 加工过程中需要换刀时, 应规定换刀点 所谓 换刀点 是指刀架转位换刀时的位置 该点可以是某一固定点 ( 如加工中心机床, 其换刀机械手的位置是固定的 ), 也可以是任意的一点 ( 如车床 ) 换刀点应设在工件或夹具的外部, 以刀架转位时不碰工件及其他部件为准, 其设定值可用实际测量方法或计算确定 图 2-11 对刀点与换刀点 图 2-12 刀位点 刀具走刀路线的确定 走刀路线是指数控加工过程中刀具刀位点相对于被加工工件的运动轨迹 设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一 1. 确定走刀路线的原则 (1) 保证被加工工件的精度和表面质量 如图 2-13 所示, 在铣削封闭的凹轮廓时, 刀具的切入 切出最好选在两面的交界处, 否则会产生刀痕 为保证表面质量, 最好选择图中 (b) 或 (c) 所示的走刀路线 (a) 行切法 (b) 环切法 (c) 行切 + 环切法

44 第 2 章数控编程的工艺分析 35 图 2-13 封闭凹轮廓的走刀路线 (2) 尽量缩短走刀路线, 减少刀具的空行程, 提高生产率 如图 2-14 所示为圆周均布孔的加工路线, 采用图 (b) 所示的走刀路线可比图 (a) 所示节省近一半的定位时间 (a) (b) 图 2-14 圆周均布孔的加工路线 (3) 应使数值计算简单, 程序段少, 以减少编程工作量 在实际应用中, 往往要根据具体的加工情况灵活应用以上原则选择合适的走刀路线 下面以数控车床上车削圆弧为例作简要分析 数控车床上加工圆弧时, 一般需要多次走刀, 先粗车将大部分余量切除, 最后精车成形 如图 2-15 所示, 在车圆弧时, 先粗车成阶梯形, 最后一次走刀精车出圆弧 该方法在确定了每刀背吃刀量 a p 后, 须精确计算出每次走刀的 z 向终点坐标, 即求出圆弧与直线的交点 因此, 数值计算较繁, 但刀具切削加工路线短 图 2-16(a) 所示, 先按不同的半径的同心圆来车削, 最后将所需圆弧加工出来 该方法在确定了每刀背吃刀量 a p 后, 对于 90 圆弧的起点和终点坐标很容易确定, 数值计算简单, 编程方便, 一般在圆弧尺寸较小时常采用 而按图 2-16(b) 所示加工时, 空行程时间较长 图 2-15 阶梯走刀路线车圆弧 2. 辅助程序段的设计 (1) 轮廓加工的进退刀路径设计 (a) (b) 图 2-16 同心圆弧走刀路线车圆弧

45 36 数控加工编程与操作 在对零件的轮廓进行加工时, 为了保证零件的加工精度和表面粗糙度符合要求, 应合理地设计进退刀路径 如图 2-17 所示, 当铣削平面零件外轮廓时, 一般采用立铣刀侧刃切削 刀具切入工件时, 应避免沿零件外廓的法向切入, 而应沿外廓曲线延长线的切向切入, 以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量, 保证零件外廓曲线平滑过渡 同理, 在切离工件时, 也应避免在工件的轮廓处直接退刀, 而应该沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件 图 2-17 外轮廓加工刀具的切入和切出铣削封闭的内轮廓表面时, 若内轮廓曲线允许外延, 则应沿切线方向切入切出 若内轮廓曲线不允许外延, 见图 2-18(a) 刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出, 此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处 当内部几何元素相切无交点时, 见图 2-18 (b), 为防止刀具在轮廓拐角处留下凹口, 刀具切入切出点应远离拐角 正确的切入 切出点 (a) (b) 图 2-18 内轮廓加工刀具的切入和切出 如图 2-19 所示, 用圆弧插补方式铣削外整圆时, 当整圆加工完毕时, 不要在切点处直接退刀, 而应让刀具沿切线方向多运动一段距离, 以免取消刀补时, 刀具与工件表面相碰, 造成工件报废 铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则, 最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线 ( 见图 2-20), 这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量 (2) 孔加工时引伸距离的确定孔加工在确定轴向尺寸时, 应考虑一些辅助尺寸, 包括刀具的引入距离和超越距离 数控钻孔的尺寸关系如图 2-21 所示, 图中各参数的含义如下 :

46 第 2 章数控编程的工艺分析 37 Z d 被加工孔的深度 (mm); ΔZ 刀具的轴向引入距离 (mm), 其经验数据为已加工面钻 镗 铰孔 ΔZ =1~3 mm; 毛坯面上钻 镗 铰孔 ΔZ =5~8 mm; 铣削前攻螺纹时 ΔZ =5~10 mm; Z P 钻头锥孔深度 (mm) Z P =Dcotθ/2=0.3D Z f 刀具轴向位移量, 即程序中的坐标尺寸 (mm), Z f =Z d +ΔZ+Z P 钻孔时刀具超越距离为 1~3 mm 工作轮廓 铣外圆 刀具中心运动轨迹 铣内圆 原点 原点 圆弧切入点 X X: 切出时多走的距离 取消刀补点 图 2-19 外圆铣削 图 2-20 内圆铣削 (3) 螺纹加工的引伸距离的确定在数控车床上车螺纹时, 沿螺距方向的 Z 向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速度比例关系, 因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削 为此要有引入距离 δ 1 和超越距离 δ 2 如第 3 章中图 3-40 所示,δ 1 和 δ 2 的数值与车床拖动系统的动态特性 螺纹的螺距和精度有关 3. 曲面加工路线的确定 铣削曲面时, 常用球头刀采用行切法进行加工 所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的, 而 图 2-21 数控钻孔的尺寸关系

47 38 数控加工编程与操作 行间的距离是按零件加工精度的要求确定的 对于边界敞开的曲面加工, 可采用两种走刀路线 图 2-22 所示为发动机大叶片, 采用图 2-22(a) 所示的加工方案时, 每次沿直线加工, 刀位点计算简单, 程序少, 加工过程符合直纹面的形成, 可以准确保证母线的直线度 当采用图 2-22(b) 所示的加工方案时, 符合这类零件数据给出情况, 便于加工后检验, 叶形的准确度较高, 但程序较多 由于曲面零件的边界是敞开的, 没有其他表面限制, 所以边界曲面可以延伸, 球头刀应由边界外开始加工 (a) (b) 图 2-22 曲面加工的走刀路线 工件的装夹与夹具的选择 在数控加工时, 无论数控机床本身具有多高的精度, 如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜, 就会因此降低零件加工精度 要正确装夹工件, 必须合理地选用数控夹具, 才能保证加工出高质量的产品 1. 工件装夹的基本原则 数控加工时, 工件装夹的基本原则与普通机床相同, 都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案 为了提高数控加工的生产率, 在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点 : (1) 力求设计基准 工艺基准与编程计算的基准统一 (2) 尽量减少工件的装夹次数和辅助时间, 即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面

48 第 2 章数控编程的工艺分析 39 (3) 避免采用占机人工调整方案, 以充分发挥数控机床的效能 (4) 对于加工中心, 工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工, 要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响 如进行单工位单面加工, 应将工件向工作台一侧放置 ; 若是四工位面加工, 则应将工件放置在工作台的正中位置 这样可减少刀杆伸出长度, 提高其刚度 2. 选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求 : (1) 要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定 ; (2) 要协调工件和机床坐标系的尺寸关系 除此之外, 还要考虑以下几点 : (1) 在单件小批生产条件下, 应尽量采用组合夹具 可调夹具及其他通用夹具, 以缩短生产准备时间, 提高生产率 (2) 在成批生产时才考虑采用专用夹具, 并力求结构简单 (3) 采用辅助时间短的夹具, 即工件的装卸要迅速 方便 可靠 (4) 为满足数控加工精度, 要求夹具定位 夹紧精度高 (5) 夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工, 即夹具要敞开, 其定位 夹紧机构元件不能影响加工时刀具的进给 ( 如产生碰撞等 ) (6) 便于清扫切屑 如图 2-23 所示为加工中心上用组合夹具装夹工件示意图 刀具的选择 图 2-23 工件的装夹 刀具的合理选择和使用, 对于提高数控加工效率 降低生产成本 缩短交货期及加快新产品开发等方面有十分重要的作用 国外有资料表明, 刀具费用一般占制造成本的 2.5%~4%, 但它却直接影响占制造成本 20% 的机床费用和 38% 的人工费用 如果进给速度和切削速度提高 15%~20%, 则可降低制造成本 10%~15% 这说明使用好刀具会增加成本, 但效率提高则会使机床费用和人工费用有很大的降低, 这正是工业发达国家制造业所采取的加工策略之一

49 40 数控加工编程与操作 1. 数控加工常用刀具的种类及特点 数控加工刀具必须适应数控机床高速 高效和自动化程度高的特点, 一般应包括通用刀具 通用连接刀柄及少量专用刀柄 刀柄要连接刀具并装在机床动力头上, 因此已逐渐标准化和系列化 数控刀具的分类有多种方法 根据刀具结构可分为 : (1) 整体式 (2) 镶嵌式 : 包括刀片采用焊接或机夹式连接, 机夹式又可分为不转位和可转位两种 (3) 特殊型式, 如复合式刀具, 减振式刀具等 根据制造刀具所用的材料可分为 : (1) 高速钢刀具 (2) 硬质合金刀具 (3) 陶瓷刀具 (4) 其他材料刀具, 如金刚石刀具 立方氮化硼刀具等 从切削工艺上可分为 : (1) 车削刀具, 分外圆 内孔 螺纹 切割刀具等多种 (2) 钻削刀具, 包括钻头 铰刀 丝锥等 (3) 镗削刀具 (4) 铣削刀具等 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比, 有许多不同的要求, 主要有以下特点 : (1) 刚性好 ( 尤其是粗加工刀具 ), 精度高, 抗振及热变形小 (2) 互换性好, 便于快速换刀 (3) 寿命高, 切削性能稳定 可靠 (4) 刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间 (5) 刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除 (6) 系列化 标准化, 以利于编程和刀具管理 2. 可转位刀具 可转位刀具是将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片, 用机械夹固的方法夹紧在刀体上的一种刀具 使用过程中一个切削刃磨钝后, 只要将刀片的夹紧松开, 转位或更换刀片, 使新的切削刃进入工作位置, 再经夹紧就可以继续使用 可转位刀片与焊接式刀具相比有以下特点 : 刀片成为独立的功能元件, 其切削性能得到了扩展和提高 ; 机械夹固式避免了焊接工艺的影响和限制, 更利于根据加工对象选择各种材料的刀片, 并充分地发挥了其切削性能, 从而提高了切削效率 ; 切削刃空间位置相对刀体固定不变, 节省了换刀 对刀等所需的辅助时间, 提高了机床的利用率 由于可转位刀具切削效率高, 辅助时间少, 所以提高了工效, 而且可转位刀具的刀体

50 第 2 章数控编程的工艺分析 41 可重复使用, 节约了钢材和制造费用, 因此其经济性好 可转位刀具的发展极大地促进了刀具技术的进步, 同时可转位刀体的专业化 标准化生产又促进了刀体制造工艺的发展 近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用, 数量上已达到整个数控刀具的 30%~40%, 金属切除量占总数的 80%~90% 可转位刀具的种类和用途见表 2-2 所示 表 2-2 可转位刀具的种类和用途 刀具名称 用 途 普通形式面铣刀 适于铣削大的平面, 用于不同深度的粗加工 半精加工 可转位精密面铣刀 适用于表面质量要求高的场合, 用于精铣 适于钢 铸钢 铸铁的粗加工, 能承受较大的切削力, 可转位立装面铣刀可转位面铣刀适于重切削 可转位圆刀片面铣刀 适于加工平面或根部有圆角台肩 筋条以及难加工材料, 小规格的还可用于加工曲面 可转位密齿面铣刀 适于铣削短切屑材料以及较大平面和较小余量的钢件, 切削效率高 可转位三面刃铣刀 可转位三面刃铣刀 适用于铣削较深和较窄的台阶面和沟槽 可转位两面刃铣刀 可转位两面刃铣刀 适用于铣削深的台阶面, 可组合起来用于多组台阶面的铣削 可转位立铣刀 可转位立铣刀 适于铣削浅槽 台阶面和盲孔的铣孔加工 适于直槽 台阶 特殊形状及圆弧插补的铣削, 适于可转位螺旋立铣刀平装形式螺旋立铣刀高效率的粗加工或半精加工 ( 玉米铣刀 ) 立装形式螺旋立铣刀适于重切削, 机床刚性要好 普通形球头立铣刀 适于模腔内腔及过渡 R 的外形面的粗加工, 半精加工 可转位球头立铣刀适于模具工业 航空工业和汽车工业的仿形加工, 用曲线刃球头立铣刀于粗铣 半精铣各种复杂形面, 也可以用于精铣 可转位浅孔钻 可转位浅孔钻 适于高效率加工铸铁 碳钢 合金钢等, 可进行钻孔 铣切等 可转位成形铣刀 可转位成形铣刀 适于各种形面的高效加工, 可用于重切削 可转位自夹紧切断刀 可转位自夹紧切断刀 适于对工件的切断 切槽 可转位车刀 可转位车刀 适于各种材料的粗车 半精车及精车 3. 刀具材料及其合理选用 在数控加工中, 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率 工件的加工精度和表面质量 刀具消耗和加工成本 数控加工中除了使用各种高速钢和普通硬质合金刀具外, 还广泛使用各种新型硬质合金 ( 包括金属陶瓷 超细晶粒硬质合金和涂层硬质合金 ) 陶瓷和超硬刀具材料 (1) 金属陶瓷即 TiC(N) 基硬质合金, 其性能介于陶瓷和硬质合金之间, 有接近陶瓷的硬度和耐热性, 加工时与钢的摩擦系数小, 耐热性好, 其抗弯强度和断裂韧性比陶

51 42 数控加工编程与操作 瓷高 因此, 金属陶瓷可作为高速切削加工刀具材料, 用于精车时, 切削速度可比普通硬质合金提高产品质量的 20%~50% 目前, 日本的金属陶瓷刀具已经占硬质合金刀具总量的 30%~40% 世界上该类刀具应用面也呈迅速扩大的趋势 (2) 超细晶粒硬质合金这种材料与普通晶粒硬质合金相比主要特点是 : 1 提高了硬质合金的硬度和耐磨性, 适合于加工高硬度难加工材料 试验表明, 当 WC 晶粒的平均尺寸由 5 μm 减小到 1 μm 时, 可使硬质合金的耐磨性提高 10 倍 2 提高了抗弯强度和冲击韧度, 部分超细晶粒硬质合金的强度已接近高速钢, 有很高的切削刃强度, 适合于做小尺寸整体式的铣刀 钻头和切断刀等 3 超细晶粒硬质合金的晶粒极细, 可以磨出非常锋利的刀刃和刀尖圆弧半径, 适用于精细加工 (3) 涂层硬质合金这种材料是在普通硬质合金刀片表面, 采用化学气相沉积 (CVD) 或物理气相沉积 (PVD) 的工艺方法, 涂覆一薄层 ( 约 5~12 μm) 高硬度难熔金属化合物 (TiC TiN Al 2 O 3 等 ), 使刀片既保持了普通硬质合金基体的强度和韧性, 又使表面有更高的硬度和耐磨性 实验证明, 使用涂层刀片的刀具高速切削钢件和铸件时比未涂层刀片的刀具寿命提高 2~5 倍以上 另外, 涂层刀片通用性好, 一种涂层刀片可以代替几种未涂层刀片使用, 大大简化了刀具管理和降低了刀具成本 (4) 陶瓷材料这种材料与硬质合金相比主要特点是 : 1 有很高的硬度和耐磨性, 加工钢件时寿命可达硬质合金的 10~20 倍 2 有很好的高温性能, 在 1200 以上的高温下仍可进行切削, 适合于高速切削, 允许的切削速度比硬质合金高 3~10 倍 3 摩擦系数低, 减少了切屑 刀具和工件之间的摩擦, 产生粘结和积屑瘤的可能性减小 这样不但减小了刀具磨损, 提高了刀具寿命, 而且使被加工工件的表面粗糙度值减小, 有时可获得以车代磨或以铣代磨的效果, 在高速精车或精密铣削时可获得镜面效果 4 使用的主要原料氧化铝 氧化硅等是地壳中最丰富的元素, 对节省贵重金属具有十分重要的意义 5 这种材料的最大缺点是脆性大, 抗弯强度和冲击韧度比硬质合金低 (5) 超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料, 包括单晶金刚石 聚晶金刚石 (PCD) 聚晶立方氮化硼 (PCBN) 和 CVD 金刚石等 超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具, 其中以人造金刚石复合片 (PCD) 刀具及立方氮化硼复合片 (PCBN) 刀具占主导地位 许多切削加工概念, 如绿色加工 以车代磨 以铣代磨 硬态加工 高速切削 干式切削等都因超硬刀具的应用而起, 故应用超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段 随着科技的进步, 制造业的高速发展, 数控加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用, 超硬刀具的生产及应用也越来越广泛 PCD 和 PCBN 刀具已广泛应用于机械加工的各个行业, 如汽车零部件的切削加工, 强化木地板的加工等, 极大地促进了切削加工及先进制造技术的飞速发展

52 第 2 章数控编程的工艺分析 切削刀具的分类 对于不同的加工材料和切削条件, 应选择适当的刀片材料, 以便达到最佳的切削效果 一般在刀具制造商的产品目录中, 都会给出根据加工工件材料选择刀片材料的推荐表, 有的还要考虑刀片的几何角度等因素 对于硬质合金材料,ISO 标准把所有牌号分成用颜色标志的三大类, 分别用 P M 和 K 表示 : (1)P 类 ( 蓝色 ) 系高合金化的硬质合金牌号 这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属, 如中碳钢 铸钢等 (2)M 类 ( 黄色 ) 系中合金化的硬质合金牌号 这类合金为通用型, 适于加工长切屑或短切屑的黑色金属及有色金属, 如碳钢 铸钢 铸铁 高锰钢等 (3)K 类 ( 红色 ) 系单纯 WC 的硬质合金牌号 主要用于加工短切屑的黑色金属 有色金属及非金属材料, 如很硬的铸铁 淬火钢 铜合金 塑料等 每一种中的各个牌号分别以一个 01~50 之间的数字表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金, 以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用 例如,P01 级刀片是属于精加工高速切削刀片,P50 级则属于粗加工低速切削刀片 根据使用需要, 在两个相邻的分类代号之间, 可插入一个中间代号, 如在 P10 和 P20 之间插入 P15,K20 和 K30 之间插入 K25 等, 但不能多于一个 我国将硬质合金分为以下三类 : (1) 钨钴类 (WC-Co) 其代号为 YG, 相当于 ISO 标准的 K 类 它由碳化钨和钴组成, 牌号中的数字为钴的质量百分数 常用牌号有 YG8 YG6 YG3, 它们分别适用于粗加工 半精加工和精加工 该类合金主要用于加工铸铁 有色金属及非金属材料 (2) 钨钛钴类 (WC-Ti-Co) 其代号为 YT, 相当于 ISO 标准的 P 类, 代号后的数字为该牌号台金含 TiC 的质量百分数, 该类合金适用于加工钢材 粗加工宜选用含钴量较多 ( 含 TiC 较少 ) 的牌号, 精加工宜选用含钴量较少 ( 含 TiC 较多 ) 的牌号 常用牌号有 YT5,YT15 YT30, 它们分别适用于粗加工 半精加工和精加工 (3) 钨钛钽 ( 铌 ) 钴类 (WC-TiC-TaC-(NbC)-Co) 其代号为 YW, 相当于 ISO 标准的 M 类 YW 类合金兼有 YG 类和 YT 类合金的大部分优良性能, 故被称为通用合金 它既可以加工铸铁 有色金属, 也可用于加工钢 常用牌号有 YW1 YW2 YW1 扩展了 YT 类合金的使用性能, 能承受一定的冲击载荷, 通用性较好 ;YW2 耐磨性稍次于 YW1, 但使用强度较高, 能承受较大的冲击载荷 5. 数控加工刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一, 它不仅影响机床的加工效率, 而且直接影响加工质量, 数控加工对刀具的要求更高, 不仅要求精度高 强度大 刚度好 耐用度高, 而且要求尺寸稳定 安装调整方便 这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具,

53 44 数控加工编程与操作 并合理选择刀具结构 几何参数 (1) 数控车刀的类型与刀片选择数控车刀常见的类型有尖形车刀 圆弧形车刀和成型车刀 为减少换刀时间和方便对刀, 便于实现机械加工的标准化, 数控车削加工时, 应尽量采用机夹可转位式车刀, 其刀片常见形式如图 2-24 所示 (a)t 型 (b)f 型 (c)w 型 (d)s 型 (e)p 型 (f)d 型 (g)r 型 (h)c 型 图 2-24 常见可转位车刀刀片 常见刀片材料有高速钢 硬质合金 涂层硬质合金 陶瓷 立方氮化硼和金刚石等, 其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片 选择刀片材质主要依据被加工工件的材料 被加工表面的精度 表面质量要求 切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等 刀片形状 几何尺寸的选择, 主要依据被加工工件的表面形状 切削方法 刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择 被加工表面与适用的刀片形状可参考表 2-3 选取, 表中刀片型号组成见国家标准 GB 表 2-3 被加工表面与适用的刀片形状 车削外圆表面 主偏角 刀片形状及加工示意 SCMA SPMR SCMA SPMR TCMA TNMM-8 SCMM SPUM 推荐选 SCMM SNMM-8 SCMM SNMC TCMM SCMA SPMR 用刀片 SPUN SNMM-9 SPUN SPGR TPUN SNMA CCMA CCMM CNMM-7

54 第 2 章数控编程的工艺分析 45 车削端面车削成型面 主偏角 刀片形状及加工示意 SCMA SPMR TNUN TNMA 推荐选 TPUN SCMM SPUR TCMA TPUM CCMA 用刀片 TPMR SPUN CNMC TCMM TPMR 主偏角 刀片形状及加工示意 推荐选用刀片 RCMM RNNC TNMM-8 TNMC TNMA ( 续表 ) 需要注意的是 : 编程时要考虑数控车刀主偏角和副偏角的合理选择, 特别是零件轮廓非单一曲线组成的情况 主偏角的大小决定于工件形状, 例如车阶梯轴时, 则需用 K r >90 的刀具 ; 而副偏角的选择要考虑是否与已加工表面轮廓产生干涉 (2) 数控铣刀的选择选用数控铣刀时应注意以下几点 : 1 在数控机床上铣削平面时, 应采用可转位式硬质合金刀片铣刀 一般采用两次走刀, 一次粗铣 一次精铣 当连续切削时, 粗铣刀直径要小些, 以减小切削扭矩, 精铣刀直径要大一些, 最好能包容待加工表面的整个宽度 加工余量大且加工表面又不均匀时, 刀具直径要选得小一些, 否则, 当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量 2 高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽, 最好不要用于加工毛坯面, 因为毛坯面有硬化层和夹砂现象, 会加速刀具的磨损 3 加工余量较小, 并且要求表面粗糙度较低时, 应采用立方氮化硼 (CBN) 刀片端铣刀或陶瓷刀片端铣刀 4 镶硬质合金立铣刀可用于加工凹槽 窗口面 凸台面和毛坯表面 5 镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削, 铣削毛坯表面和用于孔的粗加工 6 加工精度要求较高的凹槽时, 可采用直径比槽宽小一些的立铣刀, 先铣槽的中间部分, 然后利用刀具的半径补偿功能铣削槽的两边, 直到达到精度要求为止 7 在数控铣床上钻孔, 一般不采用钻模 钻孔深度为直径的 5 倍左右的深孔加工, 容易折断钻头, 可采用固定循环程序, 多次自动进退, 以利于冷却和排屑 钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或采用一个刚性好的短钻头锪窝引正 锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外, 还可以替代孔口倒角

55 46 数控加工编程与操作 铣刀的种类 形式繁多, 限于篇幅, 在此不一一叙述各种铣刀尺寸的选择方法 下面以立铣刀为例 ( 见图 2-25), 推荐按下述经验数据选取 : 1 刀具半径 r 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径 ρ, 一般取 r=(0.8~0.9)ρ 2 零件的加工高度 H ( 1 ~ ) r, 以保证刀具具有足够的刚度 3 对不通孔 ( 深槽 ), 选取 l=h+(5~10) mm(l 为刀具切削部分长度,H 为零件高度 ) 4 加工外形及通槽时, 选取 l=h+r ε +(5~10) mm(r ε 为刀尖半径 ) 5 粗加工内轮廓面时 ( 见图 2-26), 铣刀最大直径 D 粗可按下式计算 : 2 (δ sinϕ/2 - δ 1) D = + D 粗 1 sin ϕ / 2 式中 :D 轮廓的最小凹圆角直径 ; δ 圆角邻边夹角等分线上的精加工余量 ; δ 1 精加工余量 ; ϕ 圆角两邻边的夹角 6 加工筋时, 刀具直径为 D=(5~10)b(b 为筋的厚度 ) 图 2-25 立铣刀尺寸选择 图 2-26 粗加工铣刀直径估算法 对一些立体平面和变斜角轮廓外形的加工, 常用球头铣刀 环形铣刀 鼓形刀 锥形刀和盘形刀 ( 见图 2-27) R (a) 球头刀 (b) 环形铣刀 (c) 鼓形刀 (d) 锥形刀 (e) 盘形刀 图 2-27 常用铣刀

56 第 2 章数控编程的工艺分析 47 曲面加工常采用球头铣刀, 但加工曲面较平坦部位时, 刀具以球头顶端刃切削, 切削条件较差, 因而应采用环形刀 在单件或小批量生产中, 为取代多坐标联动机床, 常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件, 加镶齿盘铣刀, 适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面, 其效率比用球头铣刀高近 10 倍, 并可获得更好的加工精度 在加工中心上, 各种刀具分别装在刀库上, 按程序规定随时进行选刀和换刀工作 因此必须有一套连接普通刀具的接杆, 以便使钻 镗 扩 铰 铣削等工序用的标准刀具, 迅速 准确地装到机床主轴或刀库上去 作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法 调整范围, 以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸 目前我国的加工中心采用 TSG 工具系统, 其柄部有直柄 ( 三种规格 ) 和锥柄 ( 四种规格 ) 两种, 共包括 16 种不同用途的刀柄 切削用量的确定 切削用量包括主轴转速 ( 切削速度 ) 背吃刀量和进给量( 或进给速度 ) 切削用量的合理选择将直接影响加工精度 表面质量 生产率和经济性, 其确定原则与普通加工相似 合理选择切削用量的原则是 : 粗加工时, 一般以提高生产率为主, 但也应考虑经济性和生产成本 因此, 在工艺系统刚度允许的情况下, 应充分利用机床功率, 发挥刀具切削性能, 选取较大的背吃刀量 a p 和进给量 f, 但不宜选取较高的切削速度 v c 半精加工和精加工时, 在保证加工质量 ( 即加工精度和表面粗糙度 ) 的前提下, 兼顾切削效率 经济性和生产成本, 一般应选取较小的背吃刀量 a p 和进给量 f, 以及尽可能高的切削速度 v c 具体数据应根据机床使用说明书 切削用量手册, 并结合实际经验加以修正确定 (1) 主轴转速 n (r min -1 ) 主轴转速 n 主要根据允许的切削速度 (m min -1 ) 来选取 计算公式为 : 1000v n = c πd 式中 :v c 切削速度,m min -1 D 工件或刀具的直径,mm 在确定主轴转速时, 首先需要根据零件和刀具材料以及加工性质 ( 如粗 精加工 ) 等条件来确定其允许的切削速度 切削速度为切削用量中对切削加工影响最大的因素 它对加工效率 刀具寿命 切削力 表面粗糙度 振动 安全等会产生很大的影响 增大切削速度, 可提高切削效率, 减小表面粗糙度值, 但却使刀具耐用度降低 因此, 要综合考虑切削条件和要求, 选择适当的切削速度, 通常以经济切削速度切削工件 经济切削速度是指刀具耐用度确定为 60~100 min 的切削速度 确定切削速度时可根据刀具产品目录或切削手册, 并结合实际经验加以修正确定 需

57 48 数控加工编程与操作 要注意的是, 一般刀具目录中提供的切削速度推荐值是按刀具耐用度为 30 min 给出的, 假如加工中要使刀具耐用度延长到 60 min, 则切削速度应取推荐值的 70%~80%; 反之, 如果采用高速切削, 耐用度选 15 min, 则切削速度可取推荐值的 1.2~1.3 倍 另外, 切削速度 v c 与加工材料也有很大关系, 例如用立铣刀铣削合金钢 30CrNi2MoVA 时, 可采用 8m min -1 左右 ; 而用同样的立铣刀铣削铝合金时, 可选 200 m min -1 以上 表 2-4 列出了车削常用金属材料的切削速度, 表 2-5 列出了铣削时的切削速度, 可供参考 表 2-4 车削加工时的切削速度 工件材料 抗拉强度 /(N m -2 ) 或刚度 刀具材料 粗加工 /(m min -1 ) 精加工 /(m min -1 ) 350~400 A 40~50 60~75 B 130~ ~300 钢 430~500 A 30~35 50~70 B 100~ ~ ~700 A 22~28 30~40 B 100~ ~ ~850 A 18~24 35~40 B 70~90 100~130 铸铁 140~190HB A 18~25 30~35 B 60~90 90~130 锡青铜 65~95HB A 40~50 60~75 B 250~ ~400 95~125HB A 30~35 40~50 B 150~ ~300 铝 A 150~ ~250 B 600~ ~1000 注 :A 高速钢 ;B 硬质合金 表 2-5 铣削加工时的切削速度 工件材料 粗加工精加工抗拉强度 (N m -2 刀具材料切削速度进给量切削速度进给量 ) 或刚度 (m min -1 ) (mm r -1 ) (m min -1 ) (mm r -1 ) 钢 500~700 P25 80~ ~ ~ ~1000 P40 60~ ~0.4 80~ 铸铁 200~300HB K20 60~90 0.3~0.5 60~ 黄铜 80~120HB K20 150~ ~ ~ 青铜 60~100HB K20 100~ ~ ~ 主轴转速 n 要根据计算值在编程中给予规定 数控机床的控制面板上一般备有 主轴转速调整率 旋钮, 可在加工过程中对主轴转速进行倍数调整

58 第 2 章数控编程的工艺分析 49 (2) 背吃刀量 a p (mm) 背吃刀量 a p 主要根据机床 夹具 刀具和工件所组成的加工工艺系统的刚性来确定 在系统刚性允许的情况下, 应以最少的进给次数切净余量, 最好一次切除全部加工余量, 以提高生产率 为了保证加工精度和表面粗糙度, 一般都留有一定的精加工余量, 其大小可小于普通加工的精加工余量, 一般取车削和镗削的精加工余量为 0.1~0.5 mm, 铣削的精加工余量为 0.2~0.8 mm (3) 进给量 f (mm r -1 ) 或进给速度 F (mm min -1 ) 前面已经指出, 如果通过提高切削速度来提高切削效率, 将会使刀具耐用度降低, 从而增加因刀具更换所需的辅助时间 由于受数控机床输出转矩的限制, 用增大进给量的方法来提高切削效率更为有效 在刀具许可的范围内, 增加进给量, 将使刀具耐用度降低的情况减至最小 但增加进给量会对表面粗糙度或切屑处理产生影响 粗加工时, 影响进给量选择的主要因素是工艺系统的刚性和高生产率的要求 精加工时, 影响进给量选择的主要因素是加工精度和表面粗糙度的要求 因此, 粗加工时应选较大的进给量, 精加工时应选较小的进给量 在加工过程中,f 也可通过机床控制面板上的 切削进给率 旋钮进行人工调整, 但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制 在选择进给速度时, 还要注意零件加工的某些特殊因素 例如在轮廓加工中, 当工件轮廓有拐角时刀具容易产生 超程 或 欠程 现象, 从而引起加工误差 如图 2-28 所示, 铣刀由 A 向 B 运动, 当进给速度较高时, 由于惯性作用, 在拐角 B 处可能出现 超程 现象, 即将拐角处的金属多切去一些, 使轮廓表面产生误差 其解决办法是 : 在编程时, 在接近拐角前适当地降低进给速度, 过拐角后图 2-28 超程误差及控制再逐渐增速 即在 AA' 段使用正常的进给速度, 到 A' 处开始减速, 过 B 后再逐步恢复到正常进给速度, 从而减少超程量 目前一些先进的 CNC 系统 ( 如 FANUC 0M) 具有自动拐角倍率功能 ( 如图 2-29 所示 ), 在刀具半径补偿方式下切削内拐角时, 进给速度自动减速, 从而防止刀具在拐角处发生 超程 现象, 同时可获得良好的表面质量 F/(m min -1 ) 拐角处降低进给速度 拐角圆弧处降低进给速度 图 2-29 自动拐角倍率功能

59 50 数控加工编程与操作 程编误差及其控制 除零件程序编制过程中产生的误差外, 影响数控加工精度的还有很多其他误差因素, 如机床误差 系统插补误差 伺服动态误差 定位误差 对刀误差 刀具磨损误差 工件变形误差等, 而且它们是加工误差的主要来源 因此, 零件加工要求的公差允许分配给编程的误差只能占很小一部分, 一般应控制在零件公差要求的 10%~20% 以内 程序编制中产生的误差主要由下述三部分组成 : (1) 几何建模误差这是用近似方法表达零件轮廓形状时所产生的误差 例如, 当需要仿制已有零件而又无法考证零件外形的准确数学表达式时, 只能实测一组离散点的坐标值, 用样条曲线或曲面拟合后编程 近似方程所表示的形状与原始零件之间有误差, 但一般情况下较难确定这个误差的大小 (2) 逼近误差逼近误差包括两个方面 : 一是用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线或复杂刀具轨迹所产生的误差 减小这个误差的最简单的方法是减小逼近线段的长度, 但这将增加程序段数量和计算时间 另一方面的误差是在三维曲面加工时采用行切加工方法对实际型面进行近似包络成形, 减小这个误差的最简单的方法是减小走刀行距, 但这不仅会成倍增加程序段数量和计算时间, 更重要的是将大大降低加工效率 (3) 尺寸圆整误差尺寸圆整误差它是指计算过程中由于计算精度而引起的误差 在点位数控加工中, 程编误差只包含尺寸圆整误差 在轮廓加工中, 尺寸圆整误差所占的比例较小, 相对于其他误差来说, 该项误差一般可以忽略不计 对于点位加工和由直线 圆弧构成的二维轮廓加工, 基本上不存在程编误差问题 但在复杂轮廓加工特别是三维曲面加工时, 程编误差 ( 主要是逼近误差 ) 的合理控制是必须充分重视的问题之一 2.3 数控编程中的数学处理 编程时的数学处理就是根据零件图样, 按照已确定的加工路线和程编误差, 计算出编程时所需数据的过程 其中, 主要是计算零件轮廓或刀具中心轨迹的基点和节点坐标 基点坐标计算 基点是指构成零件轮廓的不同几何要素的交点或切点, 如直线与直线的交点 直线与

60 第 2 章数控编程的工艺分析 51 圆弧的交点或切点 圆弧与圆弧的交点或切点等 数控机床一般都具有直线和圆弧插补功能, 因此, 对于由直线和圆弧组成的平面轮廓零件, 编程时主要是求各基点坐标 基点坐标计算的方法一般比较简单, 可根据零件图样给定的尺寸, 运用代数 三角 几何或解析几何的有关知识, 直接计算出数值 节点坐标计算 只具有直线和圆弧插补的数控机床无法直接加工除直线和圆弧以外的曲线, 如渐开线 阿基米德螺旋线 双曲线 抛物线等这些非圆方程 y=f (x) 组成的曲线, 以及一系列实验或经验数据表示的 没有表达轮廓形状的曲线方程的曲线 ( 称为列表曲线 ), 只能用直线或圆弧去逼近这些曲线 即将轮廓曲线按编程允许的误差分割成许多小段, 再用直线或圆弧去逼近这些小段 逼近直线和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点称为节点 对这种轮廓进行数学处理, 其实质就是计算各节点的坐标 1. 非圆曲线的节点计算 用直线或圆弧逼近曲线 y=f (x) 时, 根据曲线的特性 逼近线段的形状及允许的逼近误差三个条件可求出各节点的坐标 选择逼近线段时, 应该在保证精度的前提下, 使节点数目尽量少, 这样不仅计算简单, 程序段数目也少 一般对于曲率半径大的曲线用直线逼近较为有利, 曲率半径较小时则用圆弧逼近较为合理 下面介绍几种常用的计算方法 (1) 等间距直线逼近法这种方法是使每个程序段的某一坐标增量相等, 然后根据曲线的表达式求出另一坐标值, 即可得到节点坐标 在直角坐标系中, 可使相邻节点间的 x 坐标增量或 y 坐标增量相等 如图 2-30 所示, 已知曲线方程为 y=f (x), 从起点开始, 每次增加一个坐标增量 Δx, 可求出任一点的 x i, 将 x i 带入方程 y=f (x) 中, 即可求到一系列 y i 这样即可求得各点的节点坐标 这种方法的关键是确定间距值, 该值应保证曲线 y=f (x) 相邻两节点间的法向距离小于允许的逼近误差, 即 δ δ 允, δ 允一般为零件公差的 1/5~1/10 在实际应用中, 常根据零件加工精度要求, 按经验确定间距值 (2) 等弦长直线逼近法这种方法是使所有逼近线段的弦长相等, 如图 2-31 所示 由于轮廓曲线 y=f (x) 各处的曲率不同, 因而各段的逼近误差也不相等 计算时必须使最大逼近误差小于 δ 允, 以满足加工图 2-30 等间距直线逼近求节点

61 52 数控加工编程与操作 精度的要求 在用直线逼近曲线时, 一般认为误差的方向是在曲线的法线方向, 同时误差的最大值产生在曲线的曲率半径最小处 因此, 计算时先确定曲率半径最小的地方, 然后在该处按照逼近误差小于或等于 δ 允的条件求出逼近线段的长度, 用此弦长分割轮廓曲线, 即可求出各节点的坐标 (3) 等误差直线逼近法该方法是使零件轮廓曲线上各直线段的逼近误差相等, 并小于或等于 δ 允, 如图 2-32 所示 用这种方法确定的各逼近线段的长度不等 此方法求得的节点数目最少, 但计算较繁琐 y 图 2-31 等弦长直线逼近求节点 图 2-32 等误差法直线逼近求节点 (4) 圆弧逼近法用圆弧逼近法去逼近零件的轮廓曲线时, 需求出每段圆弧的圆心 起点和终点的坐标, 以及圆弧的半径 计算的依据依然是要使圆弧段与零件轮廓曲线间的误差小于或等于 δ 允 用圆弧逼近曲线, 目前常用的方法有三点圆法 相切圆法和曲率圆法 三点圆法是通过已知的三个节点求圆, 并作为一个圆弧插补程序段 相切圆法是通过已知的四个节点分别作出两个相切的圆, 编出两个圆弧插补程序段 这两种方法都是先用直线逼近方法求出各节点的坐标, 然后再求出各圆, 计算很繁琐 曲率圆法是一种等误差圆弧逼近法, 该方法先求出曲线 y=f (x) 在起始点的曲率半径和圆心坐标, 然后利用等误差圆弧逼近依次求出各逼近圆弧段 2. 列表曲线的数学处理 在实际应用中, 有些零件的轮廓形状是通过实验或测量方法得到的, 如飞机的机翼 叶片 某些检验样板等 这时常以列表坐标点的形式描绘轮廓形状 这种由列表点给出的轮廓曲线称为列表曲线 这类列表轮廓零件在以传统的工艺方法加工时, 其加工质量完全取决于钳工的技术水平, 且生产效率极低 目前广泛采用数控加工, 但在加工程序的编制方面遇到了较大困难, 这主要是由于数学方程的描述与数控加工对列表曲线轮廓逼近的要求之间存在矛盾 也就是说, 要获得比较理想的拟合效果, 其数学处理过程会比较复杂

62 第 2 章数控编程的工艺分析 53 若列表曲线给出的列表点密至足以满足曲线的精度要求, 则可直接在相邻列表点间用直线段或圆弧编程 但往往给出的只是一部分点, 只能描述曲线的大致走向, 这时就要增加新的节点, 也称插值 在数学处理方面, 目前处理列表曲线的方法通常是采用二次拟合法 即在对列表曲线进行拟合时, 第一次先选择直线方程或圆方程之外的其他数学方程式来拟合列表曲线, 称为第一次拟合 ; 然后根据编程允差的要求, 在已给定的各相邻列表点之间, 按照第一次拟合时的方程 ( 称为插值方程 ) 进行插点加密求得新的节点, 称第二次曲线拟合, 从而编制逼近线段的程序 插值加密后相邻节点之间, 采用直线段编程还是圆弧段编程, 取决于第二次拟合时所选择的方法 第二次拟合的数学处理过程, 与前面介绍的非圆曲线数学处理过程一致 2.4 数控加工工艺文件的编制 编写数控加工工艺文件是数控加工工艺设计的内容之一 这些工艺文件既是数控加工和产品验收的依据, 也是操作者必须遵守和执行的规程 不同的数控机床和加工要求, 工艺文件的内容和格式有所不同, 因目前尚无统一的国家标准, 各企业可根据自身特点制定出相应的工艺文件 下面介绍企业中应用的几种主要工艺文件, 仅供参考 数控加工工序卡 数控加工工序卡与普通机械加工工序卡有较大区别 数控加工工序集中, 每一加工工序可划分为多个工步, 工序卡不仅应包含每一工步的加工内容, 还应包含其程序段号 所用刀具类型及材料 刀具号 刀具补偿号及切削用量等内容 它不仅是编程人员编制程序时必须遵循的基本工艺文件, 同时也是指导操作人员进行数控机床操作和加工的主要资料 不同的数控机床, 数控加工工序卡可采用不同的格式和内容 表 2-6 是加工中心工序卡的一种格式 表 2-6 加工工序卡片 零件号零件名称编制审核程序号日期日期程使用刀具名称切削用量工序工步步段内容刀具号刀长补偿半径补偿 S 功能 F 功能切深号号

63 54 数控加工编程与操作 N N N v= f= T H D S F v= f= T H D S F v= f= T H D S F ( 续表 ) 数控加工刀具卡 数控加工刀具卡主要反映使用刀具的名称 编号 规格 长度 半径补偿值以及所用刀柄的型号等内容, 它是调刀人员准备和调整刀具 机床操作人员输入刀补参数的主要依据 表 2-7 是加工中心刀具卡的一种格式 表 2-7 数控加工刀具卡 零件号 零件名称 编 制 审 核 程序号 日期 日期 工步号 刀具号 刀具型号 刀柄型号 刀长及半径补偿量 备注 T H = D = T H = D = 数控加工走刀路线图 一般用数控加工走刀路线图来反映刀具进给路线, 该图应准确描述刀具从起刀点开始, 直到加工结束返回终点的轨迹 它不仅是程序编制的基本依据, 同时也便于机床操作者了解刀具运动轨迹 ( 如从哪里进刀, 从哪里抬刀等 ), 计划好夹紧位置及控制夹紧元件的高度, 以避免碰撞事故发生 走刀路线图一般可用统一约定的符号来表示, 不同的机床可以采用不同的图例与格式 数控加工程序单 数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况, 经过数值计算, 按照数控机床的程序格式和指令代码编制的 它是记录数控加工工艺过程 工艺参数 位移数据的清单, 同时可帮助操作者正确理解加工程序内容 表 2-8 是 FANUC 系统常用的数控车削加工程序单的格式

64 第 2 章数控编程的工艺分析 55 表 2-8 数控加工程序单 零件号 零件名称 编制 审核 程序号 日期 日期 N G X(U) Z(W) F S T M CR 备注 数控加工工艺守则 数控加工除应遵守普通加工通用工艺守则的有关规定外, 还应遵守表 2-9 数控加工工艺守则 的规定 表 2-9 数控加工工艺守则 (JB/T ) 项 目 要求内容 (1) 操作者必须根据机床使用说明书熟悉机床的性能 加工范围和精度, 并要熟练地掌握机床及其数控装置或计算机各部分的作用及操作方法 (2) 检查各开关 旋钮和手柄是否在正确位置 加工前的准备 (3) 启动控制电气部分, 按规定进行预热 (4) 开动机床使其空运转, 并检查各开关 按钮 旋钮和手柄的灵敏性及润 滑系统是否正常等 (5) 熟悉被加工件的加工程序和编程原点 (1) 安放刀具时应注意刀具的使用顺序, 刀具的安放位置必须与程序要求的 刀具与工件的装夹 顺序和位置一致 (2) 工件的装夹除应牢固可靠外, 还应注意避免在工作中刀具与工件或刀具 与夹具发生干涉 (1) 进行首件加工前, 必须经过程序检查 ( 试走程序 ) 轨迹检查 单程序段试 切及工件尺寸检查等步骤 (2) 在加工时, 必须正确输入程序, 不得擅自更改程序 加工 (3) 在加工过程中操作者应随时监视显示装置, 发现报警信号时应及时停车 排除故障 (4) 零件加工完后, 应将程序纸带 磁带或磁盘等收藏起来妥善保管, 以备 再用 2.5 复习思考题 1. 数控加工工艺与普通加工工艺比较有哪些特点? 2. 数控加工工艺的主要内容有哪些? 3. 如何合理选用数控机床?

65 56 数控加工编程与操作 4. 在装夹工件时要考虑哪些原则? 选择夹具要注意哪些问题? 5. 为什么在编程时首先要确定对刀点的位置? 选定对刀点的原则是什么? 确定对刀点的方法有哪些? 6. 目前高硬度刀具材料有哪些? 其性能特点和使用范围如何? 7. 选择切削用量的原则是什么? 粗 精加工选择切削用量有什么不同特点? 8. 什么是数控加工的走刀路线? 确定走刀路线时要考虑哪些原则? 9. 什么叫基点和节点? 10. 数控加工工艺文件有哪些? 它们都有什么作用? 11. 到互联网上查询国内外著名数控刀具生产公司和有关专业网站, 了解最新数控刀具的产品及应用资料 如查询瑞典山特维克可乐满刀具公司 ( 成都英格数控刀具模具有限公司 ( ) 和中国刃具网 ( 等

66 第 3 章数控车床的编程与加工操作 3.1 概述 数控车削加工的对象 数控车削是数控加工中用的最多的加工方法之一 同常规加工相比, 数控车削加工对象具有如下特点 : (1) 轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件因为车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能, 还有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能, 故能车削由任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件, 包括通过拟合计算处理后的 不能用方程描述的列表曲线类零件 难于控制尺寸的零件, 如具有封闭内成型面的壳体零件以及如图 3-1 所示 口小肚大 的特形内表面零件 (2) 精度要求高的零件零件的精度要求主要指尺寸 形状 位置和表面图 3-1 特形内表面零件示例等精度要求, 其中的表面精度主要指表面粗糙度 例如, 尺寸精度高 ( 达 mm 或更小 ) 的零件 ; 圆柱度要求高的圆柱体零件 ; 素线直线度 圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件 ; 线轮廓度要求高的零件 ( 其轮廓形状精度可超过用数控线切割加工的样板精度 ); 在特种精密数控车床上, 还可加工出几何轮廓精度极高 ( 达 mm) 表面粗糙度数值极小(R a 达 0.02 μm) 的超精零件 ( 如复印机中的回转鼓及激光打印机上的多面反射体等 ), 以及通过恒线速度切削功能, 加工表面精度要求高的各种变径表面类零件等 (3) 特殊的螺旋零件这些螺旋零件是指特大螺距 ( 或导程 ) 变( 增 / 减 ) 螺距 等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺旋面之间作平滑过渡的螺旋零件, 以及高精度的模数螺旋零件 ( 如圆柱 圆弧蜗杆 ) 和端面 ( 盘形 ) 螺旋零件等 (4) 淬硬工件的加工在大型模具加工中, 有不少尺寸大而形状复杂的零件 这些零

67 58 数控加工编程与操作 件热处理后的变形量较大, 磨削加工有困难, 因此可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工, 以车代磨, 提高加工效率 数控车床的配置与加工能力 数控车床根据其机型和数控系统的配置, 加工范围与加工能力有一定的差别 按数控系统的功能分, 数控车床可分为经济型数控车床和全功能型数控车床 按主轴的配置形式分, 数控车床可分为主轴线处于水平位置的卧式数控车床和主轴线处于垂直位置的立式数控车床, 还有具有两根主轴的数控车床 按数控系统控制的轴数分, 数控车床可分为当机床上只有一个回转刀架时可以实现两坐标轴控制的数控车床和具有两个回转刀架时可以实现四坐标轴控制的数控车床 ; 对于车削中心或柔性制造单元, 还增加了其他附加坐标轴, 来满足机床的功能 目前, 我国使用较多的是中小规格的两坐标轴连续控制数控车床 图 3-2 所示为数控车床的选择配置, 图 3-3 所示为 8 工位旋转式刀架 表 3-1 给出了机型配置与加工能力范围 图 3-2 数控车床的选择配置

68 第 3 章数控车床的编程与加工操作 59 图 工位旋转式刀架 表 3-1 机型配置与加工能力范围 副主轴 c 轴 + 动力刀架 标准 2 轴

69 60 数控加工编程与操作 3.2 数控车削加工的工艺分析 数控车削加工刀具及其选择 1. 常用车刀的种类和用途 数控车削常用的车刀一般分为三类, 即尖形车刀 圆弧形车刀和成型车刀 (1) 尖形车刀以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀 这类车刀的刀尖 ( 同时也为其刀位点 ) 由直线形的主 副切削刃构成, 如 90 内外圆车刀 左右端面车刀 切断 ( 车槽 ) 车刀即刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀 用这类车刀加工零件时, 其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到, 它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的 (2) 圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀 其特征是, 构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧 ; 该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖, 因此, 刀位点不在圆弧上, 而在该圆弧的圆心上 ; 车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关, 并可按需要灵活确定或经测定后确认 当某些尖形车刀或成型车刀 ( 如螺纹车刀 ) 的刀尖具有一定的圆弧形状时, 也可作为这类车刀使用 圆弧形车刀可以用于车削内 外表面, 特别适宜于车削各种光滑连接 ( 凹形 ) 的成型面 (3) 成型车刀俗称样板车刀, 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定 图 3-4 所示为常用车刀的种类 形状和用途 数控车削加工中, 常见的成型车刀有小半径圆弧车刀 非矩形车槽刀和螺纹车刀等 在数控加工中, 应尽量少用或不用成型车刀, 当确有必要选用时, 则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明 1- 切断刀 ;2-90 左偏刀 ;3-90 右偏刀 ;4- 弯头车刀 ;5- 直头车刀 ; 6- 成型车刀 ;7- 宽刃精车刀 ; 8- 外螺纹车刀 ;9- 端面车刀 ; 10- 内螺纹车刀 ;11- 内槽车刀 ;12- 通孔车刀 ;13- 盲孔车刀 图 3-4 常用车刀的种类 形状和用途

70 第 3 章数控车床的编程与加工操作 机夹可转位车刀的选用 为了减少换刀时间和方便对刀, 便于实现机械加工的标准化, 数控车削加工时, 应尽量采用机夹刀和机夹刀片 图 3-5 为数控车削加工用工具系统的一般结构体系 (a) 车外圆刀夹的结构 (b) 车内孔刀夹的结构 图 3-5 数控车削加工用工具系统的一般结构体系 从刀具的材料应用方面看, 数控机床用刀具材料主要是各类硬质合金 从刀具的结构应用方面看, 数控机床主要采用镶块式机夹可转位刀片的刀具 因此, 对硬质合金可转位刀片的运用是数控机床操作者所必须了解的内容之一 选用机夹式可转位刀片, 首先要了解的关键是各类型的机夹式可转位刀片的代码 (Code) 按国际标准 ISO 的可转位刀片的代码方法, 是由 10 位字符串组成的, 由左至右依次排列, 每一位字符串是代表刀片某种参数的意义, 现分别叙述如下 : 第 1 位 : 刀片的几何形状及其夹角 ; 第 2 位 : 刀片主切削刃后角 ( 法后角 ); 第 3 位 : 刀片内接圆 d 与厚度 s 的精度级别 ; 第 4 位 : 刀片型式 紧固方法或断屑槽 ; 第 5 位 : 刀片边长 切削刃长 ; 第 6 位 : 刀片厚度 ; 第 7 位 : 刀尖圆角半径 rε 或主偏角 K r 或修光刃后角 α 0 ; 第 8 位 : 切削刃状态, 刀尖切削刃或倒棱切削刃 ;

71 62 数控加工编程与操作 第 9 位 : 进刀方向或倒刃宽度 ; 第 10 位 : 厂商的补充符号或倒刃角度 表 3-2 为可转位刀片的标记 数控加工中, 应按照被加工零件的工艺要求, 合理地选择机夹刀片 刀片的选择包括材料 形状和尺寸等, 选择的原则请参看第 2 章的相关内容 表 3-2 可转位刀片的标记

72 第 3 章数控车床的编程与加工操作 数控车削加工的切削用量选择 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量 a p 主轴转速 n 或切削速度 v( 用于恒线速度切削 ) 进给速度或进给量 f 这些参数均应在机床给定的允许范围内选取 1. 切削用量的选用原则 切削用量 (a p f v) 选择是否合理, 对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能, 实现优质 高产 低成本和安全操作具有很重要的作用 切削用量的选择原则是 : 粗车时, 首先考虑选择尽可能大的背吃刀量 a p, 其次选择较大的进给量 f, 最后确定一个合适的切削速度 v 增大背吃刀量 a p 可使走刀次数减少, 增大进给量 f 有利于断屑 精车时, 加工精度和表面粗糙度要求较高, 加工余量不大且较均匀, 选择精车的切削用量时, 应着重考虑如何保证加工质量, 并在此基础上尽量提高生产率 因此, 精车时应选用较小 ( 但不能太小 ) 的背吃刀量 a p 和进给量 f, 并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数, 以尽可能提高切削速度 v 2. 应注意的几个问题 (1) 主轴转速应根据零件上被加工部位的直径, 并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定 切削速度除了计算或查表选取外, 还可根据实践经验确定, 需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小, 因而切削速度不能太低 根据切削速度可以计算出主轴转速, 见第 2 章有关公式 硬质合金外圆车刀切削速度的选用参考值可见表 3-3 表 3-3 切削用量推荐数据 工件材料碳素钢 σ>600mpa 铸铁 200HBS 以下 加工内容 背吃刀量切削速度进给量 a p (mm) v(m min -1 ) f(m r -1 ) 刀具材料 粗加工 5~7 60~80 0.2~0.4 粗加工 2~3 80~ ~0.4 YT 类 精加工 2~6 120~ ~0.2 钻中心孔 500~800 r min -1 钻孔约 ~0.2 W18Cr4V 切断 ( 宽度 <5 mm) 70~ ~0.2 YT 类 粗加工 50~70 0.2~0.4 精加工 70~ ~0.2 YG 类 切断 ( 宽度 <5 mm) 50~70 0.1~0.2 (2) 车螺纹时的主轴转速数控车床加工螺纹时, 因其传动链的改变, 原则上其转速

73 64 数控加工编程与操作 只要能保证主轴每转一周时, 刀具沿主进给轴 ( 多为 Z 轴 ) 方向位移一个螺距即可, 不应受到限制 但数控车床车螺纹时, 会受到以下几方面的影响 : 1 螺纹加工程序段中指令的螺距值, 相当于以进给量 f (mm/r) 表示的进给速度 F(mm/min), 如果将机床的主轴转速选择过高, 其换算后的进给速度 F 则必定大大超过正常值 2 刀具在其位移过程的起始和终止, 都将受到伺服驱动系统升 / 降频率和数控装置插补运算速度的约束, 由于升 / 降频率特性满足不了加工需要等原因, 则可能因主进给运动产生出的 超前 和 滞后 而导致部分螺牙的螺距不符合要求 3 车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能实现, 即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器 ( 编码器 ) 当其主轴转速选择过高时, 通过编码器发出的定位脉冲, 即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号将可能因 过冲 ( 特别是当编码器的质量不稳定时 ) 而导致工件螺纹产生乱纹, 俗称 烂牙 数控车削加工的装夹与定位 在数控车床上加工零件, 应按工序集中的原则划分工序, 在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工 根据零件的结构形状不同, 通常选择外圆 端面或端面 外圆装夹, 并力求设计基准 工艺基准和编程基准统一 1. 常用的夹具型式 在数控加工中, 为了充分发挥数控机床的高速度 高精度 高效率等特点, 数控车床夹具除了使用通用的三爪自定心卡盘 四爪卡盘和为大批量生产中使用自动控制的液压 电动及气动夹具外, 还有多种相应的实用夹具 它们主要分为两大类, 即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具 2. 常用的定位方法 对于轴类零件, 通常以零件自身的外圆柱面作定位基准来定位 ; 对于套类零件, 则以内孔为定位基准 定位方法按定位元件不同有以下几种 : (1) 圆柱心轴上定位加工套类零件时, 常用工件的孔在圆柱心轴上定位, 孔与心轴常用 H7/h6 或 H7/g6 配合 (2) 小锥度心轴定位将圆柱心轴改成锥度很小的锥体 (C =1/1000~1/5000) 时, 就成了小锥度心轴 工件在小锥度心轴定位, 消除了径向间隙, 提高了心轴的定心精度 定位时, 工件楔紧在心轴上, 靠楔紧产生的摩擦力带动工件, 不需要再夹紧, 且定心精度高 ; 缺点是工件在轴向不能定位 这种方法适用于工件的定位孔精度较高的精加工 (3) 圆锥心轴定位当工件的内孔为锥孔时, 可用与工件内孔锥度相同的锥度心轴定位 为了便于卸下工件, 可在芯轴大端配上一个旋出工件的螺母

74 第 3 章数控车床的编程与加工操作 65 (4) 螺纹心轴定位当工件内孔是螺孔时, 可用螺纹心轴定位 另外, 还有花键心轴 张力心轴定位等 常用的心轴如图 3-6 所示 (a) 减小平面的圆柱心轴 (b) 增加球面垫圈的圆柱心轴 (c) 普通圆锥心轴 (d) 带螺母的圆锥心轴 (e) 简易螺纹心轴 (f) 带螺母的螺纹心轴 图 3-6 常用的心轴 数控车削加工中的装刀与对刀 装刀与对刀是数控机床加工中极其重要并十分棘手的一项基本工作 对刀的好与差, 将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度 通过对刀或刀具预调, 还可同时测定其各号刀的刀位偏差, 有利于设定刀具补偿量 1. 车刀的安装 在实际切削中, 车刀安装的高低, 车刀刀杆轴线是否垂直, 对车刀角度有很大影响 以车削外圆 ( 或横车 ) 为例, 当车刀刀尖高于工件轴线时, 因其车削平面与基面的位

75 66 数控加工编程与操作 置发生变化, 使前角增大, 后角减小 ; 反之, 则前角减小, 后角增大 车刀安装的歪斜, 对主偏角 副偏角影响较大, 特别是在车螺纹时, 会使牙形半角产生误差 因此, 正确地安装车刀, 是保证加工质量, 减小刀具磨损, 提高刀具使用寿命的重要步骤 图 3-7 所示为车刀安装角度 当车刀安装成负前角时, 增大切削力 ; 安装成正前角时, 减小切削力 负切深方向前角 正切深方向前角 负进给方向前角 正进给方向前角 (a) 负前角 ( 增大切削力 ) (b) 正前角 ( 减小切削力 ) 图 3-7 车刀安装角度 刀位点 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 对于车刀, 各类车刀的刀位点如图 3-8 所示 3. 对刀图 3-8 车刀的刀位点在加工程序执行前, 调整每把刀的刀位点, 使其尽量重合于某一理想基准点, 这一过程称为对刀 理想基准点可以设在基准刀的刀尖上, 也可以设定在对刀仪的定位中心 ( 如光学对刀镜内的十字刻线交点 ) 上 对刀一般分为手动对刀和自动对刀两大类 目前, 绝大多数的数控机床 ( 特别是车床 ) 采用手动对刀, 其基本方法有定位对刀法 光学对刀法 ATC 对刀法和试切对刀法 在前 3 种手动对刀方法中, 均因可能受到手动和目测等多种误差的影响, 对刀精度十分有限, 往往通过试切对刀, 以得到更加准确和可靠的结果 数控车床常用的试切对刀方法如图 3-9 所示

76 第 3 章数控车床的编程与加工操作 67 (a)x 方向对刀 (b)z 方向对刀 (c) 两把刀 X 方向对刀 (d) 两把刀 Z 方向对刀 4. 换刀点位置的确定 图 3-9 数控车床常用的试切对刀方法 换刀点是指在编制加工中心 数控车床等多刀加工的各种数控机床所需加工程序时, 相对于机床固定原点而设置的一个自动换刀或换工作台的位置 换刀的位置可设定在程序原点 机床固定原点或浮动原点上, 其具体的位置应根据工序内容而定 为了防止在换 ( 转 ) 刀时碰撞到被加工零件或夹具, 除特殊情况外, 其换刀点都设置在被加工零件的外面, 并留有一定的安全区 数控车削加工工艺路线制订 在数控车床加工过程中, 由于加工对象复杂多样, 特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化, 加上材料 批量不同等多方面因素的影响, 具体在确定加工方案时, 可按先粗后精 先近后远 刀具集中 程序段最少 走刀路线最短等原则综合考虑 下面就其中几点作一简要介绍 : 1. 先粗后精 如图 3-10 所示粗加工完成后, 接着进行半精加工和精加工 其中, 安排半精加工的目的是 : 当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时, 则可安排半精加工作为过渡性工序, 以便使精加工余量小而均匀 精加工时, 零件的轮廓应由最后 图 3-10 先粗后精

77 68 数控加工编程与操作 一刀连续加工而成 这时, 加工刀具的进 退刀位置要考虑妥当, 尽量沿轮廓的切线方向切入和切出, 以免因切削力突然变化而造成弹性变形, 致使光滑连接轮廓上产生表面划伤 形状突变或滞留刀痕等疵病 对既有内孔, 又有外圆的回转体零件, 在安排其加工顺序时, 应先进行内外表面粗加工, 后进行内外表面精加工 切不可将内表面或外表面加工完后, 再加工其他表面 2. 先近后远 这里所说的远与近, 是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的 通常在粗加工时, 离对刀点近的部位先加工, 离对刀点远的部位后加工, 以便缩短刀具移动距离, 减少空行程时间 对于车削加工, 先近后远还有利于保持毛坯件或半成品件的刚性, 改善其切削条件 例如, 当加工图 3-11 所示零件时, 如果按 φ38 mm φ36 mm φ34 mm 的次序安排车削, 不仅会增加刀具返回对刀点所需的空行程时间, 而且还可能使台阶的外直角处产生毛刺 对这类直径相差不大的台阶轴, 当第一刀的切削深度 ( 图中最大背吃刀量可为 3 mm 图 3-11 先近后远左右 ) 未超限时, 宜按 φ34 mm φ36 mm φ38 mm 的顺序先近后远地安排加工 3. 刀具集中 即用一把刀加工完相应各部位, 再换另一把刀, 加工相应的其他部位, 以减少空行程和换刀时间 影响数控车削加工路线的因素较多, 必须根据具体情况制定合理的工艺方案, 才能收到预期的效果 3.3 数控车床程序编制 众所周知, 不同厂家生产的机床所采用的数控系统是不同的, 在编制数控车削程序前, 一定要仔细阅读机床说明书和编程手册, 了解机床数控系统的功能及有关参数 因此, 编程时应按所使用的数控系统代码的编程规则进行编程 但对不同的机型, 程序形式虽有不同, 但基本方法及原理是相同的

78 第 3 章数控车床的编程与加工操作 车床数控系统的功能和指令代码 数控车床常用的功能指令有准备功能 G 辅助功能 M 刀具功能 T 主轴转速功能 S 和进给功能 F 表 3-4~ 表 3-7 是几种常见的典型数控车削系统的 G 功能代码 G 代码 A B C 组功能 表 3-4 FANUC 0i 系统常用 G 功能代码 G 代码 A B C 组功能 G00 G00 G00 快速定位 G70 G70 G72 精加工循环 G01 G01 G01 直线插补 ( 切削进给 ) G71 G71 G73 外径 / 内径粗车复合循环 01 G02 G02 G02 圆弧插补 ( 顺时针 ) G72 G72 G74 端面粗车复合循环 G03 G03 G03 圆弧插补 ( 逆时针 ) G73 G73 G75 轮廓粗车复合循环 00 G04 G04 G04 暂停 G74 G74 G76 排屑钻端面孔 ( 沟槽加工 ) G10 G10 G10 可编程数据输入 G75 G75 G77 外径 / 内径钻孔循环 00 可编程数据输入方 G11 G11 G11 G76 G76 G78 多头螺纹复合循环式取消 G20 G20 G70 英制输入 G80 G80 G80 固定钻循环取消 06 G21 G21 G71 米制输入 G83 G83 G83 钻孔循环 G27 G27 G27 返回参考点检查 G84 G84 G84 攻丝循环 00 G28 G28 G28 返回参考位置 G85 G85 G85 10 正面镗循环 G32 G33 G33 螺纹切削 G87 G87 G87 侧钻循环 01 G34 G34 G34 变螺距螺纹切削 G88 G88 G88 侧攻丝循环 G36 G36 G36 自动刀具补偿 X G89 G89 G89 侧镗循环 00 G37 G37 G37 自动刀具补偿 Z G90 G77 G20 外径 / 内径自动车削循环 取消刀尖半径补 G40 G40 G40 G92 G78 G21 01 螺纹自动车削循环偿 07 G41 G41 G41 刀尖半径左补偿 G94 G79 G24 端面自动车削循环 G42 G42 G42 刀尖半径右补偿 G96 G96 G96 恒表面切削速度控制坐标系 主轴最大速 02 G50 G92 G92 00 G97 G97 G97 恒表面切削速度控制取消度设定 G52 G52 G52 局部坐标系设定 G98 G94 G94 每分钟进给 G53 G53 G53 机床坐标系设定 G99 G95 G95 每转进给 G54~G59 14 选择工件坐标系 1~6 G90 G90 绝对值编程 03 G65 G65 G65 00 调用宏程序 G91 G91 增量值编程

79 70 数控加工编程与操作 注 :(1)FANUC 0i 控制器的 G 机能有 A B C 三种类型 (type), 一般 CNC 车床大多设定成 A-type, 而数控铣床或加工中心设定成 B-type 或 C-type 故本章是介绍 A-type 的 G 功能 (2)G 功能以组别可区分为二大类 属于 00 组别者, 为非模态代码或非续效指令, 意即该指令的功能只在该程序段执行时发生效用, 其功能不会延续到下面的程序段 属于 非 00 组别者, 为模态代码或续效指令, 意即该指令的功能除在该程序段执行时发生效用外, 若下一程序段仍要使用相同功能, 则不需再指令一次, 其功能会延续到下一程序段, 直到被同一组别的指令取代为止 (3) 不同组别的 G 功能可以在同一程序段中使用 但若是同一组别的 G 功能, 在同一程序段中出现两个或以上时, 则以最后面的 G 功能有效 例如 G01 G00 X20.0; 则此程序段将以快速定位 (G00) 方式移动至 X20.0 位置,G01 指令将被忽略 (4) 上列 G 功能表中有 记号的 G 代码, 是表示数控机床一经开机后或按了 RESET 键后, 即处于此功能状态 这些预设的功能状态, 是由数控系统内部的参数设定的, 一般都设定成如上表所示状态 表 3-5 华中世纪星 HNC-21/22T 数控车系统常用 G 功能代码 代码 组别 功 能 代码 组别 功 能 G00 快速定位 G57 坐标系选择 4 G01 直线插补 G58 11 坐标系选择 5 01 G02 圆弧插补 ( 顺时针 ) G59 坐标系选择 6 G03 圆弧插补 ( 逆时针 ) G65 调用宏指令 G04 00 暂停 G71 外径 / 内径车削复合循环 G20 英制输入 G72 端面车削复合循环 08 G21 米制输入 G73 螺纹车削复合循环 06 G28 返回参考点检查 G76 轮廓车削复合循环 00 G29 返回参考位置 G80 外径 / 内径车削固定循环 G32 01 螺纹切削 G81 端面车削固定循环 G36 直径编程 G82 螺纹车削固定循环 17 G37 半径编程 G90 绝对编程 13 G40 取消刀尖半径补偿 G91 相对编程 G41 09 刀尖半径左补偿 G92 00 工件坐标系设定 G42 刀尖半径右补偿 G94 每分钟进给 14 G54 坐标系选择 1 G95 每转进给 G55 11 坐标系选择 2 G96 恒线速度切削 16 G56 坐标系选择 3 G97 恒转速切削 注 : 说明同 FANUC0i 系统注 表 3-6 SINUMERIK 802D 系统常用指令 功能代码功能代码路径数据暂停时间 G4 绝对 / 增量尺寸 G90,G91 程序结束

80 第 3 章数控车床的编程与加工操作 71 ( 续表 ) 功 能 代 码 功 能 代 码 公制 / 英制尺寸 G71,G70 主轴运动 半径 / 直径尺寸 DIAMOF,DIAMON 主轴速度 S 可编程零点偏置 TRANS 旋转方向 M3,M4,M5 可设定零点偏置 G54~G59 主轴速度限制 G25,G26 轴运动 主轴定位 SPOS 快速直线运动 G0 特殊车床功能 进给直线插补 G1 恒速切削 G96,G97 进给圆弧插补 G2,G3 圆弧倒角 / 直线倒角 CHR,RND 中间点的圆弧插补 CIP 刀具及刀具偏置 恒螺距螺纹加工 G33 刀具 T 返回固定点 G75 刀具偏置 D 回参考点 G74 刀具半径补偿选择 G41,G42 进给率 F 取消刀具半径补偿 G40 准确定位 / 连续路径加工 G9,G60,G64 转角处加工 G 在准确停时的段转换 G601/G602 辅助功能 M 表 3-7 FAGOR 8055T 系统常用的 G 功能 G 代码 功 能 G 代码 功 能 G00 快速定位 G18 主平面 Z-X 纵轴 Y G01 直线插补 G19 主平面 Y-Z 纵轴 X G02 顺时针圆弧插补 G20 定义工作区下限 G03 逆时针圆弧插补 G21 定义工作区上限 G04 停顿 / 程序段准备停止 G22 激活 / 取消工作区 G05 圆角过渡 G28 第二主轴选择 G06 绝对圆心坐标 G29 主轴选择 G07 方角过渡 G30 主轴同步 ( 偏移 ) G08 圆弧切于前一路径 G32 进给率 F 用时间的倒函数 G09 三点定义圆弧 G33 螺纹切削 G10 图像镜像取消 G36 自动半径过渡 G11 图像相对于 X 轴镜像 G37 切向入口 G12 图像相对于 Y 轴镜像 G38 切向出口

81 72 数控加工编程与操作 G13 图像相对于 Z 轴镜像 G39 自动倒角连接 G14 图像相对于编程的方向镜像 G40 取消刀具半径补偿 G15 纵向轴的选择 G41 左手刀具半径补偿 G16 用 2 个方向选择主平面 G42 右手刀具半径补偿 G17 主平面 X-Y 纵轴 Z G45 切向控制 G50 受控圆角 G78 从动轴取消 G54~G57 绝对零点偏置 G78S 取消主轴同步 G58 附加零点偏置 G81 直线车削固定循环 G59 附加零点偏置 G82 端面车削固定循环 G60 轴向钻削 / 攻丝固定循环 G83 钻削固定循环 G61 径向钻削 / 攻丝固定循环 G84 圆弧车削固定循环 G62 纵向槽加工固定循环 G85 端面圆弧车削固定循环 G63 径向槽加工固定循环 G86 纵向螺纹切削固定循环 G66 模式重复固定循环 G87 端面螺纹切削固定循环 G68 沿 X 轴的余量切除固定循环 G88 沿 X 轴开槽固定循环 G69 沿 Z 轴的余量切除固定循环 G89 沿 Z 轴开槽固定循环 G70 以英寸为单位编程 G90 绝对坐标编程 G71 以毫米为单位编程 G91 增量坐标编程 G72 通用和特定缩放比例 G92 坐标预置 / 主轴速度限制 G74 机床参考点搜索 G93 极坐标原点 G75 探针运动直到接触 G94 直线进给率 mm(in)/min G76 探针接触 G95 旋转进给率 mm(in)/r G77 从动轴 G96 恒速切削 G77S 主轴速度同步 G97 主轴转速为 r/min ( 续表 ) M 功能 常用的 M 功能简介如下 : 1.M00 程序停止 程序中若使用 M00 指令, 当执行至 M00 指令时, 程序即停止执行, 且主轴停止 切削液关闭, 若欲再继续执行下一程序段, 只要按下循环启动 (CYCLE START) 键即可

82 第 3 章数控车床的编程与加工操作 73 2.M01 选择停止 M01 指令必须配合执行操作面板上的选择性停止功能键 OPT STOP 一起使用, 若此键 灯亮 时, 表示 ON, 则执行至 M01 时, 功能与 M00 相同 ; 若此键 灯熄 时, 表示 OFF, 则执行至 M01 时, 程序不会停止, 继续往下执行 3.M02 程序结束 此指令应置于程序最后, 表示程序执行到此结束 此指令会自动将主轴停止 (M05) 及关闭冷却液 (M09), 但程序执行指针不会自动回到程序的开头 4.M03 主轴正转 程序执行至 M03, 主轴即正方向旋转 ( 由尾座向主轴看, 逆时针方向旋转 ) 参考图 3-12 一般转塔式刀座, 大多采用刀顶面朝下装置车刀, 故应使用 M03 指令 5.M04 主轴反转 程序执行至 M04, 主轴即反方向旋转 ( 由尾座向主轴看, 顺时针方向旋转 ) 参考图 M05 主轴停止 程序执行至 M05, 主轴即瞬间停止, 此指令用于下列情况 : (1) 程序结束前 ( 但一般常可省略, 因为 M02,M30 指令, 皆包含 M05) (2) 若数控车床有主轴高速挡 (M42) 主轴低速挡 (M41) 指令时, 在换挡之前, 必须使用 M05, 使主轴停图 3-12 主轴正 反转止, 再换挡, 以免损坏换挡机构 (3) 主轴正 反转之间的转换, 也须加入此指令, 使主轴停止后, 再变换转向指令, 以免伺服电动机受损 7.M08 切削液开 程序执行至 M08, 即启动润滑油泵, 但必须配合执行操作面板上的 CLNT AUTO 键, 处于 ON ( 灯亮 ) 状态 否则无效 8.M09 切削液关 用于程序执行完毕之前, 将润滑油泵关闭, 停止喷切削液, 该指令常可省略, 因为 M02,M30 指令, 都包含 M09

83 74 数控加工编程与操作 9.M30 程序结束 此指令应置于程序最后, 表示程序执行到此结束 此指令会自动将主轴停止 (M05) 及关闭切削液 (M09), 且程序执行指针会自动回到程序的开头, 以方便此程序再次被执行 这就是与 M02 指令不同之处, 故程序结束大都使用 M30 较方便 10.M98 子程序调用 当程序执行 M98 指令时, 控制器即调用 M98 所指定的子程序来执行 该指令格式为 :M98 P L 11.M99 子程序结束并返回主程序 此指令用于子程序最后程序段, 表示子程序结束, 且程序执行指针跳回主程序中 M98 的下一程序段继续执行 M99 指令也可用于主程序最后程序段, 此时程序执行指针会跳回主程序的第一程序段继续执行此程序, 所以此程序将一直重复执行, 除非按下 RESET 键才能中断执行 使用 M 指令时, 一程序段只允许出现一个, 若同时出现两个以上, 则以最后面的 M 代码有效, 前面的 M 代码将被忽略而不执行 例如 : G97 S2000 M03 M08; 则执行此程序段时, 主轴不会正转, 只有切削液开 F S T 功能 1.F 功能 进给功能 F 功能用于指定进给速度, 它有每转进给和每分钟进给两种指令模式 (1)G99 每转进给模式格式 :G99 F ; 该指令在 F 后面直接指定主轴转一转刀具的进给量 G99 为模态指令, 在程序中指定后, 直到 G98 被指定前, 一直有效 机床通电后, 该指令为系统默认状态 在数控车床上这种进给量指令方法应用较多 (2)G98 每分钟进给模式格式 :G98 F ; 该指令在 F 后面直接指定刀具每分钟的进给量 G98 为模态指令, 在程序中指定后, 直到 G99 被指定前, 一直有效 2.S 功能 主轴转速功能 能用于指定主轴转速, 它有恒线速度控制和恒转速控制两种指令方式, 并可限制主轴最高转速

84 第 3 章数控车床的编程与加工操作 75 (1) 主轴最高转速限制 (G50) 格式 :G50 S ; 例如 :G50 S2000; 表示设定主轴最高转速为 2000 r min -1 该指令可防止因主轴转速过高, 离心力太大, 产生危险及影响机床寿命 (2) 恒线速度控制 (G96) 格式 :G96 S ; 例如 :G96 S180 M03; 表示主轴正转, 使切削点的线速度为 180 m min -1 该指令在车削端面或工件直径变化较大时使用 如车削图 3-13 所示的工件时, 为保持车刀在 A B C 各点的线速度恒定 (180 m min -1 ), 则切削到各点时主轴转速分别为 : n A = /(π 40)=1432 r min -1 n B = /(π 60)=955 r min -1 n C = /(π 70)=819 r min -1 车削加工时, 由数控装置自动控制主轴的转速变图 3-13 车阶梯轴化以保持恒定的线速度 (3) 恒转速控制 (G97) 格式 :G97 S ; 例如 :G97 S1500 M03; 表示主轴以 1500 r min -1 转速正转 恒转速控制一般在车螺纹或车削工件直径变化不大时使用, 该指令可设定主轴转速并取消恒线速度控制 3.T 功能 刀具功能 在数控车床上进行粗车 精车 车螺纹 切槽等加工时, 应对加工中所需要的每一把刀具分配一个号码 ( 由刀具在刀座上的位置决定 ), 通过在程序中指定所需刀具的号码, 机床就选择相应的刀具 T 功能的指令格式为 :T ; 其中指令 T 后的前两位表示刀具号, 后两位为刀具补偿号 例如 :T0808; 表示选择 8 号刀, 用 8 号刀具补偿 T0212; 表示选择 2 号刀, 用 12 号刀具补偿 刀具补偿包括刀具长度补偿和刀尖圆弧半径补偿 刀具长度补偿的含义如图 3-14 所示, 图 a 表示刀座的编号, 图 b 为补偿参数设定页面 图中 T03 号刀表示基准刀, 其补偿号为 03, 则在补偿参数设定页面中 No.03 补偿中 X 轴 Z 轴的补偿值均设为零 ;T05 号刀为内孔车刀, 其补偿号为 05, 它与基准刀在 X 和 Z 轴方向的长度差值如图所示, 则在补偿

85 76 数控加工编程与操作 参数设定页面中 No.05 补偿参数中 X 轴 Z 轴的补偿值分别为 -9.0 mm 和 12.5 mm 如图 3-15 所示, 若要 T03 刀具到达 A 点, 则可用下面程序段 : G00 X20.0 Z20.0 T0303; 若要 T05 刀具到达 A 点, 则可用下面程序段 : G00 X20.0 Z20.0 T0505; 这时, 系统会自动调入 No.03 和 No.05 的长度补偿值进行补偿, 使刀具到达指定点 图 3-14 刀具补偿参数设定 图 3-15 T03 刀具到达 A 点 常用 G 功能 1.G90 绝对坐标编程指令 格式 :G90

86 第 3 章数控车床的编程与加工操作 77 说明 : 该指令表示程序段中的运动坐标数字为绝对坐标值, 即从编程原点开始的坐标值 2.G91 增量坐标编程指令 格式 :G91 说明 : 该指令表示程序段中的运动坐标数字为增量坐标值, 即刀具运动的终点相对于起点坐标值的增量 3.G50 工件坐标系设定 编程时, 首先应该确定工件原点并用 G50 指令设定工件坐标系 车削加工工件原点一般设置在工件右端面或左端面与主轴轴线的交点上 指令格式为 :G50 X Z ; 其中 :X Z 值分别为刀尖 ( 刀位点 ) 起始点相对工件原点的 X 向和 Z 向坐标, 注意 X 应为直径值 如图 3-16 所示, 假设刀尖的起始点距离工件原点的 X 向尺寸和 Z 向尺寸分别为 200 mm( 直径值 ) 和 150 mm, 工图 3-16 工件坐标系设定件坐标系的设定指令为 : G50 X200.0 Z150.0; 则执行以上程序段后, 系统内部即对 X Z 值进行记忆, 并且显示在显示器上, 这就相当于系统内建立了一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系 显然, 当改变刀具的当前位置时, 所设定的工件坐标系的工件原点位置也不同 因此, 在执行该程序段前, 必须先进行对刀, 通过调整机床, 将刀尖放在程序所要求的起刀点位置 (200.0,150.0) 上 对具有刀具补偿功能的数控机床, 其对刀误差还可以通过刀具偏移来补偿, 所以调整机床时的要求并不严格 4.G00 快速点定位指令 格式 :G00 X(U) Z(W) 图 3-17 车削 G00 轨迹说明 : (1)G00 指令使刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到目标点 (2) 它只是快速定位, 无运动轨迹要求, 常见 G00 运动轨迹如图 3-17 所示, 从 A 到 B

87 78 数控加工编程与操作 有以下 4 种方式 : 直线 AB, 直角线 ACB, 直角线 ADB, 折线 AEB G00 移动速度是机床设定的空行程速度, 与程序段中指定的进给速度无关 (3)G00 指令是模态代码, 其中 X(U),Z(W) 是目标点的坐标, 当用绝对坐标编程时, 其数值为工件坐标系中点的坐标 (X,Z) 当用增量坐标编程时, 其数值为刀具当前点与目标点的坐标增量 (U,W) 实际编程时采用哪种坐标方式由数控车床当时的状态设定, FANUC 系统绝对坐标方式为 X Z, 增量坐标方式为 U W, 而有的系统常用 G90 G91 设定 (4) 车削时快速定位目标点不能直接选在工件上, 一般要离开工件表面 1~2 mm 如图 3-18 所示, 从起点 A 快速运动到目标点 B, 其绝对坐标方式编程为 G00 X120. Z100. 其增量坐标方式编程为 G00 U80. W80. 图 3-18 快速进给 执行上述程序段时, 刀具实际的运动路线不是直线, 而是折线, 首先刀具以快速进给速度运动到点 (60,60), 然后再运动到点 (60,100), 所以使用 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, 而在快速状态下的碰撞就更加危险了 5.G01 直线插补指令 格式 :G01 X(U) Z(W) F P 3 P 0 说明 : (1)G01 指令使刀具从当前点出发, 在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的进给速度直线 P 2 P 1 移动到目标点 G01 指令是模态指令 (2) 进给速度由 F 指定 F 指令也是模态指令, 它可以用 G00 指令取消, 如果在 G01 程序段之前没 O 有 F 指令, 当前程序段 G01 中也没有 F 指令, 则机床不运动 因此,G01 程序中必须含有 F 指令 如图 3-19 所示, 选右端面 O 为编程原点, 绝 图 3-19 直线插补 对坐标编程为 G00 X50. Z2. S800 M03 (P 0 P 1 ) G01 Z-40. F80 ( 刀尖从 P 1 点按 F 值运动到 P 2 点 ) X80. Z-60. (P 2 P 3 ) G00 X200. Z100. (P 3 P 0 )

88 第 3 章数控车床的编程与加工操作 79 增量坐标编程为 G00 U-150. W-98. S800 M03 G01 W-42. F80 U30. W-20. G00 U120. W160. 例 3-1 工件如图 3-20 所示, 刀尖从 A 点直线移动到 B 点, 完成车外圆 车槽 车倒角的操作 编程坐标原点 O P 设在工件右端面 1 车外圆, 如图 3-20(a) 所示 G00 X24. Z2. ( 刀具快速移至 A 点 ) 绝对坐标方式 :G90 G01 Z-34. F200 ( 车削 φ24 外圆至 B 点 ) 增量坐标方式 :G01 U0 W-36. F200 ( 车削 φ24 外圆到 B 点 ) 或 G91 G01 X0 Z-36. F200 2 车槽, 如图 3-20(b) 所示 G00 X35. Z-20. ( 切槽刀快速移至 A 点 ) 绝对坐标方式 : G01 X25. F50 ( 切槽至 B 点 ) 增量坐标方式 : G01 U-10. W0 F50 ( 切槽至 B 点 ) 3 车倒角, 如图 3-20(c) 所示 G00 X14. Z1. ( 刀具快速移至 A 点 ) 绝对坐标方式 : G01 X20. Z-2. F200 ( 车倒角 ) 增量坐标方式 : G01 U6. W-3. F200 ( 车倒角 ) (a) 车外圆 (b) 车槽 (c) 车倒角 图 3-20 G01 功能应用 (3) 圆锥的切削如图 3-21 所示, 车圆锥时, 有两种粗加工路线 按图 3-21(a) 所示的加工路线车圆锥时, 需要计算锥距 s, 假设圆锥大径为 D, 小径为 d, 锥长为 L, 切削深度为 t, 则由相

89 80 数控加工编程与操作 (a) (b) 似三角形可得 : (D-d)/2L=t/s; 则 s=2lt/(d-d) 当按图 3-21(b) 所示的走刀路线车圆锥时, 则不需要计算锥距 s, 只要确定了切削深度 t, 即可切出圆锥轮廓 例 3-2 已知毛坯为 φ30 mm 的棒料, 刀具选用 90 偏刀, 车削如图 3-22 所示的圆锥 1 编程坐标原点 O p 设在工件右端面, 换刀 图 3-21 车圆锥 点设在 P 0 点 2 确定刀具工艺路线, 如图虚线所示 3 数值计算 确定分三次走刀, 前两次切削 深度 t=2 mm, 最后一次切削深度 t=1 mm 按第一 种车锥路线进行加工, 锥距 S 1 =4 mm,s 2 =16 mm 4 编程 : O3002; ( 程序号 ) G50 X40. Z10. ( 设置编程坐标原点, 换 刀点 ) S1000 M03 ( 主轴正转 1000 r/min) G00 X32. Z0 ( 刀具快进准备车端面 ) G01 X0 F50 ( 车端面 ) G00 X26. Z0 ( 刀具快进准备粗车圆锥 图 3-22 车圆锥编程实例 第一刀 ) G01 X30. Z-8. F60 ( 粗车圆锥第一刀 ) G00 Z0 ( 退刀 ) G01 X22. F60 ( 准备粗车圆锥第二刀 ) X30. Z-16. ( 粗车圆锥第二刀 ) G00 Z0 ( 退刀 ) G01 X20. F40 ( 准备精车圆锥 ) X30. Z-20. ( 精车圆锥 ) G00 X40. Z10. ( 回换刀点 ) M30 ( 程序结束 ) 精车圆锥时, 一般需要精确计算圆锥起点和终点的坐标值 (4) 孔加工 套类零件上的孔有盲孔 通孔 台阶孔和平底孔等各种类型, 加工方式一般有钻孔 扩孔 铰孔 镗孔等方式

90 第 3 章数控车床的编程与加工操作 81 例 3-3 如图 3-23 所示, 毛坯外径 φ30 mm, 内径 φ10 mm, 伸出卡爪长 70 mm, 设计一个加工程序, 每次切削深度 a p 2 mm( 不考虑精加工余量 ) 图 3-23 台阶孔车削实例 1 编程原点设在 O P 点, 换刀点设在 A 点 2 选刀具设定刀号 选外圆车刀加工外圆 锥面 端面, 刀号为 T01; 选镗刀加工内孔 倒角, 刀号为 T02; 选切断刀切断工件 ( 刀宽 3 mm), 刀号为 T03 3 确定工艺方案和加工路线 工艺方案 : 本题不考虑粗精分开, 各加工面均一次切除, 采用刀具集中方式 加工路线 : 用外圆刀 (T01) 车端面 车外圆及锥面 ; 用镗刀 (T02) 镗孔 内倒角 ; 用切断刀 (T03) 切断工件 4 计算刀具轨迹坐标值 5 编程 : O3003; ( 程序号 ) G50 X100. Z60. ( 设置编程原点 O p, 刀具在 A 点位置换刀 ) S800 M03 T0101 ( 主轴正转 ) G00 X34. Z0 ( 快速点位移动 A B) G01 X8. F50 ( 车端面 B C) X26. ( 快进 D E) G01 Z-20. F50 ( 车外圆 E F)

91 82 数控加工编程与操作 X28. Z-30. ( 车锥面 F G) Z-55. ( 车外圆 G H) X32. (X 向退刀 H I) G00 X100. Z60. ( 快退至换刀点 I A) T0202 ( 换镗刀 ) G00 X14. Z1. ( 快进 A T) G01 Z-15. F50 ( 镗孔 T K) X8. ( 镗孔底 K L) G00 Z1. (Z 向快退 L D) X18. (X 向快进 D M) G01 X12. Z-2. F50 ( 倒角 M N) G00 Z1. (Z 向快退 N P) G00 X100. Z60.M05 ( 返回换刀点 A) S400 M03 T0303 ( 主轴降速至 400 r/min, 换切断刀 ) G00 X34. Z-53. ( 快进 A Q) G01 X8. F20 ( 切断 H R) G00 X100. Z60. ( 返回换刀点 R A) M30 ( 程序结束 ) 6.G02,G03 圆弧插补 格式 :G02/ G03 X(U) Z(W) I K F ; 或 G02/G03 X(U) Z(W) R F ; 说明 : (1)G02: 顺时针圆弧插补 ;G03: 逆时针圆弧插补 车床上圆弧顺逆方向可按图 3-24 所示的方向判断, 沿垂直于圆弧所在的平面 (XOZ 面 ) 的坐标轴向负方向 (-Y 轴 ) 看去, 刀具相对于工件转动方向顺时针运动为 G02, 逆时针运动为 G03 (2) 采用绝对坐标编程时, 圆弧终点坐标为工件坐标系中的坐标值, 用 X Z 表示, 当用增量坐标编程时, 圆弧终点坐标为圆弧终点相对于圆弧起点的坐标增量值, 用 U W 表示 图 3-24 车圆弧的顺 逆方向 (3)I K 为圆心相对于圆弧起点的增量坐标, 一般用 I K 值可进行任意圆弧 ( 包括整圆 ) 插补 (4) 当用半径 R 指定圆心位置时 ( 它不能与 I K 同时使用 ), 由于在同一半径 R 的情

92 第 3 章数控车床的编程与加工操作 83 况下, 从圆弧的起点到终点有两个圆弧路径, 为区别二者, 规定圆心角 α 180 时, 用 +R 表示, 正号可省略 ; 当圆心角 α>180 时用 -R" 表示 用圆弧半径指定圆心位置时, 不能进行整圆插补 如图 3-25 所示, 可用以下四种方式分别编出圆弧插补程序段如下 : 1 绝对值方式,IK 编程 : G02X46.0 Z I K6.0 F0.25; 2 绝对值方式,R 编程 : G02X 46.0 Z R23.0 F0.25; 3 增量方式,IK 编程 : G02 U26.0 W I K6.0 F0.25; 图 3-25 圆弧插补 4 增量方式,R 编程 : G02 U26.0 W R23.0 F0.25; 例 3-4 刀具按图 3-26 所示的走刀路线进行加工, 已知进给量为 0.25 mm r -1, 切削线速度为 150 m min -1, 试编程 图 3-26 走刀路线建立如图所示工件坐标系, 程序编制如下 :

93 84 数控加工编程与操作 O3004; ( 程序号 ) G50 X200.0 Z50.0 T0200; ( 建立工件坐标系, 换 T02 号刀 ) G96 S150 M03; ( 恒线速度设定, 主轴正转 ) G00 X14.0 Z6.0 T0202; (1, 建立刀具补偿 ) G01 Z0 F0.25; (2) X30.0; (3) G03 X40.0 Z-5.0 R5.0; (4) G01 Z-20.0; (5) X60.0 Z-30.0; (6) G02 X Z R15.0; (7) G01 X110.0; (8) G00 X200.0 Z50.0 T0000; (9, 取消刀具补偿 ) M30; ( 程序结束 ) 您也可用其他三种方式编写圆弧插补程序段 7. 自动倒角及倒圆 使用该功能可以简化倒角及倒圆的编程 (1) 自动倒角 G01 指令除了作直线切削外, 还可作自动倒角加工 1 由 Z 轴向 X 轴倒角如图 3-27(a) 所示, 编程指令格式为 : G01 Z(W) I F ; 说明 :X W 分别为图中 b 点的绝对值和增量坐标 ;I 的正负取决于倒角方向, 当向 X 轴正方向倒角时,I 为正值, 反之取负值, 如图 3-27(a) 所示 (a) (b) 图 3-27 自动倒角 2 由 X 轴向 Z 轴倒角如图 3-27(b) 所示, 编程指令格式为 :

94 第 3 章数控车床的编程与加工操作 85 G01 X(U) K F ; 说明 :X U 分别为图中 b 点的绝对值和增量坐标 ;K 的正负取决于倒角方向, 当向 Z 轴正方向倒角时,K 为正值, 反之取负值, 如图 3-27(b) 所示 (2) 自动倒圆 G01 指令除了作直线切削外, 还可作自动倒圆加工 1 由 Z 轴向 X 轴倒圆如图 3-28(a) 所示, 编程指令格式为 : G01 Z(W) R F ; 说明 :Z W 分别为图中 b 点的绝对值和增量坐标 ;R 的正负取决于倒圆方向, 当向 X 轴正方向倒圆时,R 为正值, 反之取负值, 如图 3-28(a) 所示 2 由 X 轴向 Z 轴倒圆如图 3-28(b) 所示, 编程指令格式为 : G01X(U) R F ; 说明 :X U 分别为图中 b 点的绝对值和增量坐标 ;R 的正负取决于倒圆方向, 当向 Z 轴正方向倒圆时,R 为正值, 反之取负值, 如图 3-28(b) 所示 (a) (b) 图 3-28 自动倒圆 例 3-5 刀具按如图 3-29 所示的走刀路线进行加工, 已知进给量为 0.15 mm r -1, 切削线速度为 180 m min -1, 主轴最高转速为 2000 r min -1, 试编程 建立如图所示工件坐标系, 程序编制如下 : O3005; ( 程序号 ) G28 U0 W0; ( 回机床参考点 ) G00 U W ; ( 刀具到起始点,U W 值取决于起刀点到参考点的距离 ) M00; ( 程序停止 ) G96 S180 T0400; ( 恒线速度设定, 换 T04 号刀 )

95 86 数控加工编程与操作 G50 X2000; ( 主轴最高转速限制 ) G50 X240.0 Z150.0 M08; ( 设定工件坐标系, 切削液开 ) G00 X21.0 Z5.0 T0404 M03; (a, 主轴正转 ) W-5.0; (b) G01 X60.0 K-2.0 F0.15; (c, 倒角 ) Z-12.0; (d) X72.0 Z-32.0; (e) Z-47.0; (f) G02 X82.0 Z-52.0 R5.0; (g) G01 X92.0; (h) U6.0 W-3.0; (i) G00 X240.0 Z150.0 T0000; (j, 取消刀具补偿 ) M30; ( 程序结束 ) 8.G04 程序暂停 图 3-29 走刀路线 该指令控制系统按指定时间暂时停止执行后续程序段 暂停时间结束则继续执行 该指令为非模态指令只在本程序段有效 格式 :G04 X (U 或 P ) 说明 : 其中 X U P 均为暂停时间 (ms) 注意在用地址 P 表示暂停时间时不能用小

96 第 3 章数控车床的编程与加工操作 87 数点表示法 例如, 若要暂停 2 秒钟, 则可写成如下几种格式 : 或 :G04 X2000; 或 :G04 U2.0; 或 :G04 U2000; 或 :G04 P2000; G04 主要应用于 : (1) 在车削沟槽或钻孔时, 为使槽底或孔底得到准确的尺寸精度及光滑的加工表面, 在加工到槽底或孔底时, 应该暂停适当的一段时间, 使工件回转一周以上 (2) 使用 G96 ( 主轴以恒线速度回转 ) 车削工件轮廓后, 改成 G97( 主轴以恒定转速回转 ) 车削螺纹时, 指令暂停一段时间, 使主转转速稳定后再执行车削螺纹, 以保证螺距加工精度要求 9. 刀尖圆弧自动补偿功能 图 3-30 假想刀尖 上述编程例题均是假设车刀有一刀尖点, 我们在编写程序时, 均以此假想刀尖点切削工件 假想刀尖为实际上不存在的点, 如图 3-30 所示, 实际上 CNC 车床皆使用粉末冶金制作的刀片, 其刀尖是一圆弧形, 常用的 CNC 车刀片, 其刀尖半径 R 有 0.2 mm 0.4 mm 0.6 mm 0.8 mm 1.0 mm 等多种 在对刀时, 刀尖的圆弧中心不易直接对准起刀位置或基准位置 按假想刀尖编出的程序在车削外圆 内孔等与 Z 轴平行的表面时, 是没有误差的, 但车削右端面 锥度及圆弧时会发生少切或过切的现象, 如图 3-31 所示 图 3-31 刀尖圆角 R 造成的少切和过切

97 88 数控加工编程与操作 为了在不改变程序的情况下使刀具切削路径与工件轮廓吻合一致, 加工出尺寸正确的工件, 就必须使用刀尖圆弧半径补偿指令 刀尖圆弧半径补偿指令如下 : 格式 :G41/G42/G40 G01/G00 X(U) Z(W) ; 说明 : 如图 3-32 所示, 顺着刀具运动方向看, 刀具在工件的左边称为刀具半径左补偿, 用 G41 指令编程 顺着刀具运动方向看, 刀具在工件的右边, 称为刀具半径右补偿, 用 G42 指令编程 如需要取消刀具左 右补偿, 可输入 G40 代码, 这时, 车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动, 也就是假想刀尖轨迹与编程轨迹重合 刀具半径右补偿 刀具半径左补偿 图 3-32 刀具半径补偿 其中 X(U) Z(W) 为建立或取消刀具补偿程序段中 刀具移动的终点坐标 使用刀尖半径补偿指令时应注意下列几点 : (1) G41 或 G42 指令必须和 G00 或 G01 指令一起使用, 且当切削完成轮廓后即用指令 G40 取消补偿 G41 G42 G40 指令不允许与 G02 G03 等其他指令结合编程, 否则报警 (2) 工件有锥度 圆弧时, 必须在精车锥度或圆弧前一程序段建立半径补偿, 一般在切入工件时的程序段建立半径补偿 (3) 必须在刀具补偿参数设定页面的刀尖半径处填入该把刀具的刀尖半径值 ( 如图 3-33 中的 RADIUS 项 ), 则 CNC 装置会自动计算应该移动图 3-33 刀具补偿参数设定的补偿量, 作为刀尖半径补偿的依据 (4) 必须在刀具补偿参数设定页面的假想刀尖方向处 ( 如图 3-33 中的 TIP 项 ) 填入该把刀具的假想刀尖号码, 以作为刀尖半径补正之依据 (5) 假想刀尖方向是指假想刀尖点与刀尖圆弧中心点的相对位置关系, 用 0~9 共 10

98 第 3 章数控车床的编程与加工操作 89 个号码来表示, 如图 3-34 所示,0 与 9 的假想刀尖点与刀尖圆弧中心点重叠 常用车刀的假想刀尖号见图 3-35 所示 (6) 指令刀尖半径补偿 G41 或 G42 后, 刀具路径必须是单向递增或单向递减 即指令 G42 后刀具路径如向 Z 轴负方向切削, 就不允许往 Z 轴正方向移动, 故必须在往 Z 轴正方向移动前, 用 G40 取消刀尖半径补偿 (7) 建立刀尖半径补偿后, 在 Z 轴的切削移动量必须大于其刀尖半径值 ( 如刀尖半径为 0.6 mm, 则 Z 轴移动量必须大于 0.6 mm); 在 X 轴的切削移动量必须大于 2 倍刀尖半径值 ( 如刀尖半径为 0.6 mm, 则 X 轴移动量必须大于图 3-34 假想刀尖号 1.2 mm), 这是因为 X 轴用直径值表示的缘故 (8) 刀具半径补偿的应用当刀具磨损或刀具重磨后, 刀具半径变小, 这时, 需将该改变后的刀具半径设置为补偿量, 而不需修改已编好的程序 用同一加工程序, 对零件轮廓进行粗 精加工 若粗加工余量为 Δ, 则粗加工时设置补偿量为 r+δ, 精加工时设置补偿量为 r 即可 图 3-35 不同车刀的假想刀尖号 例 3-6 刀具按如图 3-36 所示的走刀路线进行精加工, 已知进给量为 0.1 mm r -1, 切削线速度为 180 m min -1, 试建立刀尖圆弧半径补偿编程 编制程序如下 : O3006; ( 程序号 )

99 90 数控加工编程与操作 G96 S180 T0300; ( 恒线速度设定, 换 T03 号刀 ) G50 X150.0 Z200.0 M08; ( 设定工件坐标系, 切削液开 ) G00 G42 X26 Z2.0 T0303 M03; (1, 建立刀具补偿, 主轴正转 ) G01 Z0 F0.3 ; (2) X56.0 F0.1; (3) X60.0 Z-2.0; (4) Z-12.0; (5) G02 X80.0 Z-22.0 R10.0; (6) G01 X90.0; (7) U6.0 W-3.0; (8) G00 G40 X150.0 Z200.0 T0000; (9, 取消刀具补偿 ) M30; ( 程序结束 ) 10.G27 返回参考点检查 图 3-36 走刀路线 数控机床通常是长时间连续工作, 为了提高加工的可靠性及保证零件的加工精度, 可用 G27 指令来检查工件原点的正确性 格式 :G27 X(U) Z(W) ; 说明 :X Z 值指机床参考点在工件坐标系的绝对值坐标 ;U W 表示机床参考点相对刀具目前所在位置的增量坐标

100 第 3 章数控车床的编程与加工操作 91 该指令的用法如下 : 当执行加工完成一次循环, 在程序结束前, 执行 G27 指令, 则刀具将以快速定位 (G00) 移动方式自动返回机床参考点, 如果刀具到达参考点位置, 则操作面板上的参考点返回, 指示灯会亮 ; 若工件原点位置在某一轴向有误差, 则该轴对应的指示灯不亮, 且系统将自动停止执行程序, 发出报警提示 使用 G27 指令时, 若先前用 G41 或 G42 建立了刀具半径补偿, 必须用 G40 将刀具半径补偿取消后, 才可使用 G27 指令 编程时可参考如下程序结构 : ; T0202; ; G40; ( 取消刀具半径补偿 ) G27 X Z ; ( 返回参考点检查 ) ; 11.G28 自动返回参考点 G28 指令的功能是使刀具从当前位置以快速定位 (G00) 移动方式, 经过中间点回到参考点 指定中间点的目的是使刀具沿着一条安全路径回到参考点 格式 :G28 X(U) Z(W) ; 说明 :X Z 是刀具经过中间点的绝对值坐标 ;U W 为刀具经过的中间点相对起点的增量坐标 如图 3-37 所示, 若刀具从当前位置经过中间点 (30,15) 返回参考点, 则可用指令 : G28 X30.0 Z15.0; 如图 3-38 所示, 若刀具从当前位置直接返回参考点, 这时相当于中间点与刀具当前位置重合, 则可用增量方式指令为 : G28 U0 W0; 图 3-37 刀具经过中间点返回参考点 图 3-38 刀具直接返回参考点

101 92 数控加工编程与操作 12.G29 从参考点返回 此指令的功能是使刀具由机床参考点经过中间点到达目标点 格式 :G29 X Z ; 其中 X Z 后面的数值是指刀具的目标点坐标 这里经过的其中间点就是 G28 指令所指定的中间点, 故刀具可经过这一安全路径到达欲切削加工的目标点位置 所以用 G29 指令之前, 必须先用 G28 指令, 否则 G29 不知道中间点位置, 而发生错误 螺纹加工 1. 螺纹加工的类型 螺纹加工包括 : 内 ( 外 ) 圆柱螺纹和圆锥螺纹 单头螺纹和多头螺纹 恒螺距与变螺距螺纹 数控系统提供的螺纹加工指令包括 : 单一螺纹指令和螺纹固定循环指令 前提条件是主轴上有位移测量系统 不同的数控系统, 螺纹加工指令也有差异, 实际应用中按所使用机床的要求编程 2. 螺纹加工方法 螺纹加工常用切削循环方式, 在数控车床上加工螺纹的进刀方式通常有直进法 斜进法, 如图 3-39 所示 直进法一般应用于螺距或导程小于 3 mm 的螺纹加工, 斜进法使刀具单侧刃加工减轻负载, 一般用于螺距或导程大于 3 mm 的螺纹加工 ; 螺纹的切削深度遵循 后一刀的切削深度不能超过前一刀切削深度 的原则, 其分配方式有常量式和递减式 递减规律由数控系统设定, 目的是使每次切削面积接近相等 加工螺纹前, 必须精车螺纹外圆至公称 (a) (b) 直径 加工多头螺纹, 常用方法是车好一条螺纹后, 轴向进给移动一个螺距 ( 用 G00 指令 ), 再车另一条图 3-39 螺纹加工方法螺纹 3. 螺纹尺寸的计算 在用车削螺纹指令编程前, 需对螺纹相关尺寸进行计算, 以确保车削螺纹程序段的有关参考量 车削螺纹时, 车刀总的切削深度是牙型高度, 即螺纹牙型上牙顶到牙底之间垂直于螺纹轴线的距离 根据 GB 规定, 普通螺纹的牙型理论高度 H=0.866P, 实际加工时, 由于螺纹车刀刀尖半径的影响, 螺纹实际切深有变化 根据 GB 规定, 螺纹车刀

102 第 3 章数控车床的编程与加工操作 93 可在牙底最小削平高度 H/8 处削平或倒圆 则螺纹实际牙型高度可按下式计算 : h = H-2 (H/8) = P 式中 :H 螺纹原始三角形高度,H = 0.866P (mm) P 螺距 (mm) 根据 ISO 标准规定, 螺纹车刀刀尖半径 :r = H/6 = P, 则螺纹的牙型计算高度 螺纹小径应按下式计算 : h 1 计 = H-2 (H/6) = P d 1 计 = d-2h 1 计 4. 螺纹起点与螺纹终点径向尺寸的确定 螺纹加工中, 径向起点 ( 编程大径 ) 的确定决定于螺纹大径 例如要加工 M30 2-6g 外螺纹, 由 GB 知, 螺纹大径基本偏差 ES= mm, 公差为 T d2 = 0.28 mm; 则螺纹大径尺寸为 φ mm, 所以螺纹大径应在此范围内选取, 并在加工螺纹前, 由外圆车削保证 径向终点 ( 编程小径 ) 的确定决定于螺纹小径 因为编程大径确定后, 螺纹总切深在加工中是由编程小径 ( 螺纹小径 ) 来控制的 螺纹小径的确定应考虑满足螺纹中径公差要求 设牙底由单一圆弧形状构成 ( 圆弧半径互为 R), 则编程小径可用下式计算 : d 1 = d-2(7/8h-r-es/2 + 1/2 T d2 /2) = d-1.75h + 2R + ES-T d2 /2 式中 :d 螺纹公称直径 (mm) H 螺纹原始三角形高度 (mm) R 牙底圆弧半径 (mm), 一般取 R = (1/8~1/6) H T d2 螺纹中径公差 (mm) 本例取 R = (1/8) H = (1/ ) mm = mm 则编程的小径为 : d 1 = ( /2) = (mm) 5. 螺纹起点与螺纹终点轴向尺寸的确定 由于伺服电动机由静止到匀速运动有一个加速过程, 反之, 则为降速过程 为防止加工螺纹螺距不均匀, 车削螺纹之前后, 必须有适当的升速进刀段 δ 1 和减速退刀段 δ 2, 如图 3-40 所示 刀具实际 Z 向行程包括螺纹有效长度 L, 以及升降速段距离 δ l δ 2 δ l δ 2 数值与螺距和转速有关, 由各系统设定 δ l = n P/400 δ 2 = n P/1800 其中 :n 为主转转速 (r min -1 );P 为螺纹导程 (mm) 由以上公式所计算而得的 δ 1 和 δ 2 是理论上所需的 图 3-40 进刀与退刀

103 94 数控加工编程与操作 进退刀量, 实际应用时一般取值比计算值略大 6. 螺纹车削加工指令 各种数控系统螺纹加工常用指令格式和输入的参数都不尽相同, 编程前要仔细阅读编程说明书 G32 单行程螺纹切削格式 :G32 X(U) Z(W) F ; 说明 : 1 G32 指令可以执行单行程螺纹切削 式中 F 为螺纹导程, 如图 3-41(a) 2 车刀进给运动严格根据输入的螺纹导程进行 但是, 车刀的切入 切出 返回均需要编入程序 3 锥螺纹 ( 图 3-41(b)) 其斜角 α 在 45 以下时, 螺纹导程以 Z 方向指定,45 以上至 90 时, 以 X 轴方向指定 该指令一般很少使用 使用螺纹切削指令的注意事项 : 1 主轴恒转速 (G97 指令 ) 切削螺纹时, 为能加工到螺纹小径, 车削时 X 轴的直径值逐次减少, 若使用 G96 恒线速度控制指令, 则工件旋转时, 其转速会随切削点直径减少而增加, 这会使 F( 单位 :mmr r -1 ) 导程指定的值产生变动 ( 因为 F 会随转速而变化 ), 从而发生乱牙现象 2 螺纹加工中的走刀次数和进刀量 ( 切削深度 ) 会直接影响螺纹的加工质量, 车削螺纹时的切削深度及切削次数可参考表 3-8 切削深度及走刀次数8 次 表 3-8 普通螺纹切削深度及走刀次数参考表 普通螺纹牙深 = P P: 螺距 螺距 牙深 次 次 次 次 次 次 次 次 0.2 注 : 表中切削深度为直径值, 切削深度及走刀次数根据所工件材料及刀具的不同可酌情增减

104 第 3 章数控车床的编程与加工操作 95 例 3-7 如图 3-41(a) 所示, 欲车削普通螺纹 M20 2.5, 切削速度为 100 m min -1, 用 G32 指令编程 在编程前, 应先作下列计算 : (1) 先决定主轴转速由 v = πd n/1000,n = ( / ) r min -1 =1592 r min -1 验算 n 取值是否合适 : 机床要求 n P 4000, 即 :n 4000/2 则 :n 2000 r min -1 由计算得知 n 取 1592 r min -1 可使用, 一般取整数较方便, 故用 1500 r min -1 车削螺纹 (2) 计算进刀段 δ 1 及退刀段 δ 2 δ l = n P/400 = /400 mm = 9.4 mm 取 δ 1 = 11 mm δ 2 = n P/1800 = /1800 = 2.1 mm 取 δ 2 = 3 mm (3) 计算螺纹牙底直径 螺纹牙底直径 = 大径 -2 牙深 = = mm 程序编制如下 : O3007; G50 X150.0 Z200.0 T0600; G97 S1500 M03; T0606 M08; N10 G00 X26.0 Z11.0; ( 快速定位至 a 点,Z11.0 即为进刀段 ) X19.0; (20-1.0=19.0, 参考表 3-8) G32 Z-33.0 F2.5; ( 车螺纹第一次走刀 ) G00 X6.0; ( 快速退刀至 b 点 ) Z11.0; ( 快速退刀至 a 点 ) X18.3; ( =18.3, 参考表 3-8) G32 Z-33.0; ( 车螺纹第二次走刀 ) G00 X26.0; ( 快速退刀至 b 点 ) Z11.0; ( 快速退刀至 a 点 ) X17.7; ( =17.7, 参考表 3-8) G32 Z-33.0; ( 车螺纹第三次走刀 ) G00 X26.0; ( 快速退刀至 b 点 ) Z11.0; ( 快速退刀至 a 点 ) X17.3; ( =17.3, 参考表 3-8) G32 Z-33.0; ( 车螺纹第四次走刀 ) G00 X26.0; ( 快速退刀至 b 点 ) Z1.0; ( 快速退刀至 a 点 )

105 96 数控加工编程与操作 X16.9; ( =16.9, 参考表 3-8) G32 Z-33.0; ( 车螺纹第五次走刀 ) G00 X26.0; ( 快速退刀至 b 点 ) Z11.0; ( 快速退刀至 a 点 ) X16.75; ( 刀具至螺纹牙底 ) G32 Z-33.0; ( 螺纹最后精车 ) N100 G00 X26.0; ( 快速退刀至 b 点 ) G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; 11) M (a) 图 3-41 螺纹加工 G32 (b) 3.4 固定循环和子程序 单一固定循环 前面所介绍的 G 指令, 如 G00,G01,G02,G03,G32 等, 都是基本切削指令, 即一个指令只使刀具产生一个动作, 但一个循环切削指令可使刀具产生四个动作, 即可将刀具 切入 切削 退刀 返回, 用一个循环指令完成 因此, 使用循环指令可简化编程 当工件毛坯的轴向余量比径向余量多时, 使用 G90 轴余量向切削循环指令 ; 当材料的径向余量比轴向余量多时, 使用 G94 径向切削循环指令 ;G92 是用于切削螺纹的循环指令 1.G90 轴向切削循环指令 (1) 圆柱切削循环格式 :G90 X(U) Z(W) F ;

106 第 3 章数控车床的编程与加工操作 97 说明 :X Z 是圆柱面切削终点坐标 ;U W 是圆柱面切削终点相对于循环起点增量坐标其刀具路径如图 3-42 所示, 当刀具在 A 点 ( 循环起点 ) 定位后, 执行 G90 循环指令, 则刀具由 A 以快速定位至 B 点, 再以指定的进给量切削到 C 点 ( 切削终点 ), 再车削到 D 点, 最后以快速定位回到 A 点完成一循环切削 注意 : 使用循环切削指令, 刀具必须先定位至循环起点, 再执行循环切削指令, 且完成一循环切削后, 刀具仍回到此循环起点 循环切削指令为模态指令 例 3-8 使用 l 号粗车刀 2 号精车刀车削如图 3-43 所示工件的外圆, 试用 G90 指令编程 O3008; G96 S120 T0100; ( 恒线速度设定, 换 T01 号刀 ) G50 X150.0 Z200.0 M08; ( 设定工件坐标系, 切削液开 ) G50 S3500; ( 主轴最高转速限制 ) G00 X55.0 Z3.0 T0101 M03;( 快速定位至循环起点 a, 建立刀具补偿, 主轴正转 ) G90 X46.0 Z F0.2; ( 以循环切削方式车削, 由 a b g h a) X42.0; ( 以循环切削方式车削, 由 a c f h a) X40.2; ( 以循环切削方式车削, 由 a d e h a) G00 X150.0 Z200.0 T0100; ( 快速定位至点 (100,150), 准备换 2 号刀 ) T0202 S150; ( 换 2 号刀及 2 号补偿, 并提高切削速度为 150 m min -1 ) X40.0 Z3.0; ( 刀具至精车起点 ) G01 Z-45.0 F0.07; ( 精车外圆 ) X55.0; ( 精车轴肩 ) G00 X150.0 Z200.0 T0000; ( 刀具至起始点, 取消刀具补偿 ) M30; 图 3-42 轴向切削循环 图 3-43 车削外圆

107 98 数控加工编程与操作 (2) 圆锥切削循环格式 :G90 X(U) Z(W) R F ; 说明 :X(U) Z(W) 含义与圆柱切削循环指令相同 ;R 是指切削终点 P 3 至起点 P 2 的向量值 ( 以半径值表示 ), 若锥面起点坐标大于终点坐标时, 该值为正, 反之为负 其刀具轨迹如图 3-44 所示 刀具定位至 P 1 点后, 执行 G90 指令, 则刀具由 P 1 点快速定位至 P 2 点, 再以指定的进给量切削至 P 3 点, 再切削至 P 4 点, 最后以快速定位回到 P 1 点完成一循环切削 例 3-9 使用 3 号车刀, 车削如图 3-45 所示工件的外圆锥面, 试用 G90 指令编程 R=-(40-29)/2=-5.5 图 3-44 圆锥切削循环 图 3-45 圆锥切削 程序如下 : O3009; G96 S120 T0300; G50 X150.0 Z200.0 M08; G50 S3500; G96 S120; G00 X50.0 Z5.0 T0303 M03; ( 快速定位至循环起点 a) G90 X49.0 Z-45.0 R-5.5 F0.2; ( 以循环切削方式车削, 由 a b i j a) X45.0; ( 以循环切削方式车削, 由 a c h j a) X41.0; ( 以循环切削方式车削, 由 a d g j a) X40.0 Z150 F0.07; ( 以循环切削方式车削, 由 a e f j a) G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; 2.G94 径向切削循环指令 G94 可用于直端面或锥端面车削循环, 如图 3-46

108 第 3 章数控车床的编程与加工操作 99 (1) 直端面车削循环 格式 :G94 X(U) Z(W) F ; 各地址代码的含义与 G90 同 其刀具路径如图 4-46 所示, 由 P l P 2 P 3 P 4 P 1 完成一个循环 (R): 表示刀具以快速定位方式移动 (F): 表示刀具以指定的进给速度切削工件 P 1 点 : 称为循环起点 P 3 点 : 终点坐标位置 例 3-10 使用 4 号车刀, 车削如图 3-47 所示工 件的端面, 试用 G94 指令编程 O3010; 图 3-46 G94 指令刀具路线 G96 S120 T0400; G50 X150.0 Z200.0 M08; G50 S3500; G96 S120; G00 X85.0 Z5.0 T0404 M03; ( 快速定位至循环起点 a, 建立刀具补偿, 主轴正转 ) G94 X40.5 Z-3.0 F0.2; ( 由 a b i j a 循环粗车 ) Z-6.5; ( 由 a c h j a 循环粗车 ) Z-9.9; ( 由 a d g j a 循环粗车 ) X40. Z-10. S150 F0.07; ( 由 a e P 3 P 4 a 循环精车 ) G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; 图 3-47 车削端面循环图 图 3-48 锥端面车削循环

109 100 数控加工编程与操作 (2) 锥面车削循环格式 :G94 X(U) Z(W) R F ; 各地址代码的含义与 G90 同 其刀具路径如图 3-48 所示, 由 P 1 P 2 P 3 P 4 P 1 完 成一个循环 例 3-11 使用 4 号车刀, 车削如图 3-49 所示工件的端面, 试用 G94 指令编程 编制程序如下 : O3011; G96 S120 T0400; G50 X150.0 Z200.0 M08; G50 S3500; G96 S120 G00 X119. Z5. T0404 M03; ( 快速定位至循环起点 a) G94 X20. Z0 R-22. F0.2; ( 由 a b k l a 循环粗车 ) Z-3.5; ( 由 a c j l a 循环粗车 ) Z-6.5; ( 由 a d i l a 循环粗车 ) Z-9.5; ( 由 a e h l a 循环粗车 ) Z-10. S150 F0.07; ( 由 a f g l a 循环精车 ) G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; a(119,5) 循环起点 f(119,-32) g(20,-10) h(20,-9.5) i(20,-6.5) j(20,-3.5) k(20,0) l(20,5) R=-((-10)-(-32))= G92 螺纹切削循环 图 3-49 锥端面车削 格式 :G92 X(U) Z(W) I F ; 说明 : 1 螺纹切削循环 G92 为简单螺纹循环, 该指令可切削锥螺纹和圆柱螺纹, 其循环路 线与前述的单一形状固定循环基本相同, 只是 F 后边的进给量改为螺距值即可

110 第 3 章数控车床的编程与加工操作 X Z: 螺纹终点的绝对坐标值 ;U W: 螺纹终点坐标相对于螺纹起点的增量坐标 ; I 为锥螺纹起点和终点的半径差 加工圆柱螺纹时,I 为零, 可省略 如图 3-50(a) 为圆锥螺纹循环, 图 3-50(b) 为圆柱螺纹循环 刀具从循环起点 A 开始, 按 A B C D 进行自动循环, 最后又回到循环起点 A 图中虚线表示按 R 快速移动, 实线表示按 F 指定的工作进给速度移动 (a) (b) 图 3-50 螺纹加工循环 G92 例 3-12 车削如图 3-51 所示的 M30 2-6g 的普通螺纹, 试编写加工程序 由 GB 知 : 该螺纹大径为 F , 所以编程大径取 F 29.7 mm, 设牙底由单一圆弧形状构成, 取圆弧半径为 R = (1/8)H = 0.2 mm, 则编程小径为 d = 30-7/ /2 = ; 取编程小径为 φ27.3 mm 加工程序如下 : O3012; G50 X270. Z260.; S300 M03 T0101; G00 X35. Z104.; G92 X28.9 Z53. F2.; X28.2; X27.7; X27.3; G00 X270.; Z260.T0100; M05; 图 3-51 使用 G92 加工实例

111 102 数控加工编程与操作 M30; 前面介绍的 例 3-7 O3007 程序中 N10-N100 程序段如用 G92 编程, 则可简化程序 N10 G00 X26.0 Z11.0; ( 快速定位至点,Z11.0 即为进刀段 ) G92 X19.0 Z-33.0 F2.5 ( 车螺纹第一次走刀 ) X18.3; ( 车螺纹第二次走刀 ) X17.7; ( 车螺纹第三次走刀 ) X17.3; ( 车螺纹第四次走刀 ) X16.9; ( 车螺纹第五次走刀 ) N100 X16.75; ( 螺纹最后精车 ) 复合固定循环 当工件的形状较复杂, 如有台阶 锥度 圆弧等, 若使用基本切削指令或循环切削指令, 粗车时为了考虑精车余量, 在计算粗车的坐标点时, 可能会很繁杂 如果使用复合固定循环指令, 只需依指令格式设定粗车时每次的切削深度 精车余量 进给量等参数, 在接下来的程序段中给出精车时的加工路径, 则 CNC 控制器即可自动计算出粗车的刀具路径, 自动进行粗加工, 因此在编制程序时可节省很多时间 使用粗加工固定循环 G71 G72 G73 指令后, 必须使用 G70 指令进行精车, 使工件达到所要求的尺寸精度和表面粗糙度 1.G71 轴向粗车复合循环 该指令适用于圆柱棒料粗车阶梯轴的外圆或内孔需切除较多余量时的情况 格式 :G71 U(Δd)R(e): G71 P(n s ) Q(n f ) U(Δu) W(Δw) F(Δf) S(Δs)T(t); N(n s ) ; S(s)F(f) N(n f ) 说明 : Δd: 每次切削背吃刀量, 即 X 轴向的进刀, 深度以半径值表示, 一定为正值 ; e: 每次切削结束的退刀量 ; n s : 精车开始程序段的顺序号 ; n f : 精车结束程序段的顺序号 ; Δu:X 轴方向精加工余量, 以直径值表示 ;

112 第 3 章数控车床的编程与加工操作 103 Δw:Z 轴方向精加工余量 ; Δf: 粗车时的进给量 ; Δs: 粗车时的主轴功能 ( 一般在 G71 之前即已指令, 故大都省略 ); t: 粗车时所用的刀具 ( 一般在 G71 之前即已指令, 故大都省略 ); s: 精车时的主轴功能 ; f: 精车时的进给量 G71 指令的刀具循环路径如图 3-52 所示 于 G71 指令的下一程序段给予精车加工指令, 描述 A B 间的工件轮廓, 并在 G71 指令中给出精车余量 Δu Δw 及背吃刀量 Δd, 则 CNC 装置即会自动计算出粗车的加工路径控制刀具完成粗车, 且最后会沿粗车轮廓 A B 车削一刀, 再退回至循环起点 C 完成粗车循环 (F): 以粗车进给速度切削 (R): 以快速定位退刀 C 点为循环起点 Δu 和 Δw 为正值 图 3-52 G71 轴向粗车复合循环 当使用 G71 指令粗车内孔轮廓时, 须注意 Δu 为负值, 如图 3-53 所示 C 点为循环起点 Δu 为负值 Δw 为正值 图 3-53 G71 指令车内孔 使用 G71 指令还应注意以下两点 : (1) 由循环起点 C 到 A 点的只能用 G00 或 G01 指令, 且不可有 Z 轴方向移动指令 ( 请参考下例 O3013 程序 ) (2) 车削的路径必须是单调增大或减小, 即不可有内凹的轮廓外形

113 104 数控加工编程与操作 若使用配置 FANUC 10T 系统的数控车床时, 则没有以上限制 例 3-13 以 FANUC 0i 系统的 CNC 车床车削如图 3-54 所示工件 粗车刀 l 号, 精车刀 2 号, 刀尖半径为 0.6 mm 精车余量 X 轴为 0.2 mm,z 轴为 0.05 mm 粗车的切削速度为 150 m min -1, 精车为 180 m min -1 粗车的进给量为 0.2 mm r -1, 精车为 0.07 mm r -1 粗车时每次背吃刀量为 3 mm O3013; G50 X150.0 Z200.0 T0100; G50 S3500; G96 M03 S150; ( 粗车时的切削速度 150 m min -1 ) T0101 M08; G00 X84.0 Z3.0; ( 快速定位至循环起点 C) G71 U3.0 R1.0; ( 粗车每次背吃刀量 3 mm, 退刀量 1 mm) G71 P10 Q20 U0.2 W0.05 F0.2; ( 粗车的进给量为 0.2 mm r -1 ) N10 G00 X20.0; ( 由 C 快速定位至 A, 开始精车程序段, 不能有 Z 轴移动 ) G01 G42 Z-20.0 F0.07 S180; ( 建立刀尖半径右补偿, 设定精车进给量和切削速度 ) X40.0 W-20.0; G03 X60.0 W-10.0 R10.0; G01 W-20.0; X80.0; Z-90.0; N20 G40 X84.0; ( 完成精车程序段, 并取消刀尖半径补偿 ) G00 X150.0 Z200.0 T0100; ( 快速退至安全点准备换 2 号精车刀 ) T0202; ( 换 2 号精车刀, 建立刀具补偿 ) X84.0 Z3.0; ( 快速定位至循环起点 C) G70 P10 Q20; ( 精车循环 ) G00 X150.0 Z T0000; M30; 程序说明 : (1) 精车开始程序段必须由循环起点 C 到 A 点, 且没有 Z 轴方向移动指令 (2) 必须用 G40 指令在 N20 程序段取消刀尖半径补偿, 否则会发生补偿错误信息 而且此程序段的 X 坐标值 (84) 减去上个程序段的 X 坐标值 (80), 必须大于两倍精车刀刀尖的半径, 否则会发生补偿错误信息 (3)G70 P10 Q20 为精车循环指令, 其用法和含义见后述 (4) 执行此程序前, 必须在刀具补偿参数页面的 2 号补偿内输入刀尖半径值补偿值 0.6

114 第 3 章数控车床的编程与加工操作 105 及假想刀尖号码 3 号 虚线为快速定位路径 实线为切削路径 C 点为循环起点 2.G72 径向粗车复合循环 图 3-54 车削工件 此指令用于当直径方向的切除余量比轴向余量大时 指令格式为 : G72 W(Δd) R(e); G72 P(n s ) Q(n f ) U(Δu) W(Δw) F(Δf )S(Δs)T(t); N(n s ) S(s)F(f); N(n f ) ; 指令中各项的意义与 G71 相同 其刀具循环路径如图 3-55 所示, 使用方式如同 G71 例 3-14 以 FANUC 0i 系统 CNC 车床加工如图 3-56 所示工件 1 号为粗车刀, 每次背吃刀量为 3mm, 进给量 0.2 mm r -1, 切削速度 150 m min -1 ;2 号为精车刀, 刀尖半径 0.6 mm, 进给量 0.07 mm r -1, 切削速度 180 m min -1,X 轴方向精车余量为 0.2 mm, Z 轴方向为 0.05 mm O3014; G50 X150.0 Z200.0 T0100; G50 S3500; G96 M03 S150; T0101 M08; G00 X166.0 Z3.0; ( 快速定位至循环起点 C) G72 W3.0 R1.0; ( 每次背吃刀量为 3 mm, 退刀量 1 mm) G72 P10 Q20 U0.2 W0.05 F0.2; ( 粗车的进给量为 0.2 mm r -1 ) N10 G00 Z-40.0; ( 由 C 快速定位至 A, 开始精车程序段, 不能有

115 106 数控加工编程与操作 x 轴移动 ) G01 G41 X120.0 F0.07 S180; ( 建立刀尖半径左补偿, 设定精车进给量和切削速度 ) G03 X100.0 W10.0 R10.0; G01 X40.0 W15.0; W10.0; X10.0 N20 G40 Z3.0; ( 完成精车程序段, 并取消刀尖半径补偿 ) G00 X15.0 Z200.0 T0100; ( 快速退至安全点准备换 2 号精车刀 ) T0202; ( 换 2 号精车刀, 建立刀具补偿 ) X166.0 Z3.0; ( 快速定位至循环起点 C) G70 P10 Q20; ( 精车循环 ) G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; 图 3-55 G72 循环 图 3-56 车削工件 3.G73 仿形粗车循环 G73 指令用于零件毛坯已基本成型的铸件或锻件的加工 铸件或锻件的形状与零件轮廓相接近, 这时若仍使用 G71 或 G72 指令, 则会产生许多无效切削而浪费加工时间 指令格式为 : G73 U(Δi) W(Δk) R(d); G73 P(n s ) Q(n f ) U(Δu) W(Δw) F(Δf ) s(δs) T(t); N(n s ) : S(s) F(f );

116 第 3 章数控车床的编程与加工操作 107 N(n f ) ; 指令中各项的含义说明如下 : Δi:X 轴方向退刀距离和方向, 以半径值表示, 当向 +X 轴方向退刀时, 该值为正, 反之为负 ; Δk:Z 退刀距离和方向, 当向 +Z 轴方向退刀时, 该值为正, 反之为负 ; d: 粗切削次数 ; 其余各项含义与 G71 相同 图 3-57 所示为 G73 的刀具轨迹 Δi 及 Δk 为第一次车削时退离工图 3-57 G73 循环件轮廓的距离及方向, 确定该值时应参考毛坯的粗加工余量大小, 以使第一次走刀车削时就有合理的切削深度, 计算方法如下 : Δi(X 轴退刀距离 ) = (X 轴粗加工余量 )-( 每一次切削深度 ) Δk(Z 轴退刀距离 ) = (Z 轴粗加工余量 )-( 每一次切削深度 ) 例如 : 若 X 轴方向粗加工余量为 6 mm, 分三次走刀, 每一次切削深度 2 mm, 则 : Δi= 6-2 = 4 d = 3 例 3-15 以 FANUC 0i 系统 CNC 车床车削图 3-58 所示之铸件 X 轴方向加工余量为 6 mm( 半径值 ),Z 轴方向为 6 mm, 粗加工次数为三次 1 号为粗车刀, 2 号为精车刀, 刀尖半径 0.6mm,X 轴方向精车余量为 0.2 mm,z 轴方向为 0.05 mm 先按前面介绍方法计算 Δi Δk 可得 : Δi=Δk = 4 mm 编制加工程序如下: O3015; 图 3-58 车削铸件 G50 X150.0 Z200.0 T0100; G96 S120 M03; T0101 M08; G00 X112.0 Z6.0; ( 快速定位至循环起点 C) G73 U4.0 W4.0 R3.0; (ΔI = Δk = 4 mm,d = 3) G73 P10 Q20 U0.2 W0.05 F0.2; ( 粗车的进给量为 0.2 mm r -1 ) N10 G00 X30.0 Z1.0; ( 快速定位至 A 点, 开始精车程序段, 可有 Z 轴移动 )

117 108 数控加工编程与操作 G42 G01 Z-20.0 F0.07; ( 建立刀尖半径右补偿, 设置精车进给量 ) X60.0 W-10.0: W-30.0; G02 X80.0 W-10.0 R10.0: G01 X100.0 W-10.0; N20 G40 X106.0; ( 完成精车程序段, 并取消刀尖半径补偿 ) G00 X150.0 Z200.0; ( 快速退至安全点, 准备换 2 号精车刀 ) T0202 S150; ( 换 2 号精车刀, 建立刀具补偿, 设置精车切削速度 ) X112.0 Z6.0; G70 P10 Q20; ( 精车循环 ) G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; 4.G70 精加工循环指令 格式 :G70 (n s ) Q(n f ); 说明 :n s 开始精车程序段号 ; n f 完成精车程序段号 使用 G70 时应注意下列事项 : (1) 必须先使用 G71 G72 或 G73 指令后, 才可使用 G70 指令 (2)G70 指令指定的 n s 至 n f 间精车的程序段中, 不能调用子程序 (3)n s 至 n f 间精车的程序段所指令的 F 及 S 是给 G70 精车时使用 (4) 精车时的 S 也可以于 G70 指令前, 在换精车刀时同时指令 ( 如前一个程序 ) (5) 使用 G71 G72 或 G73 及 G70 指令的程序必须储存于 CNC 控制器的内存内, 即有复合循环指令的程序不能通过计算机以边传边加工的方式控制 CNC 机床 5.G76 螺纹车削复合循环 已介绍过 G32 和 G92 两个车削螺纹指令 G32 指令需要 4 个程序段才能完成一次螺纹切削循环 ;G92 是一个程序段可完成一次螺纹切削循环, 程序长度比 G32 短, 但仍须多次进刀方可完成螺纹切削 若使用 G76 指令, 则一个指令即可完成多次螺纹切削循环 格式 :G76 P(m) (r) (a) Q(Δd min ) R(d ); G76 X(U) Z(W) R(i) P(k) Q(Δd ) F(l ); 说明 : m: 精车削次数, 必须用两位数表示, 范围从 01~99; r: 螺纹末端倒角量, 必须用两位数表示, 范围从 00~99, 例如 r =10, 则倒角量 = 导程 = 导程 ;

118 第 3 章数控车床的编程与加工操作 109 a: 刀具角度, 有 等几种 m r a 都必须用两位数表示, 同时由 P 指定 例如 P 表示精车削两次, 末端倒角量为一个螺距长, 刀具角度为 60 ; Δd min : 最小切削深度, 若自动计算而得的切削深度小于 Δd min 时, 以 Δd min 为准, 此数值不可用小数点方式表示 例如 Δd min =0.02 mm, 需写成 Q20; d: 精车余量 ; X(U) Z(W): 螺纹终点坐标 X 即螺纹的小径,Z 即螺纹的长度 ; i: 车削锥度螺纹时, 终点 B 到起点 A 的向量值 若 I = 0 或省略, 则表示车削圆柱螺纹 ; k:x 轴方向之螺纹深度, 以半径值表示 注意 :0T 的 k 不可用小数点方式表示数值 ; Δd: 第一刀切削深度, 以半径值表示, 该值不能用小数点方式表示, 例如 Δd = 0.6 mm, 需写成 Q600; l: 螺纹的螺距 G76 的刀具轨迹如图 3-59 所示 (a) 切削轨迹 (b) 参数定义 图 3-59 G76 螺纹循环 例 3-16 以 FANUC 0i 的 G76 指令切削如图 3-60 所示工件的螺纹, 已知 T0808 为螺纹车刀,s =1000 r min -1 进刀段 δ 1 =n P/400 =1000 2/400 mm=5 mm, 取 δ 1 =8 mm 牙型高度 = = mm 牙底直径 = = mm O3016; G50 X150.0 Z200.0 T0800; M 图 3-60 切削螺纹

119 110 数控加工编程与操作 G97 M03 S1000; T0808 M08; G00 X38.0 Z8.0; ( 快速定位至循环起点 C) G76 P Q20 R0.02; G76 X Z-15.0 P1.299 Q500 F2.0; G00 X150.0 Z200.0 T0000; M30; 6.G74 深孔钻循环 格式 :G74 Z(W) Q(ΔK) F(f) 说明 : W: 钻削深度 ; ΔK: 每次钻削行程长度 ; f: 进给量 图 3-61 G74 钻孔例图 例 3-17 如图 3-61 所示深孔钻削程序如下 : O3017; G50 X200. Z100. T0202; G97 S300 M03; G74 Z-80. Q20. F0.15; G00 Z100.; X200. T0200; M30; 7.G75 外径切槽循环 格式 :G75 X(U) 图 3-62 G75 切槽例图 P(Δi) F(f) 说明 : U: 槽深 ; Δi: 每次循环切削量 ; f: 进给量 例 3-18 如图 3-62 所示切槽 ( 切断 ) 程序如下 : O3018; G50 X200. Z200. T0505; G97 S700 M03; G00 X35. Z-50.;

120 第 3 章数控车床的编程与加工操作 111 G96 S80; G75 X-1. P5000 F0.15; G00 X200.; Z200. T0500; M30; 使用 G70~G76 复循环指令时应注意下列几点 : (1) 同一程序内 P Q 所指定的顺序号码必须是惟一的, 不可重复使用 (2) 由 P 至 Q 所指定顺序号中的程序段中, 不能使用下列指令 : G04 暂停指令 ; G00 G01 G02 G03 以外的 G 功能 ; T 功能 ; M98 及 M 子程序 如图 3-63 所示之工件, 在相同的间隔距离切削四个凹槽, 若用一个程序切削, 则必有许多重复的加工指令 ; 此种情况可将相同的加工程序制作成一个子程序, 再使用一主程序去调用此子程序, 则可简化程序的编制和节省 CNC 系统的内存空间 1. 子程序 (1) 子程序的定义图 3-63 子程序应用在编制加工程序中, 有时会遇到在写法上完全相同或相似的程序段, 多次出现在一个程序上, 或用于几个程序中 为简化程序, 可以把这些重复的程序段单独抽出, 并按一定格式单独加以命名, 称之为子程序 (2) 使用子程序的目的和作用使用子程序可以减少不必要的编程重复, 从而达到简化编程的目的, 将子程序储存于数控系统内, 主程序在执行过程中 如果需要某一子程序, 可以通过一定指令调用 一个子程序也可以调用下一级的子程序 子程序必须在主程序结束指令后建立, 其作用相当于一个固定循环 (3) 子程序的调用格式在主程序中, 调用子程序的指令是一个程序段, 其格式随具体的数控系统而定,FANUC 0i 系统子程序调用格式为 :

121 112 数控加工编程与操作 M98 P L 说明 : 1 P 后面的 4 位为子程序号 ;L 后面 4 位为重复调用次数, 省略时为调用一次 2 M98: 子程序调用字 由此可见, 子程序由程序调用字 子程序号和调用次数组成 (4) 子程序的返回子程序返回主程序用指令 M99, 它表示子程序运行结束, 请返回到主程序 (5) 子程序的嵌套子程序调用下一级子程序称为嵌套, 上一级子程序与下一级子程序的关系, 与主程序与第一层子程序的关系相同 子程序可以嵌套多少层由具体的数控系统决定 在 FANUC 0i 系统中, 只能有两次嵌套 各种数控系统子程序调用的代码各不一样, 指令格式及要求也有所不同, 但都在主程序中相应位置设置了调用子程序的代码 子程序号及调用次数, 子程序结束时, 必须有表示子程序结束的代码, 以便子程序返回主程序 详细要求可仔细阅读程序说明书 2. 子程序编程方法举例 图 3-64 子程序应用 加工程序如下 : 主程序 : O3019; G50 X150. Z100. T0101; S800 M03 M08; G00 X35. Z0; G01 X0 F0.3; G00 X30. Z2.; G01 Z-55.; G00 X150. Z100. T0303; X32. Z0; 对等距槽采用循环比较简单, 而不等距槽则调用子程序较简单 例 3-19 如图 3-64 所示为车削不等距槽 已知 : 毛坯直径 φ32 mm, 长度 77 mm, 一号刀为外圆车刀, 三号刀为切断刀, 其宽度为 2 mm

122 第 3 章数控车床的编程与加工操作 113 M98 P15 L2; G00 W-12.; G01 X0 F0.15; G04 X2.; G00 X150.; Z100. M09; M30; 子程序 : O15; G00 W-12.; G01 U-12. F0.15; G04 X1.; G00 U12.; W-8.; G01 U-12. F0.15; G04 X1.; G00 U12.; M99; 例 3-20 以 FANUC 0i 系统子程序指令, 加工图 3-63 工件上的四个槽 分别编制主程序和子程序如下 : 主程序 : O3020; G50 X150.0 Z200.0 T0300; G97 S1200 M03: T0303 M08; G00 X82.0 Z0; M98 P5555 L4; ( 调用子程序 O5555 执行四次, 切削四个凹槽 ) X150.0 Z200.0 T0300; M30; 子程序 : O5555; W-20.0; G01 X74.0 F0.07; G00 X82.0; M99;

123 114 数控加工编程与操作 3.5 华中 HNC-21/22T 车床数控系统编程指令简介 华中系统中 (G90/G91) (G92/G54~G59) (G00/G01) (G02/G03) (G28/G29) (G41/G42/G43) 等指令与 FANUC 系统格式 含义相同, 请参看前述章节 这里只介绍与 FANUC 系统不同的部分 1.G20/G21 英制 / 公制输入指令 G20 英寸 ; G21 毫米, 为缺省值 2.G94/G95 进给速度单位设定 格式 :G94 F 说明 :G94 每分钟进给量 对于线性轴,F 的单位按 G20/G21 的设定而为 mm/min 或 in/min; 对于旋转轴,F 的单位为 ( )/min G95 每转进给量, 即主轴转一周时刀具的进给量 F 的单位按 G20/G21 的设定而为 mm/r 或 in/r 这个功能只在主轴装有编码器时才能使用 G94 G95 为模态功能, 可相互注销,G94 为缺省值 3.G36/G37 直径 / 半径编程 G36 直径编程, 为缺省值 ; G37 半径编程 4.G53 指令 直接机床坐标系编程 在含有 G53 的程序段中, 绝对值编程时的指令值是在机床坐标系中的坐标值 其为非模态指令 5. 倒角指令 (1) 直线后倒直角 G01 指令 G01 X(U) Z(W) C (2) 直线后倒圆角 G01 指令 G01 X(U) Z(W) R (3) 圆弧后倒直角 G02(G03) 指令 G02(G03) X(U) Z(W) R RL= (4) 圆弧后倒圆角 G02(G03) 指令 G02(G03) X(U) Z(W) R RC=

124 第 3 章数控车床的编程与加工操作 115 例 3-21 如图 3-65, 用倒角指令编程 %3021 N05 T0101 N10 G00 U-70 W-10 N20 G01 U26 C3 F100 N30 W-22 R3 N40 U39 W-14 C3 N50 W-34 N60 G00 U5 W80 N70 M30 例 3-22 如图 3-66, 用倒角指令编程 %3022 N05 T0101 N10 G00 X70 Z10 N20 G00 X0 Z4 N30 G01 W-4 F100 N40 X26 C3 N50 Z-21 N60 G02 U30 W-15 R15 RL=3 N70 G01 Z-70 N80 G00 U10 N90 X70 Z10 N100 M30 图 3-65 直线后倒角 图 3-66 圆弧后倒角

125 116 数控加工编程与操作 6.G04 延时指令 G04 P 其中 P 值是暂停时间, 单位为秒, 最大指令时间是 秒 7. 恒线速度主轴极限转速限定 G96 S 恒线速度有效 G46 X P 主轴极限转速限定 G97 S 取消恒线速度功能说明 : X: 恒线速时主轴最低速限定 (r/min); P: 恒线速时主轴最高速限定 (r/min) 注意 : (1) 使用恒线速度功能, 主轴必须能自动变速 ( 如 : 伺服主轴 变频主轴 ) (2) 在系统参数中设定主轴最高限速 (3)G46 指令功能只在恒线速度功能有效时有效 例 3-23 用恒线速度指令编写图 3-67 零件的加工程序 %3023 N10 T0101 图 3-67 恒线速切削 N20 G00 X40 Z5 N30 M03 S400 N40 G96 S80 N50 G46 X300 P700 N60 G00 X0 N70 G01 Z0 F60 N80 G03 U24 W-24 R15 N90 G02 X26 Z-31 R5 N100 G01 Z-40 N110 X40 Z5 N120 G97 S300 N130 M30

126 第 3 章数控车床的编程与加工操作 G32 螺纹加工指令 华中 :G32 X(U) Z(W) R E P F FANUC:G32 X(U) Z(W) F 华中 : X Z: 绝对编程时, 有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标 ; U W: 增量编程时, 有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量 ; F: 螺纹导程 ; R E: 螺纹切削的退尾量,R 表示 Z 向退尾量 ;E 为 X 向退尾量,R E 在绝对或增量编程时都是以增量方式指定, 其为正表示沿 Z X 正向回退, 为负表示沿 Z X 负向回退 使用 R E 免去退刀槽 R E 可以省略, 表示不用回退功能 ; 根据螺纹标准 R 一般取 2 倍螺距,E 取螺纹的牙型高 ; P: 主轴基准脉冲处距离螺纹切削起始点的主轴转角 使用 G32 指令能加工圆柱螺纹 锥螺纹和端面螺纹 9.G80 G81 G82 简单切削循环指令 (1) 内 外径切削循环 G80 指令 1 圆柱面的内 外径切削循环 华 中 :G80 X(U) Z(W) F FANUC:G90 X(U) Z(W) F 2 带锥度的内 外径切削循环 华 中 :G80 X(U) Z(W) I F FANUC:G90 X(U) Z(W) I F (2) 端面切削循环 G81 指令 1 端平面切削循环 华 中 :G81 X(U) Z(W) F FANUC:G94 X(U) Z(W) F 2 圆锥端面切削循环 华 中 :G81 X(U) Z(W) K F FANUC:G94 X(U) Z(W) R F 说明 :K R 为切削起点相对于切削终点的 Z 向有向距离 (3) 螺纹切削循环 G82 指令 华 中 :G82 X(U) Z(W) I R E C P F FANUC:G92 X(U) Z(W) R F X Z: 有效螺纹终点的坐标值, 或终点相对起点的增量值 ;

127 118 数控加工编程与操作 R E:Z X 轴向螺纹退尾量, 为增量值 ; P: 单头螺纹切削时, 为主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角 ( 缺省值为 0); 多头螺纹切削时, 为相邻螺纹头的切削起点之间对应的主轴转角 ; F: 螺纹导程 ; C: 螺纹头数, 为 0 或者 l 时切削单头螺纹 ; I: 螺纹起点与螺纹终点的半径差 其符号为差的符号 ( 无论是绝对值编程还是增量值编程 ) 例 3-24 用螺纹切削循环 G82 指令编写图 3-68 螺纹切削循环图 3-68 螺纹加工程序 %3024 N10 T0101 ( 换 1 号刀, 确定其坐标系 ) N20 G Z104 ( 到循环起点 ) N30 M03 S300 ( 主轴正转 ) N40 G82 X129.2 Z18.5 C2 P180 F3 ( 第一次循环切螺纹, 切深 0.8 mm) N50 X128.6 Z18.5 C2 P180 F3 ( 第二次循环切螺纹, 切深 0.6 mm) N60 X128.2 Z18.5 C2 P180 F3 ( 第三次循环切螺纹, 切深 0.4 mm) N70 X Z18.5 C2 P180 F3 ( 第四次循环切螺纹, 切深 0.16 mm) N80 M30 ( 主轴停 主程序结束并复位 ) 10. 复合循环 G71 G72 G73 (1) 内 外径粗加工循环 G71 指令 图 3-69 无凹槽外径复合循环 1 无凹槽内 ( 外 ) 径粗车复合循环华中 :G71 U(Δd) R(r) P(n s ) Q(n f ) X(Δx) Z(Δz) F(f ) S(s) T(t) FANUC : G71 P(n s ) Q(n f ) U( Δ u) W(Δw) D(Δd) F S T 华中 : Δd: 切削深度 ( 每次切削量 ), 指定时不加符号, 方向由矢量决定 ; r: 每次退刀量 ; n s : 精加工路径开始程序段的顺序号 ; n f : 精加工路径最后程序段的顺序号 ;

128 第 3 章数控车床的编程与加工操作 119 Δx:X 方向精加工余量 ; Δz:Z 方向精加工余量 ; f s t 粗加工时 G71 中编程的 F S T 有效, 而精加工时处于 n s 到 n f 程序段之间的 F S T 有效 例 3-25 用无凹槽外径粗车复合循环 G71 指令编写图 3-69 零件加工程序 %3025 N05 T0101 ( 换 1 号刀, 确定其坐标系 ) N10 G00 X80 Z80 ( 到程序起点位置 ) N20 M03 S460 ( 主轴正转 ) N30 G01 X46 Z3 F100 ( 刀具到循环起点位置 ) N40 G71 U1.5 R1 P50 Q130 X0.4 Z0.1 ( 粗切量 :1.5 mm 精切量 :X0.4mm,Z0.1mm) N50 G00 X0 ( 精加工轮廓起始行, 到倒角延长线 ) N60 G01 X10 Z-2 ( 精加工倒角 C2) N70 Z-20 ( 精加工 φ10 外圆 ) N80 G02 U10 W-5 R5 ( 精加工 R5 圆弧 ) N90 G01 W-10 ( 精加工 φ20 外圆 ) N100 G03 U14 W-7 R7 ( 精加工 φ7 圆弧 ) N110 G01 Z-52 ( 精加工 φ34 外圆 ) N120 U10 W-10 ( 精加工外圆锥 ) N130 W-20 ( 精加工 φ44 外圆, 精加工轮廓结束行 ) N140 X50 ( 退出已加工面 ) N150 G00 X80 Z80 ( 回对刀点 ) N160 M30 ( 主程序结束并复位 ) 2 有凹槽内 ( 外 ) 径粗车复合循环 华中 :G71 U(Δd) R(r) P(n s ) Q(n f ) E(e) F(f) S(s) T(t) 说明 :e: 精加工余量, 其为 X 方向的等高距离 外径切削为正, 内径切削为负 ; 其 他参数含义同前 例 3-26 用有凹槽外径粗车复合循环 G71 指令编写图 3-70 零件加工程序 %3026 N05 T0101 ( 换 1 号刀, 确定其坐标系 ) N10 G00 X80 Z100 ( 到程序起点或换刀点位置 ) N20 M03 S400 ( 主轴正转 ) N30 G00 X42 Z3 ( 到循环起点位置 ) N40 G71 U1 R1 P80 Q190 E0.3 F100 ( 有凹槽粗切循环加工 ) N50 G00 X80 Z100 ( 粗加工后, 到换刀点位置 )

129 120 数控加工编程与操作 N60 T0202 ( 换二号刀, 确定其坐标系 ) N70 G00 G42 X42 Z3 (2 号刀加入刀尖圆弧半径补偿 ) N80 G00 X10 ( 精加工轮廓开始, 到倒角延长线处 ) N90 G01 X20 Z-2 F80 ( 精加工倒角 C2) N100 Z-8 ( 精加工 φ20 外圆 ) N110 G02 X28 Z-12 R4 ( 精加工 R4 圆弧 ) N120 G01 Z-17 ( 精加工 φ28 外圆 ) N130 U-10 W-5 ( 精加工下切锥 ) N140 W-8 ( 精加工 φ18 外圆槽 ) N150 U8.66 W-2.5 ( 精加工上切锥 ) N160 Z-37.5 ( 精加工 φ26.66 外圆 ) N170 G02 X30.66 W-14 R10 ( 精加工 R10 下切圆弧 ) N180 G01 W-10 ( 精加工 φ30.66 外圆 ) N190 X40 ( 退出已加工表面, 精加工轮廓结束 ) N200 G00 G40 X80 Z100 ( 取消半径补偿, 返回换刀点位置 ) N210 M30 ( 主轴停, 主程序结束并复位 ) (2) 端面粗加工循环 G72 指令 华中 :G72 W(Δd) R(r) P(n s )Q(n f )X(Δx) Z(Δz) F(f) S(s) T(t) FANUC:G72 P(n s )Q(n f )U(Δu) W(Δw) D(Δd) F S T 说明 : 参数含义同前 图 3-70 有凹槽外径复合循环

130 第 3 章数控车床的编程与加工操作 121 例 3-27 用端面粗加工循环 G72 指令编写图 3-71 零件加工程序 %3027 N10 T0101 ( 换 1 号刀, 确定其坐标系 ) N20 G00 X100 Z80 ( 到程序起点或换刀点位置 ) N30 M03 S400 ( 主轴正转 ) N40 X80 Z1 ( 到循环起点位置 ) N50 G72 W1.2 R1 P80 Q170 X0.2 Z0.5 F100 ( 外端面粗切循环加工 ) N60 G00 X100 Z80 ( 粗加工后, 到换刀点位置 ) N70 G42 X80 Z1 ( 加入刀尖圆弧半径补偿 ) N80 G00 Z-56 ( 精加工轮廓开始, 到倒角延长线处 ) N90 G01 X54 Z-40 F80 ( 精加工锥面 ) N100 Z-30 ( 精加工 φ54 外圆 ) N110 G02 U-8 W4 R4 ( 精加工 R4 圆弧 ) N120 G01 X30 ( 精加工 Z26 处端面 ) N130 Z-15 ( 精加工 φ30 外圆 ) N140 U-16 ( 精加工 Z15 处端面 ) N150 G03 U-4 W2 R2 ( 精加工 R2 圆弧 ) N160 Z-2 ( 精加工 φ10 外圆 ) N170 U-6 W3 ( 精加工倒角, 精加工轮廓结束 ) N180 G00 X50 ( 退出已加工表面 ) N190 G40 X100 Z80 ( 取消半径补偿, 返回程序起点位置 ) N200 M30 ( 主轴停, 主程序结束并复位 ) 图 3-71 端面循环

131 122 数控加工编程与操作 (3) 封闭轮廓粗加工循环 G73 指令华中 :G73 U(ΔI) W(ΔK )R(r) P(n s ) Q(n f ) X(Δx) Z(Δz) F(f) S(s) T(t) FANUC:G73 P(n s ) Q(n f ) I(Δi) K(Δk) U(Δu) W(Δw) D(Δd) F S T 说明 :ΔI,X 方向粗加工总余量 ; ΔK,Z 方向粗加工总余量 ; 其他参数含义同前 例 3-28 用封闭轮廓粗加工循环 G73 指令编写图 3-72 零件加工程序 图 3-72 封闭轮廓循环 %3028 N05 T0101 ( 换 1 号刀, 确定其坐标系 ) N10 G00 X80 Z80 ( 到程序起点位置 ) N20 M03 S400 ( 主轴正转 ) N30 G00 X60 Z5 ( 到循环起点位置 ) N40 G73 U3 W0.9 R3 P50 Q130 X0.6 Z0.1 F120 ( 闭环粗切循环加工 ) N50 G00 X0 Z3 ( 精加工轮廓开始, 到倒角延长线处 ) N60 G01 U10 Z-2 F80 ( 精加工倒角 ) N70 Z-20 ( 精加工 φ10 外圆 ) N80 G02 U10 W-5 R5 ( 精加工 R5 圆弧 ) N90 G01 Z-35 ( 精加工 φ20 外圆 ) N100 G03 U14 W-7 R7 ( 精加工 R7 圆弧 ) N110 G01 Z-52 ( 精加工 φ34 外圆 )

132 第 3 章数控车床的编程与加工操作 123 N120 U10 W-10 ( 精加工锥面 ) N130 U10 ( 退出已加工表面, 精加工轮廓结束 ) N140 G00 X80 Z80 ( 返回程序起点位置 ) N150 M30 ( 主轴停 主程序结束并复位 ) (4) 螺纹切削复合循环 G76 指令 华 中 :G76 C(c) R(r) E(e) A(a) X(x) Z(z) I(i) K(k) U(d) V(Δd min ) Q(Δd) P(p) F(L) FANUC:G76 X(U) Z(W) I K D F A 说明 : c: 精车次数 (1~99); r:z 轴方向螺纹退尾长度 ( 为增量值 模态值 ); e:x 轴方向螺纹退尾长度 ( 为增量值 模态值 ); a: 螺纹牙型角, 即刀尖角度, 可在 六个角度中 选择 ( 为模态值 ); x: 绝对指令时为螺纹终点的 X 轴坐标值 ; 增量指令时为螺纹终点相对循环起点在 X 轴的有向距离 ; z: 绝对指令时为螺纹终点的 Z 轴坐标值 ; 增量指令时为螺纹终点相对循环起点在 Z 轴的有向距离 ; i: 螺纹起点与终点的半径差 ; k: 螺纹牙型高度 ( 半径值 ); d: 精加工余量 ; Δd min : 最小切削深度, 即当第 n 次切削, 深度小于此值时, 以该值进行切削 ; Δd: 第一次切削深度 ( 半径值 ); p: 主轴基准脉冲处距离切削起点的主轴转角 ; L: 为螺纹导程 ( 同 G32) 例 3-29 用螺纹切削复合循环 C76 指令编写图 3-73 螺纹加工程序 %3029 N10 T0101 ( 换 1 号刀, 确定其坐标系 ) N20 G00 X100 Z100 ( 到程序起点或换刀点位置 ) N30 M03 S400 ( 主轴正转 ) N G00 X90 Z4 ( 到简单循环起点位置 ) N50 G80 X Z-30 I-0.94 F80 ( 加工锥螺纹外表面 ) N60 G00 X100 Z100 M05 ( 到程序起点或换刀点位置 ) N70 T0202 ( 换 2 号刀, 确定其坐标系 ) N80 M03 S300 ( 主轴正转 ) N90 G00 X90 Z4 ( 到螺纹循环起点位置 )

133 124 数控加工编程与操作 N100 G76 C2 R-3 E1.3 A60 X58.15 Z-24 I-0.94 K1.299 U0.1 V0.1 Q 0.9 F2 N110 G00 X100 Z100 ( 返回程序起点位置或换刀点位置 ) N120 M30 图 3-73 螺纹切削复合循环 3.6 SINUMERIK 802D 系统编程指令简介 尺寸系统 1.G90/G91 绝对坐标 / 相对坐标编程指令 格式 :G90 G91 X/Z = AC ( ) 某轴以绝对坐标输入, 程序段方式 X/Z = IC( ) 某轴以增量坐标输入, 程序段方式说明 : (1) 用 X/Z = AC ( ),X/Z = IC ( ) 定义赋值时必须要有一个等于符号, 数值要写在圆括号中 (2) 圆心坐标也可以以绝对坐标用 I/K = AC( ) 定义 如 :G90 X20 Z90 ( 绝对坐标编程 ) X75 Z = IC(-32) (X 仍然是绝对坐标,Z 是增量坐标 ) G91 X50 Z30 ( 增量坐标编程 )

134 第 3 章数控车床的编程与加工操作 125 X-12 Z = AC (18) (X 仍然是增量坐标,Z 是绝对坐标 ) 2.G70/G71 英制 / 公制输入指令 格式 :G70 或 G700 G71 或 G710 说明 : (1) 系统根据所设定的状态把所有的几何值转换为英制尺寸或公制尺寸 ( 这里刀具补偿值和可设定零点偏置值也作为几何尺寸 ) (2)G700 和 G710 也适用于进给率 F, 单位分别为 in/min 或 mm/min 如 :G71 X20 Y30 ( 公制尺寸 ) X50 Y60 (G71 继续生效 ) G70 X30 Y17.3 ( 开始英制尺寸 ) 3.DIAMON/DIAMOF 直径 / 半径数据尺寸 格式 :DIAMON ( 直径数据尺寸 ) 或 :DIAMOF ( 半径数据尺寸 ) 说明 : 车床中加工零件时通常把 X 轴的位置数据作为直径数据编程, 程序中在需要时也可以转换为半径尺寸 如 :DIAMON X44 Z20 (X 轴直径数据方式 ) X50 Z30 (DIAMON 继续生效 ) DIAMOF X22 Z20 (X 轴开始转换为半径数据方式 ) X25 Z30 4.G54~G59/G500/G53/G153 可设置的零点偏置指令 格式 :G54~G59 ( 第一 ~ 第六可设定零点偏置 ) G500 ( 取消可设定零点偏置, 模态有效 ) G53 ( 取消可设定零点偏置, 程序段方式有效 ) G153 ( 同 G53, 还以程序段方式取消基本框架 ) 如 :G54 ( 调用第一可设定零点偏置 ) : ( 加工零件 ) G500 G0 X20 ( 取消可设定零点偏置 ) 5.G25/G26 可编程的工作区域限制指令 格式 :G25 X Z ( 工作区域下限 ) G26 X Z ( 工作区域上限 )

135 126 数控加工编程与操作 WALIMON ( 工作区域限制使能 ) WALIMOF ( 工作区域限制取消 ) 说明 : (1) 可以用 G25/G26 定义所有轴的工作区域, 规定哪些区域可以运行, 哪些区域不可以运行 (2) 当刀具长度补偿有效时, 刀尖必须要在此区域内, 否则, 刀架参考点必须在此区域内 坐标值以机床为参照系 (3)G25/G26 可以与地址 S 一起, 用于限定主轴转速 (4) 坐标轴只有在回参考点之后, 工作区域限制才有效 如 :G25 X0 Z30 ( 工作区域下限 ) G26 X80 Z160 ( 工作区域上限 ) T1 G0 X70 Z140 WALIMON ( 工作区域限制使能 ) : ( 仅在工作区域内 ) WALIMOF ( 工作区域限制取消 ) 坐标轴运动 1.G0 快速点定位指令 格式 :G0 X Z 说明 : (1) 该指令用于快速定位刀具, 没有对工件进行加工 (2) 可以在几个轴上同时执行快速移动, 由此产生一线性轨迹 2.G1 直线插补指令 格式 :G1 X Z F 说明 : 刀具以直线从起始点移动到目标位置, 接地址 F 给定的进给速度运行 3.G2/G3 圆弧插补指令 格式 :G2/G3 X Z I K F 或 :G2/G3 CR X Z F 或 :G2/G3 AR I K F 或 :G2/G3 AR X Z F

136 第 3 章数控车床的编程与加工操作 127 说明 : (1) 其他的圆弧编程方法有 :CT 圆弧用切线连接 ;CIP 通过中间点的圆弧 (2) 已知圆心和终点的编程方法与 FANUC 0i 系统相同 只有用圆心和终点定义的程 序段才可以编程整圆 已知终点和半径编程举例 : 如图 3-74 所示圆弧, 编程为 G90 X100 Z95 ( 圆弧的起始点 ) G3 X100 Z12 CR55 ( 终点和半径 ) 已知终点和张角编程举例 : 如图 3-75 所示圆弧, 编程为 G90 G0 X100 Z95 ( 圆弧的起始点 ) G3 X100 Z12 AR = 97 ( 终点和张角 ) 已知圆心和张角编程举例 : 如图 3-76 所示圆弧, 编程为 G90 G0 X100 Z95 ( 圆弧的起始点 ) G3 I26 K54 AR = 97 ( 圆心和张角 ) 通过中间点的圆弧编程举例 : 如图 3-77 所示圆弧, 编程为 G90 G0 X98 Z95 ( 圆弧的起始点 ) CIP X98 Z12 I1 = 136 K1 = 54 ( 终点和中间点 ) 图 3-74 终点和半径编程 图 3-75 终点和张角编程 图 3-76 圆心和张角编程 图 3-77 CIP 编程

137 128 数控加工编程与操作 切线过渡圆弧插补编程举例 : 如图 3-78 所示圆弧, 编程为 G1 Z52 ( 直线 AB) CT X98 Z95 ( 切向连接的圆弧 ) 4.G4 暂停指令 格式 :G4 F ( 暂停时间 (s)) G4 S ( 暂停主轴转数 ) 说明 : 图 3-78 CT 编程 (1) 该指令可以使加工中断给定的时间, 如退刀槽切削 (2)G4 指令单程序段有效 如 :G1 Z-50 F200 S200 M3 ( 设定进给率 F 和主轴速度 S) G4 F3 ( 暂停 3s) G4 S20 ( 主轴暂停 20 r, 相当于在 200r/min)( 时暂停 0.1 min) X50 (F 指令和 S 指令继续有效 ) 5.G33 恒螺距螺纹切削指令 格式 :G33Z K SF = ( 圆柱螺纹 ) G33Z X K SF= ( 锥螺纹, 锥角小于 45 ) G33Z X I SF= ( 锥螺纹, 锥角大于 45 ) G33 X I SF= ( 横向 ( 端面 ) 螺纹 ) 说明 : (1) 用来加工带恒定螺距的螺纹, 要求主轴有位置测量系统 (2)SF: 起始点偏移 ( 绝对坐标 ) 在加工螺纹中切削位置偏移以后以及在加工多头 螺纹时, 均要求起始点偏移 (3) 在具有 2 个坐标轴尺寸的圆锥螺纹加工中, 螺距地址 I 或 K 下必须设置较大位移 的螺纹尺寸, 另一个较小的螺纹尺寸不用给出 (4)M3 为右旋螺纹 ;M4 为左旋螺纹 (5) 螺纹长度中要考虑导入空刀量和退出空刀量 如 : 圆柱双头螺纹, 起始点偏移 180, 螺纹长度 ( 包括导入空刀量和退出空刀量 ) 100 mm 螺距 4 mm/r, 右旋螺纹, 圆柱已经预制, 程序如下 : G54 G0 G90 X50 Z0 S500 M3 ( 回起始点, 主轴正转 ) G33 Z-100 K4 SF=0 ( 螺距 :4mm/r) G0 X54 Z0

138 第 3 章数控车床的编程与加工操作 129 X50 G33 Z-100 K4 SF=180 ( 第二条螺纹线,180 偏移 ) G0 X54 6.G331/G332 螺纹插补指令 格式 :SPOS= ( 主轴处于位置调节状态 ) G331 Z K S ( 加工螺纹 ) G332 Z K ( 退刀 ) 说明 : (1) 要求主轴必须是位置控制的主轴, 且具有位置测量系统 (2)Z 攻丝深度 ;K 螺距 (3) 在 G332 中编程的螺距与在 G331 中编程的螺距一样, 主轴自动反向 (4) 在攻丝之前, 必须用 SPOS= 指令使主轴处于位置控制运行状态 (5) 该指令在加工螺纹时坐标轴速度由主轴转速和螺距确定, 而与进给率 F 没有关系, F 处于存储状态 7.G74/G75 返回参考点 / 固定点指令 格式 :G74/G75 X Z 说明 : 该指令需要一独立程序段, 并且程序段方式有效 机床坐标轴的名称必须要编程 如 G74/G75 X1 = 0 Z1 = 0 程序段中 Xl 和 Z1 的数值不识别 8.G94/G95 直线进给率 / 旋转进给率指令 格式 :G94 F ( 直线进给率 mm/min) G95 F ( 旋转进给率 mm/r) 说明 : (1) 对于车床,G94/G95 的作用会扩展到恒定切削速度 G96/G97 功能, 还会对主轴 S 产生影响 (2)G94 和 C95 更换时要求写入一个新的地址 F 如 :G94 F310 ( 进给量 310 mm/min) S200 M3 ( 主轴旋转 ) G95 F15 ( 进给量 15 mm/r) 9.G9(G60)/G64 准确定位 / 连续路径加工 格式 :G60 ( 准确定位, 模态有效 ) G64 ( 连续路径加工 )

139 130 数控加工编程与操作 G9 ( 准确定位, 但程序段有效 ) G601 ( 精准确定位窗口 ) G602 ( 粗准确定位窗口 ) 说明 : (1) 该指令生效时, 当到达定位精度后, 移动轴的进给速度减小到零 (2)G64 加工方式的目的是在一个程序段到下一个程序段转换过程中避免进给停顿, 使其尽可能以相同的轨迹速度转换到下一个程序段, 并以可预见的速度过渡执行下一个程序段的功能 其他 G 指令 1.G25/G26 主轴极限转速指令 格式 :G25 S ( 主轴转速下限 ) G26 S ( 主轴转速上限 ) 说明 : 该指令可以限制特定情况下主轴的极限值范围, 并覆盖以前设定的数据 如 :G25 S20 ( 主轴转速下限 :20 r/min) G26 S800 ( 主轴转速上限 :800 r/min) 2.G96/G97 恒定切削速度 格式 :G96 S LIMS= F ( 恒定切削指令 ) G97 ( 取消恒定切削指令 ) 说明 : (1) 该指令生效后, 主轴转速随着当前加工工件直径的变化而变化, 从而始终保证刀 具切削点处编程的切削速度 S 为常数 ( 主轴转速 直径 = 常数 ) (2)S: 切削速度, 单位为 m/min;lims=: 主轴转速上限, 只在 G96 中生效 ;F: 旋 转进给率, 单位 mm/r (3) 当工件从大径加工到小径时, 主轴转速可能提高很多, 因而在此建议给定一主轴 转速极限值 LIMS= LIMS 值只对 G96 指令有效 3.G40/G41/G42 刀具半径补偿指令 格式 :G41 X Z ( 左偏刀具半径补偿 ) G42 X Z ( 右偏刀具半径补偿 ) G40 X Z ( 取消刀具半径补偿 )

140 第 3 章数控车床的编程与加工操作 131 说明 : (1) 刀具必须有相应的 D 号才能有效 (2) 只有在线性插补 (G0 或 G1) 时, 才可进行刀具半径补偿的选择 4.G450/G451 拐角特性指令 格式 :G450 ( 圆弧过渡 ) G451 ( 交点 ) 说明 : (1) 在 G41/G42 有效且一段轮廓到另一段轮廓以不连续的拐角过渡时, 可通过该指令 调节拐角特性 (2)G450 指令的刀具中心轨迹为一个圆弧, 其起点为前一曲线的终点, 终点为后一 曲线的起点, 半径为刀具半径 (3)G451 指令以刀具半径为距离的等距线的交点 刀具在工件转角处不切削 5. 子程序 说明 : (1) 子程序的结构与主程序的结构一样, 子程序结束后返回主程序 (2) 子程序名可任意选取, 与主程序中程序名的选取方法一样 (3) 可以用 M2 或 RET 指令结束子程序 (4) 子程序的嵌套深度为 8 层 如 :L123 ( 调用子程序 L123,L123 并非 L0123 或 L00123,L 后的值可以有 7 位 ) LA07 ( 调用子程序 LA07) L246 P4 ( 调用子程序 L246, 运行 4 次 ) 3.7 典型数控车床编程综合实例 轴类零件加工 通过下面的实例, 说明轴类零件编程及加工的主要方法和步骤 例 3-30 图 3-79 所示为一阶梯轴, 以棒料为毛坯 (1) 装夹方案 : 数控车床加工轴类工件时, 坯件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间, 工件由主轴带动进行旋转主运动, 以适应主轴高速旋转车削 常用夹具有自动夹紧拨动卡盘 拨齿顶尖 三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等 (2) 确定坐标原点和加工路线 : 设坐标原点选在工件左端面中心, 加工路线为 P 0 P l

141 132 数控加工编程与操作 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 0 (3) 坐标计算 : 以设定坐标系为准, 求出各点坐标值 工件毛坯总长度为 105, 刀尖即程序起始点在距端面 X = 200,Z = 200 处 ( 直径编程 ) 因而得出 P 0 (200, 305) P 1 点考虑 C2 倒角, 用直线插补方式进行 选定各点 :P 1 (30,108) P 2 (40, 103) P 3 (40,75) P 4 (60,65) P 5 (60, 35) P 6 (70,30) P 7 (70,20) (4) 选择刀具及切削用量 : 用偏刀切削, 根据工件材料 刀具耐用度等要求, 图 3-79 阶梯轴加工取 n=600r/min,f=0.12 mm/r (5) 程序说明程序中既可用绝对坐标, 也可用增量坐标, 这样编程十分方便, 数控装置是能够自动识别的 但要求有绝对坐标指令, 故必须在开始处有 G50 指令, 规定坐标系 零件的毛坯是棒料, 因此必须采用 G71 多重循环功能切除余量 若精车余量取 0.5 mm,δu=1 mm( 直径值 ),Δw=0.5 mm,δd=3.5 mm,f=0.2 mm/r,s=250 r/min, 加工情况如图 3-80 所示 (6) 加工程序的编制 O3030 图 3-80 棒料毛坯的车削过程 G50 X200. Z308. ( 设定坐标系 ) G00 X80. Z108. T0101 S800 M03 ( 快速接近工件到达 (80,108)) G71 P40 Q100 U2. W1. D2. F0.2 S250 ( 粗车循环 G71) N40 G00 X36. F0. 1 S250 ( 快速定位在点 (36,108) 处 ) G01 X40. W-2. ( 倒 C2 角 ) W-28. (φ40 外圆 ) X60 W-10. ( 车锥面 ) W-30. ( 车 φ60 外圆 ) G03 X70. W-5. R5. ( 车圆角 ) N100 G01 W-5. ( 车 φ70 外圆 ) G70 P40 Q100 ( 精车循环 )

142 第 3 章数控车床的编程与加工操作 133 G00 X200. Z308. ( 快速返回起始点 ) M30 ( 程序结束 ) (7) 若工件毛坯为锻件毛坯, 因为已初具形状, 在切除余量时的粗车循环可以使用 G73 功能 设锻件如图 3-81 所示, 且大端端面与外圆已粗车, 外圆尺寸为 φ70 设 φ50 处 X 轴余量为 10 mm,z 轴余量为 8 精车余量( 直径量 ) 端面为 0.5, 即 Δi=5,Δk=4,Δu=1, Δw=0.5,Δd=3, 则程序如下 : O3031 G50 X200. Z305. S400 M03 T0101 G00 X80. Z105. ( 快速接近工件 ) G01 X0 F0.1 ( 车端面到 105 尺寸 ) G00 X85. W10. ( 快速返回到点 (85,115)) G73 P70 Q120 I5. K4. U1. W0.5 D3. F0.2 S250 T0101 ( 粗车循环 G73) N70 G00 X30. W-7. ( 刀具定位在点 (30,108) 处 ) G01 X40. W-5. F0.1 S300 ( 倒 C2 角 ) W-28. ( 车 φ40 外圆 ) X60. W-10. ( 车锥面 ) W-30. ( 车 φ60 外圆 ) N120 G03 X70. W-5. R5. ( 车圆角 ) G70 P70 Q120 ( 精车循环 G70) G00 X200. Z305. ( 刀具返回起始点 ) M30 图 3-81 锻件毛坯加工 (8) 工件既有圆柱面, 也有圆锥面和圆弧面, 所以还需使用刀尖半径补偿功能 G41 G42 在补偿之前要将刀尖半径值 刀尖方向输入到刀具补偿存储器中 需要注意的是刀

143 134 数控加工编程与操作 尖的半径值和形状要正确, 否则将会影响到工件的尺寸和形状精度 (9) 工件是阶梯轴, 在不同直径处, 为了保证同一切削速度 v c, 其主轴转速 n 会不同 ( 车端面时 n 的值大 ) 为了得到高效率和加工表面较好的粗糙度,n 随工件半径的减小而提高, 这可以用主轴恒速切削来达到 主轴恒速切削功能的指令形式为 G96 S60, 指令中 S60 表示主轴线速度为 60 m/min, 为了避免刀具在靠近主轴中心时工件转速过高, 可以在指令中增加限速指令 G50 S2000, 即表示主轴转速最高只升到 2000 r/min 取消恒速切削功能指令为 G97 S250, 表明取消恒速切削功能后, 主轴转速为 250 r/min, 将上述三条指令插入到程序中的相应位置即可实现恒速切削 例 3-31 用 G71 和 G92 指令编写车削如图 3-82 所示工件的加工程序 图 3-82 外径 螺纹车削编程实例 毛坯直径 φ28 mm 工件外圆分粗 精车, 精车余量在 X 轴方向为 0.4 mm( 直径值 ), 在 Z 轴方向为 0.1 mm, 粗车时每次吃刀深度 1 mm 根据普通螺纹标准和加工工号,M16 粗车普通螺纹的大径尺寸为 φ15.8 mm, 螺距为 2 mm, 总吃刀深度 1.3 mm( 半径值 ) 用高速钢螺纹车刀低速七次进给车削, 每次吃刀深度 ( 半径值 ) 分别为 a p1 =0.4mm, a p2 =a p3 =a p4 =0.2mm,a p5 =a p6 =a p7 =0.1 mm, 进退刀段取 δ 1 =2mm,δ 2 =1 mm 1 号刀为 90 外圆车刀, 基准刀 ;2 号刀为车槽刀, 主切削刃宽 3 mm, 左刀尖为刀位点 ;3 号刀为 60 螺纹刀 ;4 号刀为切断刀, 主切削刃宽 3 mm, 刀头长 30 mm, 左刀尖为刀位点 加工程序如下 : O3032 G50 X70. Z30. ( 设定坐标系 ) T0100 ( 选择 1 号外圆基准刀, 无刀补 ) S800 M03 G00 X40. Z2. ( 快速接近工件 ) G01 X28. F0.3 ( 进刀至外径粗车循环起点 ) G71 U1 R1 P70.Q130 Q0.2 S800 ( 外径粗车循环 )

144 第 3 章数控车床的编程与加工操作 135 N70 G01 X7.8 Z2. F0.3 ( 精车程序段开始, 准备倒角 ) X15.8 Z-2. ( 倒角 C2) Z-28. ( 精车螺纹大径 φ15.8 mm) X24. Z-38. ( 精车圆锥面 ) Z-48. ( 精车圆弧右端 φ24 mm 外圆 ) G02 X24. Z-66. R15. ( 精车 R15 圆弧 ) N130 G01 Z-80. ( 精车圆弧左端 φ24 mm 外圆 ) G70 P70 Q130 ( 精车循环 G70) G00 X70. Z30. ( 快速返回对刀点 ) T0202 ( 选择 2 号车槽刀, 调用 2 号刀补 ) M00 ( 程序暂停, 根据需要调整车槽时的主轴转速 ) G00 X30. Z-28. ( 快速定位到车槽进刀点 ) G01 X20. F0.3 ( 进刀准备切槽 ) X12. F0.1 ( 车槽至 φ12mm) G04 X1.0 ( 车槽刀暂停进给 1 秒, 车槽底 ) G00 X16.8 Z-26.5 G01 X15.8 F0.3 ( 退刀准备倒角 ) X12.8 Z-28. F0.1 ( 车槽刀右刀尖倒角 C1.5) G00 X70. Z30. ( 快速定位返回对刀点 ) T0200 ( 取消 2 号刀补 ) T0303 ( 选择 3 号螺纹车刀, 调用 3 号刀补 ) M00 ( 程序暂停, 调整车螺纹时的主轴转速 ) G00 X24. Z2. ( 快速定位到螺纹车削循环起点 ) G92 X15. Z-26. F2 ( 螺纹粗车循环, 螺距 2 mm,a p1 =0.4 mm) X14.6 ( 第一次螺纹半精车循环,a p2 =0.2 mm) X14.2 ( 第二次螺纹半精车循环,a p3 =0.2 mm) X13.8 ( 第三次螺纹半精车循环,a p4 =0.2 mm) X13.6 ( 第四次螺纹半精车循环,a p5 =0.1 mm) X13.4 ( 第五次螺纹半精车循环,a p6 =0.1 mm) X13.2 ( 第六次螺纹半精车循环,a p7 =0.1 mm) G00 X70. Z30. ( 快速点定位返回退刀点 ) T0300 ( 取消 3 号刀补 )

145 136 数控加工编程与操作 T0404 ( 选择 4 号切断刀, 调用 4 号刀补 ) M00 ( 程序暂停根据需要调整切断时的主轴转速 ) G00 X30. Z-83. ( 快速点定位到切断的切刀点 ) G01 X-0.5 F10.2 ( 切断 ) G00 X30. ( 退刀以防止工件未切断 ) G00 X70. Z30. ( 快速点定位返回对刀点 ) T0400 ( 取消 4 号刀补 ) M05 M 盘类零件的数控车削加工 盘类零件与轴类零件相比, 有其自己的特点 盘类零件的直径较大而长度较小, 另外盘类零件需要加工的形状相对比较复杂 由于这些特点, 盘类零件的加工程序一般比较长, 所使用的刀具也比轴类零件要多一些 例 3-32 在数控车床上加工带有内槽的内孔工件, 如图 3-83 所示 这个零件可以看作盘类零件, 工件的外圆不需要加工 根据图形特点, 应选用一把 90 内孔镗刀和一把内孔沟槽刀 加工内表面时, 按照普通车削工艺的要求, 依据工件的内孔直径由小到大依次加工, 即由最小孔径开始车削, 依次往大孔径加工 内环槽的加工一般安排在粗车以后 精车以前进行 图 3-83 加工零件图以下为加工程序 ( 粗镗用的 90 内孔镗刀已经安装在刀位上, 刀位号为 T01) O3033 G50 X0 Z120. S800 M03 G00 X25. Z4. ( 开始粗镗 φ26 孔 ) G01 Z-52. F0.3 G00 U-2. Z4. X27. ( 开始粗镗 φ32 孔 ) G01 Z-36. F0.3 G00 U-2. Z4. X29.

146 第 3 章数控车床的编程与加工操作 137 G01 Z-36. G00 U-2. Z4. X3. G01 Z-36. G00 U-2. Z4. X33. ( 开始粗镗 φ38 孔 ) G01 Z-18. G00 U-2. Z4. X35. G01 Z-18. G00 U-2. Z4. X37. G01 Z-18. G00 U-2. Z4. Z120. T03 ( 开始切 内沟槽 ) S200 M03 F0.1 G00 X30. Z4. G01 Z-18. X39. G00 X30. Z120. T01 ( 精镗各部位 ) G01 X40. Z0 F0.2 X38.01 W-1. Z-18.0 X32. Z-36. X26. Z-52. G00 U-2. Z4. Z120. M30 ( 程序结束 ) 盘类零件根据形状的要求, 有时可能需要 两次装夹 调头加工的工艺 这对于数控车削也是一个问题 因为此时工件需要进行两次装夹, 对加工的位置误差会产生一定的影

147 138 数控加工编程与操作 响, 在数控车削工艺路线设计时应考虑到这个因素 另外, 有些盘类零件的壁厚可能比较小, 使用一般三爪卡盘装夹会带来变形, 造成加工工件的形状误差增大, 这时使用 包容式 夹爪, 或者使用夹紧力可调的气动卡盘或液压卡盘, 并把卡盘的夹紧力调整到合适的大小 3.8 数控车床的基本操作 CAK 6150Dj(FANUC 0i-mate 系统 ) 数控车床基本操作步骤 1. 数控系统控制部分说明图 CAK 6150Dj(FANUC 0i-mate 系统 ) 数控车床数控系统控制部分如图 3-84 所示 急停按钮 2- 系统启动按钮 3- 系统停止按钮 4-MDI 键盘 5- 手摇脉冲发生器 6- 机床操作面板 7- 进给速度倍率开关 8- 软键盘键 9-CRT 显示器图 3-84 机床控制面板 2. 机床操作面板各键说明图表 CAK 6150Dj(FANUC 0i-mate 系统 ) 数控车床操作面板如图 3-85 所示 机床操作面

148 第 3 章数控车床的编程与加工操作 139 板各键说明见表 3-9 图 3-85 机床面板布置图表 3-9 数控车床操作面板各键说明编号符号名称编号符号名称 1 编辑操作 EDIT 20 Z 轴负方向移动 2 手动数据输入方式 MDI 21 Z 轴正方向移动 3 自动状态 AUTO 22 手动快速 4 手动状态 JOG 23 超程释放 5 手摇脉冲方式 HNDL 24 选刀 6 回零状态 ZRN 25 手动冷却液开关 手摇脉冲最小单位 0.001mm 快速倍率 1% 手摇脉冲最小单位 0.01mm 快速倍率 25% 手摇脉冲最小单位 0.1mm 快速倍率 50% 手摇脉冲最小单位 1mm 快速倍率 100% 26 手动润滑开关 27 液压夹盘夹紧松开 28 液压台尾进退 29 液压起动停止 11 X 轴手摇脉冲进给选择 30 手动主轴正转

149 140 数控加工编程与操作 编号符号名称编号符号名称 12 Z 轴手摇脉冲进给选择 31 手动主轴反转 ( 续表 ) 13 机床锁住 32 手动主轴点动 14 空运行 33 手动主轴停止 15 程序段跳步 34 手动主轴升速 16 单程序段 35 手动主轴降速 17 进给保持 36 X 轴参考点指示 18 X 轴负方向移动 37 Z 轴参考点指示 19 X 轴正方向移动 38 ( 左 ) 主轴档位转速显示 ( 右 ) 当前刀位号显示 3. 系统 MDI 键盘 ( 如图 3-86 所示 ) 数据 / 地址键 2- 编辑程序用键 3- 数据输入输出键 4- 系统复位键 5- 光标移动键 6- 翻页键 7- 系统功能键图 3-86 系统 MDI 键盘图示

150 第 3 章数控车床的编程与加工操作 各键的名称及其用途 (1)RESET 复位键 : 复位 CNC 解除报警信号 (2) CURSOR 光标向上移动键 : 主要是修改程序或是修改参数时使用 (3) CURSOR 光标向下移动键 : 主要是修改程序或是修改参数时使用 (4) CURSOR 光标向左移动键 : 主要是修改程序或是修改参数时使用 (5) CURSOR 光标向右移动键 : 主要是修改程序或是修改参数时使用 (6) PAGE 向上翻页键 : 检查程序参数与诊断等多页面功能时使用 (7) PAGE 向下翻页键 : 检查程序参数与诊断等多页面功能时使用 (8)CAN 取消键 : 删除输入存储器之前的文字符号和 X Z 轴相对坐标置零时使用 (9)INPUT 输入键 : 用于参数 刀具偏置值及 MDI I/O 数据输入 (10)ALTER 修改键 : 用于修改存储器内位于光标上方字符的修改替换 (11)INSERT 插入键 : 用于输入程序和在程序中插入字符 (12)DELET 删除键 : 用于删除存储器中光标位的字符 ; 删除程序段 ; 删除整个程序或全部程序 (13)POS 位置键 : 坐标位置的显示 (14)PRGRM 程序键 : 编辑方式 EDIT 显示存储程序数目 内容及程序的编辑 ; 自动方式 AUTO 显示程序及其运转情况 ; 手动数据输入方式 MDI 进行数据输入及显示 (15)OFSET SETTING 偏置 ( 刀补 ) 键 : 进行刀具补偿数据的显示与设定 (16)SYSTEM 参数 / 诊断键 : 参数及诊断的显示与设定 (17)MESSAGE 报警显示 / 软开关显示 : 软开关操作及报警页面显示 (18)CUSTOM GRAPH 图形显示键 : 用于模拟加工的图形显示 (19) 软键 : 用于选择 CRT 显示下方的对应内容 (20) 左软键 : 回到最初页面的状态内容 (21) 右软键 : 显示页面的最后状态 (22)SHIFT 上档键 : 用于输入同一数据 / 地址键下方的字符 5. 数控机床加工的操作流程 (1) 加工前的准备 机床开关机操作 1 机床安装结束后, 确保电源电压及频率正确, 接地线牢固, 各断路器接通, 检查并关好机床各防护门 2 将总电源开关钥匙插入锁内按顺时针方向旋转一个角度, 然后合通总电源开关 床头箱润滑泵电机启动, 数秒后机床照明灯点亮 注意 : 首次送电必须确认电源相序, 电源相序错误会引起一系列不应该发生的故障, 如 : 刀架不能转位 冷却泵不上水 床头箱不上油 液压系统建立不起来压力等, 甚至会

151 142 数控加工编程与操作 引起机床零部件损坏 3 将机床操作面板上的 NC 启动按钮按下, 数秒后显示屏亮, 显示有关位置和指令信息, 导轨润滑指示灯亮, 提示导轨润滑泵正在工作 ( 经过一定时间自动熄灭 ), 机床操作键盘上的指示灯由全亮转为正常显示, 刀位显示器和档位显示器开始工作, 数控系统上电完成, 进入工作准备状态 4 准备关机时要确认机床各部位不在运行中 并不在程序或参数写入状态 只要按下 NC 断电按钮, 数控系统即刻下电 然后关闭机床总电源开关 (2) 加工程序的输入及检查 1 选择编辑状态 2 输入加工程序, 检查输入无误 ( 输入加工程序时注意小数点及正负号的输入 ) 3 选择自动运行状态 (AUTO), 按下机床锁住或空运行键, 启动加工程序, 配合使用进给保持 ( 暂停 ) 单段停止 倍率开关, 验证程序的正确性 特别要注意观察各程序段的坐标尺寸是否有误! 是否漏输 G01 指令! 确认加工程序正确 完毕后务必要撤消机床锁住及空运行状态 (3) 刀具偏置的设定及加工程序原点的确定 1 选择手动状态 2 安装好加工工件 3 按程序要求安装好加工程序中所指定的切削刀具 4 用试切法确认各加工刀具与基准刀具之间的偏置值并置入由加工程序指定的刀补组号内 ( 注意小数点和正负号 ) 手动对刀方法 选定基准刀 手动移动刀架将基准刀移到工件附近, 启动主轴 手动切削工件端面, 然后沿着 X 轴方向离开工件, 将相对位置坐标 W 清零 手动切削外圆, 然后沿着 Z 轴方向离开工件, 将相对位置坐标 U 清零 将刀架移到安全区域换第二把刀 将第二把刀的刀尖对到端面上, 此时相对位置坐标 W 的值为该把刀相对基准刀的 Z 向偏置值 按刀补功能键显示刀补页面, 移动光标到该刀在程序中使用的刀补号下 将下面用 Z 或 W 显示的值写入 Z 地址下 将第二把刀的刀尖对到外圆上, 此时相对位置坐标 U 的值为该把刀相对基准刀的 X 向偏置值 将值写入 X 地址下 若刀尖能对到基准刀清零的位置两方向的刀补可同时写入 重复 d i 过程, 直至完成全部刀具的偏置的设定

152 第 3 章数控车床的编程与加工操作 143 以试切工件及标准刀具为基准, 手动移动刀架到 G50 指令设定的坐标位置 (G50 设定的数值与测量值的差为移动的距离 ) 相对坐标复位 清零 方法 : X 轴清零 : 在相对坐标页面下按地址键 U 后按 CAN 键 Z 轴清零 : 在相对坐标页面下按地址键 W 后按 CAN 键 写入刀补方法 : 按刀补功能键进入刀补页面, 移动光标到对应的刀补号下, 按地址 X 键入下面显示的 U 值, 按 INPUT 键, 即输入了 X 轴的刀补 ; 按地址 Z 键入下面显示的 W 值, 按 INPUT 键, 即输入了 Z 轴的刀补 若该刀在程序中使用了刀尖半径补偿功能, 还要在对应的刀补单元用 R 地址写入刀尖半径和用 T 地址按图 3-34 填入假想刀尖方向号码 调整刀补值方法 : 按刀补功能键进入刀补页面, 移动光标到对应的刀补号下, 按 X 轴的增量地址 U 后输入欲调整的 X 轴方向的数值, 按 INPUT 键, 即将原来的 X 轴的刀补调整了写入的数量 按 Z 轴的增量地址 W 后输入欲调整的 Z 轴方向的数值, 按 INPUT 键, 即将原来的 Z 轴的刀补调整为写入的数量 (4) 自动加工调出当前加工件的程序, 选择自动操作方式, 选择适当的进给倍率和快速倍率, 按循环启动键, 开始自动加工 建议 : 首件加工时应选择较低的快速倍率, 并利用单程序段功能, 这样, 可减少因程序和对刀错误所引发的废品 (5) 刀具偏置的调整首件加工完毕后测量各加工部件尺寸, 根据测量情况修改各刀的偏置值或调整加工起始点, 然后加工第二件, 确认尺寸无误后恢复快速倍率, 加工全部零件 CJK6032(HNC-21/22T 系统 ) 数控车床基本操作步骤 CJK6032(HNC-21/22T 系统 ) 数控车床数控系统控制部分如图 3-87 所示

153 144 数控加工编程与操作 图 3-87 CJK6032(HNC-21/22T 系统 ) 数控系统控制面板 1. 开机 关机 急停 复位 回机床参考点 超程解除 (1) 开机操作步骤 按下 急停 打开空气开关 打开钥 无批处理文件或同时按下 ALT 和 X 键退回系统后 匙开关打开计算机 CD 选择 CJK6032 DOS ENTER N ENTER 进入系统右旋松开 急停 复位 (2) 关机操作步骤 关闭钥 关闭空 按下 急停 ALT 同时按下两键 X 关计算机电源 匙开关 气开关 (3) 急停 复位 危险或紧急时按下 急停 解除危险后旋开 急停 (4) 手动回参考点操作步骤 按下 依次回零 +Z 按下 +X

154 第 3 章数控车床的编程与加工操作 145 (5) 超程解除步骤 解除急停 右旋打开 急停 手摇 点动 同时按下 面板上 超程 解除 +X X +Z Z 注 : 务必向超程反向解除超程 2. 手动操作步骤 (1) 点动操作按下手动, 在进给修调栏中选择进给修调 - 100% +, 再按下控制面板上的轴手动按键 +Z -Z +X -X 进行手动进给 (2) 增量进给按下增量, 选择增量倍率 之一后, 再按下控制面板上的轴手动按键 +Z -Z +X -X 进行增量进给 (3) 手动换刀按下手动, 再按手动换刀 (4) 手动数据输入操作按下自动, 再依次按 F4MDI F6 MDI 运行, 输入程序段如 G91G01X40Z-30F500, 再按 ENTER, 最后按循环启动, 即完成 MDI 操作 (5) 对刀操作 1 按下手动, 再依次按 F4 F2; 2 用 键移动蓝色亮条, 选择所需刀偏号 ; 3 用 键移动蓝色亮条, 到 试切长度 栏, 试切工件端面, 测量工件长度, 得到工件端面 Z 轴坐标值 ( 注意 : 此时保持机床 Z 轴位置不动 ), 按 ENTER, 输入测得的 Z 值, 按 ENTER; 4 用 键移动蓝色亮条, 到 工件直径 栏, 试切工件外圆, 测量工件直径, 得到工件 X 轴坐标值 ( 注意 : 此时保持机床 X 轴位置不动 ), 按 ENTER, 输入测量的直径值, 按 ENTER; 5 按 F10 返回 注 : 如多刀加工, 应选择相应的刀偏号, 重复步骤 2~4 3. 程序编辑 (1) 选择已编辑的程序 1 在主菜单下, 依次按 F2 程序编辑 F2 选择编辑程序 ; 2 按提示选择 F1 磁盘程序 F2 正在加工的程序 F3 串口程序 ; 3 用 键选择左边诸项, 按 ENTER;

155 146 数控加工编程与操作 4 用 键选择程序文件名, 按 ENTER; 5 将程序调入到编辑缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 进行编辑 (2) 编辑新程序 1 在主菜单下, 依次按 F2 程序编辑 F1 文件管理 ; 2 按提示选择 F1 更改文件名 F2 新建文件 F3 拷贝文件 F4 删除文件 F5 文件另存为 F6 映射网络盘 F7 断开网络盘中的 F2 新建文件 ; 3 输入新文件名, 如 O6666, 按 ENTER; 4 进入编辑缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 进行新程序的编辑 4. 程序存储与传递 (1) 保存程序在主菜单下, 依次按 F2 程序编辑 F2 选择编辑程序 ; 编辑 修改后 ; 按 F2 保存文件 (2) 文件另存 1 在主菜单下, 按 F2 程序编辑, 如步骤 3.(1) 打开欲另存程序文件 ; 2 按下 F1 文件管理, 按提示选择 F1 更改文件名 F2 新建文件 F3 拷贝文件 F4 删除文件 F5 文件另存为 F6 映射网络盘 F7 断开网络盘中的 F5 文件另存为 ; 3 输入新文件名, 如 O4321, 按 ENTER 5. 文件管理 (1) 更改文件名 1 在主菜单下, 按 F2 程序编辑 F1 文件管理 ; 2 按提示选择 F1 更改文件名 F2 新建文件 F3 拷贝文件 F4 删除文件 F5 文件另存为 F6 映射网络盘 F7 断开网络盘中的 F1 更改文件名, 按 ENTER; 3 用 键选择要被更改的文件名, 如 O4321, 按 ENTER; 4 输入更改后的文件名, 如 O1234, 按 ENTER (2) 拷贝文件 1 在主菜单下, 按 F2 程序编辑 F1 文件管理 ; 2 按提示选择 F1 更改文件名 F2 新建文件 F3 拷贝文件 F4 删除文件 F5 文件另存为 F6 映射网络盘 F7 断开网络盘中的 F3 拷贝文件, 按 ENTER; 3 用 键选择要被拷贝的文件名, 如 O1234, 按 ENTER; 4 输入更改后的文件名, 如 O4444, 按 ENTER (3) 删除文件 1 在主菜单下, 按 F2 程序编辑 F1 文件管理 ; 2 按提示选择 F1 更改文件名 F2 新建文件 F3 拷贝文件 F4 删除文件 F5 文件另

156 第 3 章数控车床的编程与加工操作 147 存为 F6 映射网络盘 F7 断开网络盘中的 F4 删除文件 ; 3 用 键选择要被拷贝的文件名, 如 O1234, 按 ENTER; 4 按 Y 6. 程序运行 (1) 程序模拟运行 1 按下自动, 使其指示灯亮 ; 2 按 F1 自动加工 ; 3 按 F1 选择加工程序 ; 4 按提示选择 F1 磁盘程序 F2 正在加工的程序 F3 串口程序 ; 5 若选择 F1 磁盘程序, 则用 键选加工程序名, 按 ENTER; 6 否则将程序调入到运行缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 准备进行加工 ; 7 按 F3 程序校验 ; 8 按循环启动 (2) 程序单段运行 1 按下单段, 使其指示灯亮 ; 2 重复程序模拟运行中的 2~6 步骤 ; 3 按循环启动 (3) 程序自动运行 1 按下自动, 使其指示灯亮 ; 2 重复程序模拟运行中的 2~6 步骤 ; 3 按循环启动 (4) 指定行运行 1 按下自动, 使其指示灯亮 ; 2 按下 F1 自动加工 ; 3 按下 F1 选择加工程序, 将程序文件调入到运行缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 准备进行加工 ; 4 按 F8 指定行运行 ; 5 按提示选择 F1 从红色行开始运行 F2 从指定行开始运行 F3 从当前行开始运行 ; 6 若选择 F2 从指定行开始运行, 输入指定行号, 如 30; 7 按 ENTER; 8 按循环启动 (5) 保存加工断点 1 在自动运行暂停状态下, 且在程序运行子菜单下, 按下 F7 停止运行 ;

157 148 数控加工编程与操作 2 按下 N; 3 按下 F5 保存断点 ; 4 输入断点文件名, 如 O1234.BP1; 5 按 ENTER 注 : 使用该功能时必须回过参考点 (6) 恢复断点 1 开机, 回参考点 ( 如保存加工断点后关机 ), 按程序模拟运行中的 2~6 步骤选择已保存过断点文件的加工程序 ; 2 按下 F1 自动加工 ; 3 按下 F6 恢复断点 ; 4 用 键选择断点文件名, 按 ENTER; 5 自动进入 MDI 方式, 按 Y, 手动坐标轴到断点位置附近, 避免碰撞 ; 6 MDI 子菜单方式下, 按下 F6 MDI 运行, 按下 F6 返回断点 ; 7 按下自动, 使其指示灯亮 ; 8 按循环启动 ; 9 按下 F10 返回 ; 10 按循环启动 注 : 使用该功能时必须回过参考点 7. 数据设置 (1) 刀偏数据的设置 1 在主菜单下, 按 F4MDI; 2 按下 F2 刀偏表 ; 3 用 翻页 PgDn PgUp 键移动蓝色亮条, 选择要编辑项, 按 ENTER; 4 用 BS DEL 键进行编辑 修改, 按 ENTER (2) 刀补数据的设置 1 在主菜单下, 按 F4MDI; 2 按下 F3 刀补表 ; 3 用 翻页 PgDn PgUp 键移动蓝色亮条, 选择要编辑项, 按 ENTER; 4 用 BS DEL 键进行编辑 修改, 按 ENTER (3) 零点偏置的设置 1 在主菜单下, 按 F4MDI; 2 按下 F4 坐标系 ; 3 用翻页 PgDn PgUp 键选择要输入的坐标系 (G54/G55/G56/G57/G58/G59); 4 在命令行输入所需数据, 如 : 若工件坐标系零点在机床坐标系中的坐标值为 :

158 第 3 章数控车床的编程与加工操作 149 X28.96,Z32.15, 则输入 X28.96,Z32.15, 按 ENTER 8. 参数设置 1 在主菜单下, 按 F3 参数 ; 2 按下 F3 输入权限, 以输入口令, 按 ENTER; 3 按 F1 参数索引, 用 翻页 PgDn PgUp 键将光标移到需设置的参数值上, 按 ENTER 进入输入状态 ; 4 用 BS DEL 键进行编辑 修改, 按 ENTER; 5 按 Esc 退出编辑, 根据提示是否存盘?Y: 存盘,N: 不存盘 ; 6 根据提示是否按缺省保存?Y: 是,N: 取消 ; 7 按 Esc 退到参数菜单 ; 8 欲使设置立即生效, 需退出系统并重新启动计算机, 即按 F10 返回主菜单, 再同时按下 Alt 和 X 键 9. 显示 (1) 图形显示菜单及说明所有菜单下的显示功能一样 1 按下 F9 显示, 用上下键选择 F1 显示模式 F2 显示值 F3 坐标系 ; 2 若选择 F1 显示模式 : 选正文 F1, 则显示当前加工的 G 代码程序 ; 选大字符 F2, 则显示由 显示值 菜单所选显示值的大字符 ; 选 ZX 平面图形 F3, 则显示 ZX 平面上的刀具轨迹 ; 选坐标值联合显示 F4, 则显示指令坐标 实际坐标和剩余进给值 ; 3 若选择 F2 显示值 : 选指令位置 F1, 则显示 CNC 输出的理论位置 ; 选实际位置 F2, 则显示反馈元件采样的位置 ; 选剩余进给 F3, 则显示当前程序段的终点与实际位置之差 ; 选跟踪误差 F4, 则显示指令位置与实际位置之差 ; 选负载电流 F5, 则显示负载电流 ( 只对 Ⅱ 型伺服有效 ); 选补偿值 F6, 则显示系统参数对每个轴的机械补偿 ; 4 若选择 F3 坐标系, 可分别选机床坐标系 F1 工件坐标系 F2 相对坐标系 F3 (2) 工件图形显示 1 在主菜单下, 按下 F6 毛坯尺寸 ; 2 可根据实际输入给定毛坯尺寸, 格式如下 : 外径 30.00, 内径 0.00, 工件长度 , 内端面距离 ; 3 按 ENTER; 4 根据刀补数据的设置的步骤在刀补中输入适当的刀位号 ; 5 用翻页键 PgDn PgUp 调节缩放比

159 150 数控加工编程与操作 3.9 复习思考题 1. 简述数控车床的用途与组成 2. 数控编程的主要内容和步骤是什么? 3. 数控车削加工程序编制有哪些特点? 简述 S 功能 T 功能 M 功能及 G 功能代码的含义及用途 4. 什么是模态代码 ( 续效指令 ) 与非模态代码? 举例说明 5. 数控系统常用的功能代码有哪些? 各功能的作用是什么? 6. 工件坐标系设定有几种格式, 你所使用的数控系统采用的是什么代码? 7. 采用圆弧插补时, 圆心坐标常采用哪几种编程方法? 8. 使用 G00 编程时, 应注意什么问题? 9. 固定循环的作用是什么? 10. 子程序的作用是什么? 11. 刀具半径补偿功能的作用是什么? 12. 在什么情况下可以不编写 S 功能? 13. 加工如图 3-88 所示的零件, 毛坯为 φ62 mm 的棒料, 从右端至左端轴向进给切削, 粗加工时每次切深为 1.5 mm 进给量为 0.25 mm/r 精加工余量 X 向为 0.4 mm Z 向为 0.1 mm, 切断宽度 4 mm 工件程序原点在如图所示位置 试编写加工程序 14. 加工如图 3-89 所示的零件, 毛坯为 φ60 95 mm 的棒料, 从右端至左端轴向进给切削 粗加工每次进给深度 2.0 mm, 进给量为 0.25 mm/r 精加工余量 X 向为 0.4 mm,z 向为 0.1 mm, 切断刀宽 4 mm, 工件程序原点如图所示, 试编写程序 图 3-88 零件图 图 3-89 零件图 15. 针对图 3-90 中的工件, 设计出精车程序 ( 各个加工面的精加工余量均为 0.5 mm)

160 第 3 章数控车床的编程与加工操作 151 图 3-90 零件图 16. 加工如图 3-91 所示的工件, 要求完成车端面 车外圆 镗内孔及倒角 切断等加工的程序 ( 毛坯件的尺寸为外径 50 mm, 内径 25 mm) 图 3-91 零件图 17. 编制图 3-92 所示零件的加工程序, 零件材料为铝合金 使用刀具 T01 为 90 外圆车刀,T02 为宽度 4 mm 的切断刀,T03 为 60 螺纹车刀 工件坐标系设置在工件的右端面

161 152 数控加工编程与操作 M16 图 3-92 零件图

162 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 4.1 概述 数控铣床是一类很重要的数控机床, 在数控机床中所占的比例最大, 在航天航空 汽车制造 一般机械加工和模具制造业中应用非常广泛 数控铣床至少有 X Y 和 Z 三个控制轴, 可同时控制其中任意的两个坐标轴联动, 也能扩展三个甚至更多个坐标轴联动, 主要用于各类较复杂的平面 曲面 壳体类零件的加工 因此, 其编程方法与车床不尽相同 不同的数控铣床 不同的数控系统, 其编程原理基本上是相同的, 但所用指令有不同之处 这里以 FANUC 0i 系统为主来介绍数控铣削编程 数控铣床的分类及加工对象 按数控铣床的控制轴数量分类 : 1. 三坐标数控铣床 三坐标数控铣床与加工中心的共同特点是除具有普通铣床的工艺性能外, 还具有加工形状复杂的二维甚至三维复杂轮廓的能力 这些复杂轮廓零件的加工有的只需二轴联动 ( 如二维曲线 二维轮廓和二维区域加工 ), 有的则需三轴联动 ( 如三维曲面加工 ), 它们所对应的加工一般相应称为二轴 ( 或 2.5 轴 ) 加工与三轴加工 2. 四坐标数控铣床 四坐标是指在 X Y 和 Z 三个平动坐标轴基础上增加一个转动坐标轴 (A 或 B), 且四个轴一般可以联动 其中, 转动轴既可以作用于刀具 ( 刀具摆动型 ), 也可以作用于工件 ( 工作台回转 / 摆动型 ); 机床既可以是立式的也可以是卧式的 ; 此外, 转动轴既可以是 A 轴 ( 绕 X 轴转动 ) 也可以是 B 轴 ( 绕 Y 轴转动 ) 由此可以看出, 四坐标数控机床可具有多种结构类型, 但除大型龙门式机床上采用刀具摆动外, 实际中多以工作台旋转 / 摆动的结构居多 但不管是哪种类型, 其共同特点是相对于静止的工件来说, 刀具的运动位置不仅是任意可控的, 而且刀具轴线的方向在刀具摆动平面内也是可以控制的, 从而可根据加工对象的几何特征按保持有效切削状态或根据避免刀具干涉等需要来调整刀具相对零件表面的姿态 因此, 四坐标加工可以获得比三坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果

163 154 数控加工编程与操作 3. 五坐标数控铣床 对于五坐标机床, 不管是哪种类型, 它们具有两个回转坐标, 如图 4-1 所示是其中的一种类型 相对于静止的工件来说, 其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内 ( 受机构结构限制 ) 任意控制, 从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力 因此, 五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果, 特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工 采用五轴联动对三维曲面零件的加工, 可用刀具最佳几何形状进行切削, 不仅加工表面粗糙度低, 而且效率也大幅度提高 : 一般认为, 一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床, 特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时, 五轴联动图 4-1 五坐标数控铣床的坐标轴加工可比三轴联动加工发挥更高的效益 五轴联动中除 X Y Z 以外的两个回转轴的运动有两种实现方法 : 一是在工作台上用复合 A C 轴转台 ; 二是采用复合 A C 轴的主轴头 这两种方法完全由工件形状决定, 方法本身并无优劣之分 过去因五轴联动数控系统 主机结构复杂等原因, 其价格要比三轴联动数控机床高出数倍, 加之编程技术难度较大, 制约了五轴联动机床的发展 当前由于电主轴的出现, 使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化, 其制造难度和成本大幅度降低, 数控系统的价格差距缩小 因此促进了复合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床 ( 含五面加工机床 ) 的发展 此外, 还可按主轴的放置位置分为 : (1) 立式数控铣床 一般适宜加工盘 套 板类零件, 一次装夹后, 可对上表面进行钻 扩 镗 锪 攻螺纹等工序加工以及侧面的轮廓加工 (2) 卧式数控铣床 一般都带有回转工作台, 一次装夹后可完成除安装面和顶面以外的其余四个面的各种工序加工, 因此适宜箱体类零件的加工 (3) 龙门式数控铣床 属于大型数控机床, 主要用于大型或形状复杂零件的各种平面 曲面和孔的加工 (4) 万能式数控铣床 主轴可旋转 90 或工作台带着工件旋转 90, 一次装夹后可完成对工件五个表面的加工 数控铣削加工工艺分析 数控铣削加工零件的表面不外乎平面 轮廓 曲面 孔和内螺纹等, 主要要考虑到所

164 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 155 选加工方法要与零件的表面特征 所要求达到的精度及表面粗糙度相适应 在数控铣床及加工中心上可铣削平面 平面轮廓及曲面 经粗铣的平面, 尺寸精度一般可达 IT12~IT14 级, 表面粗糙度 R a 可达 12.5~25 经粗 精铣的平面, 尺寸精度可达 IT7~ IT9 级, 表面粗糙度 R a 可达 0.8~ 二维轮廓加工 (1) 刀具的选择铣削平面类零件周边轮廓一般采用立铣刀 刀具的尺寸一般应满足 : 1 刀具半径 R 小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径 ρ min, 一般可取 R = (0.8~0.9)ρ min 2 刀具与零件的接触长度 H (1/4~1/6)R, 以保证刀具有足够的刚度 如果 ρ min 过小, 为提高加工效率, 可先采用大直径刀具进行粗加工, 然后按上述要求选择刀具对轮廓上残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工 (2) 走刀路线的选择走刀路线的合理选择是非常重要的, 因为它与零件的加工效率和表面质量密切相关 确定走刀路线的一般原则是 : 1 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 2 缩短走刀路线, 减少进退刀时间和其他辅助时间 3 方便数值计算, 减少编程工作量 4 尽量减少程序段数 对于二维轮廓的铣削, 无论是外轮廓或内轮廓, 要安排刀具从切向进入轮廓进行加工, 当轮廓加工完毕之后, 要安排一段沿切线方向继续运动的距离退刀, 这样可以避免刀具在工件上的切入点和退出点处留下接刀痕 例如, 铣削外圆时, 其进 退刀采取的是沿切向的直线段 而对于内轮廓的加工, 其切向进 退刀可采用圆弧段 此外, 在铣削加工零件轮廓时, 要考虑尽量采用顺铣加工方式, 这样可以提高零件表面质量和加工精度, 减少机床的 颤振 要选择合理的进 退刀位置, 尽可能选在不太重要的位置 2. 二维型腔加工 型腔是指具有封闭边界轮廓的平底或曲底凹坑, 而且可能具有一个或多个不加工的岛屿 ( 如图 4-2 所示 ), 当型腔底面为平面时即为二维型腔 型腔类零件在模具 飞机零件加工中应用普遍, 有人甚至认为 80% 以上的机械加工可归结为型腔加工 型腔的加工包括型腔区域的加工与轮廓 ( 包括边界与岛屿轮廓 ) 的加工, 一般采用立铣刀或成形刀 ( 取决 图 4-2 型腔类零件示意图

165 156 数控加工编程与操作 (a) 行切 (b) 环切 于型腔侧壁与底面间的过渡要求 ) 进行加工 型腔的切削分两步, 第一步切内腔, 第二步切轮廓 切削内腔区域时, 主要采用环切和行切两种走刀路线 ( 如图 4-3 所示 ), 其共同点是都要切净内腔区域的全部面积, 不留死角, 不伤轮廓, 同时尽量减少重复走刀的 图 4-3 型腔区域加工走刀路线 搭接量 从加工效率 ( 走刀路线长短 ) 代码质量等方面衡量, 行切与环切走 刀路线的选择要取决于型腔边界的具 体形状与尺寸以及岛屿数量 形状尺寸与分布情况 切轮廓通常又分为粗加工和精加工两 步 粗加工的刀具轨迹如图 4-4 中粗线所示, 是从型腔边界轮廓向里及从岛屿轮廓向外偏 置铣刀半径与留出的精加工余量而形成, 它是计算内腔区域 加工走刀路线的依据 另外, 型腔加工还可采用其他走刀路 线 ( 例如行切与环切的混合 ) 对于一具体型腔, 可采用各种 不同的走刀方式, 并以加工时间最短 ( 走刀轨迹长度最短 ) 作为评价目标进行比较, 原则上可获得较优的走刀方案, 但 更具智能化的型腔加工方案优化方法 ( 如基于模糊模式识别 的方法 ) 仍有待进一步研究 图 4-4 型腔轮廓粗加工 尽管采用大直径刀具可以获得较高的加工效率, 但对于 形状复杂的二维型腔 若采用大直径刀具将产生大量的欠切 削区域, 需进行后续加工处理, 而若直接采用小直径刀具则又会降低加工效率 因此, 一 般采用大直径与小直径刀具混合使用的方案 对于在型腔深处进行切削时 ( 刀具长度大于三倍直径 ), 采用侧铣很容易产生振动, 这时最好采用插铣 ( 轴向铣削 ) 另外, 使用整体硬质合金刀具精加工型腔壁时, 一般使用 顺铣, 但是, 加工工件壁较高时, 应选择逆铣, 这样刀具产生的弯曲小 3. 曲面加工 曲面加工在飞机 模具等制造行业应用非常普遍, 一直是数控加工技术的主要研究与应用对象 曲面加工应根据曲面形状 刀具形状以及加工精度要求采用不同的铣削方法, 可在三坐标 四坐标或五坐标数控机床上完成, 其中三坐标曲面加工应用最为普遍 三坐标曲面加工可采用球头刀 立铣刀 鼓形刀和成形刀等, 其特征是加工过程中刀具轴线方向始终不变, 平行于 Z 轴 三坐标曲面加工通过 X Y Z 三坐标联动逐行走刀来完成, 这种方法称为行切法 两相邻切削行刀具轨迹或刀具接触点之间的距离称为行距, 行

166 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 157 距的大小是影响曲面加工质量和效率的重要因素 如图 4-5 所示为用球头刀三坐标行切法加工曲面的情况,P yz 为平行于 Y-Z 坐标平面的一个行切面, 它与被加工的曲面交线为 ab, 加工时球头刀通过三坐标联动与曲面的切削点始终在平面曲线 ab 上, 这样可获得较规则的残留沟纹 这时的刀心轨迹 O 1 O 2 不在 P yz 平面上, 而是一条空间曲线 4. 孔和内螺纹加工图 4-5 三坐标行切法加工曲面的切削点轨迹孔加工的方法比较多, 有钻削 扩削 铰削 铣削和镗削等 对于直径大于 φ30 mm 的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工, 一般采用粗镗 半精镗 孔口倒角 精镗的加工方案, 孔径较大的可采用立铣刀粗铣 精铣加工方案 孔中空刀槽可用锯片铣刀在孔半精镗之后 精镗之前铣削完成, 也可用镗刀进行单刀镗削, 但单刀镗削效率较低 对于直径小于 φ30 mm 无底孔的孔加工, 通常采用锪平端面 打中心孔 钻 扩 孔口倒角 铰加工方案, 对有同轴度要求的小孔, 需采用锪平端面 打中心孔 钻 半精镗 孔口倒角 精镗 ( 或铰 ) 加工方案 为提高孔的位置精度, 在钻孔工步前需安排打中心孔工步 孔口倒角一般安排在半精加工之后 精加工之前, 以防孔内产生毛刺 内螺纹的加工根据孔径的大小, 一般情况下,M6~M20 之间的螺纹, 通常采用攻螺纹的方法加工 M20 以上的内螺纹, 可采用铣削 ( 或镗削 ) 加工 数控铣床编程要点 1. 数控铣床编程要点 (1) 了解数控系统功能和机床规格 (2) 熟悉加工顺序 (3) 合理选择刀具 夹具及切削用量 切削液 (4) 编程尽量使用子程序和宏程序 (5) 注意小数点的使用 (6) 程序零点要选择在易于计算的确定位置 (7) 换刀点选择在无换刀干涉的位置

167 158 数控加工编程与操作 2. 编程应注意的几个问题 (1) 数控装置初始状态的设定当机床电源打开时, 数控装置将处于初始状态, 表 4-1 中标有 的 G 代码被激活 由于开机后数控装置的状态可通过 MDI 方式更改, 且会因为程序的运行而发生变化, 所以为了保证程序的运行安全, 建议在程序开始应有程序初始状态设定程序段 如下所示 : G90 G80 G40 G17 G49 G21; (2) 铣刀的刀位点是指在加工程序编制中, 用以表示铣刀特征的点, 也是对刀和加工的基准点, 可参见图 2-12 因此, 在编程之前, 必须选择好铣刀的种类, 并确定其刀位点, 最终确定对刀点 (3) 零件尺寸公差对编程的影响在实际加工中, 零件各处尺寸的公差带不同, 若用同一把铣刀, 同一个刀具半径补偿值, 按基本尺寸编程加工, 就很难保证各处尺寸在其公差范围之内, 对此, 可用下述方法来解决 1 图示标注尺寸改为公差中值尺寸 将图中所有非对称公差带的标注尺寸均改为中值尺寸, 并以此为依据编程, 就可以保证零件加工后的尺图 4-6 封闭尺寸编程寸精度要求 2 改变封闭尺寸的标注方法 : 如图 4-6 所示的封闭式标注尺寸, 作为尺寸标注方法虽然不妥, 但仍反映出设计者对零件空间距离的严格要求 为了保证零件加工后的孔间距符合设计意图并便于编程, 必须对该封闭式尺寸通过尺寸链计算的方法, 对原孔距尺寸进行适当调整, 不能简单地取其公差中值尺寸 ( 即图中各基本尺寸 ), 也不能通过随意删除某些标注尺寸而试图达到解除尺寸封闭的目的 (4) 安全高度对于铣削加工, 起刀点和退刀点必须离开加工零件上表面一个安全高度, 保证刀具在停止状态时, 不与加工零件和夹具发生碰撞 在安全高度位置时刀具中心 ( 或刀尖 ) 所在的平面也称为安全面 如图 4-7 所示 (5) 进刀 / 退刀方式对于铣削加工, 刀具切入工件的方式, 不仅影响加工质量, 同时直接关系到加工的安全 对于二维轮廓加工, 一般要求从侧向进刀或沿切线方向进刀, 尽量避免垂直进图 4-7 安全高度

168 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 159 刀, 如图 4-8 所示 退刀方式也应从侧向或切向退刀 刀具从安全面高度下降到切削高度时, 应离开工件毛坯边缘一个距离, 不能直接贴着加工零件理论轮廓直接下刀, 以免发生危险, 如图 4-9 所示 下刀运动过程最好不图 4-8 进刀 / 退刀方式用快速 (G00) 运动, 而用直线插补 (G01) 运动 对于型腔的粗铣加工, 一般应先钻一个工艺孔至型腔底面 ( 留一定精加工量 ), 并扩孔, 以便所使用的立铣刀能从工艺孔进刀, 进行型腔粗加工, 如图 4-9 所示 型腔粗加工方式一般采用从中心向四周扩展 (6) 刀具半径补偿 二维轮廓加工, 一般均采用刀具半径补偿 在刀具半径补偿有效之前, 刀具应远离零件轮廓适当的距离, 且应与选定好的切入点和进刀方式协调, 保证刀具半径补偿的有效 3. 加工路线的确定 在确定了数控加工的工序以后, 还要确定每道工序的加工路线 加工路线的选择从以下几个方面考虑 : (1) 保证被加工零件的精度和表面粗糙度的要求 例如, 铣削加工采用顺铣或逆铣会对表面粗糙度产生不同的影响 (2) 尽量使走刀路线最短, 减少空刀时间 例如, 有大量孔加工的点阵类零件, 要尽量使各点的运动路线总和为最短 在开始接近工件加工时, 为了缩短加工时间, 通常在刀具 Z 轴方向快速运动到离零件表面 2~5 mm 处 ( 称为参考高图 4-9 下刀运动度 ), 然后以工作进给速度开始加工 (3) 在数控编程时, 还要考虑切入点和切出点的程序处理 用立铣刀的端刃和侧刃铣削平面轮廓零件时, 为了避免在轮廓的切入点和切出点留下刀痕, 应沿轮廓外形的延长线切入和切出 切入点和切出点一般选在零件轮廓两几何元素的交点处 延长线可由相切的圆弧和直线组成, 以保证加工出的零件轮廓形状平滑 在铣削平面轮廓零件时, 还应避免在零件垂直表面的方向上进刀, 因为这样会留下划痕, 影响零件的表面粗糙度

169 160 数控加工编程与操作 4.2 数控铣床基本编程方法 铣床数控系统的功能和指令代码 数控铣床常用的功能指令有准备功能 G 辅助功能 M 刀具功能 T 主轴转速功能 S 和进给功能 F 表 4-1- 表 4-3 是几种常见的典型数控铣削系统的 G 功能代码 表 4-1 FANUC 0i 系统常用 G 功能 代码功能组别代码功能组别 G00 快速定位 G52 局部坐标系统 00 G01 直线插补 G54 选择第 1 工件坐标系 01 G02 顺时针圆弧插补 G55 选择第 2 工件坐标系 G03 逆时针圆弧插补 G56 选择第 3 工件坐标系 G04 暂停 G57 选择第 4 工件坐标系 G09 准确停止检验 00 G58 选择第 5 工件坐标系 G10 自动程序原点补正, 刀具补正设置 G59 选择第 6 工件坐标系 G17 X-Y 平面选择 G73 高速深孔啄钻循环 G18 Z-X 平面选择 02 G74 攻左螺纹循环 G19 Y-Z 平面选择 G76 精镗孔循环 G20 英制单位输入选择 G80 取消固定循环 06 G21 公制单位输入选择 G81 钻孔循环 G27 参考点返回检查 G82 沉头钻孔循环 G28 返回参考点 G83 深孔啄钻循环 00 G29 由参考点返回 G84 攻右螺纹循环 G30 返回第 参考点 G85 铰孔循环 G33 螺纹切削 01 G86 背镗循环 G40 取消刀具半径补偿 G90 绝对坐标编程 G41 刀具半径左补偿 07 G91 增量坐标编程 G42 刀具半径右补偿 G92 定义编程原点 00 G43 刀具长度正补偿 G94 每分钟进给量 05 G44 刀具长度负补偿 G98 在固定循环中使 Z 轴返回 G49 取消刀具长度补偿 08 G99 起始点 在固定循环中使 Z 轴返回 参考点 10

170 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 161 注 :1. 标有 的 G 代码为电源接通时的状态 组的 G 代码为非续效指令, 其余为续效代码 3. 如果同组的 G 代码出现在同一程序段中, 则最后一个 G 代码有效 4. 在固定循环中 (09 组 ), 如果遇到 01 组的 G 代码时, 固定循环被自动取消 表 4-2 华中世纪星 HNC-21M 系统常用 G 功能 代码功能组别代码功能组别 G00 快速定位 G56 选择第 3 工件坐标 G01 直线插补 G57 选择第 4 工件坐标 01 G02 顺时针圆弧插补 G58 选择第 5 工件坐标 G03 逆时针圆弧插补 G59 选择第 6 工件坐标 G04 暂停 G60 单方向定位 G09 准停校验 G61 精确停止校验方式 12 G07 虚轴指定 16 G64 连续方式 G17 X-Y 平面选择 G65 子程序调用 00 G18 Z-X 平面选择 02 G68 旋转变换 G19 Y-Z 平面选择 G69 旋转取消 G20 英寸输入 G73 深孔钻削循环 G21 毫米输入 08 G74 逆攻丝循环 G22 脉冲当量 G76 精镗循环 G24 镜像开 G80 固定循环取消 03 G25 镜像关 G81 定心钻循环 G28 返回参考点 G82 钻孔循环 00 G29 由参考点返回 G83 深孔钻循环 G33 螺纹切削 01 G84 攻丝循环 G40 刀具半径补偿取消 G85 镗孔循环 G41 刀具半径左补偿 09 G86 镗孔循环 G42 刀具半径右补偿 G87 反镗循环 G43 刀具长度正向补偿 G88 镗孔循环 G44 刀具长度负向补偿 10 G89 镗孔循环 G49 取消刀具长度补偿 G90 绝对值编程 13 G50 缩放关 G91 增量值编程 04 G51 缩放开 G92 工件坐标系设定 11 G52 局部坐标系设定 G94 每分钟进给量 00 G53 直接机床坐标系编程 G95 每转进给量 14

171 162 数控加工编程与操作 ( 续表 ) 代码功能组别代码功能组别 G54 选择第 1 工件坐标系 G98 在固定循环中使 Z 轴返 G55 选择第 2 工件坐标系 注 :1. 标有 的 G 代码为上电缺省值 组的 G 代码为非续效指令, 其余为续效代码 11 G99 回起始点 在固定循环中使 Z 轴返 回参考点 表 4-3 SINUMERIK 840D 系统常用准备功能 G 代码 代码组别功能格式 G00 快速点定位 G00 X Y Z G01 直线插补 G01 X Y Z F G02 顺时针圆弧插补 (CW) G02 X Y Z I J K (R )F 01 G03 逆时针圆弧插补 (CCW) G03 X Y Z I J K (R )F G02 顺时针螺旋插补指令 G02 X Y Z I J K (R )F TURN= G03 逆时针螺旋插补指令 G03 X Y Z I J K (R )F TURN= G04* 02 暂停 G04 G09* 11 准确停止 G09 G17 选择 X-Y 平面 G17 G18 6 选择 Z-X 平面 G18 G19 选择 Y-Z 平面 G19 G25 工作区下限 G25 S 3 G26 工作区上限 G26 S G33 1 恒螺距螺纹切削 G33 Z K SF= G40 取消刀具半径补偿 G40 G00(G01)X Y (F ) G41 7 刀具半径左补偿 G41 G00(G01)X Y (F ) G42 刀具半径右补偿 G42 G00(G01)X Y (F ) G53 09 选择机床坐标系 G53 G54 选择第一工件坐标系 G54 G55 08 选择第二工件坐标系 G55 G56 选择第三工件坐标系 G56 G57 选择第四工件坐标系 G57 G58 08 选择第五工件坐标系 G58 G59 选择第六工件坐标系 G59 15

172 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 163 代码组别功能格式 G60 10 准停 减速 G60 G63* 02 带辅助夹具的螺纹切削 G63 G64 10 准停 连续路径方式 G64 G70 英制输入 G70 13 G71 公制输入 G71 G74* 返回参考点 G74 X Y Z 02 G75* 返回固定点 G75 X Y Z G90 绝对方式 G G91 增量方式 G91 G94 15 直线进给量 G94 G95 14 圆周进给量 G95 G96 设定恒线速切削 G96 S 15 G97 取消恒线速切削 G97 S G110* G111* G112* 03 极坐标极点定义指令 ( 最新设置位置 ) 极坐标极点定义指令 ( 工件坐标系 ) 极坐标极点定义指令 ( 最后有效的极点 ) G110 X Y Z G110 AP= RP= G111 X Y Z G111 AP= RP= G112 X Y Z G112 AP= RP= G331 攻丝循环 G331 Z K S 01 G332 攻丝循环 G332 Z K 注 : 带 * 的为非模态指令 ( 续表 ) M 功能 数控铣床的 M 功能与数控车床基本相同, 表 4-4 为数控铣床的常用 M 代码 (FANUC 0i 系统 ) 表 4-4 FANUC 0i 系统常用 M 功能 代码功能代码功能 M00 程序停止 A M07 切削液开 ( 雾状 ) W M01 选择性停止 A M08 切削液开 W M02 程序结束 A M09 切削液关 A M03 主轴正转 W M19 主轴准停 A

173 164 数控加工编程与操作 代码功能代码功能 M04 主轴反转 W M30 程序结束并返回 A M05 主轴停止 A M98 调用子程序 A M06 自动换刀 W M99 子程序结束, 并返回主程序 A ( 续表 ) 通常 M 功能除某些有通用性的标准码外 ( 如 M03,M05,M08,M09,M30 等 ), 亦 可由制造厂商依其机械的动作要求, 设计出不同的 M 指令, 以控制不同的开 / 关动作, 或 预留 I/O( 输入 / 输出 ) 接点, 作为用户自行联结其他外围设备使用 在同一程序段中若有两个 M 代码出现时, 虽其动作不相冲突, 但以排列在最后面的 M 代码有效, 前面的 M 代码被忽略而不执行 一般数控机床的 M 代码的前导零可省略, 如 M01 可用 M1 表示,M03 可用 M3 来表 示, 余者类推, 这样可节省内存空间及键入的字数 注意 :M 代码分为前指令码 ( 表中标 W) 和后指令码 ( 表中标 A), 前指令码和同一 程序段中的移动指令同时执行, 后指令码在同段的移动指令执行完后才执行 例如下面的 程序结构注意 M 代码执行的时间 : (G00 移动指令 ) M03; ( 在快速定位的同时主轴正转 ) (G01 移动指令 ) M08; ( 切削液开, 刀具靠近工件准备加工 ) (M98 P ;) ( 调用 P 指定的子程序执行 ) (G01 移动指令 )M09; ( 刀具离开工件, 切削液关 ) (G00 移动指令 )M05; ( 刀具快速移动后主轴停 ) M06; ( 换刀, 此处为单独 M 指令直接执行 ) M30(M02); ( 程序结束, 此处为单独 M 指令直接执行 ) F S T 功能 1.F 功能 F 功能用于控制刀具移动时的进给速度,F 后面所接数值代表每分钟刀具进给量 (mm min -1 ), 它为续效代码 F 代码指令值如超过制造厂商所设定的范围时, 则以厂商所设定的最高或最低进给速度为实际进给速度 进给速度 v, 的值可由下列公式计算而得 : v F = f z z n 其中 : f z : 铣刀每齿的进给量 (mm/ 齿 );

174 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 165 z: 铣刀的刀刃数 ; n: 刀具的转速 (r min -1 ) 例 4-1 使用 φ75 mm,6 齿的面铣刀, 铣削碳钢表面, 已知切削速度 v c = 100 m min -1 f z =0.08 mm/ 齿, 求主轴转速 n 及 v F n=1000v c /πd= /( ) m min -1 =425 m min -1 2.S 功能 v F =f z z n= mm min -1 =204 mm. min -1 S 功能用于指令主轴转速 (m min -1 ) S 代码以地址 S 后面接 l~4 位数字组成 如其指令的数字大于或小于制造厂商所设定之最高或最低转速时, 将以厂商所设定的最高或最低转速为实际转速 一般数控铣床的主轴转速为 0~6000 r min -1 3.T 功能 数控铣床因无自动换刀系统 ATC, 必须用人工换刀, 所以自动换刀 T 功能只用于加工中心 T 代码以地址 T 后面接两位数字组成 常用 G 功能 1.G90 绝对坐标编程指令 格式 :G90 说明 : 该指令表示程序段中的运动坐标数字为绝对坐标值, 即从编程原点开始的坐标值 2.G91 增量坐标编程指令 格式 :G91 说明 : 该指令表示程序段中的运动坐标数字为增量坐标值, 即刀具运动的终点相对于起点坐标值的增量 3.G17/G18/G19 加工平面选择指令 格式 :G17/G18/G19 说明 :G17 指定刀具在 XY 平面上运动 ;G18 指定刀具在 ZX 平面上运动 ;G19 指定刀具在 YZ 平面上运动 由于数控铣床大都在 XY 平面内加工, 故 G17 为机床的默认状态, 可省略 4.G00 或 G0 快速定位 该指令控制刀具从当前所在位置快速移动到指令给出的目标点位置, 只能用于快速定

175 166 数控加工编程与操作 位, 不能用于切削加工 格式 :G00 X Y Z ; 说明 :X Y Z 表示目标点坐标 G00 可以同时指令一轴 两轴或三轴移动, 如图 4-10 所示 (a) 同时 1 轴移动 (b) 同时 2 轴移动 (c) 同时 3 轴移动 图 4-10 G00 指令 如图 4-11 所示, 刀具从原点 O 快速移动到 P l P 2 P 3 点, 可分别用增量方式 (G91) 或绝对值方式 (G90) 编程 G91 方式编程为 : G00 X40.0 Y60.0; (O P 1 ) X40.0 Y-20.0; (P 1 P 2 ) X-40.0 Y-20.0; (P 2 P 3 ) G90 方式编程为 : G00 X40.0 Y60.0; (O P 1 ) X80.0Y 40.0; (P l P 2 ) X40.0 Y20.0; (P 2 P 3 ) 图 4-11 G00 编程例图 4-12 G00 的走刀轨迹

176 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 167 需要说明的是 :G00 的具体运动速度已由机床生产厂设定, 不能用程序指令改变, 但可以用机床操作面板上的进给修调旋钮来改变 另外,G00 的走刀轨迹, 通常不是直线轨迹, 而是如图 4-12 所示的折线, 这种走刀路线, 有利于提高定位精度 5.G01 或 G1 直线插补 该指令控制刀具以给定的进给速度从当前位置沿直线移动到指令给出的目标位置 格式 :G01 X Y Z F ; 说明 :X Y Z 表示目标点坐标 ;F 表示进给量 (mm min -1 ) 图 4-13 表示刀具从 P 1 点开始沿直线移动到 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 点, 可分别用增量方式 (G91) 或绝对值方式 (G90) 编程 G91 方式编程为 : G01 Y50.0 F120; (P l P 2 ) X30.0; (P 2 P 3 ) X40.0 Y-30.0; (P 3 P 4 ) Y-20.0; (P 4 P 5 ) X-50.0 Y-10.0; (P 5 P 6 ) G90 方式编程为 : G01 Y80.0 F120; (P 1 P 2 ) X60.0; (P 2 P 3 ) X100.0 Y50.0; (P 3 P 4 ) Y30.0; (P 4 P 5 ) X50.0 Y20.0; (P 5 P 6 ) 例 4-2 在立式数控铣床上按如图 4-14 所示的走刀路线铣削工件上表面, 已知主轴转速为 300 r min -1, 进给量为 200 mm min -1 试编制加工程序 建立如图所示工件坐标系, 编制加工程序如下 : O4002; ( 程序号 ) G90 G54 G00 X155.0 Y40.0 S300; (1) 图 4-13 图 4-14 G01 编程例 刀具走刀路线

177 168 数控加工编程与操作 G00 Z50.0 M03; (2) Z0; (3) G01 X F200; (4) G00 Y-40.0; (5) G01 X155.0; (6) G00 Z300.0 M05; (7) X250.0 Y180.0; (8) M30; ( 程序结束 ) 6.G02,G03 或 G2,G3 圆弧插补 该指令控制刀具在指定坐标平面内以给定的进给速度从当前位置 ( 圆弧起点 ) 沿圆弧移动到指令给出的目标位置 ( 圆弧终点 ) G02 为顺时针圆弧插补指令,G03 为逆时针圆弧插补指令 因加工零件均为立体的, 在不同平面上其圆弧切削方向 (G02 或 G03) 如图 4-15 所示 其判断方法为 : 在笛卡尔右手直角坐标系中, 从垂直于圆弧所在平面轴的正方向往负方向看, 顺时针为 G02, 逆时针为 G03 指令格式有三种情况 : (a)x-y 平面 (G17) (b)z-x 平面 (G18) (c)y-z 平面 (G19) 图 4-15 圆弧切削方向与平面的关系 (1)X-Y 平面上的圆弧 : G17 G02/ G03 X Y I J F ; 或 G17 G02/ G03 X Y R F ; (2)Z-X 平面上的圆弧 : G18 G02/ G03 X Z I K F ; 或 G18 G02/ G03 X Z R F ; (3)Y-Z 平面上的圆弧 :

178 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 169 G19 G02/ G03 Y Z J K F ; 或 G19 G02/ G03 Y Z R F ; 说明 :X Y Z 为圆弧终点坐标 ;I J K 为圆心分别在 X Y Z 轴相对圆弧起点的增量坐标 ( 以后简称 IJK 编程 ), 如图 4-16 (a) 所示 ;R 为圆弧半径 ( 以后简称 R 编程 ), 如图 4-16(b) 所示 ;G17 G18 G19 为坐标平面选择指令 注意 :G02 和 G03 与坐标平面的选择有关 圆弧终点坐标可 (a)ijk 编程 (b)r 编程 分别用增量方式 (G91) 或绝对值方式 (G90) 指令, 用 G91 方 图 4-16 圆弧插补 IJK 编程和 R 编程 式指令时表示圆弧终点相对于圆弧起点的增量坐标 用 R 编程时, 如果圆弧圆心角 a 180, R 取正值,a>180,R 取负值 如果加工的是整圆, 则不能直接用 R 编程, 而应用 IJK 编程 如图 4-17 所示的圆弧可分别按如下四种 不同的方式编程 : 1 G91 方式 IJK 编程 : (G91 G17) G02 X30.0 Y-30.0 I-20.0 J-50.0 F120; 2 G91 方式 R 编程 : (G91 G17) G02 X30.0 Y-30.0 R54.0 F120; 3 G90 方式 IJK 编程 : (G17 G90 G54) G02 X90.0 Y40.0 I-20.0 J-50.0 F120; 4 G90 方式 R 编程 : (G17 G91 G54) 图 4-17 圆弧插补编程例 G02 X90.0 Y40.0 R54.0 F120; 例 4-3 在立式数控铣床上按如图 4-18 所示的走刀路线铣削工件外轮廓 ( 不考虑刀 具半径 ), 已知主轴转速为 400 r min -1, 进给量为 200 mm min -1 试编制加工程序 建立 如图所示工件坐标系, 编制加工程序如下 : O4003; ( 程序号 ) G17 G90 G54 G00 X0 Y0; (1)

179 170 数控加工编程与操作 X-35.0 Y-70.0 S400; (2) Z50.0 M03; (3) G01 Z-25.0 F1000 M08; (4) X-60.0 F200; (5) G03 X Y-20.0 R50.0; (6) G01 Y-40.0; (7) G02 X Y-70.0 R-30.0; (8) G01 X-160.0; (9) G03 X Y R50.0; (10) G01 Y-140.0; ( 1) X-80.0; ( 12) G02 X-40.0 Y R40.0; ( 13) G01 Y-65.0; ( 14) G00 Z50.0; ( 1Z90.0 M05; ( 1X0 Y0; ( 15) 6) 7) M30; ( 程序结束 ) 图 4-18 刀具走刀路线 7.G04 程序暂停 该指令控制系统按指定时间暂时停止执行后续程序段 暂停时间结束则继续执行 该指令为非模态指令, 只在本程序段有效

180 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 171 格式 :G04 X(P) 说明 : 均为暂停时间, 单位分别为秒和毫秒 暂停指令应用于下列情况 : (1) 用于主轴有高速 低速挡切换时, 于 M05 指令后, 用 G04 指令暂停几秒, 使主轴停稳后, 再行换挡, 以避免损伤主轴电动机 (2) 用于孔底加工时暂停几秒, 使孔的深度正确及减小孔底面的粗糙度 (3) 用于铣削大直径螺纹时, 用 M03 指定主轴正转后, 暂停几秒使转速稳定, 再加工螺纹, 使螺距正确 如图 4-19 所示为镗孔示意图, 为了保证孔底光滑和深度尺寸准确, 在镗到孔底时暂停 1 秒钟 (P1000), 其加工程序为 : (G90 G54); G00 Z2.0; G01 Z-10.0 F100; G04 P1000; G00 Z22.0; 图 4-19 G04 编程例 暂停时间一般应保证刀具在孔底保持回转一转以上 例如 : 假设主轴转速为 300 r min -1, 则暂停时间为 60/300=0.2 s, 也就是说, 暂停时间应该至少 0.2 s 以上 假设我们可以取 0.5 s, 则指令为 :G04 P500;( 或 G04 X0.5;) 8.G27 返回参考点检查 数控机床通常是长时间连续运转, 为了提高加工的可靠性及保证工件尺寸的正确性, 可用 G27 指令来检查工件原点的正确性 格式 :G90/G91 G27 X Y Z ; 说明 : 在 G90 方式下 X Y Z 值指机床参考点在工件坐标系的绝对值坐标 ; 在 G91 方式下 X Y Z 表示机床参考点相对刀具目前所在位置的增量坐标 该指令的用法如下 : 当执行加工完成一个循环, 在程序结束前, 执行 G27 指令, 则刀具将以快速定位 (G00) 移动方式自动返回机床参考点, 如果刀具到达参考点位置, 则操作面板上的参考点返回, 指示灯会亮 ; 若工件原点位置在某一轴向有误差, 则该轴对应的指示灯不亮, 且系统将自动停止执行程序, 发出报警提示 执行 G27 指令的前提是在通电后必须返回过一次参考点 ( 手动返回或 G28 指令返回 ) 使用 G27 指令时, 若先前建立了刀具半径或长度补偿, 则必须先用 G40 或 G49 将刀

181 172 数控加工编程与操作 具补偿取消后, 才可使用 G27 指令 9.G28 自动返回参考点 该指令可使坐标轴自动返回参考点 格式 :G28 X Y Z ; 说明 :X Y Z 为返回参考点时所经过的中间点坐标 指令执行后, 所有受控轴都将快速定位到中间点, 然后再从中间点到参考点, 如图 4-20 所示 G91 方式编程为 : G91 G28 X100.0 Y150.0; G90 方式编程为 : G90 G54 G28 X300.0 Y250.0; 如果需要坐标轴从目前位置直接返回参考点, 一般用增量方式指令, 如图 4-21 所示, 其程序编制为 ; G91 G28 X0 Y0; 图 4-20 G28 和 G29 编程例图 4-21 坐标轴直接返回参考点 10.G29 从参考点返回 此指令的功能是使刀具由机床参考点经过中间点到达目标点 格式 :G29 X Y Z ; 说明 :X Y Z 后面的数值是指刀具的目标点坐标 这里经过的其中间点就是 G28 指令所指定的中间点, 故刀具可经过这一安全通路到达欲切削加工的目标点位置 所以用 G29 指令之前, 必须先用 G28 指令, 否则 G29 不知道中间点位置, 而发生错误 其使用方法如图 4-20 所示, 请看下列程序 : G90 G28 X300.0 Y250.0; 由当前位置经中间点移至机床参考点, 主轴停, 取下刀具 T03 M00; 换 3 号刀 G29 X35.0 Y30.0 Z5.0; 3 号刀由机床参考点经中间点快速定位至目标点

182 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 第 参考点返回 (G30) 此指令的功能是由刀具所在位置经过中间点回到参考点 故与 G28 很类似, 差别在于 C28 是回归第一参考点 ( 机床原点 ), 而 G30 是返回第 参考点 格式 :G30 P2/P3/ P4 X Y Z ; 说明 :P2 P3 P4 即选择第 2 第 3 第 4 参考点, 选择第 2 参考点时可省略不写 P2; X Y Z 后面的坐标值是指中间点位置 第 参考点的坐标位置在参数中设定 (FANUC 0i 系统参数号码为 735~737 设 P2,780~782 设 P3,784~786 设 P4), 其值为机床原点到参考点的向量值 刀具补偿指令 在数控机床上进行工件轮廓的铣削加工时, 由于刀具半径的存在, 刀具中心轨迹和工件轮廓不重合 当数控机床具备刀具半径补偿功能时, 编程人员只需根据工件轮廓编程, 数控系统会自动计算出刀具中心轨迹, 加工出所需要的工件轮廓 同时, 为了简化编程, 在编程时除了可以不考虑刀具半径值以外, 也可以不考虑刀具长度值, 此时只需利用系统的长度补偿功能建立起相应的长度补偿即可 现代 CNC 系统设置有若干个 ( 或更多 ) 刀具偏置寄存器, 专供刀具补偿之用 进行数控编程时, 只需调用所需刀具补偿参数 ( 刀具半径 刀具长度 ) 所对应的寄存器编号即可, 加工时,CNC 系统将该编号对应的刀具偏置寄存器中存放的刀具半径或长度补偿值取出, 对刀具中心轨迹进行补偿计算, 生成实际的刀具中心运动轨迹 1.G40,G41,G42 刀具半径补偿 (1) 刀具半径补偿的方法铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿 (G41) 和刀具半径右补偿 (G42) 编程时, 使用非零的 D## 代码 (D01~D32) 选择正确的刀具偏置寄存器号, 其偏置量 ( 即补偿值 ) 的大小通过 CRT/MDI 操作面板在对应的偏置寄存器号中设定, 可设定值范围为 0~± mm 根据 ISO 标准, 当刀具中心轨迹沿前进方向位于零件轮廓右边时称为刀具半径右补偿, 反之称为刀具半径左补偿, 如图 4-22 所示 当不需要进行刀具半径补偿时, 则用 G40 取消刀具半径补偿 刀 (a)g41 图 4-22 刀具半径补偿方向 (b)g42

183 174 数控加工编程与操作 具半径补偿的建立有三种方式 ( 图 4-23): 先下刀后, 再在 X Y 轴移动中建立半径补偿 ; 先建立半径补偿后, 再下刀到加工深度位置 ;X Y Z 三轴同时移动建立半径补偿后再下刀 一般取消半径补偿的过程与建立过程正好相反 建立刀具半径补偿指令格式为 : G17/G18/G19 G00/G01 G41/G42α β D ; 取消刀具半径补偿指令格式为 : G00/G01 G40α β ; 说明 :α β 为 X Y Z 三轴中配合平面选择 (G17 G18 G19) 的任意两轴 ;D 为刀具半径补偿号码, 以 1-2 位数字表示 例如 D11, 表示刀具半径补偿号码为 11 号, 执行 G41 或 G42 指令时, 控制器会到 D 所指定的刀具补偿号内选取刀具半径补偿值, 以作为半径补偿的依据 图 4-23 建立刀具半径补偿的方法 图 4-24 为建立和取消刀具半径补偿示例, 程序如下 : G17 G90 G54 G00 X0 Y0 S400; ( O) G41 G00 X30.0 Y15.0 D01 M03; (O P 1, 建立左刀补 ) G01 Y50.0 F150; (P 1 P 2 ) X65.0; (P 2 P 3 ) Y25.0; (P 3 P 4 ) X20.0; (P 4 P 5 )

184 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 175 G40 G00 X0 Y0 M05; (P 5 O, 撤销刀补 ) (2) 使用刀具半径补偿注意事项 1 机床通电后, 为取消半径补偿状态 2 G41 G42 G40 不能和 G02 G03 一起使用, 只能与 G00 或 G01 一起使用, 且刀具必须要移动 3 在程序中用 G42 指令建立右刀补, 铣削时对于工件将产生逆铣效果, 故常用于粗铣 ; 用 G41 指令建立左刀补, 铣削时对于工件将产生顺铣效果, 故常用于精铣 图 4-24 刀具半径补偿例 4 一般情况下, 刀具半径补偿量应为正值, 如果补偿值为负, 则 G41 和 G42 正好相互替换 通常在模具加工中利用这一特点, 可用同一程序加工同一公称尺寸的内外两个型面 如图 4-25 所示用同一加工程序加工阳模和阴模的情况 5 在建立刀具半径补偿以后, 不能出现连续两个程序段无选择补偿坐标平面的移动指令, 否则数控系统因无法正确计算程序中刀具轨迹交点坐标, 可能产生过切现象 图 4-26 所示铣外轮廓时, 在 G17 坐标平面建立半径补偿后因连续出现三个程序段没有产生 X-Y 坐标平面移动指令, 加工中出现过切现象 ; 图 4-27 表示在铣内轮廓建立半径补偿后, 在程序中出现连续两图 4-25 刀补功能在模具加工中的应用个程序段没有 X-Y 平面移动指令, 加工中将出现过切现象 非 X-Y 坐标平面移动指令示例如下 : M05; (M 代码 ) S300; (S 代码 ) G04 P1200; ( 暂停指令 ) (G17)G01 Z100.0; (XY 轴外移动指令 ) G90; ( 非移动 G 代码 ) G91 G01 Y0; ( 移动量为零 ) 6 在补偿状态下, 铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要大于或等于刀具半径, 否则补偿时会产生干涉, 系统在执行相应程序段时将会产生报警, 停止执行 图 4-28a

185 176 数控加工编程与操作 表示直线移动量小于铣刀半径时发生过切的情况, 图 b 表示刀具半径大于加工沟槽宽度, 图 c 所示为刀具半径值大于加工内圆弧半径的情况 7 半径补偿功能为续效代码, 在补偿状态时, 若加入 G28 G29 G92 指令, 当这些指令被执行时, 补偿状态将暂时被取消, 但是控制系统仍记忆着此补偿状态, 因此于执行下一程序段时, 又自动恢复补偿状态 8 若程序中建立了半径补偿, 在加工完成后必须用 G40 指令将补偿状态取消, 使铣刀的中心点回复到实际的坐标点上 亦即执行 G40 指令时, 系统会将向左或向右的补偿值, 往相反的方向释放, 这时铣刀会移动一铣刀半径值 所以使用 G40 指令时最好是铣刀已远离工件 (G17 G90 G54) (G17 G90 G54) : : P 1 P 2 G01 X Y ; ( O)G41 G00 X Y D ; S20; Z0; G04 P100; S250; 非选择平面移动指令 P 2 P 3 X Y ; M03; P 1 P 2 G01 X Y F ; P 2 P 3 X Y ; 图 4-26 铣外轮廓过切 图 4-27 铣内轮廓过切 (a) 直线移动量小于铣刀半径 (b) 沟槽底部移动量小于铣刀半径

186 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 177 (c) 内侧圆弧半径小于铣刀半径 图 4-28 三种过切现象 (3) 刀具半径补偿的应用 1 编程时直接按工件轮廓尺寸编程 刀具在因磨损 重磨或更换后直径会发生改变, 但不必修改程序, 只需改变半径补偿参数 2 刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值, 同一加工程序, 采用同一刀具可通过修改刀补的办法实现对工件轮廓的粗 精加工 ; 同时也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度 例 4-4 按如图 4-29 所示走刀路径铣削工件外轮廓, 试编制加工程序 已知立铣刀半径为 φ16 mm, 半径补偿号为 D01 建立如图所示工件坐标系, 编制加工程序如下 : O4003; ( 程序号 ) G17 G90 G54 G00 X0 Y0 S500; (2) Z5.0 M03; (3) G41 X60.0 Y30.0 D01; (4O A) G01 Z-27.0 F2000; (5) Y80.0 F120; (6A B) G03 X100.0 Y120.0 R40.0; (7B C) G01 X180.0; (8C D) Y60.0; (9D E) G02 X160.0 Y40.0 R20.0; (10E F) G01 X50.0; ( 1F G) G00 Z5.0; ( 12) G40 X0 Y0 M05; (G O) G91 G28 Z0; (Z 轴回参考点 )

187 178 数控加工编程与操作 M30; ( 程序结束 ) 2.G43,G44,G49 刀具长度补偿 图 4-29 刀具走刀路线 数控铣床所使用的刀具, 每把刀具的长度都不相同, 同时, 由于刀具的磨损或其他原因引起刀具长度发生变化, 使用刀具长度补偿指令, 可使每一把刀具加工出来的深度尺寸都正确 (1) 刀具长度补偿的方法格式 :G43/G44 Z H ; 或 G43/G44 H ; 说明 :G43 表示长度正补偿, 其含义如图 4-30 所示 ;G44 表示长度负补偿, 其含义如图 4-31 所示 ;Z 表示 Z 轴移动坐标值 ;H 指令表示长度补偿号 (H ) 例如 H01, 表示刀具半径补偿号码为 l 号, 执行 G43 或 G44 指令时, 控制器会到 H 所指定的刀具补偿号内撷取刀具长度补偿值, 以作为长度补偿的依据, 长度补偿值由 CRT/MDI 操作面板在对应的偏置寄存器中设定, 可设定值范围为 0~± mm 图 4-30 G43 的含义

188 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 179 图 4-31 G44 的含义 取消刀具长度补偿指令格式为 : G49(Z ); 使用刀具长度补偿功能功能应注意以下几点 : 1 机床通电后, 为取消长度补偿状态 2 使用 G43 或 G44 指令刀长补偿时, 只能有 Z 轴的移动量, 若有其他轴向的移动, 则会出现报警 3 G43 G44 为续效代码, 如欲取消刀长补偿, 除用 G49 外, 也可以用 H00 的办法, 这是因为 H00 的偏置量固定为 0 (2) 长度补偿量的确定刀具长度补偿值可通过如下三种方法设定 : 第一种方法如图 4-32 所示 : 事先通过机外对刀法测量出刀具长度 ( 图中 H01 和 H02), 作为刀具长度补偿值 ( 该值应为正 ), 输入到对应的刀具补偿参数中 此时, 工件坐标系 (G54) 中 Z 值的偏置值应设定为工件原点相对机床原点 Z 向坐标值 ( 该值为负 ) 图 4-32 刀具长度补偿设定方法一

189 180 数控加工编程与操作 第二种方法如图 4-33 所示 : 将工件坐标系 (G54) 中 Z 值的偏置值设定为零, 即 Z 向的工件原点与机床原点重合, 通过机内对刀测量出刀具 Z 轴返回机床原点时刀位点相对工件基准面的距离 ( 图中 H01 H02, 均为负值 ) 作为每把刀具长度补偿值 图 4-33 刀具长度补偿设定方法二 第三种方法如图 4-34 所示 : 将其中一把刀具作为基准刀, 其长度补偿值为零, 其他刀具的长度补偿值为与基准刀的长度差值 ( 可通过机外对刀测量 ) 此时应先通过机内对刀法测量出基准刀在 轴返回机床原点时刀位点相对工件基准面的距离, 并输入到工件坐标系 (G54) 中 Z 值的偏置参数中 图 4-34 刀具长度补偿设定方法三

190 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 G39 拐角的过渡处理 (1) 拐角过渡处理数控铣床铣削拐角轮廓时, 若刀具中心位移量与轮廓尺寸相同, 有可能发生过切现象或刀具中心轨迹不能连续现象 如图 4-35 所示 为此, 在编写零件加工程序时, 应考虑拐角的 (a) (b) 过渡轨迹, 合理安排过渡程序 图 4-36 为拐角过渡处理常用的 图 4-35 拐角过渡的过切与不连续现象 例子 图 4-36(a) 中的拐角是由直线与直线轮廓线形成的拐角, 编写程序时, 刀具的中 心轨迹必须延伸至过渡点 S,S 点应是两条刀具中心轨迹的交点 图 4-36(b) 是由直线与 圆弧轮廓曲线形成的拐角, 编写程序时, 刀具移动时的中心轨迹必须延伸至过渡点 S, 再 沿直线 SA 编写一段直线加工程序, 然后编写圆弧加工程序 图 4-36(c) 是圆弧与直线轮 廓线形成的拐角, 加工程序中, 需增加三段直线程序 图 4-36(d) 是内轮廓刀具中心轨 迹 其他拐角过渡可按上述方式处理 (a) (b) (c) (d) 图 4-36 拐角过渡处理 (2)G39 拐角过渡处理指令格式 :G39 I J 说明 : 1 全功能数控铣床中,CNC 系统可以自动实现零件轮廓各种拐角组合形式的折线型尖角过渡 某些数控铣床中, 在零件的外拐角处必须人为编制出附加圆弧插补程序段 G39 指令, 才能实现尖角过渡 2 l J 表示刀具中心绕拐角点旋转后的方向 3 G39 只有在 G41 或 G42 已经指定的情况下有效 图 4-37(a) 是直线与直线轮廓线形成的拐角, 编程时, 在拐角点 A 处增加一段拐角过渡 G39 指令,I J 取 B 点相对 A 点的增量坐标值, 其加工程序如下 : G91 ( 增量尺寸编程 )

191 182 数控加工编程与操作 G41 D01 ( 圆弧半径自动左补偿 ) G01 X83. Y112. ( 进给到 A 点 ) G39 I126. J27. ( 刀具以 A 点为圆心旋转至 AB 方位 ) G01 X126. Y27. ( 进给到 B 点 ) 图 4-37(b) 是直线与圆弧轮廓线形成的拐角, 在 A 点执行 G39 指令旋转后的方向应是过 A 点作圆弧的切线 AB 的方向, 因为 ΔABC 和 ΔAOD 是相似三角形, 所以,B 点相对 A 点的增量坐标值可以用圆弧圆心 O 点相对 A 点的增量坐标值代替 因此, 如果知道圆弧中心坐标值, 就可直接使用圆弧中心坐标值, 其程序如下 : G91 G41 D01 G01 X-20. Y40. ( 进给到 A 点 ) G39 I58. J29. ( 刀具以 A 点为圆心旋转至 AB 方位 ) G03 X14.15 Y25. I-29. J58. ( 逆时针圆弧插补至 B 点 ) (a) (b) 图 4-37 拐角过渡指令形式 例 4-5 图 4-38 为拐角过渡指令 G39 应用实例 其程序清单如下 : O4005 G91 G00 G41 X20. Y19. D01 ( 增量编程, 左偏刀具半径补偿 ) G01 Z-20. F100 (Z 轴负方向进给 20 mm) Y34. F240 (Y 轴方向进给 34 mm) G39 I44. J26. ( 环绕拐角旋转 )

192 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 183 G01 X44. Y26. ( 沿斜线进给 ) G39 I40. J40. ( 环绕拐角旋转 ) G02 X40. Y-40. R40. ( 加工 R40 圆弧 ) X-20. Y-20. R20. ( 加工 R20 圆弧 ) G01 X-65. (Z 轴负方向进给 65 mm) G00 Z20. (Z 轴正方向快退 20 mm) G40 X-20. Y-19. ( 取消刀补, 返回 原点 ) M30 ( 程序结束 ) 图 4-38 G39 应用实例 4. 刀具位置偏置 刀具位置偏置是指刀具沿某个方向相对于编程距离伸长或缩短一定的距离 伸长或缩短的距离值取决于相应参数地址所设定的数值 刀具位置偏置指令功能见表 4-5 这种功能仅在指定的程序段有效, 是非模态指令, 刀具位置补偿值地址代码为 D 表 4-5 刀具位置偏置功能 代码功能 G45 G46 G47 G48 刀具运动方向上扩大一个偏置量 刀具运动方向上缩小一个偏置量 刀具运动方向上扩大两倍偏置量 刀具运动方向上减少两倍偏置量 在绝对值指令中, 当指令移动量为 0 时, 虽然该程序段同时指定了偏置量, 机床仍然 不移动 例如 :G90 G00 X0 D01, 即使 D01 中的偏置量不为 0, 机床仍不移动 在增量值指令中, 当指定移动量为 0 时, 若指定了偏置量, 则机床移动 移动情况如 下 ( 设偏置量为 , 偏置号为 D01): 指令 :G91 G45 X0 D01 G91 G45 X-0 D01 G91 G46 X0 D01 G91 G46 X-0 D01 移动量 :X10.28 X X X10.28 指令 :G91 G47 X0 D01 G91 G47 X-0 D01 G91 G48 X0 D01 G91 G48 X-0 D01 移动量 :X20.56 X X X20.56 例 4-6 图 4-39 是刀具位置偏置功能应用实例, 图中使用立铣刀铣削工件侧面, 工 件轮廓形状如图中实线所示, 立铣刀直径 φ20 mm, 偏置量应是 10 mm, 将此值存入 D01

193 184 数控加工编程与操作 中 铣削加工程序如下 : O4006 G91 ( 增量坐标编程 ) G46 G00 X40. Y34. D01 ( 缩短 1 倍偏置量, 至 A 点 ) G47 G01 X58. F120 ( 延长 2 倍偏置量, 至 B 点 ) Y15. ( 至 C 点 ) G48 X46. ( 缩短 2 倍偏置量, 至 D 点 ) Y-15. ( 至 E 点 ) G47 X35. ( 延长 2 倍偏置量, 至 F 点 ) G45 Y34. ( 延长 1 倍偏置量, 至 G 点 ) G45 G03 X-22. Y22. I-22. ( 延长 1 倍偏置量, 至 H 点 ) G45 G01 X-105. ( 延长 1 倍偏置量, 至 J 点 ) G46 Y0 ( 缩短 1 倍偏置量 ) G46 G02 X-22. Y-22. I-22. ( 缩短 1 倍偏置量, 至 J 点 ) G46 X0 ( 缩短 1 倍偏置量 ) G47 Y-34. ( 延长 2 倍偏置量, 至 A 点 ) G46 X-40. Y-34. ( 缩短 1 倍偏置量, 至 O 点 ) 图 4-39 刀具位置补偿实例 使用刀具位置偏置指令时应注意以下几点 : (1) 两坐标联动 ( 执行插补指令 ) 时, 如果程序段中使用了刀具位置偏置指令, 则刀具的偏置量对两个坐标值同样有效 (2) 对于圆弧插补指令程序段中,G45~G48 只在 1/4 或 3/4 圆的情况中起作用 编程时, 起点不要设在圆弧的起点上, 否则刀具中心轨迹与编程轨迹不是同心圆 (3) 加工斜面时, 使用刀具位置偏置指令不当, 会产生过切现象或欠切现象 (4) 使用刀具半径补偿指令编程时, 不允许再用刀具位置补偿指令, 否则, 机床会产

194 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 185 生报警 固定循环功能 孔加工是数控加工中最常见的加工工序, 数控铣床通常具有能完成钻孔 镗孔 铰孔和攻螺纹等加工的固定循环功能 本节介绍的固定循环功能指令, 即是针对各种孔的加工, 用一个 G 代码即可完成 该类指令为模态指令, 使用它编程加工孔时, 只须给出第一个孔加工的所有参数, 接着加工的孔, 凡与第一个孔相同的参数均可省略, 这样可极大提高编程效率, 而且使程序变得简单易读 1. 固定循环的基本动作 如图 4-40 所示, 孔加工固定循环一般由下述六个动作组成 ( 图中用虚线表示的是快速进给, 用实线表示的是切削进给 ): 动作 1 X 轴和 Y 轴定位 : 使刀具快速定位到孔加工的位置 动作 2 快进到 R 点 : 刀具自初始点快速进给到 R 点 (Referance point) 动作 3 孔加工 : 以切削进给的方式执行孔加工的动作 动作 4 孔底动作 : 包括暂停 主轴准停 刀具移位等动作 动作 5 返回到 R 点 : 继续加工其他孔且可以安全移动刀具时选择返回 R 点 图 4-40 固定循环动作动作 6 返回到起始点 : 孔加工完成后一般应选择返回起始点 说明 : (1) 循环指令中地址 R 与地址 Z 的数据指定与 G90 或 G91 的方式选择有关 选择 G90 方式时 R 与 Z 一律取其终点坐标值 ; 选择 G91 方式时则 R 是指自起始点到 R 点间的距离, Z 是指自 R 点到孔底平面上 Z 点的距离, 见图 4-41 所示 (2) 起始点是为安全下刀而规定的点 该点到零件表面的距离可以任意设定在一个安全的高度上 当使用同一把刀具加工若干孔时, 只有孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完毕时, 才使用 G98 功能使刀具返回到起始点, 见图 4-42(a) 所示

195 186 数控加工编程与操作 (a) 绝对值方式 (b) 增量方式 图 4-41 R 点与 Z 点指令 (a) 返回起始点 (G98) (b) 返回 R 点 (G99) 图 4-42 刀具返回指令 (3)R 点又叫参考点, 是刀具下刀时自快进转为工进的转换起点 距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化, 一般可取 2 mm~5 mm 使用 G99 时, 刀具将返回到该点, 见图 4-42(b) 所示 (4) 加工盲孔时孔底平面就是孔底的 Z 轴高度 ; 加工通孔时一般刀具还要伸出工件底平面一段距离, 这主要是保证全部孔深都加工到规定尺寸 钻削加工时还应考虑钻头钻尖对孔深的影响 (5) 孔加工循环与平面选择指令 (G17,G18 或 G19) 无关, 即不管选择了哪个平面, 孔加工都是在 X-Y 平面上定位并在 Z 轴方向上加工孔

196 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 固定循环指令书写格式 孔加工固定循环指令书写格式为 : G90/G91 G98/G99 G X Y Z R Q P F L ; 说明 : (1)G 是孔加工固定循环指令, 指 G73 ~ G89 (2)X,Y 指定孔在 X-Y 平面的坐标位置 ( 增量或绝对值 ) (3)Z 指定孔底坐标值 在增量方式时, 是 R 点到孔底的距离 ; 在绝对值方式时, 是孔底的 Z 坐标值 (4)R 在增量方式中是起始点到 R 点的距离 ; 而在绝对值方式中是 R 点的 Z 坐标值 (5)Q 在 G73,G83 中, 是用来指定每次进给的深度 ; 在 G76 G87 中指定刀具位移量 (6)P 指定暂停的时间, 最小单位为 1ms (7)F 为切削进给的进给量 (8)L 指定固定循环的重复次数 只循环一次时 L 可不指定 (9)G73~G89 是模态指令 一旦指定, 一直有效, 直到出现其他孔加工固定循环指令, 或固定循环取消指令 (G80), 或 G00,G01,G02,G03 等插补指令才失效 因此, 多孔加工时该指令只需指定一次 以后的程序段只给孔的位置即可 (10) 固定循环中的参数 (Z,R,Q,P,F) 是模态的, 当变更固定循环方式时, 可用的参数可以继续使用, 不需重设 但中间如果隔有 G80 或 G01,G02,G03 指令, 不受固定循环的影响 (11) 在使用固定循环编程时一定要在前面程序段中指定 M03( 或 M04), 使主轴启动 (12) 若在固定循环指令程序段中同时指定一后指令 M 代码 ( 如 M05 M09), 则该 M 代码并不是在循环指令执行完成后才被执行, 而是执行完循环指令的第一个动作 (X Y 轴向定位 ) 后, 即被执行 因此, 固定循环指令不能和后指令 M 代码同时出现在同一程序段 (13) 当用 G80 指令取消孔加工固定循环后, 那些在固定循环之前的插补模态 ( 如 G00, G01,G02,G03,) 恢复,M05 指令也自动生效 (G80 指令可使主轴停转 ) (14) 在固定循环中, 刀具半径尺寸补偿 (G41,G42) 无效 刀具长度补偿 (G43, G44) 有效 3. 固定循环指令介绍 (1) 高速深孔啄钻循环指令 (G73) 格式 :G73 X Y Z R Q F ; 说明 : 孔加工动作如图 4-43 所示 分多次工作进给, 每次进给的深度由 Q 指定 ( 一

197 188 数控加工编程与操作 般 2~3 mm), 且每次工作进给后都快速退回一段距离 d,d 值由参数设定 ( 通常为 0.1 mm) 这种加工方法, 通过 Z 轴的间断进给可以比较容易地实现断屑与排屑 (2) 攻左旋螺纹循环指令 (G74) 格式 :G74 X Y Z R F ; 说明 : 加工动作如图 4-44 所示 图中 CW 表示主轴正转,CCW 表示主轴反转 此指令用于攻左旋螺纹, 故需先使主轴正转, 再执行 G74 指令, 刀具先快速定位至 X Y 所指定的坐标位置, 再快速定位到 R 点, 接着以 F 所指定的进给速度攻螺纹至 Z 所指定的坐标位置后, 主轴转换为正转且同时向 Z 轴正方向退回至 R 点, 退至点后主轴恢复原来的反转 攻螺纹的进给速度为 :v F (mm min -1 ) = 螺纹导程 p (mm) 主轴转速 n (r min -1 ) 图 4-43 G73 的动作图 4-44 G74 的动作 (3) 精镗孔循环指令 (G76) 格式 :G76 X Y Z R Q P F ; 说明 : 孔加工动作如图 4-45 所示 图中 P 表示在孔底有暂停,OSS 表示主轴准停,Q 表示刀具移动量 采用这种方式镗孔可以保证提刀时不至于划伤内孔表面 执行 G76 指令时, 镗刀先快速定位至 X Y 坐标点, 再快速定位到 R 点, 接着以 F 指定的进给速度镗孔至 Z 指定的深度后, 主轴定向停止, 使刀尖指向一固定的方向后, 镗刀中心偏移使刀尖离开加工孔面 ( 如图 4-46), 这样镗刀以快速定位退出孔外时, 才不至于刮伤孔面 当镗刀退回到 R 点或起始点时, 刀具中心即回复原来位置, 且主轴恢复转动 应注意偏移量 Q 值一定是正值, 且 Q 不可用小数点方式表示数值, 如欲偏移 1.0 mm, 应写成 Q1000 偏移方向可用参数设定选择 +X,+Y,-X 及 -Y 的任何一个方向 (FANUC 0i 参数号码为 0002), 一般设定为 +X 方向 指定 Q 值时不能太大, 以避免碰撞工件 这里要特别指出的是, 镗刀在装到主轴上后, 一定要在 CRT/MDI 方式下执行 M19 指令使主轴准停后, 检查刀尖所处的方向, 如图 4-46 所示, 若与图中位置相反 ( 相差 180 ) 时, 须重新安装刀具使其按图中的定位方向定位

198 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 189 图 4-45 G76 的动作 图 4-46 主轴定向停止与偏移 (4) 钻孔循环指令 (G81) 格式 :G81 X Y Z R F ; 说明 : 孔加工动作如图 4-47 所示 本指令属于一般孔钻削加工固定循环指令 (5) 沉孔钻孔循环指令 (G82) 格式 :G82 X Y Z R Q P F ; 说明 : 与 G81 动作轨迹一样, 仅在孔底增加了 暂停 时间, 因而可以得到准确的孔深尺寸, 表面更光滑, 适用于锪孔或镗阶梯孔 (6) 深孔啄钻循环指令 (G83) 格式 :C83 X Y Z R Q F ; 说明 : 孔加工动作如图 4-48 所示, 本指令适用于加工较深的孔, 与 G73 不同的是每次刀具间歇进给后退至 R 点, 图 4-47 G81 的动作 可把切屑带出孔外, 以免切屑将钻槽塞满而增加钻削阻力及切削液无法到达切削区 图中 的 d 值由参数设定 (FANUC 0M 由参数 0532 设定, 一般设定为 1000, 表示 1.0 mm), 当 重复进给时, 刀具快速下降, 到 d 规定的距离时转为切削进给,q 为每次进给的深度

199 190 数控加工编程与操作 图 4-48 G83 的动作 (7) 攻右旋螺纹循环指令 (G84) 格式 :G84 X Y Z R F ; 说明 : 与 G74 类似, 但主轴旋转方向相反, 用于攻右旋螺纹, 其循环动作如图 4-49 所示 在 G74 G84 攻螺纹循环指令执行过程中, 操作面板上的进给率调整旋钮无效, 另外即使按下进给暂停键, 循环在回复动作结束之前也不会停止 (8) 铰孔循环指令 (G85) 格式 :G85 X Y Z R F ; 说明 : 孔加工动作与 G81 类似, 但返回行程中, 从 Z R 段为切削进给, 以保证孔壁光滑, 其循环动作如图 4-50 所示 此指令适宜铰孔 图 4-49 G84 的动作图 4-50 G85 的动作 (9) 镗孔循环指令 (G86) 格式 :G86 X Y Z R F ;

200 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 191 说明 : 指令的格式与 G81 完全类似, 但进给到孔底后, 主轴停止, 返回到 R 点 (G99) 或起始点 (G98) 后主轴再重新启动, 其循环动作如图 4-51 所示 采用这种方式加工, 如果连续加工的孔间距较小, 则可能出现刀具已经定位到下一个孔加工的位置而主轴尚未到达规定的转速的情况, 为此可以在各孔动作之间加入暂停指令 G04, 以使主轴获得规定的转速 使用固定循环指令 G74 与 G84 时也有类似的情况, 同 图 4-51 G86 的动作 样应注意避免 本指令属于一般孔镗削加工固定循环 (10) 取消固定循环指令 (G80) 格式 :G80; 当固定循环指令不再使用时, 应用 G80 指令取消固定循环, 而回复到一般基本指令状 态如 G00 G01 G02 G03 等, 此时固定循环指令中的孔加工数据 ( 如 Z 点 R 点值等 ) 也被取消 例 4-7 加工如图 4-52 所示的五个孔, 分别用 G81 和 G83 编程 G81 编程 ( 增量方式 ) 如下 : G91 F00 S200 M03; ( 增量方式, 主轴正转 ) G99 G8I X10.0 Y-10.0 Z-30.0 R-95.0 F150; (G81 钻孔循环加工孔 1, 返回 R 点 ) Y30.0; ( 钻孔 2) X10.0 Y-10.0; ( 钻孔 3) X10.0; ( 钻孔 4) G98 X10.0 Y20.0; ( 钻孔 5, 返回起始点 ) G80 X-40.0 Y-30.0 M05; ( 取消循环, 快速返回刀具起刀点位置, 主轴停 ) M30; ( 程序结束 ) G83 编程 ( 绝对值方式 ) 如下 : G90 G54 C00 S200 M03; ( 绝对值方式, 建立工件坐标系, 主轴 正转 ) G99 G83 X10.0 Y-10.0 Z-25.0 R5.0 Q5.0 F150;(G83 循环加工孔 1, 返回 R 点 ) Y20.0; ( 钻孔 2) X20.0 Y10.0; ( 钻孔 3)

201 192 数控加工编程与操作 X30.0; ( 钻孔 4) G98 X40.0 Y30.0; ( 钻孔 5, 返回起始点 ) G80 X0 Y0 M05; ( 取消循环, 快速返回刀具起刀点位置, 主轴停 ) M30; ( 程序结束 ) 4. 固定循环的重复使用 图 4-52 加工五个孔 在固定循环指令最后, 用 L 地址指定重复次数 在增量方式 (G91) 时, 如果有间距相同的若干个相同的孔, 采用重复次数来编程是很方便的 采用重复次数编程时, 要采用 G91,G99 方式 例 4-8 加工如图 4-53 所示的四个孔, 用 G82 编程 编制程序如下 : G91 G M03; ( 增量方式, 主轴正转 ) G99 G82 X20.0 Y30.0 Z-30.0 R-95.0 P1000 F120; (G82 固定循环钻孔 1) X20.0 Y10.0 L3; (G82 固定循环钻孔 2 3 4) G80 Z95.0; ( 取消循环, 刀具快速返回起始点 ) X-80.0 Y-60.0 M05; ( 刀具快速返回工件原点, 主轴停 ) M30; ( 程序结束 ) 注意 : 如果使用 G74 或 G84 时, 因为主轴回到 R 点或起始点时要反转, 因此需要一

202 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 193 定时间, 如果用 L 来进行多孔操作, 要估计主轴的启动时间 如果时间不足, 不应使用 L 地址, 而应对每一个孔给出一个程序段, 并且每段中增加 G04 指令来保证主轴的启动时间 图 4-53 G82 编程 4.3 用户宏程序 用户宏程序 (custom macro) 是以变量的组合 通过各种算术和逻辑运算 转移和循环等命令而编制的一种可以灵活运用的程序, 只要改变变量的值, 即可完成不同的加工或操作 用户宏程序可以简化程序的编制, 提高工作效率 用户宏功能主体是一系列指令, 相当于子程序体 既可以由机床生产厂提供, 也可以由机床用户自己编制 加工程序中可以像调用子程序一样用一个简单指令调用宏程序, 即使用时先将用户宏主体像子程序一样存放到内存里, 然后用子程序调用指令 M98 调用 用户宏功能的最大特点是, 可以对变量进行运算, 使程序应用更加灵活 方便 变量 在常规的主程序和子程序内, 总是将一个具体的数值赋给一个地址 为了使程序更具通用性 更加灵活, 在宏程序中设置了变量 1. 变量的表示 变量可以用 "#" 号和跟随其后的变量序号来表示 : #i(i=1,2,3...)

203 194 数控加工编程与操作 例 :#5, #109, # 变量的引用 将跟随在一个地址后的数值用一个变量来代替, 即引入了变量 例 : 对于 F#103, 若 #103=50 时, 则为 F50; 对于 Z-#110, 若 #110=100 时, 则 Z 为 -100; 对于 G#130, 若 #130=3 时, 则为 G03 3. 变量的类型 FANUC 0i 系统的变量分为公共变量和系统变量两类, 见表 4-6 表 4-6 变量的类型和其功能 变量号变量类型功能 #0 空 (NuLL) 该变量的值总为空 #1~#33 #100~#149(#199) #500~#531(#999) #1000~ 局部变量 (Local variables) 公共变量 (Common variables) 系统变量 (System variables) 局部变量是只能在一个用户宏程序中用来表示运 算结果等的变量, 当机床断电后, 局部变量的值被清除, 当宏程序被调用时, 可对局部变量赋值 公共变量在各宏程序中是可以公用的 #100~#149 在关掉电源后, 变量值全部被清除, 而 #500~#509 即使 在关掉电源后, 变量值仍被保存 作为可选择的公共变量,#150~#199 和 #532~#999 也是允许的系统变量是固定用途的变量, 它的值决定系统的状态, 用于表示接口的输入 / 输出 刀具补偿 各轴当前位置等, 有些系统变量只能被读取 (1) 公共变量公共变量是在主程序和主程序调用的各用户宏程序内公用的变量 也就是说, 在一个宏指令中的 #i 与在另一个宏指令中的 #i 是相同的 公共变量的序号为 :#100~#131;#500~#531 其中 #100~#131 公共变量在电源断电后即清零, 重新开机时被设置为 "0";#500~#531 公共变量即使断电后, 它们的值也保持不变, 因此也称为保持型变量 (2) 系统变量系统变量定义为 : 有固定用途的变量, 它的值决定系统的状态 系统变量包括刀具偏置变量, 接口的输入 / 输出信号变量, 位置信息变量等, 见表 4-7 系统变量的序号与系统的某种状态有严格的对应关系 例如, 刀具偏置变量序号为

204 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 195 #01~#99, 这些值可以用变量替换的方法加以改变, 在序号 1~99 中, 不用作刀偏量的变量可用作保持型公共变量 #500~#531 接口输入信号 #1000~#1015,#1032 通过阅读这些系统变量, 可以知道各输入口的情况 当变量值为 1 时, 说明接点闭合 ; 当变量值为 0 时, 表明接点断开 这些变量的数值不能被替换 阅读变量 #1032, 所有输入信号一次读入 系统变量的主要类型见表 4-7 所示 表 4-7 系统变量 变量号类型用途 #1000~#1133 接口信号 #2001~#2400 刀具补偿量可以用来读和写刀具补偿量 可以在可编程控制器 (PLC) 和用户宏程序之间交换的信 号 #3000 报警当 #3000 变量被赋值 0~99 时,NC 停止并产生报警 #3001,#3002, #3011,#3012 时间信息 能够用来读和写时间信息 #3003,#3004 自动操作控制能改变自动操作控制状态 ( 单步, 连续控制 ) #3005 设置变量 #4001~#4022 模态信息 #5001~#5104 位置信息 该变量可作读和写的操作, 把二进制值转换成十进制表示, 可控制镜像开 / 关, 公制输入 / 英制输入, 绝对值编程 / 增量编程等用来读取指定的直到当前程序段有效的模态指令 (G B D F H M S T 代码等 ) 能够读取位置信息 ( 包括各轴程序段终点位置 各轴当前位置, 刀具偏置值等 ) 宏指令调用 G65 宏指令 G65 可以实现丰富的宏功能, 包括算术运算 逻辑运算等处理功能 一般形式 : G65 Hm P#i Q#j R#k 式中 :m 表示宏程序功能, 数值范围 01~99; #i: 表示运算结果存放处的变量名 ; #j: 代表被操作的第一个变量, 也可以是一个常数 ; #k: 代表被操作的第二个变量, 也可以是一个常数 例如, 当程序功能为加法运算时 : 程序 P#100 Q#101 R# 含义为 #100=#101+#102 程序 P#100 Q-#101 R# 含义为 #100=-#101+#102

205 196 数控加工编程与操作 程序 P#100 Q#101 R15... 宏功能指令分为 : 含义为 #100=# 算术运算指令 算术运算指令见表 4-8 例 :G65 H01 P#101 Q1005; (#101=1005) G65 H02 P#101 Q#102 R#103;(#101=#102+#103) G65 H03 P#101 Q#102 R#103;(#101=#102-#103) 表 4-8 算术运算宏功能指令表 G 码 H 码功能定义 G65 H01 定义, 替换 # i=# j G65 H02 加 # i=# j+# k G65 H03 减 # i=# j-# k G65 H04 乘 # i=# j # k G65 H05 除 # i=# j/# k G65 H21 平方根 # i= # j G65 H22 绝对值 # i= # j G65 H23 求余 # i=# j-trunc ( # j/# k ) # k Trunc; 丢弃小于 1 的分数部分 G65 H24 BCD 码 二进制码 # i=bin ( # j ) G65 H25 二进制码 BCD 码 # i=bcd ( # j ) G65 H26 复合乘 / 除 # i= ( # i # j ) # k G65 H27 复合平方根 1 # i= 2 # j + # k 2 G65 H28 复合平方根 2 # i= 2 # j # k 2 2. 逻辑运算指令 逻辑运算指令见表 4-9 例 :G65 H11 P#101 Q#102 R#103;(#101=#102 OR #103) 逻辑与 #i=#j AND #k G65 H12 P#101 Q#102 R#103;(#101=#102 AND #103)

206 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 197 表 4-9 逻辑运算宏功能指令表 G 码 H 码功能定义 G65 H11 逻辑 或 # i=# j OR # k G65 H12 逻辑 与 # i=# j AND # k G65 H13 异或 # i=# j XOR # k 3. 三角函数指令 三角函数指令见表 4-10 例 :G65 H31 P # 101 Q# 102 R# 103;(#101=#102 SIN (#103)) G65 H32 P # 101 Q #102 R# 103;(#101=#102 COS (#103)) 表 4-10 三角函数宏功能指令表 G 码 H 码功能定义 G65 H31 正弦 # i=# j SIN ( # k ) G65 H32 余弦 # i=# j COS ( # k ) G65 H33 正切 # i=# j TAN ( # k ) G65 H34 反正切 # i=atan ( # j/# k ) 4. 控制指令 控制指令见表 4-11 表 4-11 控制宏功能指令表 G 码 H 码功能定义 G65 H80 无条件转移 GO TO n G65 H81 条件转移 1 IF # j=# k,go TO n G65 H82 条件转移 2 IF# j # k,go TO n G65 H83 条件转移 3 IF# j ># k,go TO n G65 H84 条件转移 4 IF# j < # k,go TO n G65 H85 条件转移 5 IF# j # k,go TO n G65 H86 条件转移 6 IF# j # k,go TO n G65 H99 产生 PS 报警 PS 报警号 500+n 出现 (1) 无条件转移 (GOTO 语句 ) 格式 :GOTO n; 说明 :n 为顺序号 (1~9999), 可用变量表示 例如 : GOTO 1;

207 198 数控加工编程与操作 GOTO#10; (2) 条件转移 (IF 语句 ) 格式 :IF [ 条件式 ] GOTO n; 条件式成立时, 从顺序号为 n 的程序段开始执行 ; 条件式不成立时, 执行下一个程序段 条件式中变量 # j 或 # k 也可以是常数或表达式, 条件式必须用括弧 [ ] 括起来 下面的程序可以得到从 1 到 10 的和 : O4100; #1=0; ( 保存和的变量赋初始值 ) #2=1; ( 保存加数的变量赋初始值 ) N1 IF [#2 GT 10] GOTO 2; ( 当加数大于 10 时转入 N2 执行 ) #1=#l+#2; ( 计算两数的和 ) #2=#2+l; ( 加数加 1) GOTO 1; ( 转入 N1 执行 ) N2 M30; ( 程序结束 ) (3) 循环 (WHILE 语句 ) 格式 :WHILE [ 条件式 ] DO m;(m=1,2,3) END m; 当条件式成立时, 程序执行从 DO m 到 END m 之间的程序段 ; 如果条件不成立, 则执行 END m 之后的程序段 DO 和 END 后的数字是用于表明循环执行范围的识别号 可以使用数字 1 2 和 3, 如果是其他数字, 系统会产生报警 DO-END 循环能够按需要使用多次 如下所示 : WHILE [ 条件式 ] DO 1; WHILE [ 条件式 ] DO 2; END 2; END 1; 上面的 O4100 程序也可用 WHILE 语句编制如下 : O4101; # 1=0; # 2=1; WHILE [# 2 LE 10] DO 1; # l=# 1+# 2: # 2=# 2+l; END 1;

208 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 199 M30; 注意事项 为保证宏程序的正常运行, 在使用用户宏程序的过程中, 应注意以下几点 : (1) 由 G65 规定的 H 码不影响偏移量的任何选择 ; (2) 如果用于各算术运算的 Q 或 R 未被指定, 则当 0 处理 ; (3) 在分支转移目标中, 如果序号为正值, 则检索过程是先向大程序号查找, 如果序号为负值, 则检索过程是先向小程序号查找 ; (4) 转移目标序号可以是变量 Y 用户宏程序应用举例 第 2 孔 例 4-9 用宏程序和子程序功能顺序加工圆周 r 等分孔 设圆心在 O 点, 它在机床坐标系中的坐标为 α (X 0,Y 0 ), 在半径为 r 的圆周上均匀地钻几个等分孔, O 起始角度为 α, 孔数为 n 以零件上表面为 Z 向零点 见图 4-54 使用以下保持型变量 : 第 n-1 孔 #502: 半径 r; #503: 起始角度 a; 图 4-54 等分孔计算方法 #504: 孔数 n, 当 n>0 时, 按逆时针方向加工, 当 n<0 时, 按顺时针方向加工 ; #505: 孔底 Z 坐标值 ; #506:R 平面 Z 坐标值 ; #507:F 进给量 使用以下变量进行操作运算 : #100: 表示第 i 步钻第 i 孔的记数器 ; #101: 记数器的最终值 ( 为 n 的绝对值 ); #102: 第 i 个孔的角度位置 q i 的值 ; #103: 第 i 个孔的 X 坐标值 ; #104: 第 i 个孔的 Y 坐标值 ; 用用户宏程序编制的钻孔子程序如下 : O0010 N110 G65 H01 P#100 Q0 (#100 = 0) 第 1 孔 第 n 孔 X

209 200 数控加工编程与操作 N120 G65 H22 P#101 Q#504 (#101 = #504 ) N130 G65 H04 P#102 Q#100 R360 (#102 = # ) N140 G65 H05 P#102 Q#102 R#504 (#102 = #102 / #504) N150 G65 H02 P#102 Q#503 R#102 (#102 = #503 + #102 当前孔角度位置 q i = a + ( 360 i) / n) N160 G65 H32 P#103 Q#502 R#102 (#103 = #502 COS(#102) 当前孔的 X 坐标 ) N170 G65 H31 P#104 Q#502 R#102 (#104 = #502 SIN(#102) 当前孔的 Y 坐标 ) N180 G90 G00 X#103 Y#104 ( 定位到当前孔 ( 返回开始平面 ) N190 G00 Z#506 ( 快速退到 R 平面 ) N200 G01 Z#505 F#507 ( 加工当前孔 ) N210 G00 Z#506 ( 快速退到 R 平面 ) N220 G65 H02 P#100 Q#100 R1 (#100 = #100+1 孔计数 ) N230 G65 H84 P-130 Q#100 R#101 ( 当 #100 < #101 时, 向上返回到 130 程 序 ) 段 N240 M99 ( 子程序结束调用 ) 上述子程序的主程序如下 : O4009 N10 G54 G90 G00 X0 Y0 Z20 ( 进入加工坐标系 ) N20 M98 P0010 ( 调用钻孔子程序, 加工圆周等分孔 ) N30 Z20 ( 抬刀 ) N40 G00 G90 X0 Y0 ( 返回加工坐标系零点 ) N50 M30 程序结束 设置 G54:X=-400,Y=-100,Z=-50 变量 #500 ~ #507 可在程序中赋值, 也可由 MDI 方式设定 4.4 华中 HNC-21M 铣床数控系统编程指令简介 华中系统中 (G90/G91)(G92/G54~G59) (G00/G01)(G02/G03) (G28/G29)(G40/G41/G42) (G17/G18/G19) (G43/G44/G49) (G09/G61/G64) (G24/G25) (G50/G51) (G68/G69) 等指令及固定循环指令与 FANUC 系统格式 含义相同, 请参看前述章节 这里只介绍与 FANUC 系统不同的部分

210 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 201 (G20/G21) (G94/G95) G53 指令的格式 意义与车床数控系统相同 1.G22 脉冲当量输入指令 2.G52 局部坐标系设定指令 格式 :G52 X Y Z A B C U V W 说明 :X Y Z A B C U V W 为局部坐标系原点在工件坐标系中的坐标值 G52 指令能在所有的工件坐标系 (G54~G59) 内形成子坐标系, 即设定局部坐标系 在含有 G52 指令的程序段中, 绝对值方式编程的移动指令就是在该局部坐标系中的坐标值 即使设定了局部坐标系, 工件坐标系和机床坐标系也不变化 G52 指令仅在其被规定的程序段中有效 在缩放及坐标系旋转状态下, 不能使用 G52 指令, 但在 G52 下能进行缩放及坐标系旋转 例 4-10 如图 4-55 所示, 用 G52 指令控制刀 O 具从 A 点运动到 B 点 图 4-55 局部坐标系应用程序如下 : G52 X50 Y40 G00 X30 Y20 3.G60 单方向定位指令 格式 :G60 X Y Z A B C U V W 说明 :X Y Z A B C U V W 为定位终点, 在 G90 时为终点在工件坐标系中的坐标 ; 在 G91 时为终点相对于起点的位移量 在单向定位时, 每一轴的定位方向是由机床参数确定的 在 G60 中, 先以 G00 速度快速定位到一中间点, 然后以固定速度移动到定位终点 中间点与定位终点的距离 ( 偏移值 ) 是一常量, 由机床参数设定, 且从中间点到定位终点的方向为定位方向 G60 指令仅在其所在的程序段中有效 4.G04 延时指令 G04 X 其中 X 值是暂停时间, 单位为 ms 5. 螺旋线进给指令 G02(G03) α β γ δ ω F G02(G03) α β R ω F 说明 :α β {X Y Z U V W}, 为圆弧终点, 在 G90 时为圆弧终点在工件坐标系中的坐标 ; 在 G91 时为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量

211 202 数控加工编程与操作 γ δ {I J K}, 不论在 G90 还是在 G91 时都是以增量方式指定, 为圆心相对于起点的偏移值 R 为圆弧半径, 当圆心角小于 180 时,R 为正值, 否则 R 为负值, 整圆编程时不能使用 R, 只能用 γ,δ F 为被编程的两个轴的合成进给速度 ω 是与 α β 平面垂直的轴的终点坐标,G02 G03 分别为顺螺旋插补和逆螺旋插补, 螺旋线插补的进给速度 F 为合成运动速度 该指令是对另一个不在圆弧平面上的坐标轴施加运动指令, 对于任何角度 (<360 ) 的圆弧, 可附加任一数值的单轴指令 例 4-11 编制如图 4-56 所示的加工轨迹 G91 G17 G03 X30 Y-30.0 R30.0 Z10 F100 G90 G17 G03 X30 Y0 R30.0 Z10 F100 6.G07 虚轴指定及正弦线插补 图 4-56 螺旋线加工 图 4-57 正弦曲线加工 格式 :G07 α 说明 :G07 α0 G07 α1 指定 α 为虚轴指定理为实轴 在 G07α0 指令之后,α 轴就被作为虚轴, 虚轴只参加计算不运动 G07 仅在其所在的程序段中有效 虚轴仅对自动操作有效, 对手动操作无效 正弦曲线插补是在螺旋线插补前, 用 G07 将参加圆弧插补的某一轴指定为虚轴, 则螺旋线插补变为正弦线插补 例 4-12 编制图 4-57 所示的正弦曲线插补程序 G07 X0 G90 G03 X-5.0 Y0 I0 J5.0 Z20.0 F SINUMERIK 802D 系统编程指令简介 尺寸系统 1.G70/G71 英制 / 公制输入指令 格式及说明的详细内容参考 3.5.1

212 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 G110/G111/G112 极坐标, 极点定义指令 格式 :G110/G111/G112 X Y Z 或 G110/G111/G112 AP= RP= 说明 : (1)G110: 极点定义, 相对于上次编程的设定位置 ( 在平面中, 如 G17);G111: 极 点定义, 相对于当前工件坐标系的零点 ( 在平面中, 如 G17); G112: 极点定义, 相对于最后有效的极点, 平面不变 (2)AP: 极角, 指与所在平面中的横坐标轴之间的夹角 ( 如 G17 中 X 轴 );RP: 极径, 指该点到极点的距离 AP 和 RP 值 RP= 一直保存, 只有当极点发生变化或平面更改后才需重新编程 在 X-Y 平面中正方向的极坐标半径和极角如图 4-58 所示 AP= (3) 可以把用极坐标编程的位置作为用直角坐标编程的位 置运行 如 :G17 设定 XY 平面 图 4-58 极径与极角 G111 X18 Y37 在当前工件坐标系中的极点坐标 G112 AP=45 RP=27.8 新的极点, 相对于上一个极点, 作为一个极坐标 AP=12.5 RP=47.5 极坐标 AP=25.3 RP=7.3 Z4 极坐标和 Z 轴 (= 柱面坐标 ) 3.G25/G26 可编程的工作区域限制指令 格式及说明的详细内容参考 坐标轴运动 1.G0 快速点定位指令 格式 :G0 X Y Z 或 G0 AP RP 或 G0 AP RP Z ( 如用于 G17) 说明 : (1)G0 用于快速定位刀具, 没有对工件进行加工 (2) 可以在几个轴上同时执行快速移动, 由此产生线性轨迹 如 :G0 X100 Y120 Z60 ( 直角坐标系 ) G0 RP=15.2 AP=30 ( 极坐标系 )

213 204 数控加工编程与操作 2.G1 直线插补指令 格式 :G1 X Y Z F 或 G1 AP RP F 或 G1 AP RP Z F ( 如用于 G17) 说明 : 还可以使用角度 ANG= 进行线性编程 3.G2/G3 圆弧插补指令 格式 :G2/G3 X Y Z I J K F 或 G2/G3 CR X Y Z F 或 G2/G3 AR I J K F 或 G2/G3 AR X Y Z F 或 G2/G3 AP RP F 说明 : (1) 其他的圆弧编程方法有 :CT 圆弧用切线连接 ; CIP 通过中间点的圆弧 (2) 只有用圆心和终点定义的程序段才可以整圆编程 (3) 已知圆心和终点 半径和终点 张角和圆心 张角 和终点的编程方法参考第 3 章西门子 G2/G3 编程方法 (4) 极坐标编程举例 : 如图 4-59 所示圆弧, 编程如下 : G17 (X-Y 坐标平面选择 ) G90 G0 X12 Y49 ( 圆弧的起始点 ) 图 4-59 极坐标编程 G111 X54 Y13 ( 极点 = 圆心 ) G2 RP=55 AP=41 ( 极坐标 ) 4.G2/G3,TURN 螺旋插补指令 格式 :G2/G3 X Y Z I J K F TURN= 或 G2/G3 CR X Y Z F TURN= 或 G2/G3 AR I J K F TURN= 或 G2/G3 AR X Y Z F TURN= 或 G2/G3 AP RP F TURN= 说明 : 螺旋插补由两种运动组成 : 在 G17/G18/G19 平面中进行的圆弧运动 ; 垂直于该平面的 直线运动 如 :G17 (XY 坐标平面选择 )

214 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 205 Z70 (Z 垂直于 XY 平面 ) G1 X0 Y50 F300 ( 回起始点 ) G3 X0 Y0 Z33 I0 J-25 TURN=3 ( 螺旋插补 ) 5.G33 恒螺距螺纹切削指令 格式 :G33 X Y Z I J K 说明 : (1) 用来加工带恒定螺距的螺纹, 要求主轴有位置测量系统 (2)X/Y/Z: 钻削深度 ;I/J/K: 螺距 (3) 用 G33 编程时, 加工螺纹的轴速度由主轴速度和螺距决定 进给率 F 不起作用, 但仍保持存储状态 (4)G33 为模态代码 如 : 公制螺纹 5, 螺距查表 :0.8mm/r, 钻孔已准备好 程序如下 : G54 G0 G90 X10 Y10 Z5 S600 M3 ( 回起始点, 主轴顺时针旋转 ) G33 Z-25 K0.8 ( 攻丝, 终点 -25 mm) Z5 K0.8 M4 ( 后退, 主轴逆时针旋转 ) G0 X50 Y30 6.G63 带补偿夹具攻丝指令 格式 :G63 X Y Z F 说明 : (1) 用于带补偿夹具的螺纹加工, 是非模态代码 (2) 编程的进给率 F 必须与主轴速度 S 和螺距相匹配 : F [mm/min]=s [r/min] 螺距 [mm/r] 如 : 公制螺纹 5, 螺距查表 :0.8 mm/r, 孔已经预制 程序如下 : G54 G0 G90 X10 Y10 Z5 S600 M3 ( 起始点, 主轴顺时针旋转 ) G63 Z-25 F480 ( 攻丝, 终点 -25 mm) G63 Z5 M4 ( 后退, 主轴逆时针旋转 ) G0 X50 Y30 Z20 7.G331/G332 螺纹插补指令 格式及说明的详细内容参考 如 : 公制螺纹 5, 螺距 :0.8 mm/r, 孔已经预制 程序如下 : G54 G0 G90 X10 Y10 Z5 ( 回起始点 ) SPOS=0 ( 主轴处于位置控制运行状态 )

215 206 数控加工编程与操作 G331 Z-25 K0.8S600 ( 攻丝,K 为正表示主轴右旋, 终点 -25 mm) G332 Z5 K0.8 ( 退刀 ) 8.G75/G74 返回固定点 / 参考点指令 格式 :G74/G75 X Y Z 说明的详细内容参考 G9(G60)/G64 准确定位 / 连续路径加工 格式及说明的详细内容参考 其他 G 指令 1.G96/G97 恒定切削速度指令 格式及说明的详细内容参考 G40/G41/G42 刀具半径补偿指令 格式 :G41 X Y Z ( 左偏刀具半径补偿 ) G42 X Y Z ( 右偏刀具半径补偿 ) G40 X Y Z ( 取消刀具半径补偿 ) 说明的详细内容参考 G450/G451 拐角特性指令 格式及说明的详细内容参考 现代 CNC 系统中的高级编程方法 现代 CNC 系统除能接受标准的数控程序以外, 一般都提供一些高级的编程手段, 目的是使零件的数控编程更加灵活 方便和快捷 本节简要介绍现代 CNC 系统中一些较常用的高级编程方法 值得一提的是, 这些高级编程方法不是标准的, 不同的数控系统提供的高级编程功能和方法都可能不同 极坐标编程 对于中心对称分布的零件, 采用极坐标编程十分方便 下面以 FANUC 0i 系统为例简

216 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 207 要介绍其使用方法 1.G15 取消极坐标系指令 2.G16 建立极坐标系指令 格式 :G15 或 G16 说明 : (1) 极坐标平面选择用 G17 G18 G19 指定 (2) 指定 G17 时,+X 轴为极轴, 程序中坐标字 X 指令极径,Y 指令极角 指定 G18 时,+Z 轴为极轴, 程序中坐标字 Z 指令极径,X 指令极角 指定 G19 时,+Y 轴为极轴, 程序中坐标字 Y 指令极径,Z 指令极角 图 4-60 极坐标编程例如图 4-60 所示, 钻孔循环, 使用极坐标编程如下 : G17 G90 G16 ( 极坐标指令 X-Y 平面 ) G81 X67. Y30. Z-20. R5. F200 ( 极径 67 mm, 极角 30 ) X67. Y150. ( 极径 67mm, 极角 150 ) X67. Y270. ( 极径 67mm, 极角 270 ) 镜像编程 镜像编程, 也称轴对称编程, 是将数控加工刀具轨迹沿某坐标轴作镜像变换而形成加工坐标轴对称零件的刀具轨迹 对称轴可以是 X 轴或 Y 轴或 X Y 轴 下面以 FANUC 0i 系统为例介绍镜像编程方法 1.G24 镜像指令 格式 :G24 X Y Z 2.G25 取消镜像 格式 :G25 例 4-13 已知某零件上有 16 个 M6 的螺纹孔需要加工, 各孔的位置分布如图 4-61 所示 工艺分析 : 将程序原点设在 16 个孔分布的中心位置, 每 4 个孔占据一个坐标象限, 若以每象限 图 4-61 镜像加工例

217 208 数控加工编程与操作 的 4 个孔为一组, 则每组孔之间的关系均满足轴对称关系, 只要编程加 I 第工象限的 4 个孔, 其他三个象限的孔可通过镜像编程进行加工 程序编制如下 : O4013 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100. T01 M06 S500 M03 M08 G81 R1. Z-3. F20 ( 钻中心孔加工循环定义 ) M98 P1200 ( 钻第 1 象限 4 个中心孔 ) G24 Y0 ( 以 Y 轴为对称轴镜像加工 ) M98 P1200 ( 钻第 Ⅱ 象限 4 个中心孔 ) G24 X0 Y0 ( 以 X 轴为对称轴镜像加工 ) M98 P1200 ( 钻第 Ⅲ 象限 4 个中心孔 ) G24 X0 M98 P1200 ( 钻第 Ⅳ 象限 4 个中心孔 ) T02 M06 S1000 ( 换钻头 ) G81 R1.Z-15.F20 ( 钻孔 ) M98 P1200 G24 Y0 M98 P1200 G24 X0 Y0 M98 P1200 G24 X0 M98 P1200 T03 M06 S390 ( 换丝锥 ) G84 R1. Z-10. F40 M98 P1200 G24 Y0 M98 P1200 ( 孔位置子程序 ) G24 X0 Y0 M98 P1200 G24 X0 M G25 M30 O1200

218 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 209 X20.Y10. X40. Y10. X40.Y30. X20.Y30. M 旋转与缩放编程 一般来说, 旋转与缩放变换是 CAD 系统的标准功能, 为了编程灵活, 很多现代 CNC 系统也提供这一几何变换的数控加工编程能力 下面以 FANUC 0i 系统为例说明其编程方法 1.G50 取消缩放比例 格式 :G50 2.G51 缩放比例指令 格式 :C51 X Y Z P 说明 :X Y Z 为缩放比例中心的坐标值,P 为倍率 例 4-14 如图 4-62 所示, 要求按窗口中的轮廓轨迹走刀 子程序如下 : O4014 S500 M03 图 4-62 原始刀具轨迹 G00 X1. Y1. G01 X3. F100 Y3. G03 X1. R1. G01 Y1. G00 X0 Y0 M99 例 4-15 以原点为缩放中心, 将图形放大 1.5 倍进行加工, 如图 4-63(a) 所示, 其数控加工程序如下 : O4015 G54 G00 G90 X0 Y0 Z0 M98 P1500 G51 P1.5 ( 表示以程序原点为缩放中心, 将图形放大 1.5 倍 )

219 210 数控加工编程与操作 M98 P4014 ( 调用子程序, 加工放大后的图形 ) G50 M30 ( 缩放功能取消, 程序结束 ) 例 4-16 以给定点 (2,2) 为缩放中心, 将图形放大 1.5 倍进行加工, 如图 4-63 (b) 所示, 其数控加工程序如下 : O4016 G54 G00 G90 X0 Y0 Z0 M98 P4014 G51 X2. Y2. P1.5 以给定点 (2,2) 为缩放中心, 将图形放大 1.5 倍 M98 P4014 G50 M30 (a) (b) 图 4-63 图形缩放编程例 3.G68 坐标系旋转指令 格式 :G68 X Y Z R 说明 :X Y Z: 旋转中心的坐标值 ; R: 旋转角度 通常系统设定用绝对值指令, 逆时针方向旋转为正, 顺时针方向旋转为负 4.G69 取消旋转坐标系 例 4-17 原始几何图形如图 4-64 所示, 以程序原点为旋转中心, 将图形旋转 60 进行加工, 如图 4-64(a) 所示, 其数控加工程序如下 : O4017 G54 G00 G90 X0 Y0 Z0 M98 P4014

220 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 211 G90 G00 X0 Y0 Z0 G68 R60 ( 以原点为中心, 将图形旋转 60 ) M98 P4014 ( 调用子程序, 加工旋转后的图形 ) G69 G90 G00 X0 Y0 Z0 ( 关闭旋转, 回程序原点 ) M30 例 4-18 以给定点 (2,2) 为旋转中心, 将图形旋转 60 进行加工, 如图 4-64(b) 所示, 其数控加工程序如下 : O4018 G54 G00 G90 X0 Y0 Z0 M98 P4014 G90 G00 X0 Y0 Z0 G68 X2. Y2. R60 M98 P4014 G69 G90 G00 X0 Y0 M30 (a) 图 4-64 图形旋转编程例 (b) 轮廓描述 许多零件的外形轮廓在两线段的连接点处要求有倒角或圆角过渡或用圆弧光滑连接, 而零件图样往往只标注倒角的宽度和角度或过渡圆弧的半径, 其连接尺寸要进行计算 许多现代 CNC 系统都提供这类轮廓的计算方法, 并给出了简化的编程手段 下面以 SIEMENS Sinumerik 8MC 系统为例, 介绍这类轮廓描述方法 1. 三点直线轮廓编程 格式 :G90 G01 A1 A2 X3 Y3

221 212 数控加工编程与操作 说明 : 从 (X1,Y1) 按图中的轨迹直线插补运动到 (X3,Y3), 省略了中间点 (X2,Y2) 的计算, 同时也简化了程序, 如图 4-65 所示 2. 倒角编程 格式 :G90 G01 X2 Y2 B- G01 X3 Y3 说明 : 从 (X1,Y1) 按图中的轨迹直线插补运动到 (X3,Y3), 省略了倒角后两点的计算 在此程序段中,B- 表示倒角, 不表示负号, 后面的数值表示倒角的宽度, 如图 4-66 所示 图 4-65 三点直线轮廓编程 图 4-66 倒角编程 3. 圆弧过渡编程 格式 :G90 G01 X2 Y2 B G01 X3 Y3 说明 : 从 (X1,Y1) 按图中的轨迹运动到 (X3,Y3), 省略了光滑圆弧过渡连接点的计算 在此程序段中,B 表示圆弧半径, 如图 4-67 所示 4. 直线 / 圆弧轮廓编程 格式 :G90 G02( 或 G03) A B X3 Y3 说明 : 从 (X1,Y1) 按图中的轨迹运动到 (X3,Y3), 省略了圆弧与直线的切点和圆心的计 算 在此程序段中, 圆弧的角度要小于 180,A 表示直线的斜角,B 表示圆弧半径, 且 A B 的顺序不能颠倒, 如图 4-68 所示

222 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 213 图 4-67 圆弧过渡编程 图 4-68 直线 / 圆弧轮廓编程 5. 圆弧 / 直线轮廓编程 格式 :G90 G02( 或 G03) B A X3 Y3 说明 : 从 (X1,Y1) 按图中的轨迹运动到 (X3,Y3), 省略了圆弧与直线的切点和圆心的计 算 在此程序段中, 圆弧的角度也要小于 180,A 表示直线的斜角,B 表示圆弧半径, 且 A B 的顺序不能颠倒, 如图 4-69 所示 6. 圆弧 / 圆弧轮廓编程 格式 :G90 G02( 或 G03)I1 J1 I2 J2 X3 Y3 说明 : 圆弧插补代码 G02( 或 G03) 仅作用于第一个圆弧, 第二个圆弧的插补方式与第一个 相反 在此程序段中,I1 J1 是第一段圆弧的圆心相对于起点的 X Y 坐标,I2 J2 是第 二段圆弧的圆心相对于终点的 X Y 的坐标, 如图 4-70 所示 图 4-69 圆弧 / 直线轮廓编程 图 4-70 圆弧 / 圆弧轮廓编程

223 214 数控加工编程与操作 型腔加工循环 Philips CNC 系统型腔铣削加工循环分以下四种 : (1)G87 直角型腔铣削加工循环, 如图 4-71 所示 (2)G88 键槽型腔铣削加工循环, 如图 4-72 所示 图 4-71 直角型腔铣削加工 图 4-72 键槽型腔铣削加工 (3)G89 圆形型腔铣削加工循环, 如图 4-73 所示 对于图 4-74 所示的零件, 要求加工 2 个相同的直角型腔, 其数控程序如下 : T01 M06 S500 M03 M08 G87 X55.Y30.Z-6.B1.K6.I75.F200 定义 G87 加工循环,X Y: 型腔的长 宽 ;Z: 型腔底面的高度位置 ;B: 安全高度位置 ;K: 每一次走刀加工的深度 ;I: 两条刀具轨迹之间距离与刀具直径的百分比 G79 X42.5 Y25. 加工第 1 个型腔 G79 Y80. 加工第 2 个型腔 图 4-73 圆形型腔铣削加工 图 4-74 型腔零件加工例

224 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 215 (4)G150 通用铣腔加工循环格式 :G150 X Y Z I J K P Q R F L 说明 : 1 X Y: 起始工艺孔的位置 ;Z: 型腔的最后深度 ;I J:X Y 轴切削增量 ;K: 精加工余量 ;P: 定义外形的子程序号 ;Q: 每次的吃刀深度 ;R: 参考平面 ;F: 进给量 ;L: 重复次数 2 该指令提供了通用的铣腔功能 腔的形状由子程序中的一系列位移指令来确定 I 或 J 必须指定一个, 如果选择了 I, 则通过一系列 X 轴的位移来铣腔, 如果选择了 J, 则通过一系列 Y 轴的位移来铣腔 I 和 J 都必须是正数 3 铣腔时可选择多种路径以便控制切削的深度, 铣腔至少须有一条路径, 在切入 Q 值深度后可采用多路径直至达到深度 Z 如果指定了 L, 整个程序段将重复运行,X Y 轴的增量用来重新定位 4 子程序用 G01 G02 或 G03 指令定义一个封闭的区域, 子程序中除 G I J R X 或 Y 代码以外的代码都将被忽略, 子程序组成不能超过 20 行 5 铣腔开始前须钻一个有一定深度的工艺孔, 以便刀具进入 G150 程序段必须用 X 和 Y 代码将这个孔的中心定位, 子程序的第一个位移就是从这个孔的中心开始, 运动到型腔的起始点, 最后还要返回该起始点 6 如果定义了 K 值, 精加工路径将沿外形边缘并在达到整个型腔深度时完成 此前的切削都发生在程序指定的成形腔内, 切削量为 K 值 例 4-19 G150 通用铣腔加工循环举例, 零件图如图 4-75 所示 O4019 G54 G00 G90 X32.5 Y45. ( 工艺孔定位 ) T01 M06 G81 R1. Z-4. F20 ( 钻工艺孔 ) T02 M06 ( 刀具直径 φ4mm) G150 G41 F15. D01 J3.5 K0.2 Q2. R1. X32.5 Y45. Z-4. P1030 (Z 轴两次深入, 留 0.2 mm 精加工余量 ) G40 G28 M30 O1030 (G150 铣腔子程序 ) G01 Y70. X15. G03 Y52.5 R8.75 G01 X50. G03 Y22.5 R8.75

225 216 数控加工编程与操作 G01 Y52.5 G03 Y70. R8.75 G01 X32.5 M99 (a) 图 4-75 G150 应用实例 (b) 4.7 综合实例 盖板零件的数控加工 例 4-20 加工如图 4-76 所示的某盖板零件, 预加工盖板外轮廓, 毛坯材料为铝板, 尺寸如图 4-77 所示 图 4-76 盖板零件

226 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 217 图 4-77 盖板毛坯 1. 工艺分析 ( 1) 分析盖板零件图可知,φ40 mm 的孔是设计基准, 因此考虑以 φ40 mm 的孔和 Q 面找正定位, 夹紧力加在 P 面上 (2) 根据毛坯板料较薄, 尺寸精度要求不高等特点, 拟采用粗 精两刀完成零件的轮廓加工 粗加工直接在毛坯件上按照计算出的基点走刀, 并利用数控系统的刀具半径补偿功能将精加工余量留出 精加工余量 0.2 mm (3) 由于毛坯材料为铝板, 不宜采用硬质合金刀具, 选择 φ12 mm 普通高速钢立铣刀进行加工 为了避免停车换刀, 考虑粗 精加工采用同一把刀具 (4) 安全面高度为 10 mm 2. 基点坐标计算 如图 4-78 所示, 零件轮廓线由三段圆弧和五段直线连接而成 由图可见, 基点坐标计算比较简单 选择 A 为原点, 建立工件坐标系, 并在此坐标系内计算各基点的坐标 图 4-78 基点坐标计算

227 218 数控加工编程与操作 3. 加工路线的确定 为了得到比较光滑的零件轮廓, 同时使编程简单, 考虑粗加工和精加工均采用顺铣方法规划走刀路线, 即按 A B C D E F G H A 切削 4. 数控程序的编制 O4020 G92 X0 Y0 Z0 T01 M06 G00 Z10. ( 刀具到达安全高度 ) S1000 M03 G00 X-100 Z-12. ( 刀具到达起刀点 ) ( 落刀 ) G41 G01 X0 Y0 D01 F100 M98 P1002 ( 粗加工刀具半径补偿 ) ( 调用子程序, 粗加工 ) G40 G00 X-100 ( 刀具回起刀点 ) G41 G01 X0 Y0 D02 F80 ( 精加工刀具半径补偿 ) M98 P1002 ( 调用子程序, 精加工 ) G40 X-100. ( 刀具回起刀点 ) G00 Z10. ( 刀具到达安全高度 ) M05 M30 O1002 G01 Y20. X10. (A B) (B C) G03 X25.Y35. R15. (C D) G02 X75. Y35. R25. (D E) G03 X90. Y20. R15. (E F) G01 X100. (F G) Y0 (G H) X0 (H A) M99 ( 子程序结束 ) 固定循环功能应用举例 例 4-21 加工如图 4-79 所示工件上的孔

228 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 219 图 4-79 固定循环功能应用实例 1. 工艺分析 如图 4-79 所示工件为 45 钢, 有三种类型的孔需要加工 : 六个 φ10 mm 通孔, 四个 φ 22 mm 沉孔, 三个 φ50 mm 通孔, 使用刀具为钻头 键槽铣刀 镗刀, 代码分别为 T01 T02 T03 安全面高度为 30 mm, 换刀点设在 X0,Y0,Z200 处 采用刀具长度正补偿功能,T01 的补偿值为 100 mm,t02 的补偿值为 130 mm,t03 的补偿值为 120 mm, 将补偿值分别输入 H01 H02 H03 刀具长度补偿寄存器中 采用手工换刀, 主轴回到换刀位, 利用程序停止指令 M00 使程序暂停运行, 换刀后按启动按钮继续运行 2. 加工路线的确定 先加工六个 φ10 mm 通孔, 然后加工四个 φ22 mm 沉孔, 最后加工三个 φ50 mm 通孔 加工顺序见图中标号 3. 切削用量的确定 加工 φ10 mm 通孔, 主轴转速为 600 r/min, 进给速度为 120 mm/min; 加工 φ22 mm 沉孔, 主轴转速为 300 r/min, 进给速度为 70 mm/min; 加工 φ50 mm 通孔, 主轴转速为 200

229 220 数控加工编程与操作 r/min, 进给速度为 50 mm/min 4. 加工程序的编制 O4021 G54 G90 G00 X0 Y0 Z200. ( 刀具到达换刀点 ) T01 M00 ( 程序暂停, 换刀后启动 ) G43 Z0 H01 (T01 刀具长度补偿 ) S600 M03 G99 G81 X20. Y30. Z-113. R-67. F120 ( 钻 #1 孔, 返回 R 平面 ) Y90. ( 钻 #2 孔 ) G98 Y150. ( 钻 #3 孔, 返回初始平面 ) G99 X250. ( 钻 #4 孔 ) Y90. ( 钻 #5 孔 ) G98 Y30. ( 钻 #6 孔 ) G00 X0 Y0 M05 ( 主轴停, 返回参考点 ) G49 Z200. T02 M00 ( 取消长度补偿, 回换刀点 ) 换刀后启动 G43 Z0 H02 (T02 刀具长度补偿 ) S300 M03 G99 G82 X60. Y60. Z-100. R-67. P300 F70 ( 铣 #7 孔, 孔底停留 300 ms) G98 Y120. ( 铣 #8 孔 ) G99 X210. ( 铣 #9 孔 ) G98 Y60. ( 铣 #10 孔 ) G00 X0 Y0 M05 G49 Z200. T03 M00 ( 取消长度补偿, 回换刀点 ) G43 Z0 H03 T03 ( 刀具长度补偿 ) S200 M03 G99 G85 X135. Y30. Z-110. R-27. F50 ( 镗 #11 孔 ) G91 Y60. ( 镗 #12 孔 ) Y60. ( 镗 #13 孔 ) G90 G00 X0 Y0 M05 G49 Z200. M30

230 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 凸轮的加工 例 4-22 在数控铣床上加工如图 4-80 所示的凸轮, 工件材料为 45 钢, 试编写加工程序 图 4-80 凸轮加工编程 1. 工艺分析 (1) 凸轮曲线由八段圆弧组成, 使用圆弧插补功能即可加工 ( 2) 取内孔 φ30 mm 和一端面作为定位基准面, 另外还应考虑凸轮外缘曲线的方位, 用 φ13 mm 的一个内孔作为另一个基准, 限制工件旋转 ; 内孔 φ30 mm 采用圆柱销定位, 孔 φ13mm 用削边销定位, 以保证夹具的精度 ; 工件用螺母垫圈压紧 (3) 因为孔 φ30 mm 是设计和定位基准, 所以起始点选在孔的中心线上, 安全高度为 100 mm 2. 切削用量的选择 取主轴转速为 950 r/min, 进给速度为 80 mm/min 3. 圆弧圆心和基点坐标计算 (1) 八段圆弧中有四段圆弧圆心需要计算 : O 1 :X=-(OB+O 1 B) sin8 59 =- ( ) sin8 59 =

231 222 数控加工编程与操作 Y=-(OB+O 1 B) cos8 59 =- ( ) cos8 59 = O 2 : 圆心在 R69 的圆和圆心为 (64, 0) 的圆的交点处, 故 X 2 +Y 2 =69 2 (X-64) 2 +Y 2 =21 2 解联立方程式得 X= Y= O 4 : X=-(OH+O 4 H) cos24 15 =-(61+175) cos24 15 = Y=(OH+O4H)sin24 15 =(61+175) sin24 15 = O 5 :X+Y=(64-0.3) 2 (X ) 2 +(Y ) 2 =(21+0.3) 2 解联立方程式得 X= Y= (2) 共八个基点, 各基点坐标值为 B 点 :X=-63.8 sin8 59 = Y=-63.8 cos8 59 = C 点 :X2+Y2=642 2 (X ) 2 +(Y ) 2 =175 X= Y=-63.76l D 点 : X 2 +Y 2 =64 2 (X ) 2 +(Y+0.274) 2 =0.3 2 X= Y=-0.30 E 点 :( X-65.75) 2 +(Y ) 2 =21 2 (X ) 2 +(Y+0.274) 2 =0.3 2 X=63.72 Y=0.026 F 点 :( X+1.07) 2 +(Y-16) 2 =46 2 (X-65.75) 2 +(Y-20.93) 2 =21 2 X=44.79 Y= G 点 : X 2 +Y 2 =61 (X+1.07) 2 +(Y-16) 2 =46 2

232 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 223 X=14.79 Y=59.18 H 点 : X=-61 cos24 15 = Y=61 sin24 15 = I 点 :X 2 +Y 2 = (X ) 2 +(Y-96.93) 2 =175 2 X= Y= 加工程序的编制 O4022 G92 X0 Y0 Z0 G90 G00 X-63.8 Y-80. Z-120. S950 M03 G41 Y-10. D01 G01 Y0 F80 G02 X Y9.97 R63.8 G03 X Y R175. G02 X14.79 Y59.18 R61. X44.79 Y19.6 R46. G03 X63.72 Y0.026 R21. G02 X Y-0.3 R0.3 X Y R64. G03 X Y R175. G02 X-63.8 Y0 R63.8 G91 G03 X-5.Y5.R5. G90 G00 G40 Y-80.Z0 X0 Y0 Z0 M05 M02 圆弧退刀 简单内轮廓及型腔的数控加工 例 4-23 加工如图 4-81 所示的型腔 1. 工艺分析已知某内轮廓型腔如图 4-81 所示, 工件材料为铸铁, 要求对该型腔进行粗 精加工

233 224 数控加工编程与操作 ( 1) 粗加工采用 φ20 mm 的立铣刀, 精加工采用 φ10 mm 的键槽铣刀 ( 2) 设安全面高度为 40 mm 粗加工从中心工艺孔垂直进刀, 向周边扩展, 如图 4-82 所示 为此, 首先要求在腔槽中心钻好一 φ20 mm 的工艺孔 (3) 粗加工分四层切削加工, 每层按由内向外坏切路径走刀, 底面和侧面各留 0.5mm 的精加工余量 图 4-81 内轮廓型腔零件图 图 4-82 型腔加工进刀方式与工艺路线 2. 切削用量的选择 粗加工主轴转速为 300 r/min, 进给速度为 60 mm/min 精加工主轴转速为 500 r/min, 进给速度为 100 mm/min 3. 数控程序的编制 ( 不包括钻孔工艺 ) O4023 G54 G90 G00 X0 Y0 T01 M06 Z40. ( 刀具运动到安全面高度 ) S300 M03 M08 G01 Z25. F20 ( 从工艺孔垂直进刀, 至高度 25 mm 处, 第一层粗加工 ) M98 P1234 ( 调用粗加工子程序 )

234 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 225 Z20. F20 ( 从工艺孔垂直进刀, 至高度 20 mm 处, 第二层粗加工 ) M98 P1234 Z15. F20 ( 从工艺孔垂直进刀, 至高度 15 mm 处, 第三层粗加工 ) M98 P1234 Z10.5 F20 ( 从工艺孔垂直进刀, 至高度 10.5 mm 处, 第四层粗加工 ) M98 P1234 G00 Z40. M05 M09 T02 M06 S500 M03 M08 G01 Z-30. F20 X-11. Y1. X11. Y-1. X-11. Y1. ( 从中心垂直下刀至图样要求高度 ) F100 ( 开始铣型腔底面, 第一圈加工开始 ) X-19. Y9. ( 型腔底面第二圈加工开始 ) X19. Y-9. X-19. Y9. X-27. Y17. ( 型腔底面第三圈加工开始 ) X27. Y-17. X-27. Y17. X-35. Y24. ( 型腔底面第四圈加工开始, 同时精铣型腔的周边 ) G02 X-34. Y24. R1. G01 X34. G02 X35.Y 24. R1. G01 Y-24. G02 X34. Y-24. R1. G01 X-34. G02 X-35. Y-24. R1. G01 Y24. ( 精加工结束 ) G00 Z40.

235 226 数控加工编程与操作 M30 O1234 ( 粗加工子程序 ) X-17.5 Y7.5 F60 ( 进刀至第一圈扩槽的起点, 并开始扩槽 ) X17.5 Y-7.5 X-17.5 Y7.5 ( 第一圈扩槽加工结束 ) X-29.5 X29.5 Y-19.5 X-29.5 Y19.5 X0 Y0 M99 Y19.5 ( 进刀至第二圈扩槽的起点, 并开始扩槽 ) ( 第二圈扩槽加工结束 ) ( 回中心, 第二圈扩槽加工结束 ) 简单连杆的数控加工 例 4-24 已知某连杆的零件图如图 4-83 所示, 工件材料为 45 钢, 要求对该连杆的轮廓进行精铣数控加工 1. 工艺分析 (1) 先铣削大圆, 再铣削小圆, 然后按 A B C D E F A 的顺序铣削 (2) 刀具选择 φ16mm 的立铣刀 设安全面高度 20 mm ( 3) 进刀 / 退刀方式采用圆弧引入 / 引出, 切向进刀 / 退刀 2. 切削用量的选择 主轴转速为 1000 r/min, 进给速度为 100 mm/min 图 4-83 连杆零件图 3. 编程计算 连杆轮廓的特征点计算结果如下 :

236 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 点 :X=-82,Y=0 2 点 :X=0,Y=0 A 点 :X=20, Y=0 B 点 :X=-1.951,Y= C 点 :X= ,Y= E 点 :X= ,Y= D 点 :X=-94,Y=0 F 点 :X=-1.951,Y= 数控程序的编制 O4024 G54 G90 G00 X0 Y0 Z20. X36. Y0 ( 将刀具移出工件一个刀具直径 ) S1000 M03 H08 G01 Z8. F20 ( 下刀至 8 mm 高度处, 铣第一个圆 ) G42 G02 X20. I-8. J0 D01 F100 ( 右补偿, 圆弧引入切向进刀至点 A) G03 X-20. Y0 I-20. J0 ( 圆弧插补铣半圆 ) G03 X20. Y0 I20. J0 ( 圆弧插补铣半圆 ) G40 G02 X36. I8. J0 ( 圆弧引出切向退刀 ) G00 Z20. X-110.Y0 ( 将刀具移出工件一个刀具直径 ) G01 Z8. F20 ( 下刀至 8mm 高度处, 铣第二个圆 ) G42 G02 X-94. Y0 I8. J 0 F1 00 ( 右补偿, 圆弧引入切向进刀至点 D) G03 X-70. I10. J0 ( 圆弧插补铣半圆 ) G03 X-94. I-10. J0 ( 圆弧插补铣半圆 ) G40 G02 X-110. I-8. J0 ( 圆弧引出切向退刀 ) G00 Z20. X36. Y0 G01 Z-1. F20 ( 下刀至 -1 mm 高度处, 铣整个轮廓 ) G42 G02 X20. I-8. J0 D01 F100 G03 X Y I-10. J0 ( 插补圆弧至 B 点 ) G01 X Y ( 插补圆弧至 C 点 ) G03 Y I1.165 J ( 插补圆弧至 E 点 ) G01 X Y ( 插补圆弧至 F 点 ) G03 X20. Y0 I1.951 J ( 插补圆弧至 A 点 ) G40 G02 X36. I8. J0 ( 圆孤引出切向退刀 ) G00 Z20. M30

237 228 数控加工编程与操作 4.8 数控铣床的基本操作 以华中世纪星 HNC-21M 为例介绍数控铣床的基本操作步骤, 其机床控制面板如图 4-84 所示 图 4-84 数控铣床 (HNC-21M) 控制面板 开机 关机 急停 复位 回机床参考点 超程解除 1. 开机操作步骤 按下 急停 打开空气开关 打开钥匙开关 打开计算机选择 进入系统右旋 急停 复位 DOS 松开

238 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 关机操作步骤 关闭钥 关闭空 匙开关 气开关 按下 急停 ALT 同时按下两键 X 关计算机电源 3. 急停 复位 危险或紧急时按下 急停 解除危险后旋开 急停 4. 手动回参考点操作步骤 按下 依次回零 +Z 按下 +X +Y 5. 超程解除步骤 注 : 务必向超程反向解除超程 解除急停右旋打开 急停 手摇 手动 同时按下面板上 超程解除 +X X +Y -Y +Z Z 机床手动操作 1. 坐标轴移动 ( 1) 点动操作按下手动, 在进给修调栏中选择进给修调 - 100% +, 再按下面板上的轴手动按键 ±X ±Y ±Z ±4TH 进行相应的坐标轴正向或负向的手动连续进给 在点动进给时, 若同时按压快进按键, 则产生相应的坐标轴的正向或负向快速运动 (2) 增量进给按下增量, 选择增量倍率 之一后, 再按下面板上的轴手动按键 ±X ±Y ±Z ±4TH 进行增量进给

239 230 数控加工编程与操作 同时按一下多个方向的轴手动按键, 每次能增量进给多个坐标轴 (3) 手摇进给按下手轮上使能键, 同时按下面板上的手摇, 再选择手轮上坐标波段开关置于 X Y Z 4TH 档时, 选择增量倍率 , 摇手轮即可手摇进给 手摇进给方式每次只能增量进给 1 个坐标轴 2. 手动数据输入操作 按下自动, 再依次按 F4 MDI F6 MDI 运行, 输入程序段如 G91G01X40Y-30F500, 再按 ENTER, 最后按循环启动, 即完成 MDI 操作 3. 主轴控制 在手动方式下, 当主轴制动无效时 ( 指示灯灭 ), 按下主轴正转, 主电机正转 ; 按下主轴反转, 主电机反转 ; 按下主轴停止, 主电机停止转动 可以通过按压主轴修调按钮进行主轴转速的修调, 按一下 + 按键, 主轴修调倍率递增 5%, 按一下 - 按键, 主轴修调倍率递减 5% 4. 刀具参数输入 (1) 按下手动, 再依次按 F4 F2 进入刀具参数设置 (2) 用 PageUp DownPage 键移动蓝色亮条, 选择所需选项, 按 Enter 确认 ( Home End BackSpace 键进行编辑修改相应参数, 按 ESC 键退出 3) 用 (4) 修改完毕, 按 ENTER 程序编辑 1. 选择已编辑的程序 ( 1) 在主菜单下, 依次按 F2 程序编辑 F2 选择编辑程序 (2) 按提示选择 F1 磁盘程序 F2 正在加工的程序 F3 串口程序 (3) 用 键选择左边诸项, 按 ENTER (4) 用 键选择程序文件名, 按 ENTER (5) 将程序调入到编辑缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 进行编辑 2. 编辑新程序 (1) 在主菜单下, 依次按 F2 程序编辑 F1 文件管理 (2) 按提示选择 F1 新建文件 ( 3) 输入新文件名, 如 O6666, 按 ENTER

240 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 231 (4) 进入编辑缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 进行新程序的编辑 程序存储与传递 1. 保存程序 在主菜单下, 依次按 F2 程序编辑 F2 选择编辑程序 ; 编辑 修改后 ; 按 F4 保存文件 2. 文件另存 (1) 在主菜单下, 按 F2 程序编辑, 打开欲另存程序文件 (2) 按下 F5 文件另存为 (3) 输入新文件名, 如 O , 按 ENTER 文件管理 1. 更改文件名 (1) 在主菜单下, 按 F2 程序编辑 F1 文件管理 ( 2) 按提示选择 F2 更改文件名 2, 按 ENTER ( 3) 用 键选择要被更改的文件名, 如 O4321, 按 ENTER (4) 输入更改后的文件名, 如 O1234, 按 ENTER 2. 拷贝文件 (1) 在主菜单下, 按 F2 程序编辑 F1 文件管理 (2) 按提示选择 F3 拷贝文件, 按 ENTER (3) 用 键选择要被拷贝的文件名, 如 O1234, 按 ENTER ( 4) 输入更改后的文件名, 如 O4444, 按 ENTER 3. 删除文件 (1) 在主菜单下, 按 F2 程序编辑 F1 文件管理 (2) 按提示选择 F4 删除文件 (3) 用 键选择要被拷贝的文件名, 如 O1234, 按 ENTER (4) 按 Y 程序运行 1. 程序校验 (1) 按下自动, 使其指示灯亮

241 232 数控加工编程与操作 ( 2) 按 F1 自动加工 (3) 按 F1 选择加工程序 (4) 按提示选择 F1 磁盘程序 F2 正在加工的程序 F3 串口程序 (5) 若选择 F1 磁盘程序, 则用 键选加工程序名, 按 ENTER (6) 否则将程序调入到运行缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 准备进行加工 (7) 按 F3 程序校验 (8) 按循环启动 2. 程序单段运行 ( 1 ) 按下单段, 使其指示灯亮 (2) 重复程序校验中的 (2)~(6) 步骤 (3) 按循环启动, 运行一程序段 ; 再按循环启动, 再运行下一程序段 3. 程序自动运行 (1) 按下自动, 使其指示灯亮 (2) 重复程序模拟运行中的 (2)~(6) 步骤 (3) 按循环启动 4. 指定行运行 ( 1) 按下自动, 使其指示灯亮 (2) 按下 F1 自动加工 (3) 按下 F1 选择加工程序, 将程序文件调入到运行缓冲区 ( 图形显示窗口 ), 准备进行加工 ( 4) 按 F8 指定行运行 ( 5) 按提示选择 F1 从红色行开始运行 F2 从指定行开始运行 F3 从当前行开始运行 (6) 若选择 F2 从指定行开始运行, 输入指定行号, 如 30 (7) 按 ENTER (8) 按循环启动 5. 保存加工断点 (1) 在自动运行暂停状态下, 且在程序运行子菜单下, 按下 F7 停止运行 (2) 按下 N (3) 按下 F5 保存断点 ( 4) 输入断点文件名, 如 O1234.BP1 (5) 按 ENTER 注 : 使用该功能时必须回过参考点

242 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 恢复断点 (1) 开机, 回参考点 ( 如保存加工断点后关机 ), 按程序校验中的 (2)~(6) 步骤选择已保存过断点文件的加工程序 ( 2) 按下 F1 自动加工 (3) 按下 F6 恢复断点 (4) 用 键选择断点文件名, 按 ENTER (5) 自动进入 MDI 方式, 按 Y, 手动坐标轴到断点位置附近, 避免碰撞 (6)MDI 子菜单方式下, 按下 F6 MDI 运行, 按下 F6 返回断点 (7) 按下自动, 使其指示灯亮 (8) 按循环启动 (9) 按下 F10 返回 ( 10) 按循环启动 注 : 使用该功能时必须回过参考点 数据设置 1. 坐标系 (1) 在主菜单下, 按 F4 MDI (2) 按下 F3 坐标系 (3) 用翻页 PgDn PgUp 键选择要输的数据类型 :G54 G56 G57 G58 G59 坐标系 当前工件坐标系的偏置值 ( 坐标系零点相对于机床零点的值 ), 或当前相对值零点 (4) 在命令行输入所需数据, 如 X200 Y300, 按 ENTER 2. 刀库表 (1) 在主菜单下, 按 F4 MDI (2) 按下 F1 刀库表, 进行刀库设置 (3) 用 翻页 PgDn PgUp 键移动蓝色亮条, 选择要编辑项, 按 ENTER ( 4) 用 BS DEL 键进行编辑 修改, 按 ENTER 3. 刀具表 (1) 在主菜单下, 按 F4 MDI (2) 按下 F2 刀具表, 进行刀具设置 (3) 用 翻页 PgDn PgUp 键选择要编辑项, 按 ENTER (4) 用 BS DEL 键进行编辑 修改, 按 ENTER

243 234 数控加工编程与操作 参数设置 (1) 在主菜单下, 按 F3 参数 (2) 按下 F3 输入权限, 以输入口令, 按 ENTER (3) 按 F1 参数索引, 用 翻页 PgDn PgUp 键将光标移到需设置的参数值上, 按 E NTER 进入输入状态 (4) 用 BS DEL 键进行编辑 修改, 按 ENTER (5) 按 Esc 退出编辑, 根据提示是否存盘?Y: 存盘,N: 不存盘 (6) 根据提示是否按缺省保存?Y: 是,N: 取消 (7) 按 Esc 退到参数菜单 (8) 欲使设置立即生效, 需退出系统并重新启动计算机, 即按 F10 返回主菜单, 再同时按下 Alt 和 X 键 显示 1. 显示菜单及说明 (1) 显示切换 按下 F9 显示, 用 键选择 F6 显示模式 F7 显示值 F8 坐标系 F9 图形显示参数 F10 相对值零点 若选择 F6 显示模式 : 选正文 F3, 则显示当前加工的 G 代码程序 ; 选大字符 F4, 则显示由 显示值 菜单所选显示值的大字符 ; 选三维图形 F5, 则显示刀具轨迹的三维图形 ; 选 X-Y 平面图形 F6, 则显示刀具轨迹在 X-Y 平面上的投影 ; 选 Y-Z 平面图形 F7, 则显示刀具轨迹在 Y-Z 平面上的投影 ; 选 Z-X 平面图形 F8, 则显示刀具轨迹在 Z-X 平面上的投影 ; 选图形联合显示 F9, 则显示刀具轨迹的所有三视图和正则视图 ; 选坐标值联合显示 F10, 则显示指令坐标 实际坐标和剩余进给值 ; (2) 显示参数的设置 若选择 F7 显示值 : 选指令位置 F5, 则显示 CNC 输出的理论位置 ; 选实际位置 F6, 则显示反馈元件采样的位置 ; 选剩余进给 F7, 则显示当前程序段的终点与实际位置之差 ; 选跟踪误差 F8, 则显示指令位置与实际位置之差 ; 选负载电流 F9, 则显示负载电流 ( 只对 Ⅱ 型伺服有效 ); 选补偿值 F10, 则显示系统参数对每个轴的机械补偿 (3) 坐标系显示 若选择 F8 坐标系, 可分别选机床坐标系 F8 工件坐标系 F9 相对坐标系 F10 2. 运行状态显示 在自动运行过程中, 可以查看刀具的有关参数或程序运行中变量的状态 : (1) 在运行控制子菜单下, 按 ALT+F2 键, 系统出现运行状态菜单 (2) 用 键选中其中某一项, 如 系统全局和局部变量, 按 ENTER

244 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 235 (3) 选择要查看的项, 按 ENTER (4) 用 翻页键 PgDn PgUp 可以查看某一子项的值 (5) 按 Esc 键取消查看 4.9 复习思考题 1. 何谓数控铣床的参考点? 2. 确定工件坐标系的原点, 应遵循哪些原则? 3. 建立或取消刀具半径补偿时, 刀具中心运动轨迹与编程轨迹有何相对位置关系? 4. 在 FANUC 数控系统中, 一般固定循环由哪几个顺序动作构成? 5.G81 指令与 G82 指令有何区别?G74 指令与 G84 指令有何区别? 6. 试用两种表达圆弧的方法, 编写如图 4-85 所示中刀具按 A B C D 顺序运动的圆弧插补程序段 7. 使用 T01 T02 T03 号刀具对工件进行钻 扩 铰加工, 如图 4-86 所示 编程时选 T01 刀具为标准刀具长度, 试写出用 G43 G44 指令对 T02 T03 号刀具向下快速移动 100 mm 时, 进行长度补偿的程序段, 并说明存储器中的补偿值是多少? 刀具实际位移是多少?( 提示 : 用增量坐标编程 ) 图 4-85 图 已知某外形轮廓的零件图如图 4-87 所示, 要求精铣其外形轮廓 9. 试编写如图 4-88 所示工件钻孔加工程序, 钻孔时快进行程 30 mm 工进行程 48 mm, 起始点在 A 点 切割用量及刀具的选择见表 4-12

245 236 数控加工编程与操作 图 4-87 图 4-88 表 4-12 序号 工 序 刀 具 主轴转速 r/min 进给量 mm/min 1 钻定位孔 中心钻 钻孔 φ8 mm 钻头 倒角 锪钻 攻螺纹 φ10 mm 丝锥 试编写如图 4-89 所示工件螺纹孔加工程序, 孔位置可用子程序编写 11. 已知某凸轮的零件图如图 4-90 所示, 厚度 10 mm, 程序原点位于底面, 要求精铣 凸轮外轮廓 计算求得各特征点坐标如下 : 点 1:X= ,Y= 点 2:X= ,Y= 点 3:X=-10,Y=0 点 4:X=20,Y=0 点 5:X=15,Y=0 点 6:X=5,Y=0 点 7:X=2,Y=

246 第 4 章数控铣削的编程与加工操作 237 图 4-89 图 编制图 4-91 所示零件的数控加工程序 工件材料为 HT200, 使用刀具 T01 为镗孔刀,T02 为直径 13 mm 的钻头,T03 为锪钻 工作坐标系设置 :Z0 在工件上表面,X0,Y0 在零件的对称中心 图 4-91

247 第 5 章加工中心的编程与操作 5.1 概述 加工中心是典型的集机电于一体的高科技机械加工设备, 它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平, 在国内外企业界受到高度重视, 已成为现代机床发展的主流和方向 加工中心简介 1. 加工中心的基本特征 (1) 具有自动换刀装置 (ATC) 这是加工中心机床的典型特征 是多工序加工的必要条件 在一次装夹中能完成钻 扩 铰 铣 镗 攻螺纹等多工序加工 对整机加工效率有很大影响 (2) 具有三轴以上的连续控制能力, 能进行轮廓切削 (3) 具有分度工作台和数控回转工作台 后者能以很小的当量任意分度 这种转动的工作台与卧式主轴相配合, 对于工件的各种垂直加工面有最好的接近程度 主轴外伸少, 改善了切削条件, 也利于切削处理 所以大多数加工中心机床都使用卧式主轴与旋转工作台相配合, 以便一次装卡完成各垂直面的加工 (4) 带有自动交换工作台的加工中心, 即柔性加工单元 可实现一个工作台加工的同时另一个工作台进行零件的安装或拆卸, 大大的降低了加工的辅助时间, 提高了零件的加工效率 (5) 除自动换刀功能外, 加工中心机床具有选择各种进给速度和主轴转速的能力及各种辅助功能, 以保证加工过程的自动化进行 2. 加工中心的分类 加工中心机床有较多的种类, 一般按以下几种方式分类 : (1) 按加工范围分类 : 常见的有车削加工中心 钻削加工中心 镗铣加工中心 磨削加工中心 电火花加工中心等 一般镗铣类加工中心简称加工中心 其余立式加工中心要有前面的定语 (2) 按机床结构分类 : 立式加工中心 卧式加工中心和五面体加工中心 ; 加工中心和

248 第 5 章加工中心的编程与操作 239 柔性制造单元 (3) 按数控系统分类 : 有两坐标加工中心 三坐标加工中心和多坐标加工中心 ; 有半闭环加工中心和全闭环加工中心 (4) 按精度分类 : 可分为普通加工中心和精密加工中心 加工中心的主要功能 加工中心是一种功能较全的数控加工机床 它将铣削 镗削 钻削 攻螺纹和车削螺纹等功能集中在一台设备上, 使其具有多种工艺手段 加工中心配置有刀库, 在加工过程中由程序控制和选用刀具 加工中心与其他机床相比结构较复杂, 控制系统功能较全 加工中心至少可以控制三个坐标轴, 有的多达十几个 其控制功能最少可以实现两轴联动控制, 多的可以实现五轴 六轴联动, 从而保证刀具能进行复杂表面的加工 加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外, 还具有各种加工固定循环 刀具半径自动补偿 刀具长度自动补偿 在线监测 刀具寿命管理 故障自动诊断 加工过程图形显示 人机对话 离线编程等功能 加工中心的工艺及工艺分析 在加工中心上加工的零件, 首先应进行数控加工的工艺性分析, 提出加工该零件的工艺过程, 确定在加工中心上的加工内容 然后绘制每道工序的工序图, 在工序图上应标明加工部位 精度 表面粗糙度及定位夹紧等要求如图 5-1 对简单零件, 可以直接在零件图上标明 完成工序图后, 就可以编制工艺卡片如表 5-1 和刀具卡片如表 5-2, 明确刀具的类型及要求 图 5-1 工序图实例

249 240 数控加工编程与操作 表 5-1 工艺卡片 零件号零件名称材料 程序编号产品型号制表日期主工刀具步工工序内容号加面刀速进度补备注种类直径长度 粗铣 20 槽至 半精铣 20 槽至 19.5 轴转给速偿量具号硬质合金立 铣刀 φ18 实测 S550 F80 D2 长度补偿 2 02 高速钢铣刀 φ12 S500 F80 精铣 20 槽至尺寸 3 03 高速钢铣刀 φ12 S3000 F50 D2 D23 D4 D24 长度补偿 半径补偿 钻螺纹中心孔 4 04 中心钻 φ3 S9000 F120 D5 长度补偿 钻 M8 螺纹底孔 5 05 钻头 φ6.7 S500 F100 D6 螺纹口倒角 6 06 钻头 (90 ) φ13 S400 F120 D7 攻 2 M8 螺纹 7 07 丝锥 φ8 S200 F250 D8 工步号 表 5-2 刀具卡片 产品型号零件号程序编号制表 刀具号刀柄型号刀具型号 直径 刀具 长度 偏置量 (D H) 1 T01 JT57-MW3 φ18 硬质合金立铣刀 φ18 实测 D2 2 T02 JT57-MW2 φ12 高速钢立铣刀 φ12 D3 D23 3 T03 JT57-MW2 φ12 高速钢立铣刀 φ12 D4 D24 4 T04 JT57-Z 中心钻 φ3 D5 5 T05 高速钢麻花钻 φ6.7 D6 6 T06 高速钢麻花钻 φ13 D7 7 T07 JT57-GT8 丝锥 M8 D8 1. 工艺性分析 一般主要考虑以下几个方面 : (1) 首先应熟悉零件在产品中的位置 作用 装配关系和工作条件, 明确各项技术指

250 第 5 章加工中心的编程与操作 241 标对零件装配质量和使用性能的影响 分析零件结构 加工内容等是否适合加工中心加工 加工中心最适合加工形状复杂 工序较多 要求较高, 需用多种类型的普通机床 刀具和夹具, 经多次装夹和调整才能完成零件的加工 (2) 检查零件图样的完整性和正确性 检查零件图样是否正确, 明确构成零件轮廓几个元素的尺寸和相互关系 同时要特别注意, 零件图样应尽量有统一的设计基准, 从而简化编程, 保证零件的设计精度要求 (3) 分析零件图的尺寸标注方法 零件图上的尺寸应适应数控机床加工的要求 数控加工零件图上, 应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸, 这样不仅有利于编程, 又有利于设计基准 工艺基准和测量基准的统一 如图 5-2(a) 所示,A B 两面均已在前面的工序中加工完毕, 在加工中心上进行所有孔的加工 以 A 面定位时, 由于高度方向没有统一的设计基准,φ48H7 孔和上面两个 φ 25H7 孔与 B 面的尺寸之间是间接保证的, 欲保证 32.5±0.1 和 52.5±0.04 尺寸, 须在上道工序中对 105±0.1 尺寸公差进行压缩 若改为图 5-2(b) 所示标注尺寸, 各孔位置尺寸都以 A 面为基准, 基准统一, 且工艺基准与设计基准重合, 各尺寸都容易保证 (a) (b) 图 5-2 零件图样分析 (4) 分析零件的技术要求 零件的技术要求主要指尺寸精度 形状精度 位置精度

251 242 数控加工编程与操作 表面粗糙度及热处理等 这些要求在保证零件使用精度的前提下, 应适度合理 过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂 加工制造困难 零件的生产成本提高 (5) 审核零件的结构工艺性 主要考虑零件的结构刚度是否足够, 各加工工位的结构工艺性是否合理等 2. 工艺过程设计 工艺设计时, 主要考虑精度和效率两个方面的问题 理性的工艺不仅能保证加工出图样要求的合格零件, 同时应使加工中心的功能得到合理应用与充分发挥 (1) 对于既要铣面又要镗孔的零件, 应先铣后镗 铣削时, 切削力较大, 零件易发生变形, 先铣面后镗孔, 可减少变形对孔加工精度的影响 否则若先镗孔后铣面, 则铣削时在孔口产生的飞边 毛刺及变形将降低孔的加工精度 (2) 零件尺寸精度要求较高时, 同一加工表面按粗加工 半精加工 精加工的次序完成 ; 位置精度要求较高时, 可采用全部加工表面先粗加工 再精加工 精加工的方法 (3) 按所用刀具划分工步, 如机床工作台回转时间较换刀时间短, 在不影响精度的前提下, 为了减少换刀次数, 在加工时尽量用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完, 然后再换第二把刀具 (4) 位置精度要求较高的孔系加工, 要特别注意安排孔的加工顺序, 安排不当, 就有可能将传动副的反向间隙带入, 直接影响位置精度 (5) 采用工序集中的加工方法, 尽量在一次装夹中, 尽可能完成所有能够加工表面的加工 3. 零件的装夹 工件的正确装夹, 对充分发挥加工中心的高精度 高效率起着重要的作用 (1) 定位基准的选择应遵循六点定位的原则 在具体加工时还应具体考虑工序集中 零件的定位基准与设计基准相统一否则应严格通过尺寸链的换算确定设计基准和定位基准之间的位置精度 (2) 零件的加紧 在加紧时主要考虑减小加紧变形 粗加工时, 切削力大, 夹紧力也大 为减小夹紧和切削变形, 夹紧时主要考虑提高系统刚性, 精加工时主要考虑保证加工精度 (3) 夹具的选择 加工中心上加工的零件一般比较复杂, 要经过粗精加工方可完成零件的加工, 在夹具的选择时应即能承受强力切削时的大切削力, 又能保证零件的加工精度 4. 刀具的选择 加工中心使用的刀具由刃部和柄部两部分组成 刃具部分和普通刃具一样, 如钻头 铰刀 丝锥等 为了能够实现自动换刀功能, 柄部要满足机床主轴的自动松开和拉紧定位,

252 第 5 章加工中心的编程与操作 243 并能准确地安装各种切削刃具, 适应机械手的夹持和搬运等 选择刀具时应特别注意机床允许的最大直径和重量 刀具与夹具 零件发生干涉的可能性 Z Y 加工中心的坐标系 X 1. 机床坐标系 机床坐标系是机床的一个基本坐标系 机床启动时通常都要回零 ( 目前也有开机不需回零的 ), 即运动部件回到一个固定的位置, 这个位置就是机床原点 它是机床坐标系固有的点, 不能随意改变 如图 5-3 是立式加工中心坐标系的原点 站在操作人员的角度看, 这个点在机床工作台的右 后 上的位置 2. 工件坐标系的建立 图 5-3 加工中心的坐标系统 对加工中心机床来说, 正确选择编程原点以后, 才能建立加工坐标系 编程原点的选择原则是 : (1) 应使编程原点与零件的设计基准重合 (2) 应使编程时的数学处理最为简单, 避免出现尺寸链的计算误差 (3) 引起的加工误差最小 (4) 编程原点应选在易找正且加工过程过程中便于测量的位置 加工中心的坐标系设定方法与数控铣床相同 即可用 G92 或 G54~G59 两种方法设定 如按图 5-3 上假设的机床原点位置, 用 G92 建立工件坐标系的指令为 : N1 G92 X Y200.0 Z200.0; 用 G54~G59 设定工件坐标系与用 G92 设定不同,G92 是在程序中设定工件坐标相对机床坐标系的偏置值 G54~G59 是通过手动输入的方式将零点偏置值存入到机床的相应偏置寄存器 其原点可设在容易编程的某一固定点上 这样建立的加工坐标系, 在系统断电后并不被破坏, 再次开机后仍然有效, 并与刀具的起始位置无关 用 G54 设定, 其设置方法如下 : 1 在机床 CNC 操作面板上, 按三次 OFFSET 键, 使屏幕显示出工件坐标系偏置画面

253 244 数控加工编程与操作 2 将光标移到 G54 处 3 按地址键 X 数字键 100 INPUT 键 ; 按地址键 Y 数字键 INPUT 键 ; 按地址键 Z 数字键 INPUT 键,( 工件坐标系的原点在机床坐标系下的坐标值 ) 这时 G54 工件坐标系设定完成, 屏幕上的画面将如图 5-4 所示 同样, 图 5-3 中第二工件坐标系可用 G55~G59 中任一个设定, 偏置值可用同样的方法输入 图 5-4 CRT 显示的坐标设定画面 对刀及参数的输入 在数控编程与加工中要建立加工坐标系 刀具长度补偿 半径补偿等, 即解决 G54~ G59 的设定,G43 中的 H G4l/G42 中 D, 就必须通过对刀和参数的输入来解决 1. 对刀 加工中心如何知道编程者的编程原点在哪儿? 或者说机床如何找到编程原点? 要解决这个问题, 就需对刀 随着传感器技术的发展, 对刀仪 寻边器等的普遍应用, 对刀过程越来越方便 这里介绍最普遍的试切法对刀和用对刀仪对刀的方法, 如图 5-5 所示

254 第 5 章加工中心的编程与操作 245 图 5-5 对刀示意图 (1) 试切法此方法和普通铣床的对刀方法基本一样, 惟一的区别是在加工中心上测量用的是坐标显示 由于编程原点的不同, 对刀方法各种各样, 这里不一一罗列, 只就如下工件的编程原点作一个对刀过程的说明 1 按工艺要求装夹工件 2 对照编程说明, 在工件上找到编程原点的位置 3 按编程要求, 设定刀具 4 找一把较适合的刀具用来对 X Y 方向 5 启动主轴, 再移动 X Y Z 轴到接近工件的位置 在手动或手轮操作模式下, 微量移动 Z 轴到工件的一边并下到工件上表面以下的某个位置, 此时按 POS, 找到相对坐标, 按面板上的 Z, 当 CRT 上的 Z 闪动时, 按 CAN, Z 坐标就变为零 其他坐标的清零方法一样, 进行这个操作的目的是保证在对 X Y 时,Z 方向上是同一个平面

255 246 数控加工编程与操作 移动 X(Y) 轴到与工件接触 ( 为了不破坏工件表面, 操作时常在工件表面贴一块薄薄的纸片 ), 把 X(Y) 坐标清零 (2) 对刀仪对刀这种方法比较简单, 操作容易, 而且也比较安全 考虑的因素主要是工件的形状和装夹的位置, 以便于安装对刀仪 参数的输入和对刀的方法与试切法相同, 不同点是静止对刀, 接触是靠对刀仪的传感器 此方法精度较高, 比较实用 具体操作方法参考对刀仪使用说明 2. 参数输入 提刀, 移动刀具到工件的另一边, 使其与工件接触, 提刀 此时把 X 的相对坐标值除以二, 就是编程坐标系的 X 零点,Y Z 零点的操作请参照以上步骤 (X Y Z 三个坐标对完以后, 可以把 X Y Z 再次清零, 此时相对坐标系的零点就是编程坐标系的零点 ) 把 X Y 的机械坐标输入到 OFFSET 页面下坐标系中的 G54~G59 中,Z 的机械坐标输入到相应的工具补正号中 ( 注意输入什么坐标以及在哪儿输入, 还要注意 + - 号 ) 进入 OFFSET 页面, 分别输入 X Y 和坐标值, 按 INPUT;Z 的值输入后, 直接按 INPUT 5.2 加工中心的基本编程方法 加工中心的编程特点 除自动换刀功能外, 加工中心的程序编制与数控铣床的程序编制基本相同 程序的编制是在掌握了数控机床的功能 编程方法 零件的具体要求和全部工艺内容后进行的, 它是使用加工中心的前提 在整个程序编制过程中, 首先要搞清楚机床坐标系与加工坐标系 编程的基本要点 除换刀程序外, 加工中心的编程方法与数控铣床基本相同 我们都知道, 不同的加工中心换刀的方式是不同的, 因而其换刀程序也是不同的 通常情况选刀和换刀是分开进行的 换刀结束启动主轴后再进行下面程序段的加工内容 而选刀过程可与机床加工同步起来 边加工边选刀 另外绝大多数加工中心都规定了换刀点的位置, 以便机械手能够顺利完成换刀动作 一般立式加工中心规定换刀点设置在机床的最高点, 即机床 Z 轴零点 卧式加工中心一般设置在机床的最后方, 即机床 Y 轴零点 换刀程序一般可采用两种方法设计 : 方法一 :

256 第 5 章加工中心的编程与操作 247 N20 G28 Z20 T0303 ( 返回参考点, 选择 03 号刀具 ) N30 M06 ( 主轴换上 03 号刀具 ) 方法二 : N20 G01 X15 Y20 Z30 F80 T0505 ( 切削过程中选择 05 号刀具 ) N100 G28 Z20 M06 ( 返回参考点并换上 05 号刀具 ) N110 G01 Z20 T0707 ( 切削过程中选择 07 号刀具 ) FANUC 系统的常用编程代码及编程格式 G 代码和 M 代码功能参见第 4 章表 4-1 表 4-4 注意 : 加工中心有 ATC, 所以可自动换刀, 指令格式 :M06 T SINUMERIK 840D 系统常用编程代码 G 准备功能参见第 4 章表 4-3 M 代码功能如表 5-3 表 5-3 辅助功能表 M 代码 功 能 格 式 M 代码 功 能 格 式 M06 换刀指令 M06 T M42 齿轮变速 2 级 M42 M17 子程序结束 M17 M43 齿轮变速 3 级 M43 M30 主程序停止 M30 M44 齿轮变速 4 级 M44 M40 齿轮变速 M40 M45 齿轮变速 5 级 M45 M41 齿轮变速 1 级 M FANUC 数控系统宏指令编程 详细内容介绍见 4.3 小节 这里列举钻孔循环程序实例 : 首先将刀具的 X 和 Y 轴移动到钻孔循环的起始点, 将 Z 定义为孔的深度,K 为切削深度,F 为钻孔时的进给速度 调用格式 :G65 P9100 Z (W ) K F 其中 Z: 孔深 ( 绝对值 ); W: 孔深 ( 增量值 ); K: 每次循环的钻削深度 ; F: 切削进给速度

257 248 数控加工编程与操作 调用宏程序的主程序 : O0001 G92 X100.0 Y200.0 Z0 G00 X0 Y0 Z102.0 S1000 M03 G65 P9100 Z50.0 K20.0 F100 G00 X100.0 Z100.0 M05 M03 宏程序 O9100 #1=0 ( 当前孔深清零 ) #2=0 ( 上次孔深清零 ) IF [# 23NE # 0] GOTO1 ( 如果为增量编程, 程序跳转到 N1 ) IF [# 26EQ# 0] GOTO8 ( 如果既没有指定 Z 也没有指定 W, 则出现错误 ) #23=#5002#26 ( 计算孔深 ) N1#1=#1+#6 ( 计算当前孔深 ) IF # 1 [ # 23 GOTO2 ( 检测加工的孔是否太深?) [ ] ] #1=#23 ( 控制在当前孔深 ) N2 G00 W-#2 ( 以切削进给速度将刀具移至上次孔深 ) G01 W- [# 1 # 2] F#9 ( 钻孔 ) G00 W#1 ( 将刀具移至钻孔起始点 ) IF [# 1GGE# 23] GOTO9 ( 检查钻孔是否结束 ) GOTO1 N9 M99 N8 #3000=1 ( 不是 Z 或者 W 指令 ) 5.4 加工中心综合编程实例 用 NC 语言对单个操作进行实际编程, 或按照操作要领操作数控机床, 都只能代表数控加工工作中的一小部分 实际零件的数控加工操作包括 : 工艺准备 程序编制 机床调整 程序试运行 试切和正式加工等多个步骤 ; 对操作步骤进行计划和准备, 对 NC 程序的结构和组织考虑的越是周详, 生产过程就会越清晰 准确, 生产的速度就会越快, 越简洁 下面通过一个示例对数控加工的全过程进行简单介绍, 使大家对此有所了解 例 : 试进行图 2-10 模具零件的数控加工 ( 图中尺寸单位为 mm); 该零件的毛坯为

258 第 5 章加工中心的编程与操作 (mm) 的方型 40 号钢料, 底面和四个轮廓面均已加工完毕, 要求在装有 SINUMERIK 系统的立式加工中心上完成其余所有表面的加工 1. 工件的装夹 根据该零件的结构和加工特点, 选择虎钳把工件装夹在工作台上 2. 建立工件坐标系 选择工件原点 : 这里以加工后的下底面中心点为原点, 其在机床坐标系下的坐标值为 (200,-200,-200) 建立坐标系 : 用 G54 设定, 输入方法见 5.1 有关内容 3. 加工工艺内容设计 设计方法及原则见本书第 2 章有关内容, 这里仅给出其工序卡片 ( 表 5-4) 表 5-4 数控加工工序卡片 零件号 零件名称 编 制 程序号 日期 工 刀具名称 切削用量 步工步内容长度半径刀具号号补偿补偿 S F 1 粗铣顶面 端面铣刀 (Φ125) v=90 m/min F=0.2 mm/ 齿 T01 H01 S 钻 Φ30 Φ12 中心孔 中心钻 (Φ2) T02 H02 S 钻 Φ30 Φ12 至 11.5 麻花钻 (Φ11.5) v =20 m/min F=0.2 mm/r T03 H03 S550 F110 4 扩 Φ30 至 28 麻花钻 (Φ28) v =25 m/min F=0.3 mm/r T04 H04 S280 F85 5 钻 3 Φ6 至尺寸 麻花钻 (Φ6) v =20 m/min F=0.2 mm/r T05 H05 S1100 F220 6 粗铣 Φ60 沉孔与沟槽 立铣刀 Φ18, 双刃 v =20 m/min F=0.15 mm/ 齿 T06 H06 D06 S370 F110 7 钻 4 M8 底孔至 Φ6.8 麻花钻 (Φ6.8) v =20 m/min F=0.15 mm/r T07 H07 S950 F140 8 镗 Φ30 孔至 Φ29.7 镗刀 Φ29.7 v =80 m/min F=0.15 mm/r T08 H08 S830 F120 9 精铣顶面 端面铣刀 Φ125 v =120 m/min F=0.15 mm/r T09 H09 S320 F 铰 Φ12 孔至尺寸 铰刀 Φ12 v =6 m/min F=0.25 mm/r T10 H10 S170 F42 11 精镗 Φ30 至尺寸 镗刀 Φ32 v =90 m/min F=0.08 mm/r T11 H11 S940 F750 切深 (mm) 通孔

259 250 数控加工编程与操作 12 精铣 Φ60 与沟槽至尺寸 13 攻丝 4 M8 至尺寸 立铣刀 Φ18,4 刃 v =25 m/min F=0.08 mm/r T12 H12 S460 F150 丝锥 M8 v=8 m/min T13 H13 S320 F400 ( 续表 ) 零件加工程序编制 本程序严格按照数控加工工序卡片的加工顺序编写 部分程序段使用了 SINUMERIK 系统的循环功能, 仅以此作为学生的参考 O1111 N10 G00 G54 G17 G90 T01 H01 M03 S240 Z35 ( 粗铣顶面 ) N20 X-120 Y0 N30 Z25.5 N40 G01 X120 F300 N50 G00 Z35 N60 M06 T02 H02 S1000 ( 钻 Φ30 Φ12 中心孔 N70 G00 X0 )Y0 Z35 N80 G01 Z23 F100 N90 G00 Z35 N100 X-36 Y26 N110 G01 Z23 N120 G0 Z35 N130 X36 Y-26 N140 G1 Z23 N150 G0 Z35 N160 M06 T03 H03 S550 ( 钻 Φ30 Φ12 中心孔至 Φ11.5) N170 G00 X0 Y0 Z35 N180 G01 Z-3 F110 N190 G00 Z35 N200 G00 X-36 Y26 N210 G01 Z10 N220 G00 Z35 N230 G00 X36 Y-26 N240 G01 Z10 N250 G00 Z35 N260 M06 T04 H04 S280 ( 钻 Φ30 孔至 Φ28)

260 第 5 章加工中心的编程与操作 251 N270 G0 X0 Y0 Z35 N280 G01 Z-3 F85 N290 G00 Z35 N300 M06 T05 H05 S1100 ( 钻 3 Φ6 至尺寸 ) N310 G00 X40 Y0 Z35 N320 G01 Z10 F220 N330 G00 Z35 N340 G00 Y15 N350 G01 Z10 F220 N360 G00 Z35 N370 G00 Y30 N380 G01 Z10 N390 G00 Z35 N400 M06 T06 H06 D06 S370 ( 粗铣 Φ60 沉孔与沟槽 ) N410 G00 X0 Y0 Z35 N420 G01 Z15.5 N430 G01 G41 X30 F110 N440 G03 X30 Y0 I-30 J0 N450 G01 G40 X0 Y0 N460 G00 Z35 N470 M06 T07 H07 S950 ( 钻 4 M8 底孔至 Φ6.8) N480 G00 X22.5 Y0 Z35 N490 R101=20 R102=2 R103=15.5 R104=-3 R115=83 R116=22.5 R117=0 R118=3.4 R119=4 R120=0 N500 LCYC 61 N510 M06 T08 H08 S830 ( 镗 Φ30 孔至 Φ29.7) N520 G00 X0 Y0 Z35 N530 G01 Z-3 F120 N540 G00 Z35 N550 M06 T01 H01 S320 ( 精铣顶面 ) N560 G00 X-120 Y0 Z35 N570 G00 Z25 N580 G01 X120 N590 G00 Z35 N600 M06 T10 H10 S170 ( 铰 Φ12 孔至尺寸 )

261 252 数控加工编程与操作 N610 X-36 Y26 N620 G01 Z10 F42 N630 G00 Z35 N640 X36 Y-26 N650 G01 Z10 N660 G00 Z35 N670 M06 T11 H11 S940 ( 精镗 Φ30 至尺寸 ) N690 G00 X0 Y0 Z35 N700 G01 Z-3 F75 N710 G00 Z35 N720 M06 T12 H12 S640 ( 精铣 Φ60 与沟槽至尺寸 ) N725 G00 X0 Y0 Z35 N730 G01 Z15 N740 G01 G41 X30 F110 N750 G03 X30 Y0 I-30 J0 N760 G01 G40 X0 Y0 N770 G00 Z35 N780 M06 T13 H13 S320 ( 攻丝 4 M8 至尺寸 ) N790 LCYC61 N800 G00 X200 Y200 Z100 N810 M30 ( 程序结束 ) 5.5 加工中心基本操作 配备 FANUC 0M 系列数控系统作为 CNC 控制核心的加工中心, 通常采用主轴伺服驱动, 交流进给伺服驱动,3~4 轴联动控制, 多为机械手换刀 ( 少数使用主轴换刀方式 ) 适于各种复杂形状的中小型零件加工 工件一次装夹可以完成铣 镗 钻 铰 攻丝等多种加工 FANUC 0M 加工中心的基本控制面板介绍 1.FANUC 0M 立式加工中心操作面板 (1)CNC 系统操作面板 CNC 系统操作面板 (CRT/MDI 面板, 如图 5-6) 由一个显

262 第 5 章加工中心的编程与操作 253 示屏 (CRT) 和各类控制键组成 显示屏可显示刀具实际位置 加工程序 坐标系 刀具参数 机床参数 报警信息等 ; 显示屏显示的内容随不同的主功能 子功能状态而异 各类控制键的功能如表 5-5 图 5-6 FANUC 系统操作面板 表 5-5 CNC 面板控制键功能 名 称 功 能 RESET 复位键 : 重新设定系统状态或消除报警 OUTPT START 输出 / 起动键 : 启动 MDI 或自动循环 资料输出等 字母 符号 数字键 程序字输入 : 字母 符号 数字 INPUT 输入键 : 输入量确认键 CURSOR 光标移动键 : 下移光标, 上移光标 PAGE 翻页键 : 向后翻页, 向前翻页 SHIFT 功能键 : 与其他键配合使用完成不同的功能 POS 显示当前位置 程序键 :EDIT( 编辑方式 ) 下 编辑及显示内存中的程序 ; PRGRM MDI 模式下 输入及显示 MDI 资料 ; 自动操作模式下 显示指令值 DGNOS PARAM 设定及显示参数和自我诊断资料

263 254 数控加工编程与操作 OPR ALARM 名称功能 报警号码显示与设定 AUX GRAPH 设定与显示自动跟踪刀具轨迹 ( 画面功能 ) OFSET MENU ALTER INSRT DELET POWER:ON POWER: OFF 软体功能键 (CRT 下方 ) 设定补偿值 显示补偿值 替换键 插入 删除 系统电源接通 系统电源断开 ( 续表 ) 软体键功能较多, 具体可参看相应的机床说明书, 各键功能以菜单的形式显示在 CRT 显示屏下部, 最左段的软体键用于恢复初始功能状态, 最右端的软体键用于显示下一组功能 (2) 机械操作面板 机械操作面板因机床的功能及开关的分配不同而有所不同 某种加工中心的机械操作面板布局的各按键功能见表 5-6 类似系统的机械操作面板上, 各按键的功能是相同或相近的 表 5-6 机械面板操作键功能 名 称 功 能 名 称 功 能 CYCLE START 启动自动操作 OT/EMG RESET 重新设置键 CYCLE STOP 自动操作停止 BUZZER OFF 关闭蜂鸣器 EMERGENCY STOP 急停, 按箭头所示方向旋转可复位 Z Y X A HOME 手动沿 X Y Z A 轴向返回机械原点 CCW 手动操作 主轴反转 COOLANT ON 手动打开切削液 CW 手动操作 主轴正转 LIGHT 手动打开照明灯 ORIENTATION 手动操作 主轴主轴定位 X+ X- (Y+ Y-,Z+ Z-) 手动沿相应的坐标轴移动 STOP 主轴手动操作 停止 SINGLE BLOCK 单击执行自动操作 HIGH GEAR/LOW GEAR 高 / 低速指示灯 MACHINE LOCK 机床进给锁定 (M F S 指令仍然有效 ) MODE 操作方式选择旋钮 ( 以下为 7 种模式 ) BLOCK SKIP 程序跳步选择键 HOME 原点复位 DRY RUN 模拟显示 JOG 慢速进给操作 Z-CANCEL Z 轴机械锁定 RAPID 快速进给操作 OPTIONAL STOP 选择停止键

264 第 5 章加工中心的编程与操作 255 名 称 功 能 名 称 功 能 HANDLE 手摇轮进给操作 T#DISP 刀具参数显示 MDI 手动数据输入 FEED HOLD 主轴减速停止 AUTO DNC( 联机自动加工 ) EDIT 编辑方式 ( 续表 ) 2. 刀库手动操作面板刀库手动操作面板仅在刀库手动操作模式下操作才有效 : 其中刀臂 套简 滑座要在 HANDLE RAPID JOG HOME 模式下才允许操作 刀库手动操作面板如图 5-7 所示, 各操作键功能及使用见表 5-7 图 5-7 刀库手动操作面板 表 5-7 刀库手动操作面板操作键功能 名 称 功 能 名 称 功 能 LOCK 钥匙开关, 打开时启动 CCW ARM 刀臂逆时针转动 MUTUAL 手动操作模式 MANUAL 停止刀库手动操作 UP 刀臂上升 STOP MAGAZINE 滑座移进刀库 DOWN 刀臂下降 MIDDLE 滑座移向刀臂 CW 刀链顺时针转动 RELEASE 套筒脱离刀柄 CCW MAZ 刀链逆时针转动

265 256 数控加工编程与操作 名称功能名称功能 HOLD 套筒套进刀柄 FAUAL RESET ARM CW 刀臂顺时针转动 EMERGENCY STOP ( 续表 ) 错误消除键 : 刀库异常排除后按该键解除警报, 打开刀库门又关上后按该键确认, 刀库门锁定后按该键恢复自动操作模式 急停, 按箭头所示方向旋转可复位 3. 手持操作盒 手持操作盒如图 5-8 所示, 用于完成手动进给操作 各旋钮的功能 : 手轮倍率选择旋钮 表示手轮每转过一个刻度的进给量为 : 1/ mm,1/ mm,1/ mm 手轮进给轴选择 旋钮指向相应轴号, 机床沿该方向进给 手摇脉冲发生器 简称手轮, 按照 + - 方向转动, 机床实现进给 手轮进给轴选择旋钮 手轮倍率择旋钮 手摇脉冲发生器 ( 手轮 ) 图 5-8 手持操作盒 FANUC 0M 系统立式加工中心机床的基本操作 1. 开 / 关机操作 打开机床电源总开关 (ON 位置 ); 按下操作面板上的 POWER ON 键 ;CRT 显示坐标画面 关机时逆向操作

266 第 5 章加工中心的编程与操作 程序的输入 编辑与调用 (1) 程序的输入程序的输入主要有两种方式 : 即手工输入和通信传输 本处介绍手工输入方法 将模式选择旋钮旋至 EDIT 模式 按 PRGRM 键, 此时 CRT 显示程序画面 键入程序位址 O 键入程序号码 按 INSRT 键确认 以上操作完成新程序名的建立 程序内容使用字母 符号和数字键直接输入, 键入程序的每个程序段内容后, 按 INSRT 键确认, 最终完成程序内容的输入 (2) 程序编辑程序编辑包括程序的查找, 程序内容的修改等内容, 其操作步骤如下 : 1 程序查找 ( 例如查找 O0001 号程序 ) 将模式选择旋钮旋至 EDIT 模式 按 PRGRM 键 键入程序位址 O 键入所要寻找的程序号码 O0001, 按确认键 查找结束后,CRT 画面显示寻找到的程序 2 程序内容搜寻程序内容的搜寻方法有单字节搜寻 页面搜寻及指定字节搜寻等方法 单字节搜寻 : 按下 CURSOR 或 键, 则光标在当前位置开始向前或向后一个一个字节搜寻, 当找到需要的字节后, 松开 CURSOR 键 页面搜寻 : 按下 PAGE 或 键, 则屏幕显示上一个页面的程序内容或下一个页面的程序内容, 当找到需要修改的程序段所在页面, 用单字节搜寻方式寻找需修改字节 指定字节搜寻 : 键入需搜寻的字节, 按下 CURSOR 或 键, 则搜寻从当前位置开始向前或向后进行, 当搜寻到要搜寻的字节, 则光标停在寻到的字节下 如没有找到要搜寻的字节, 则 CRT 显示警示信息, 并报警 3 程序内容的修改程序内容的修改包括 : 程序字节的插入 替换与删除等内容 程序字节的插入 : 在 EDIT 或 MDI 模式下, 用搜寻方式, 将光标移到插入位置前面邻近字节, 键入插入内容, 如插入 Tl5, 键入 T 键入 1 键入 5, 然后按 INSRT 键, 完成插入 程序字节的替换 : 在 EDIT 或 MDI 模式下, 用搜寻方式, 将光标移到替换字节位置, 键入替换内容, 如 XI5 替换为 Y30, 键入 Y 键入 3 键入 0, 然后按 ALTER 键, 完成替

267 258 数控加工编程与操作 换 程序字节的删除 : 在 EDIT 或 MDI 模式下, 用搜寻方式, 将光标移动到需删除字节位置, 按 DELET 键, 完成删除 4 自动插入顺序号码自动插入程序顺序号码步骤如下 : 将参数 SEQ 设定为 1 选择 EDIT 模式 按 PRGRM 键 键入位址 N 键入 N 的起始值, 例如 10 按 INSRT 键 键入 EOB 按 INSRT 键,EOB 被存储在内存中 在增量值参数设定为 2 的情况,N12 插入且显示于下一行 (3) 程序的删除删除数控系统内存中程序的步骤如下 : 设定模式选择旋钮在 EDIT 状态 按 PRGRM 键 按位址 O 键入要删除的程序号 如 :O0010 按 DELET 键, 将程序删除 (4) 程序的调用模式打到编辑 EDIT 状态 按 PRGRM,CRT 显示程序画面 输入程序号 如 :O1111 按光标的下移键即可 如不记得程序号, 可连续两次按 PRGRM 进入程序目录, 再进行操作 3. 手动操作 图 5-9 原点复位操作面板 (1) 原点复位手动操作 ( 操作面板见图 5-9) 旋转 MODE 旋钮在 HOME 位置 在 HOME 模式下按各轴方向键, 可使各轴向机械原点移动, 或按所有轴回机械原点 (Z Y X 4 HOME) 键, 各轴依序回机械原点 注意 : 在进行回原点之前, 请在 MODE HANDLE 模式或 RAPID 模式下, 将各轴位置移

268 第 5 章加工中心的编程与操作 259 离各轴原点 100 mm 以上 按一下 X+ 或 X- 按键, 则 X 轴会向机械原点方向移动 此时 X 轴显示灯闪烁, 直到 X 轴移到机械原点时才停止,X 轴机械坐标为 0,X 轴显示灯亮 Y Z 4 轴动作方式与 X 轴相同 按 HOME 键, 各轴依 Z Y X 4 轴的顺序回原点 这时键灯闪烁, 直到每个轴都在机械原点的位置才结束闪烁, 并保持灯亮 4. 连续进给手动操作图 (1) 慢速进给操作 ( 操作面板见图 5-10) 旋转 MODE 旋钮在 JOG 位置, 调整慢速进给率 : 转动旋钮, 慢速进给速率由 0~1260 mm/min 变化, 进给误差不超过 ±3% 按 X+ (X-) 键, 则 X 轴以慢速进给调整钮选择的速度向 X+ (X-) 方向移动 Y Z 4 轴操作方式与 X 轴相同 (2) 快速进给操作 ( 操作面板见图 5-11) 旋转 MODE 旋钮在 RAOID 位置, 调整快速进给率 : 旋转旋钮, 选择快速进给速率倍率按 X+ (X-) 键, 则 X 轴以快速进给调整钮选择的速度向 X+ (X-) 方向移动 Y Z 4 轴操作方式与 X 轴相同 快速进给速率倍率有如下变化 : F0=0 mm/min,100%=x 轴 mm/min,y 轴 mm/min,z 轴 mm/min 图 5-10 慢速进给操作面板 图 5-11 快速进给操作面板

269 260 数控加工编程与操作 5. 手轮进给手动操作 旋转 MODE 旋钮在 HANDLE 位置在这个模式下, 可以用手摇轮使各轴移动 选择移动轴 : 旋转按钮选择手摇轮操作轴, 使用手摇轮时只能单轴操作 移动倍率 : 旋转倍率选择钮 手轮 : 旋转手轮一圈 (360º) 将产生 100 个脉冲, 手摇轮顺时针旋转, 移动轴向 + 坐标方向移动, 手摇轮逆时针旋转, 则移动轴向 - 坐标方向移动 6. 主轴运转手动操作 在手动操作模式 ( 含 HANDLE RAPID JOG HODE) 中, 可由下列四个按键控制主轴运转 当主轴运转时如将模式改为自动模式 (AUTO/MDI) 则主轴立刻停转 操作面板如图 5-12 所示 图 5-12 主轴手动操作面板 主轴正转键 :CW 手动模式时按此键, 主轴会以上一次转动的转速沿顺时针方向转动, 正转时按键内的灯会亮 主轴反转键 :CCW 手动模式时按此键, 主轴会以上一次转动的转速沿逆时针方向转动, 反转时按键内的灯会亮 主轴停止按键 :STOP 手动模式时按此键, 主轴会停止转动, 任何时候只要主轴没有转动, 这个按键内的灯就会亮, 表示主轴是在停止的状态 主轴定位键 :ORIENTATION 手动模式时按此键, 主轴做定位动作, 当主轴定位后按键内的灯会亮

270 第 5 章加工中心的编程与操作 MDI 模式下的操作 (1)MDI 模式的含义 MDI(Manual Data Input) 即手动数据输入 该功能允许手动输入一个命令或程序段指令, 并马上自动启动运行 使用该功能可改变当前指令模态, 也可实现指令动作 例如 : 输入 G00 X300 Yl00 ( 可使 X Y 轴快速进给 ) 输入 M08 ( 可放出切削液 ) 输入 S1000 M03 ( 可启动主轴转动 ) 输入 G01 X100 Yl00 ( 可使 X Y 轴工作进给 ) (2) 程序编制与输入将模式选择钮设定在 MDI 位置 按 PRGRM 键, 则 CRT 显示画面 MDI 程序的编制与输入应注意以下几点 : 程序号码 O0001 自动输入 程序输入与编辑方式同 EDIT 模式编辑方式 在 MDI 模式下编辑程序行数是有限制的, 超过限制则无法进行插入 变换 程序结束可用 M02 M30 或 % 编辑好的程序, 想全部消除可按 O 再按 DELETE 或 RESET 键 MDI 程序的格式及制作方法与 EDIT 方式相同 (3) 程序的执行将光标置于程序的起点, 按 START 或操作面板的 CYCLE START 可开始执行程序 执行到程序结束 (M02 M30 或 %) 后, 执行的程序自动消失 (4)MDI 模式下刀具的操作 1 刀具号的设定按照工艺的要求, 选好刀具并装上刀柄和拉钉, 按程序设定的刀具号逐次装入刀库, 其操作步骤如下 : 模式选择打到原点复位, 按 +Z 或在 MDI 方式下执行 G91 G28 Z0 的程序, 使 Z 轴回零 这里要特别注意, 必须要 Z 轴回零信号灯亮以后, 才能进行下面的操作 把模式选择打到 MDI 方式, 输入要设定的第一个刀具号 (T ), 然后执行换刀指令 (M06), 此时主轴上的刀具号就是第一个刀具号, 把第一把刀装入主轴, 第一个刀具号设定完备 其他刀具按此操作方法依次设定 2 刀号输入 / 修改加工中心在使用过程中, 由于误操作或其他方面的原因使机床刀库刀号与显示刀号不符, 此时需修改刀号, 以避免发生撞刀事故

271 262 数控加工编程与操作 主轴刀号输入 : 在 MDI 模式下输入 M95 T ; 按一下 CYCLE START 键, 画面 M95 T 消失 ; 按下 T#DISP 键, 检查输入是否正确 换刀臂刀号输入 : 在 MDI 模式下输入 M94 T ; 按一下 CYCLE START 键, 画面 M94 T 消失 ; 按下 T#DISP 键, 检查输入是否正确 刀库刀号输入 : 在 MDI 模式下输入 M93 T ; 按一下 CYCLE START 键, 画面 M93 T 消失 ; 按下 T#D-SP 键, 检查输入是否正确 3 大径刀的设定加工中心刀库的刀套有一个最大直径的限制, 如台中的 Vcenter-80 加工中心的最大直径为 76 mm, 所以直径超过 76 mm 的刀具就称为大径刀, 其设定方法为 : 模式打到 MDI 方式 ; 输入 M80(INPUT); 执行 (START); 输入刀具号 (T )INPUT; 执行 (START); 输入 M82(INPUT); 执行 (START) 此时 T 就为大径刀 如要取消大径刀的设定可在 MDI 方式下进行刀具号重整 4 刀具号重整加工中心的刀套号和刀具号在大多数情况下是不一致的, 这就给在刀套上找刀具带来麻烦, 此时可进行刀具号重整, 使刀具号和刀套号一致 模式打到 MDI 方式 ; 输入 M80(INPUT); 执行 (START); 输入 M81(INPUT); 执行 (START) 5 自动换刀 / 选刀在 MDI 模式下, 可完成自动换刀 / 选刀动作 当 NC 读到 M06 时自动执行刀臂与主轴间的刀具交换 ( 自动换刀 ); 读到 T 码时自动执行还刀 选刀 取刀动作 ( 选刀 : 刀臂与刀库之间交换刀具 ) 如果 M06 与 T 码同时在同一程序段, 则先执行自动选刀动作再

272 第 5 章加工中心的编程与操作 263 执行换刀动作 自动换刀过程 : 换刀前状态 : 主轴装有一把刀 (T ), 换刀臂刀库侧的刀爪已经准备好一把刀 (T ) 开始 Z 轴退回第二参考点, 主轴定位 X 轴移到第二参考点, 刀号对调开始 主轴松刀 换刀臂下降 换刀臂旋转 换刀臂上升, 刀号对调完成 主轴抓刀 X 轴移到 HOME 点 结束 换刀后状态 : 主轴装有一把刀 (T ), 换刀臂刀库侧的刀爪抓一把刀 (T ) 自动选刀过程 : 选刀前状态 : 换刀臂上有一把旧刀, 要选刀库中一把新刀 开始 还刀位置确定 ( 刀臂安装有旧刀具 ) 路径判断 ( 根据刀臂上旧刀具的刀号 ) 旋转计数 ( 刀库旋转 ) 还刀 ( 先还刀臂上的旧刀具 ), 滑座移到换刀臂上方 ( 在刀把上方 ) 套筒下降 ( 套进刀柄 ) 滑座移进刀库 ( 旧刀从换刀臂移进刀库 ) 换刀臂刀号设为 0 套筒上升 ( 脱离刀柄 ) 选刀, 路径判断 ( 根据新刀具刀号位置 ) 旋转计数 ( 刀库旋转 ) 取刀 ( 再抓新选刀具 ), 套筒下降 ( 套进新刀刀柄 ) 滑座移到换刀臂 ( 刀柄从刀库移到换刀臂 ) 换刀臂刀号更新 ( 换刀臂的刀号登记为刀库中该刀刀号 ) 套筒上升 ( 脱离刀柄 ) 滑座移进刀库 ( 恢复初始预备状态 ) 结束 选刀后状态 : 换刀臂装上要求的新刀, 换刀臂上的旧刀还到刀库中对应刀号的位置 上述过程是机床接到 M06 或 T 指令时自动完成, 一般不需要人工干预 8. 程序校验 (1) 程序的校验加工程序在机床上的校验方法有以下几种 ( 用于程序校验的操作键如图 5-13 所示 ) 1 机床锁定按下 MACHNE LOCK 键, 按键内灯亮, 此时 ( 全轴机械锁住 ) 开关为 ON, 数控系统执行 NC 指令或手动指令操作, 机床机械轴不移动, 坐标画面中机械坐标值不变, 但增量和绝对坐标值继续改变 M S T 码的指令照常执行动作 2 Z 轴机械锁定当 Z-CANCEL 按键按下, 按键内的灯亮, 此时 Z 轴机械锁定开关为 ON, 在手动 / 自动操作中 Z 轴不移动 按键没有按下, 按键内灯熄灭,Z 轴机械锁定开关为 OFF,Z 轴进给正常 3 辅助功能锁定当使用 MSTLOCK 软体键确定辅助功能锁定开关为 ON 时, 机械操作面板的 M S T 及 F 的指令锁定, 除了 M00 M01 M02 M30 图 5-13 程序校验操作键

273 264 数控加工编程与操作 M98 M99 会被执行外, 所有的其他 M S T 码都不会被执行 当辅助功能锁定开关为 OFF 时, 所有的 M S T 码可正常执行 4 程序空运行当 DRY RUN 按键按下, 按键内灯亮 在自动 (AUTO) 或 MDI 模式中的执行程序,G01 移动的速度与指令设定值 (F) 无关, 而以慢速进给调整钮选择的速度移动,G00 则不受影响 当 DRY RUN 按键没有按下, 按键内灯熄灭, 在自动 (AUTO) 或 MDI 模式中执行程序,G01 移动的速度以指令值 X 切削速率调整钮选定的百分比为轴向的移动速率 (2) 工件的试切检查试切削所用的材料可以用较易切削的塑料或石蜡, 但往往反映不出加工程序的工艺性问题 ( 如切削用量是否合适等 ), 此外, 对大型或复杂工件也不太适用 因此, 有时可以大胆地对正式毛坯进行试切削, 但为了不至于过多地浪费材料, 一般应在程序单校验或机床校验无误后进行 根据工件具体情况, 有时候也可以采用分层试切削 ( 即抬高刀具 放大刀具半径补偿值 ), 做到一件毛坯可以试切削几次, 这样做实际效果较好 9. 自动加工 自动加工可根据加工程序的大小, 分两种模式进行 当加工程序的容量不超过加工中心的内存容量, 可以将加工程序全部输入加工中心的内存中, 实现自动加工 当加工程序的容量大于加工中心的内存, 此时可采用计算机与加工中心联机 (DNC) 的方式自动加工 (1) 单机自动加工在自动执行程序模式下, 数控系统可以执行内存中的程序, 但同一时间只能执行一个程序 自动加工操作步骤如下 : 程序输入到内存 ; 选择要执行的程序 ; 设定模式选择钮至 AUTO 模式 ; 按启动键, 开始自动执行程序, 此时键内的灯亮 自动执行程序的步骤如下 : 从指定的程序读取一个程序段 ; 单节指令解码 ; 开始执行指令 ; 读取下一个程序段 ; 先解码暂存, 以便下一次执行 先前的程序段执行之后, 下一个程序段立刻开始执行 反复重复, 自动执行程序各程序段, 直至程序结束 (2) 联机自动加工联机自动加工操作步骤 : 选用一台计算机, 安装专用程序传输软件, 根据加工中心的程序传输具体要求, 设置传输参数 ;

274 第 5 章加工中心的编程与操作 265 通过 RS-232C 串行端口将计算机和加工中心连接起来 ; 将加工中心设置成 DNC 操作模式 ; 将模式选择开关旋钮旋转到 AUTO 模式 ; 在计算机上选择要传输加工的程序, 按下传输命令 ; 按下加工中心启动键, 联机自动加工开始 注意 : 在自动加工之前, 最好是再做一次手动原点回归, 以保证不出错误 还有一点, 首件试切最好单程序段执行, 操作者不得离开, 以确保安全无误 在加工过程中, 注意观察刀具轨迹和进给余量, 更为重要的是密切注意刀具是否与程序的刀具轨迹相同 SINUMERIK 840D/FM-NC 数控系统加工中心操作 1. 功能简介 此类设备配置 SINUMERIK 810/840D 系列数控系统作为 CNC 控制核心, 通常采用主轴伺服驱动, 交流进给伺服驱动, 可实现多轴联动控制, 采用多刀位的刀库, 通常可配置大小两个刀库 机械手换刀 ( 少数使用主轴换刀方式 ) 多数属于中大型加工中心, 适于各种复杂形状的零件加工 工件一次装夹可以完成铣 镗 钻 扩 铰 锪 攻丝等多种加工 坐标定位精度 ±0.005 mm/ 全行程, 重复定位精度 ±0.001 mm/ 全行程 可以通过 CNC 控制系统的操作面板执行下列基本功能 ( 用于一个机床 ) 实现强大的控制功能 (1) 开发和修改零件程序 (2) 执行零件程序 (3) 手动控制 (4) 读入 / 读出零件程序和数据 (5) 编辑程序数据 (6) 报警显示和取消报警 (7) 编辑机床数据 (8) 在一个 MC 或几个 MC 之间或一个 NC 或几个 NC 之间建立通信链接 2. 操作面板 设备配置的操作面板分为 : 机床控制面版和整个 CNC 系统操作面板 ( 图 5-14) (1)OP 032 系统操作面板带机床控制面板和整个 CNC 键盘的 OP 032 操作面板 (CRT/MDI 面板 ) 由一个显示屏 CRT 字母键 编辑 / 移动光区的小键盘 / 控制键 机床控制面板组成 显示屏可显示刀具实际位置 加工程序 坐标系 刀具参数 机床参数 报警信息等 ; 显示屏显示的内容随不同的主功能 子功能状态而异 各类主要控制键的功能如表 5-8

275 266 数控加工编程与操作 显示 PCMCA 适配器的槽 字母键盘 数字键盘 机床控制面板 编辑 / 移动光标的小键盘 / 控制键 软键 1- 机床区域键 2- 调用 ( 返回 ) 3- 软键条 ( 横向 ) 4-ETC 键 ( 菜单扩展 ) 5- 区域转换键 6- 软键条 ( 纵向 ) 图 5-14 CNC 操作面板 表 5-8 CNC 面板控制键功能 名称功能 机床区域键 该键表示执行某功能前, 您已选择了一个操作区域或一个菜单项目或已执行了某些功能直接进入 机床 操作区域 调用键 Etc 键 返回到下一个更高级的菜单中, 调用会关闭一个窗口在同一个菜单中扩展软键条

276 第 5 章加工中心的编程与操作 267 名称功能 ( 续表 ) 区域转换键 按下这个键可以在一个操作区域中调用基础菜单, 按两次这个键可以从当前操作区域转换到一个操作区域中然后在返回 通道切换 如果同时使用几个通道, 可以在他们之间切换 ( 从通道 1 到通道 4) 信息键 按下这个键调用扩展文本和与当前操作状态相关信息 窗口选择键 如果在屏幕上显示几个窗口, 可以通过窗口选择键使下一个窗口有效 编辑键 / 无效键 在图表和输入区域中, 可以转换到编辑方式或用于图表元素和输入区段的 UNDO 功能 向上翻页键 用翻页键在有效窗口中浏览所显示的区域, 滚动条表示所选择的程序 / 文件 输入键 接受一个被编辑的值 ; 打开 / 关闭一个目录 ; 打开文件 报警应答键 按下这个键可以识别取消符号标注的报警 光标向上 翻页键 在一个零件程序中, 可以向后翻页 ( 直到程序结束 ) 或向前翻页 ( 直到程序首 ) 退格键 从右开始删除字符 空格键 用于输入空格 光标左移 选择键 / 触发键 选择键用于在输入区域中选择输入的数值和用该键符号标注的图表 ; 激活或使一个区域无效 (2) 机械操作面板机械操作面板因机床的功能及开关的分配不同而有所不同 图 5-15 表示的是配有 SIEMENS 840D 数控系统的某种加工中心的机械操作面板布局 ; 各按键功能见表 急信按钮 2- 操作方式 ( 带有机床功能 ) 3-OG/ 增量键 4- 程序控制 5- 带快速横移修调的方向键 6- 主轴控制 7- 进给控制 8- 键开关 图 5-15 机械操作面板

277 268 数控加工编程与操作 表 5-9 机械面板操作键功能 名 称 功 能 急停按钮 在急停状态下按下红色按钮 JOG 点动 使用方向键使轴产生连续的行为使用方向键或手轮使轴产生步进行为 MDI 手动数据输入 通过执行一个程序段或几个程序段来对机床进行控制, 这些程序段是用控制面板输入的 自动 通过自动执行程序来控制机床 Inc 键 可以在 点动 方式或 MDA/TEACH 方式中激活 INC 功能 INC 变量 用可变的进给步长进行移动 INC 增量进给 : 用预先设定好的步长尺寸 1,10,100,1000,10000 来产生移动量 示教 在 MDA 方式下, 用相互作用的方式建立程序 重新定位 在 JOG 方式下, 重新定位, 重新趋近轮廓 REF 参考点趋近 在 JOG 方式下, 趋近参考点 (REF) 进给控制 进给率 / 快速横移修调 ( 进给率修调开关 ), 被编程进给率是 0% 到 120%, 快速退回时, 不能超过 100% FEED STOP 键 按下进给停止键, 当前正在执行的程序被停止 ; 停止轴驱动控制系统接受到 进给停止 指令, 相应的 LED 显示 FEED START 键 按下 进给开始 键, 在当前程序段处继续执行程序 ; 进给率增加到程序中所确定的数值 ; 控制系统一旦接受 进给开始 指令, 相应的 LED 显示 轴键 选择被横移的轴 (X 9) 键 按下 + 键在正方向上移动 键快速横移修调 SPINDLE STOP 键 SPINDLE START 键主轴启动 按下 - 键在负方向上移动按下这个键和 + 或 - 可以使轴快速横移方式下移动按下主轴停止键主轴转速降到 0; 控制系统接收到 主轴停止 后, 响应的 LED 亮按下主轴启动键时, 主轴转速增加到程序中所确定的值 ; 控制系统接收到 SPINDLE START 指令后, 相应的 LED 亮按下 SPINDLE LEFT 或 SPINDLE RIHGT 键来启动主轴

278 第 5 章加工中心的编程与操作 269 ( 续表 ) 名 称 功 能 复位键 终止执行当前的零件程序 ; 监测功能的信号被消除 ( 除 POWER ON,NC START 和应答报警以外 ); 通道被转换到 复位 状态中 增加或降低主轴转速 按下 Spindle dec 或 Spindle inc 来增加或降低编程好的主轴转速 ( 相对于 100%) 程序启动键 如果按下 NC START 键, 则会在当前程序段处启动零件程序 ( 在标题上显示零件程序的名称 ), 相应的 LED 亮 程序停止 如果按下 NC STOP 键, 有效程序执行过程被终止, 然后可以用 NC START 继续执行零件程序 单段运行 该功能允许逐段地执行一个零件程序, 可以在 AUTOMATIC 和 MDA 方式中激活单程序段功能 帮助键 无论何时在会话行中出现 i 时, 都可以按下 帮助 键, 就在会话行中显示注解信息 3. 刀具管理 该系统的刀具可以通过不同的配置表 ( 显示所用刀具的不同视图 ) 组成刀具管理系统 (1) 刀具表在刀库表中, 根据刀库位置的递增编号来显示刀库中的刀具, 在多数情况中, 可以寻找 显示和修改数据, 它可以用来检查 D 编号, 并激活刀具 该表格主要用于承载和卸载刀具 ( 设置过程中 ), 并可以在两刀库之间移动刀具 在刀具表中, 根据 T 编号的递增顺序来显示刀具 如果操作中使用的是较小的刀库并知道每个刀库中各个刀具的准确位置, 就可以使用这种表格 (2) 偏置工作表在偏置工作表中显示有效换刀的刀沿, 根据 D 编号的递增顺序对它们进行分类 可以寻找 ( 根据 D 编号 /DL 编号 ) 显示和修改数据 使用该表格在加工过程中修改和监测总合 ( 位置 - 相关偏置 ), 数量和刀沿参数, 可以给工作偏置表配置三种不同的视图 (3) 刀具目录和刀具盒刀具目录只含有 理想 的刀具 所谓 理想刀具 是指具有相关 数据 ( 即 : 带有理想刀具尺寸, 无磨损等 ), 可以用 Tool name ( 刀具名称 ) 来确定一个理想刀具 刀具盒 : 刀具盒中只包含 真实 的刀具, 真实刀具 是指具有真正的刀具尺寸, 带有磨损的相关刀具 偏置数据 真实刀具 可由它的 Tool name 和相关的 DUPLO 编号确定, DUPLO 编号把实际数据分配给一个真实刀具

279 270 数控加工编程与操作 (4) 刀具管理的基本功能刀具管理系统提供不同的刀具以供选择, 可以给不同的刀具类型分配几何和工艺数据以便于设置主要刀具数据, 每个刀具都可以有几种形式, 可以把刀具所使用的实际数据 ( 特别是刀具数据 ) 分配给这些形式 执行时只要按下刀具管理功能键就可以对刀具进行管理 加工中心的基本操作顺序概括 如表 5-10 所示 设置 表 5-10 加工中心的基本操作顺序示例 操作步骤 输入 / 检测一个程序 工件加工保存程序 接通机床趋近参考点工件装夹选择刀具确定坐标输入的工件零点输入刀偏计算速度和进给率确定一个参考点通过外部数据接口建立一个零件程序或读零件程序选择一个零件程序检测程序 ( 不用工具 ); 启动一个零件程序 ( 如 : 单段程序 ); 用程序编辑功能或诊断指南 / 帮助来编辑零件程序零件程序优化插入刀具并执行加工程序把一个零件程序保存到硬盘上 ; 通过 V.24 接口读出 开 / 关机操作 1. 开机前的检查 开机前检查气压系统供气是否正常, 稳压电源供电的情况如何, 机床刀库门是否关闭并处于自动操作状态, 机床保护门是否关闭, 急停按钮是否已经复位 2. 开机操作步骤 打开机床电源总开关 (ON 位置 ), 按下操作面板上的 POWER ON 键, CRT 显示回 参考点 窗口 关机时逆向操作

280 第 5 章加工中心的编程与操作 程序的输入 编辑与调用 (1) 程序的输入程序的输入主要有手工输入和通信传输两种方式, 本处介绍手工输入方法 程序输入的操作步骤如下 : 将 程序 按扭按下 此时 CRT 显示 NC 中已经存在的程序目录 按动 新程序 键出现一对话窗口, 在此输入新的主程序和子程序名称 主程序扩展名为.MPF 可以自动输入, 子程序扩展名为.SPF 必须与文件名一起输入 输入新程序名, 按 OK 键 输入程序段内容, 按 INPUT 键确认 以上操作完成新程序名的建立 程序内容使用字母 符号和数字键直接输入, 键入程序的每个程序段内容后, 按 INPUT 键确认, 最终完成程序内容的输入 (2) 程序编辑程序编辑包括程序的查找, 程序内容的修改等内容其操作步骤如下 : 1 程序查找 ( 例如查找 LOSD1 号程序 ) 在主菜单下选择 程序 键, 出现对话窗口 用光标键选择 LOAD1 号程序 按 选择 键 查找结束后,CRT 画面显示寻找到的程序 2 程序内容的修改程序内容的修改包括 : 程序字节的插入 替换与删除等内容 程序字节的插入 : 在 EDIT 或 MDI 模式下, 用搜寻方式, 将光标移到插入位置前面邻近字节, 键入插入内容, 如插入 Tl5, 键入 T 键入 1 键入 5, 然后按 INSRT 键, 完成插入 程序字节的替换 : 在 EDIT 或 MDI 模式下, 用搜寻方式, 将光标移到替换字节位置, 键入替换内容, 如 XI5 替换为 Y30, 键入 Y 键入 3 键入 0, 然后按 ALTER 键, 完成替换 程序字节的删除 : 在 EDIT 或 MDI 模式下, 用搜寻方式, 将光标移到需删除字节位置, 按 DELET 键, 完成删除 3 程序的删除删除数控系统内存中程序的步骤如下 : 选择 程序 按扭 用光标选择要删除的程序名 按 DELET 键, 将程序删除 4 程序的调用在主菜单下选择 程序 键, 用光标选择要调用的程序名 按确认键 手动操作 1. 原点复位手动操作 在机床操作区域中, 选择 JOG 方式, 选择 Ref 机床功能 选择待横移的轴并按下 + 或 - 键, 把选择的轴移到参考点, 由机床厂家在 PLC 程序中确定方向和顺序

281 272 数控加工编程与操作 如果方向键按错了, 就不能接受轴行为, 也不能移动轴 轴旁边的有个符号表示, 该轴已经到达参考点 一个方式组中的所有轴可以同时趋近参考点 到达参考点后, 机床会与控制系统同步, 给参考点值设置实际值显示, 显示机床零位和滑动参考点之间的差别, 路径极限, 如软件极限开关有效 注意 : 在进行回原点之前, 要先保证轴必须处于可以顺利趋近机床参考点的位置上 ( 如果需要, 可以用轴键 / 手轮进行移动 ) 2. 连续进给手动操作 (1) 慢速进给操作在机床操作区域中选择 点动 方式 用 INC ( 增量 ) 功能, 反复按动 轴键, 按预定增量步长和相应方向手动移动所选择的轴 可操作进给率和快速修调开关 (2) 快速进给操作在机床操作区域中选择 点动 方式 用 INC ( 增量 ) 功能, 反复按动 轴键 调整快速进给倍率 选择要移动的轴, 快速移动 3. 手轮进给手动操作 在机床区域中选择 点动 方式 屏幕上显示 Hand wheel 窗口 把光标定位在所选择的手轮上 (1-3) 如果在轴区域中使用轴识别符, 可以用 Toggle 键选择所有其他的轴, 设置会马上接收并将轴分配给相应的手轮 (1-3) 每次按下 轴 区域中的 Toggle 键时, 可以激活所选的手轮或使之失效, 设置会马上生效 当转动手轮时, 按已给定轴设置的步长增量值来使这个轴产生横向移动 (INCJ 键 ) 4. 主轴运转手动操作 在手动操作模式中, 选择 设置数据 软键, 竖向软键条改变 选择 点动数据 软键 点动数据 窗口打开 更改点动数据 : 主轴编号 : 主轴名旋转方向 : 顺时针或逆时针主轴速度 : 点动方式中主轴的速度 MDA 模式下的操作 1.MDI 模式的含义 MDA 即手动数据自动化方式 该功能允许手动输入一个命令或程序段指令, 并马上

282 第 5 章加工中心的编程与操作 273 自动启动运行 使用该功能可用面板把所需要的行为 ( 作为单个零件程序段 ) 传送到控制系统中 当按下 NC Start 键时, 控制系统执行所输入的程序段 输入 G00 X100 Yl00 可使 X Y 轴快速移动到目标点 ; 输入 T10 D1 M09 选择第 10 号刀具并选择 1 号偏置且关闭切削液 ; 输入 S1000 M03 可启动主轴转动并正转 ; 输入 G01 X100 Yl00 F200 可使 X Y 轴工作台按给定的进给速度进给 ; 2. 程序编制 输入与保存 在 示教 子方式中, 可通过一个 MCP 键存取与 点动 有效的功能, 因此通过 MDA 和 示教 方式之间转换, 在输入和手动方式中生成和存储一个零件程序 也可以使用编辑器在 MDA 窗口中编辑程序, 用上翻页键对已经处理完的程序段进行浏览 并且只能在 复位 状态中才能编辑已执行完的程序段 MDA 方式中生成的程序可被保存到零件程序目录中 在 MDA 中保存一个程序或文件的步骤如下 : 在 机床 操作区域中选择 MDA 方式 打开 零件程序 窗口的程序概况, 会出现一个对话框, 然后在程序概况中显示新文件 显示零件程序的概况, 在程序表中选择一个想用 示教 复制到 MDA 缓冲器的程序, 也可以做相应的修改 系统将会提示给即将保存到 MDA 缓冲器中的文件输入一个名字, 在零件程序目录中已输入的名称下保存 / 存储程序来作为一个零件程序 3. 删除 / 插入一个程序段 把光标停在所需要的点处, 使用纵向软键的编辑功能进行改写 选择 复制 粘贴 查找下一个和程序段定位 4. 程序的执行 当转换到 MDA 方式并按下 NC START 时, 就会给程序段执行相应的横移行为和其他输入功能 程序正在执行时, 在 Current Block ( 当前程序段 ) 窗口中显示有 NC 横移的程序段 自动方式 在 自动 方式下可以自动执行零件程序, 该方式一般用于工件的自动加工 该方式的基本显示, 包含与位置 进给率 主轴 刀具及当前正在执行的当前程序段或程序指示符相关的数值 机床执行自动功能的前提条件是 :

283 274 数控加工编程与操作 必须让控制系统的测量装置与机床同步 ( 参考点趋近 ); 已把待执行的零件程序承载到控制系统中 ; 已检查了所需要的偏置值并输入它们 ( 零偏或刀偏 ); 安全内锁功能已有效 程序校验 加工程序编制完成后, 在工件加工之前校验程序是一个不容忽视的问题 应及时校验程序的正确性以及加工程序与机床 工件之间的适应性, 应详细检查程序单的功能代码是否有误 平面选择是否正确 刀具选择 刀偏设置 刀轨选择 数据计算是否正确等等 其目的 : 一是检查程序内容是否正确以保证对零件轮廓轨迹的要求 ; 二是检查刀具调整及编程计算是否正确以保证加工精度达到图样要求 对于第一个目的, 可将程序内容输入到数控装置, 利用机床的空运行进行检查 对于第二个目的, 则必须进行零件的首件试切, 这要求是在完成程序校验与试运行的基础上进行的 当发现尺寸误差超过允许范围时, 应分析误差原因或计算错误, 进而修改程序单 或进行尺寸补偿 重新设置刀具补偿值 重新选择刀轨等 试运行 : 在自动方式中, 加工前可以在 程序检测 功能中显示程序, 而无须移动机床轴 模拟图形可以显示用柱形刀具加工的零件, 你可以用软件选择不同的视图 5.6 复习思考题 1. 工中心的分类方法有几种? 2. 加工中心编程与数控铣床编程的主要区别在哪里? 3. 试编写如图 5-16 所示零件的孔加工程序 图 5-16

284 第 5 章加工中心的编程与操作 工件原点设在圆中心,T01 为 φ5 mm 的立铣刀, 工艺过程为 : 先铣方槽, 再铣圆槽, 最后铣外形, 最大切削深度不超过 3 mm 在深度方向上不考虑铣刀直径的影响 图 5-17

285 第 6 章数控线切割编程与加工操作 随着电火花加工技术的发展, 在成形加工方面逐步形成两种主要加工方式 : 电火花成形加工和电火花线切割加工 电火花线切割加工 (Wire Cut EDM, 简称 WEDM) 自 20 世纪 50 年代末诞生以来, 获得了极其迅速的发展, 已逐步成为一种高精度和高自动化的加工方法 在模具制造 成形刀具加工 难加工材料和精密复杂零件的加工等方面获得了广泛应用 目前线切割机床已占电加工机床的 60% 以上 6.1 概述 数控电火花线切割的加工原理 数控电火花线切割是利用连续移动的细金属导线 ( 称作电极丝, 铜丝或钼丝 ) 作为工具电极 ( 接高频脉冲电源的负极 ), 对工件 ( 接高频脉冲电源的正极 ) 进行脉冲火花放电腐蚀 切割加工 其加工原理如图 6-1 所示, 加上高频脉冲电源后, 在工件与电极丝之间产生很强的脉冲电场, 使其间的介质被电离击穿, 产生脉冲放电 电极丝在贮丝筒的作用下作正反向交替 ( 或单向 ) 运动, 在电极丝和工件之间浇注工作液介质, 在机床数控系统的控 (a) 工件及其运动方向 (b) 电火花线切割加工装置原理图制下, 工作台相对电极丝在水 1 绝缘底板 ;2 工件 ;3 脉冲电源 ; 平面两个坐标方向各自按预定 4 电极丝 ( 钼丝 );5 导向轮 ;6 支架 ;7 贮丝筒的程序运动, 从而切割出需要图 6-1 电火花线切割原理的工件形状

286 第 6 章数控线切割编程与加工操作 数控电火花线切割加工特点 (1) 直接利用线状的电极丝作线电极, 不需要像电火花成形加工一样的成形工具电极, 可节约电极设计 制造费用, 缩短了生产准备周期 (2) 可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的微细异形孔 窄缝和形状复杂的工件 (3) 利用电蚀原理加工, 电极丝与工件不直接接触, 两者之间的作用力很小, 因而工件的变形很小, 电极丝 夹具不需要太高的强度 (4) 传统的车 铣 钻加工中, 刀具硬度必须比工件硬度大, 而数控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬, 所以可以加工硬度很高或很脆, 用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料 在加工中作为刀具的电极丝无须刃磨, 可节省辅助时间和刀具费用 (5) 直接利用电 热能进行加工, 可以方便地对影响加工精度的加工参数 ( 如脉冲宽度 间隔 电流 ) 进行调整, 有利于加工精度的提高, 便于实现加工过程的自动化控制 (6) 电极丝是不断移动的, 单位长度损耗少, 特别是在慢走丝线切割加工时, 电极丝一次性使用, 故加工精度高 ( 可达 ±2μm) (7) 采用线切割加工冲模时, 可实现凸 凹模一次加工成形 数控电火花线切割的应用 线切割加工的生产应用, 为新产品的试制 精密零件及模具的制造开辟了一条新的工艺途径, 具体应用有以下三个方面 : (1) 模具制造适合于加工各种形状的冲裁模, 一次编程后通过调整不同的间隙补偿量, 就可以切割出凸模 凹模 凸模固定板 凹模固定板 卸料板等, 模具的配合间隙 加工精度通常都能达到要求 此外电火花线切割还可以加工粉末冶金模 电机转子模 弯曲模 塑压模等各种类型的模具 (2) 电火花成形加工用的电极一般穿孔加工的电极以及带锥度型腔加工的电极, 若采用银钨 铜钨合金之类的材料, 用线切割加工特别经济, 同时也可加工微细 形状复杂的电极 (3) 新产品试制及难加工零件在试制新产品时, 用线切割在坯料上直接切割出零件, 由于不需另行制造模具, 可大大缩短制造周期, 降低成本 加工薄件时可多片叠加在一起加工 在零件制造方面, 可用于加工品种多 数量少的零件, 还可加工特殊难加工材料的零件, 如凸轮 样板 成形刀具 异形槽 窄缝等

287 278 数控加工编程与操作 6.2 数控电火花线切割工艺与工装基础 电火花线切割加工, 一般作为工件加工中的最后工序, 要达到加工零件的加工要求, 应合理控制线切割加工的各种工艺因素, 同时选择合适工装 线切割加工的主要工艺指标 (1) 切割速度 v wi 在保持一定的表面粗糙度的前提下, 单位时间内电极丝中心在工件上切过的面积总和即为切割速度, 单位为 mm 2 min -1 (2) 表面粗糙度我国和欧洲常用轮廓算术平均偏差 R a (μm) 来表示, 日本常用 R max 来表示 (3) 电极丝损耗量对高速走丝机床, 用电极丝在切割 mm 2 面积后电极丝直径的减小量来表示, 一般减小量不应大于 0.01 mm (4) 加工精度加工精度指所加工工件的尺寸精度 形状精度和位置精度的总称 影响线切割工艺指标的若干因素 影响线切割工艺指标的因素很多, 也很复杂, 主要包括以下几个方面 : 1. 电参数对工艺指标的影响 (1) 脉冲宽度 t w t w 增大时, 单个脉冲能量增多, 切割速度提高, 表面粗糙度数值变大, 放电间隙增大, 加工精度有所下降 粗加工时取较大的脉宽, 精加工时取较小的脉宽, 切割厚大工件时取较大的脉宽 (2) 脉冲间隔 t t 增大, 单个脉冲能量降低, 切割速度降低, 表面粗糙度数值有所增大, 粗加工及切割厚大工件时脉冲间隔取宽些, 而精加工时取窄些 (3) 开路电压 u 0 开路电压增大时, 放电间隙增大, 排屑容易, 提高了切割速度和加工稳定性, 但易造成电极丝振动, 工件表面粗糙度变差, 加工精度有所降低 通常精加工时取的开路电压比粗加工低, 切割大厚度工件时取较高的开路电压 一般 u 0 =60~150V (4) 放电峰值电流 i p 放电峰值电流是决定单脉冲能量的主要因素之一 i p 增大, 单个脉冲能量增多, 切割速度迅速提高, 表面粗糙度数值增大, 电极丝损耗比加大甚至容易断丝, 加工精度有所下降 粗加工及切割厚件时应取较大的放电峰值电流, 精加工时取较小的放电峰值电流

288 第 6 章数控线切割编程与加工操作 279 (5) 放电波形电火花线切割加工的脉冲电源主要有晶体管矩形波脉冲电源和高频分组脉冲电源 在相同的工艺条件下高频分组脉冲能获得较好的加工效果, 其脉冲波形如图 6-2 所示, 它是矩形波改造后得到的一种波形, 即把较高频图 6-2 高频分组脉冲波形率的脉冲分组输出 矩形波脉冲电源在提高切割速度和降低表面粗糙度之间存在矛盾, 二者不能兼顾, 只适用于一般精度和表面粗糙度的加工 高频分组脉冲波形是解决这个矛盾的比较有效的电源形式, 得到了越来越广泛的应用 (6) 极性线切割加工因脉冲较窄, 所以都用正极性加工, 即工件接电源的正极, 否则切割速度会变低而电极丝损耗增大 (7) 变频 进给速度即预置进给速度的调节, 对切割速度 加工速度和表面质量的影响很大 因此, 调节预置进给速度应紧密跟踪工件蚀除速度, 以保持加工间隙恒定在最佳值上 这样可使有效放电状态的比例大, 而开路和短路的比例少, 使切割速度达到给定加工条件下的最大值, 相应的加工精度和表面质量也好 如果预置进给速度调得太快, 超过工件可能的蚀除速度, 会出现频繁的短路现象, 切割速度反而低, 表面粗糙度也差, 上下端面切缝呈焦黄色, 甚至可能断丝 ; 反之, 进给速度调得太慢, 大大落后于工件的蚀除速度, 极间将偏于开路, 有时会时而开路时而短路, 上下端面切缝发焦黄色 这两种情况都大大影响工艺指标 因此, 应按电压表 电流表调节进给旋钮, 使表针稳定不动, 此时进给速度均匀 平稳, 是线切割加工速度和表面粗糙度均好的最佳状态 2. 非电参数对工艺指标的影响 (1) 走丝速度对工艺指标的影响对于高速走丝线切割机床, 在一定的范围内, 随着走丝速度的提高, 有利于电极丝把工作液带入较大厚度的工件放电间隙中, 有利于放电通道的消电离和电蚀产物的排除, 保持放电加工的稳定, 从而提高切割速度 ; 但走丝速度过高, 将加大机械振动, 降低加工精度和切割速度, 表面粗糙度也将恶化, 并且易断丝 低速走丝时由于电极丝张力均匀, 振动较小, 电极丝直径较小, 因而加工稳定性 表面粗糙度及加工精度等均很好 表 6-1 是在瑞士阿奇公司低速走丝电火花线切割机床上切割加工的工艺效果, 可供参考

289 280 数控加工编程与操作 表 6-1 低速走丝线切割加工的工艺效果 工件材料碳钢铬钢 电极丝直径 d(mm) 切割厚度 H (mm) 切缝厚度 s (mm) 表面粗糙度 R Z (μm) 切割速度 v wi (mm 2 min -1 ) 0.1 2~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 铜 ~ ~ ~ ~ 硬质合金 ~ ~ ~ ~ 石墨 ~ ~ 铝 ~ ~ 碳钢铬钢 ~ ~ ~ ~ 硬质合金 ~ ~ ~ ~ 电极丝材料黄铜丝钼丝 (2) 工件厚度及材料对工艺指标的影响工件薄时, 工作液容易进入并充满放电间隙, 有利于排屑和消电离, 加工稳定性好 ; 但工件太薄时, 电极丝容易产生抖动, 对加工精度和表面粗糙度不利, 且脉冲利用率低, 切削速度因而下降 工件厚时, 工作液难于进入和充满放电间隙, 加工稳定性差, 但电极丝不易抖动, 因而加工精度和表面粗糙度较好, 但过厚时排屑困难, 导致切割速度下降 (3) 电极丝材料及直径对加工指标的影响高速走丝用的电极丝材料应具有良好的导电性 较大的抗拉强度和良好的耐电腐蚀性能, 且电极丝的质量应该均匀, 不能有弯折和打结现象 钼丝韧性好, 放电后不易变脆, 不易断丝, 因而应用广泛 黄铜丝加工稳定, 切割速度高, 但电极丝损耗大 低速走丝线切割机床上常采用 0.2 mm 的黄铜丝, 也可采用钨丝 钼丝 电极丝直径大时, 能承受较大的电流, 从而使切割速度提高, 同时切缝宽, 放电产生的腐蚀物排除条件得到改善而使加工稳定, 但加工精度和表面粗糙度下降 当直径过大时, 切缝过宽, 需要蚀除的材料增多, 导致切割速度下降, 而且难于加工出内尖角的工件 高速走丝时电极丝的直径可在 0.1~0.25 mm 之间选用, 常用的电极丝为 0.12~0.18 mm, 低速走丝直径可在 0.076~0.3 mm 之间, 最常采用的为 0.2 mm 电极丝直径及与之相适应的

290 第 6 章数控线切割编程与加工操作 281 切割厚度见表 6-2 所示 表 6-2 电极丝直径与合适的切割厚度 电机丝材料电机丝直径 (mm) 合适的切割厚度 (mm) φ0.05 0~5 钨丝 φ0.07 0~8 φ0.10 0~30 φ0.10 0~15 铜丝 φ0.15 0~30 φ0.20 0~80 φ0.25 0~100 (4) 工作液对加工指标的影响在电火花线切割加工中, 工作液为脉冲放电的介质, 对加工工艺指标的影响很大 同时, 工作液通过循环过滤装置连续地向加工区供给, 对电极丝和工件进行冷却, 并及时从加工区排除电蚀产物, 以保持脉冲放电过程能稳定而顺利地进行 低速走丝线切割机床大都采用去离子水作工作液, 只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较高的煤油 高速走丝线切割机床大都使用专用乳化液 乳化液的品种很多, 各有特点, 有的适合精加工, 有的适合于大厚度切割, 有的适合于图 6-3 减少切割体积高速切割等 因此, 必须按照线切割加工的需要正确选用 (5) 工件材料内部残余应力的影响对热处理后的坯料进行线切割时, 由于大面积去除金属和切断加工, 材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏, 从而产生很大的变形, 零件的加工精度下降, 有的零件甚至在切割中出现裂纹 断裂 减少变形和裂纹的措施如下 : 1 改善热处理工艺, 减少内部残余应力 2 减少切割体积, 在淬火前先用切削加工方法把中心部分材料切除或预钻孔, 使热处理均匀发生, 如图 6-3 所示 3 精度要求高的, 采用二次切割法 第一次加工单边留下余量 0.1~0.5 mm, 余量大小根据淬硬程度 工件厚度 壁厚等确定 第二次加工时将第一次加工的变形切除, 如图 6-4 所示 图 6-4 二次切割法 4 为了避免材料组织及内应力对加工精度

291 282 数控加工编程与操作 的影响, 必须合理地选择切割的走向和进刀点 通常切割路径应使夹持部分位于程序的最后一条加工语句处, 如图 6-5 所示, 这样可以减小工件变形引起的误差 进入点的选择要尽量避免留下接刀痕, 如图 6-6 所示 当接刀痕不可避免时, 应尽量把进刀点放在尺寸精度要求不高或容易钳修处, 如图 6-7 所示 (a) 错误 (b) 正确 (a) 不合理 (b) 可用 (c) 最好 图 6-5 夹持部分安放 图 6-6 进刀点避免留下刀痕 (a) 不合理 (b) 合理 图 6-7 进刀点易于钳修 5 若精度要求高, 应先在坯料内加工出穿丝孔, 以免当从坯料外切入时引起坯料切开处变形, 如图 6-8 所示 (a) 不可用 (b) 可用 图 6-8 切割起点确定

292 第 6 章数控线切割编程与加工操作 工件上的剩磁会使内应力不均匀, 且加工时对排屑不利, 因此平磨过的工件应先充分去磁 电火花线切割典型夹具 附件及工件装夹 工件装夹的形式对加工精度有直接影响 电火花线切割加工机床的夹具一般是在通用夹具上采用压板螺钉固定工件 为了适应各种形状工件加工的需要, 还可使用磁性夹具 旋转夹具或专用附件 1. 常用工夹具 附件 (1) 压板夹具由于线切割机床主要用于切割冲模的型腔, 因此机床出厂时通常只提供一对夹持板形工件的压板夹具 ( 压板 紧固螺钉等 ) (2) 磁性夹具采用磁性工作台或磁性表座夹持工件, 不需要压板和螺钉, 操作快速方便, 定位后不会因压紧而变动, 见图 6-9 图 6-9 磁性夹具的基本原理要注意保护上述两类夹具的基准面, 避免工件将其划伤或拉毛 压板夹具应定期修磨基准面, 保持两件夹具的等高性 夹具的绝缘性也应经常检查和测试, 因有时绝缘体受损造成绝缘电阻减小, 影响正常的切割 (3) 分度夹具分度夹具 ( 见图 6-10) 是根据加工电机转子 定子等多型孔的旋转形工件设计的, 可保证高的分度精度 近年来, 因微机控制器及自动编程机对加工图形具有对称 旋转等功能, 所以分度夹具用得较少 (4)3R 夹具瑞典 System 3R 公司生产的 3R 夹具具有以下基本特点 : 1 安装简单 : 仅需内六角螺栓与机床台面固定 ; 2 高精度 : 重复定位精度 ±0.002 mm; 1- 电极丝 ;2- 工件 ;3- 螺杆 ;4- 压板 ;5- 垫板 ; 3 预调工件 : 可在机床外调节好工件, 6- 轴承 ;7- 定位盘 ;8- 定位销 ; 9- 底座 ;10- 工作台再装到机床上直接进入加工 ; 图 6-10 专用分度夹具示意图

293 284 数控加工编程与操作 l- 基准导轨 ;2- 定位块 ;3- 安装孔 ( 沉孔 ); L- 基准导轨长度 ;P- 安装孔距 ;D- 距台架边缘的尺寸 图 R 基准导轨 4 五面加工 : 可在机床上实现精确的五面加工 ; 5 适应范围广 : 可装夹方形, 圆形等大小不同的工件 ; 6 易于装夹 : 使用十分方便 3R 基准导轨是 3R 线切割新概念中的基本元件, 它能给线切割机床的工作台提供 X Y Z 方向的固定基准, 并且可以有不同的长度和不同位置的安装孔, 以应用于不同的线切割机床, 如图 6-11 所示 (5) 数控回转工作台 ( 简称转台 ) 在数控线切割机床上, 用来加工圆形或阿基米德螺旋线型凸轮, 可大大简化编程工作, 结构如图 6-12 所示 步进电动机经过二级蜗轮蜗杆传动标准心轴, 其传动比为 1:800, 步进电动机每转一步 (1.5), 心轴旋转 3 (0.001), 相当于工件半径为 70 mm 的圆周上移动 1μm 如果旋转与坐标运动结合起来, 可加工正弦 余弦 双曲线 螺旋线等特殊曲线轮廓的工件 2. 工件的正确装夹方法 l- 定位心轴 ;2- 基座 ;3- 步进电动机 ;4- 蜗杆蜗轮 图 6-12 回转工作台 (1) 正确装夹的一般要求 1 工件的基准面应清洁无毛刺, 经热处理的工件, 在穿丝孔内及扩孔的台阶处, 要清除热处理残留物及氧化皮 2 夹具应具有必要的精度, 将其稳固地固定在工作台上, 拧紧螺丝时用力要均匀 3 工件装夹的位置应有利于工件找正, 并应与机床行程相适应, 工作台移动时工件不得与丝架相碰 4 对工件的夹紧力要均匀, 不得使工件变形或翘曲 5 大批零件加工时, 最好采用专用夹

294 第 6 章数控线切割编程与加工操作 285 具, 以提高生产效率 6 细小 精密 薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上 (2) 工件在工作台上的装夹位置对编程的影响 1 适当的定位可以简化编程工作工件在工作台上的位置不同, 会影响工件轮廓线的方位, 也就影响各点坐标的计算结果, 从而影响各段程序 在图 6-13(a) 中, 若使工件的 α 角为 0 90 以外的任意角, 则矩形轮廓各线段都成了切割程序中的斜线, 这样, 计算各点的坐标 填写程序单及穿制纸带等都比较麻烦, 还可能发生错误 如条件允许, 使工件的 α 角成 0 和 90, 则各条程序皆为直线程序, 这就简化了编程, 从而减少差错 同理, 图 6-13b 中的图形, 当 α 角为 0 90 或 45 时, 也会简化编程, 提高质量, 而为其他角度时, 会使编程复杂些 2 合理的定位可充分发挥机床的效能有时则与上述情况相反, 如图 6-14 所示, 工件的最大长度尺寸为 139 mm, 最大宽度为 20 mm, 工作台行程为 100 mm 120 mm 很明显, 若用图 6-14(a) 的定位方法, 在一次装夹中就不能完成全部轮廓的加工, 如选图 6-14 (b) 的定位方法, 可使全部轮廓落入工作台行程范围内, 虽然编程比较复杂, 但可在一次装夹中完成全部加工 3 正确定位可提高加工的稳定性在加工时, 执行各条程序切割的稳定性并不相同, 如较长直线的切割过程, 就容易出现加工电流不稳定 进给不均匀等, 严重时还会引起断丝 因此编程时应使零件的定位尽量避开较长的直线程序 图 6-13 工件定位对编程的影响示意图之一 图 6-14 工件定位对编程的影响示意图之二 6.3 线切割编程 数控线切割编程与数控车 铣床 加工中心的编程过程一样, 也是根据零件图样提供的数据, 经过分析和计算, 编写出线切割机床数控装置能接受的程序 编程方法分手工编程和自动编程两种 一般形状简单的零件数控线切割采用手工编程, 目前我国数控线切割机床常用的手工编程格式有 3B 4B ISO 格式

295 286 数控加工编程与操作 B 格式程序编制 我国早期数控线切割机床使用的是 5 指令 3B 格式编程, 一般用于高速走丝, 不能实现电极丝半径和放电间隙的自动补偿 1. 程序格式 指令格式为 :BX BY BJ GZ 其中 :B 叫分隔符号, 用它来区分 隔离 X Y 和 J 数值, B 后的数值如为 0, 则此 0 可不写, 但分隔符号 B 不能省略 G 为计数方向, 有 G x 和 G Y 两种 Z 为加工码, 有 12 种, 即 L 1 L 2 L 3 L 4 NR l NR 2 NR 3 NR 4 SR l SR 2 SR 3 SR 4 加工圆弧时, 程序中的 X Y 必须是圆弧起点对其圆心的坐标值 加工斜线时, 程序中的 X Y 必须是该斜线段终点对其起点的坐标值, 斜线段程序中的 X Y 值允许把它们同时缩小相同的倍数, 只要其比值保持不变即可, 因为 X Y 值只用来确定斜线的斜率, 但 J 值不能缩小 对于与坐标轴重合的线段, 在其程序中的 X 或 Y 值, 均可不必写出或全写为 0, 但分隔符号 B 必须保留 X,Y 坐标值为绝对值, 单位为 μm,1μm 以下的按四舍五入计 2. 计数方向 G 和计数长度 J (1) 计数方向 G 及其选择按 x 轴方向 y 轴方向计数, 分为 G x G Y 两种 它确定在加工直线或圆弧时按哪个坐标轴方向取计数长度值 在加工直线时规定终点接近 x 轴时应取 G x, 终点接近 y 轴时应取 G Y 加工圆弧时终点接近 x 轴时应取 G Y, 接近 y 轴时应取 G x 这样设定的原因在于, 加工直线时终点接近 x 轴, 即进给的 X 分量多,x 轴走几步,y 轴才走一步 用 x 轴计数不致于漏步, 可保持较高的精度 而圆弧的终点接近 x 轴时线段趋于垂直方向, 即 y 轴走几步,x 轴才走一步, 因此用 Y 计数能保持较高的精度, 如图 6-15 所示 图 6-15 计数方向的决定 图 6-16 直线 J 的确定

296 第 6 章数控线切割编程与加工操作 287 (2) 计数长度 J 的确定当计数方向确定后, 计数长度 J 应取计数方向从起点到终点移动的总距离, 即圆弧或直线段在计数方向坐标轴上投影长度的总和 对于斜线, 如图 6-16(a) 取 J=x e, 如图 6-16(b) 取 J=y e 即可 对于圆弧, 它可能跨越几个象限, 如图 6-17 的圆弧都是从 A 加工图 6-17 圆弧 J 的确定到 B, 图 (a) 为 G x,j=j xl +J x2 ; 图 (b) 为 G Y,J=J yl +J y2 +J y3 (3) 加工指令 Z 加工指令是用来确定轨迹的形状 起点 终点所在坐标象限和加工方向的, 它包括直线插补指令 (L) 和圆弧插补指令 (R) 两类 圆弧插补指令 (R) 根据加工方向又可分为顺圆插补 (SR l SR 2 SR 3 SR 4 ) 和逆圆插补 (NR l NR 2 NR 3 NR 4 ), 字母后面的数字表示该圆弧的起点所在象限, 如 SR l 表示顺圆弧插补, 其起点在第一象限 如图 6-18(a) (b) 所示 注意 : 坐标系的原点是圆弧的圆心 直线插补指令 (L l L 2 L 3 L 4 ), 表示加工的直线终点分别在坐标系的第一 二 三 四象限 ; 如果加工的直线与坐标轴重合, 根据进给方向来确定指令 (L l L 2 L 3 L 4 ) 如图 6-18(c) (d) 所示 注意 : 坐标系的原点是直线的起点 图 6-18 直线和圆弧加工指令 例如 : 起点为 (2, 3), 终点为 (7, 10) 的直线的 3B 指令是 :B5000 B7000 B7000 G Y L 1 ; 半径为 9.22, 圆心坐标为 (0,0), 起点坐标为 (-2, 9), 终点坐标为 (9, -2) 的圆弧 3B 指令是 :B2000 B9000 B25440 G Y NR 2 例 6-1 试用 3B 格式编写如图 6-19 所示轨迹的程序, 切割路线为 :A B C D E, 不考虑切入路线的程序 编制程序如下 : BBB40000GxL l (A B)

297 288 数控加工编程与操作 B1 B9B90000G Y L 1 (B C) B30000B40000B60000G x NR l (C D) B1B9B90000G Y L 4 (D E) D ( 停机 ) 3. 标注公差尺寸的编程计算 根据大量的统计表明, 线切割加工后的实际尺寸大部分是在公差带的中值附近 因此对标注有公差的尺寸, 应采用中差尺寸编程 其计算公式为 : 中差尺寸 = 基本尺寸 +( 上偏差 + 下偏差 )/2 0 例如 : 半径 R 的中差尺寸为 :20+(0-0.02)/2=19.99 图 6-19 编程图形实际加工和编程时, 要考虑钼丝半径 r 丝和单边放电间隙 δ 电的影响 对于切割凹体, 应将编程轨迹减小 (r 丝 +δ 电 ), 切割凸体, 则应偏移增大 (r 丝 +δ 电 ) 切割模具时, 还应考虑凸凹模之间的配合间隙 δ 隙 4. 间隙补偿量的确定 在数控线切割加工时, 控制装置所控制的是电极丝中心轨迹, 如图 6-20 所示 ( 图中双点画线为电极丝中心轨迹 ), 加工凸模时电极丝中心轨迹应在所加工图形的外面 ; 加工凹模时, 电极丝中心轨迹应在要求加工图形的里面 工件图形与电极丝中心轨迹间的距离, 在圆弧的半径方向和线段的垂直方向都等于间隙补偿量 f (1) 间隙补偿量的符号可根据在电图 6-20 电极丝中心轨迹极丝中心轨迹图形中圆弧半径及直线段法线长度的变化情况来确定 对于圆弧, 当考虑电极丝中心轨迹后, 其圆弧半径比原图形半径增大时取 +f, 减小时取 -f; 对于直线段, 当考虑电极丝中心轨迹后, 使该直线段的法线长度 P 增加时取 +f, 减小时则取 -f, 如图 6-21 所示 (2) 间隙补偿量的算法加工冲模的凸 凹模时, 应考虑电极丝半径, 丝 电极丝和工件之间的单边放电间隙 δ 电及凸模和凹模间的单边配合间隙 δ 配 当加工冲孔模具时 ( 即冲后要求保证工件孔的尺寸 ), 凸模尺寸由孔的尺寸确定 因 δ 配在凹模上扣除, 故凸模的间隙补偿量 f 凸 =r 丝 +δ 电, 凹模的间隙补偿量 f 凹 =r 丝 +δ 电 -δ 配 当加工落料模时 ( 即冲后要求保证冲下的工件尺寸 ), 凹模尺寸由工件尺寸确定 因 δ 配在凸模上扣除, 固凸模的间隙

298 第 6 章数控线切割编程与加工操作 289 补偿量 f 凸 =r 丝 +δ 电 -δ 配, 凹模的间隙补偿量 f 凹 =r 丝 +δ 电 图 6-21 间隙补偿量的符号判别 例 6-2 编制加工如图 6-22 所示零件的凹模和凸模线切割程序 已知该模具为落料模,r 丝 =0.065,δ 电 =0.0l,δ 配 =0.01 (1) 编制凹模程序因该模具为落料模, 冲下的零件尺寸由凹模决定, 模具配合间隙在凸模上扣除, 故凹模的间隙补偿量为 : f 凹 =r 丝 +δ 电 = ( ) mm=0.075 mm 图 6-23 中点画线表示电极丝中心轨迹, 此图对 x 轴上下对称, 对 y 轴左右对称 因此, 只要计算一个点, 其余三个点均可由对称得到, 通过计算可得到各点的坐标为 : O l (0,7);O 2 (0,-7);a(2.925,2.079);b(-2.925,2.079); c(-2.925,-2.079);d(2.925,-2.079) 若将穿丝孔钻在 O 处, 切割路线为 :O a b c d a 图 6-22 冲裁加工零件图 O, 程序编制如下 : B2925B2079B2925G x L 1 (O a) B2925B4921 B17050G x NR 4 (a b) BBB4158G Y L 4 (b c) B2925B4921 B17050G x NR 2 (c d) BBB4l58GYL 2 (d a) B2925B2079B2925G x L 3 (a O) D (2) 编制凸模程序见图 6-24, 凸模的间隙补偿量,f 凸 =r 丝 +δ 电 -δ 配 = ( ) mm=0.065 mm, 计算可得到各点的坐标为 :

299 290 数控加工编程与操作 O l (0,7);O 2 (0,-7);a(3.065,2);b(-3.065,2);c(-3.065,-2);d(3.065,-2) 图 6-23 凹模电极丝中心轨迹 图 6-24 凸模电极丝中心轨迹 切割路线为 : 加工时先沿 L l 切入 5 mm 至 b 点, 沿凸模按逆时针方向切割回 b 点, 再沿 L 3 退回 5mm 至起始点 程序如下 : BBB5000G x L 1 ( 沿 L 1 切入 5 mm 至 b 点 ) BBB4000G Y L4 (b c) B3065B5000B17330G x NR 2 (c d) BBB4000G Y L 2 (d a) B3065B5000B17330G x NR 4 (O b) BBB5000G x L 3 ( 沿 L 3 退回 5 mm 至起始点 ) D B 格式程序编制 所谓 4B 格式法, 就是直线和圆弧 圆弧和圆弧相交时仍要加过渡圆, 而直线和直线相交时不加过渡圆, 只在前增加一个参数 R, 形成 4B 指令, 即可以说它具有电极丝间隙自动补偿功能 这种方法用于一些不适合直线间加过渡圆的工件加工 4B 程序格式 :BX BY BJ BR GD (DD) Z 其中 :B X Y J G Z 与 3B 相同 R 所要加工圆弧的半径, 对于加工图形的尖角, 一般取 R=0.1mm 的过渡圆弧编程 半径增大时为正补偿, 减少时为负补偿

300 第 6 章数控线切割编程与加工操作 291 D(DD) 凸 ( 凹 ) 圆弧 ISO 格式程序编制低速走丝线切割机床常常采用国际上通用的 ISO 格式 表 6-3 为该机床使用的 IS 代码及其含义 表 6-3 数控线切割机床的指令代码 代码 含 义 代码 含 义 % 程序开始 M22 不带电极丝的定位 N 程序号 M61 腐蚀起始孔 /N 可跳过的程序段 M62 切丝 X± 带符号的 X 轴上的增量 M63 穿丝 Y± 带符号的 Y 轴上的增量 M64 在 0 方向上找中心 I± 圆心在 X 轴方向上的相对距离 ( 带符号 ) M65 在 45 方向上找中心 J± 圆心在 Y 轴方向上的相对距离 ( 带符号 ) M66 在 +x 轴方向上接触感知, 进行边沿定位 Q± 电极丝的轴向倾角 ( 带符号 ) M67 在 -x 轴方向上接触感知, 进行边沿定位 R± 电极丝的前向倾角 ( 带符号 ) M68 在 +y 轴方向上接触感知, 进行边沿定位 G01 直线插补 M69 在 -y 轴方向上接触感知, 进行边沿定位 G02 顺圆插补 M90 阅读到终止指令, 人工重新启动 G03 逆圆插补 M94 阅读到终止指令, 自动重新启动 G40 无补偿的插补 M95 外围装置的指令 G41 生成圆锥或圆柱的圆弧插补 M96 外围装置的指令 G42 带有 Q 和 R 的直线插补 M97 外围装置的指令 G43 补偿量和圆锥寄存器的启动 M98 外围装置的指令 G44 用补偿量和圆锥曲线 ( 双曲线 ) 的插补 M99 复位 x-y 的相关示数 G45 补偿量和双曲线 ( 圆锥 ) 的重新设置 T00~T99 调用电源寄存器 M00 程序停止 S00~S99 调用电极丝和冲洗寄存器 M02 程序结束 D01~D99 调用补偿寄存器 M21 带电极丝的定位 P01~P99 调用锥度角寄存器 1. 直线插补指令 (G01) 该指令可使机床加工任意斜率的直线轮廓 格式 :G01 X± Y±

301 292 数控加工编程与操作 说明 :X Y 为目标点对前一点的相对坐标值 2. 圆弧插补指令 (G02 G03) G02 为顺圆弧插补加工指令,G03 为逆圆弧插补加 工指令 格式 :G02 X± Y± I± J± G03 X± Y± I± J± 说明 :X Y 表示圆弧终点相对圆弧起点坐标 ;I J 分别表示圆心相对圆弧起点在 x 方向和 y 方向的增量 坐标 编辑 ISO 代码时, 应注意所输入的数据都必须是六 位整数, 单位为 μm, 不够六位时在最高位前加 0 补 足 所用字母必须是大写形式 图 6-25 凸模 例 6-3 切割如图 6-25 所示凸模, 路径为 : A B C D E F G N I J K B A 加工程序 : %N001 M63 ( 程序开始, 穿丝 ) N002 D01 P01 S01 T01 G43 ( 寄存器的定义及启动 ) N003 G01 X G44 ( 启动补偿寄存器, 切割直线 BC) N004 G01 Y G40 ( 引入切割, 无补偿的插补 ) N005 G03 X Y J G44 ( 切割圆弧 CD) N006 G01 Y ( 切割直线 DE) N007 G03 X Y I ( 切割圆弧 EF) N008 G01 X ( 切割直线 FG) N009 G03 X Y J ( 切割圆弧 GH) N010 G01 Y ( 切割直线 HI) N011 G03 X Y I ( 切割圆弧 IJ) N012 G01 X ( 切割直线 JK) /N013 M00 ( 选择性停止 ) N014 G01 X ( 直线 KB 分离切割 ) N015 G01 X G44 ( 虚拟语句,X 后数字任意 ) N016 G01 Y G40 M21 ( 退出切割回起割点 ) N017 G45 ( 补偿量的重新设置 ) N018 M02 ( 程序结束 )

302 第 6 章数控线切割编程与加工操作 293 程序说明 : 1 N003 和 N004 为倒装语句,N003 为切割第一元素程序段, 而 N004 为引入切割程序段 该系统要求引入切割程序段必须放在切割第一元素程序段的后面 2 N015 程序段为虚拟语句, 表示切割型线已完成 在该语句前一程序段已完成整个型线的切割 该语句的走向必须与前一程序段的走向一致, 坐标值任意指定, 系统执行该程序段时并不产生坐标移动 3 执行 N013 程序段时程序停止, 操作者可用 501 粘接住工件后, 方可执行下一程序段, 以防止工件脱落不能满足图 6-26 凹模加工要求 4 D01 中设置的偏移量应为正值 ( 逆时针方向切割时, 凸模的补偿为正 ) 例 6-4 切割如图 6-26 所示 φ10 内孔, 切割路径 :A B C D B A, 编制加工程序 加工程序如下 : %N001 M63 ( 程序开始, 穿丝 ) N002 D01 S01 T01 P11 G43 ( 寄存器的定义及启动 ) N003 G02 X Y I J G44 (BC) N004 G01 X Y G40 (AB) N005 G02 X Y J G44 (CD) /N006 M00 ( 选择性停止 ) N007 G02 X Y J (DB) N008G01 X Y G44 ( 虚拟语句 ) N009 G01 Y G40 (BA) N010 G45 ( 补偿量的重新设置 ) N011 M02 ( 程序结束 ) 程序说明 : 1 N003 和 N004 程序段为倒装语句 2 程序中前置量设为 3 mm, 执行 N006 程序段时程序停止, 操作者可用强力磁铁吸住脱落件后, 再执行下一程序段, 这样可防止脱落件掉下砸伤工作台面 3 D01 中设置的偏移量应为负值 ( 逆时针方向切割时, 凹模的补偿为负 ) 数控线切割自动编程 由于计算机技术的飞速发展, 很多厂家新出售的数控线切割机床都有微机编程系统

303 294 数控加工编程与操作 微机编程系统类型比较多, 按输入方式不同, 大致可分为 : (1) 数控语言式输入 (2) 采用中文或西文菜单人机对话输入 (3) 采用 AUTOCAD 方式输入 (4) 采用鼠标器按图形标注尺寸输入, 绘图法输入 (5) 用数字化仪输入 (6) 用扫描仪输入等 利用上述方式之一输入工件图样尺寸之后, 通过计算机内部的应用软件处理转换成线切割程序 (3B 或 ISO 代码等 ), 可在 CRT 屏幕上显示程序和图形, 并可打印出程序清单或图形, 或打出穿孔纸带 或录写成磁带 磁盘, 现在则往往将数控程序通过通信接口由编程计算机直接传输给线切割机床的控制器, 节省了纸带 磁带等中间环节, 减少了差错 各厂家生产的自动编程系统型号繁多, 千差万别, 具体可参见其使用说明书, 现对几种主要的自动编程系统的特点作介绍 1. 语言式微机编程系统 人机对话式系统虽然易学, 但使用时微机不断地提问, 操作人员需要根据微机的提问逐个输入几何参数, 很烦琐 语言式系统是指人把零件的源程序编好后, 一次就输入微机中, 没有人机对话的烦琐, 但在源程序中除了几何元素定义语句之外, 还要输入描述切割路线的语句以及间隙补偿 旋转 对称等语句 所以在使用语言式编程系统时, 需要记忆的语句量比较多 改进后的语言式编程系统, 采用了一些几何元素定义语句, 因而大幅度地减少了微机的提问, 又省去了一般语言式描述切割路线的语句, 对于所切割工件图形上的线也不必逐条加以定义, 使编程工作很简捷, 学起来也较容易, 且在输入几何元素定义语句过程中, 能及时显示计算结果, 容易立即发现和纠正输入时的错误, 当操作上发生错误时, 微机能及时显示错误信息, 提醒及时更正错误, 所以使用起来比较方便灵活 为了把图样中的信息和加工路线输入计算机, 要利用一定的自动编程语言 ( 数控语言 ) 来表达, 构成源程序 源程序输入后, 必要的处理和计算工作则依靠应用软件 ( 针对数控语言的编译程序 ) 来实现 自动编程中的应用软件 ( 编译程序 ) 是针对数控编程语言开发的, 所以研制合适的语言系统是重要的先决条件 从 20 世纪 70 年代初起, 我国研制了多种自动编程软件 ( 包括数控语言和相应的编译程序 ), 如 XY SKX-1 SXZ-1 SB-2 SKG XCY-1 SKY CDL TPT 等 通常经后置处理可按需要显示或打印出 3B( 或 4B 5B 扩展型 ) 格式的程序清单, 或由穿孔机制出数控纸带 在国际上主要采用 APT 数控编程语言, 但一般根据线切割机床控制的具体要求作了适当简化, 使语言表达更为简单 直观 便于掌握 ; 输出的程序格式为 ISO 或 EIA

304 第 6 章数控线切割编程与加工操作 人机对话输入式微机编程系统 最早是英文人机对话, 现在用中文人机对话, 显示屏幕上依次用中文提问并加上适当的解释, 突破了以往编程机采用数控语言编程或采用 英文代号 提问的缺陷, 从而免去了编程人员需记忆大量的代号含义及符号规则 具有多种直线输入定义格式和圆弧输入定义格式 ; 具有点切线, 公切线 切角线, 过渡圆 ( 即二切圆 ), 三切圆的特别处理功能 ; 具有列表点非圆曲线的自动编程功能等 人机对话输入式的数控编程系统, 特点是直观易懂, 不需记忆很多语句指令, 逐条人机问答对话, 初学时容易入门, 但使用长了就会觉得繁琐 目前单纯的人机对话输入方式已较少 3. 绘图式线切割自动编程系统 工件图样都是由点 线 圆 ( 圆弧 ) 等组成的, 为此绘图式编程系统可以在计算机屏幕上用鼠标器绘出 : 点 线 圆 ( 圆弧 ) 以及作交线 切线 内外圆 椭圆 抛物线 双曲线 阿基米德螺旋线 渐开线 摆线 齿轮等非圆曲线和列表曲线 只要按工件图样上标注的尺寸用鼠标器和光标在计算机屏幕上作图输入, 即可完成自动编程, 输出 3B 或 ISO 代码切割程序, 无需硬记编程语言规则, 过程直观明了, 易于学习 掌握, 应用日益广泛 国内开发最早, 应用较多的有 YH 绘图式自动编程系统等 4. 用扫描仪输入的微机自动编程系统 由于近年来扫描仪性能的不断完善, 价格的不断降低, 很多厂商都在原微机自动编程系统中增加用扫描仪输入图形, 而后通过应用软件将图形信息进行 矢量化 等处理成为 一笔画, 最后转换成 3B ISO 等代码的数控线切割程序, 特别适合于字体 工艺美术图案等线条外形复杂而精度要求又不是很高的曲线的编程 我国苏州市开拓电子技术公司的 YH 线切割绘图式自动编程系统 北京北航海尔软件有限公司的 CAXA 线切割编程系统超强版 温州飞虹电子仪器厂的 XBK 系列线切割编程控制系统 宁波傲强电子机械有限公司的 PM-A95 辅助设计型线切割自动编稗软件, 以及重庆华明光电子技术研究所等的 HGD 线切割数控编程软件, 都在原编程功能的基础上增加了图形扫描输入的自动编程功能, 大大地增强了编程的适应能力 值得指出的是, 目前国内外很多知名的线切割机床生产厂 研究所等生产的一些数控线切割机床 ( 包括低速走丝线切割机床和部分高速走丝线切割机床 ), 本身已具有多种自动编程的功能, 或做到控制机与编程机合二为一, 在控制加工的同时, 可以 脱机 进行自动编程

305 296 数控加工编程与操作 6.4 综合编程实例与加工操作 数控线切割机床基本操作步骤 在对零件进行线切割加工时, 必须正确地确定工艺路线和切割程序, 包括对图纸的审核及分析, 加工前的工艺准备和工件的装夹, 程序的编制, 加工参数的设定和调整以及检验等步骤 1. 数控线切割机床一般工作过程 (1) 分析零件图, 确定装夹位置及走刀路线 (2) 编制程序单, 传输程序 (3) 检查机床, 调试工作液, 找正电极丝, 装夹工件并找正 (4) 调节电参数 形参数 (5) 切割零件, 检验 分析零件图是保证加工工件综合技术指标满足要求的关键, 一般应着重考虑是否满足线切割工艺条件 ( 如工件材料性质 尺寸大小和厚度等 ), 同时考虑所要求达到的加工精度 确定装夹位置及走刀路线 : 装夹位置要合理, 防止工件翘起或低头 ; 切割点应取在图形的拐角处, 或在容易将凸尖修去的部位 走刀路线要防止或减少零件的变形, 一般选择靠近装夹位置的一边图形最后切割 编制程序单 : 生成代码程序后一定要校核代码, 仔细检查图形尺寸 调试机床 : 调整电极丝的垂直度及张力, 调整电参数, 必要时试切检验 2. 数控线切割机床操作步骤 (1) 开机 按下电源开关, 接通电源 (2) 将加工程序输入控制机 (3) 开运丝 按下运丝开关, 让电极丝空运转, 检查电极丝抖动情况和松紧程度 若电极丝过松, 则应充分且用力均匀紧丝 (4) 开水泵, 调整喷水量 开水泵时, 请先把调节阀调至关闭状态, 然后逐渐开启, 调节至上下喷水柱包容电极丝, 水柱射向切割区即可, 水量不必过大 上线架底面前部有一排水孔, 经常保持畅通, 避免上线架内积水渗入机床电器箱内 (5) 开脉冲电源选择电参数 应根据对切割效率 精度 表面粗糙度的要求, 选择最佳的电参数, 电极丝切入工件时, 先将脉冲间隔拉开, 待切入后, 稳定时再调节脉冲间隔, 使加工电流满足要求 (6) 开启控制机, 进入加工状态 观察电流表在切割过程中, 指针是否稳定, 精心调节, 切忌短路

306 第 6 章数控线切割编程与加工操作 297 (7) 加工结束后应先关闭水泵电机, 再关闭运丝电机, 检查 X Y 坐标是否到终点 到终点时, 拆下工件, 清洗并检查质量 ; 未到终点应检查程序是否有错或控制机有否故障, 及时采取补救措施, 以免工件报废 机床电气操纵面板和控制面板上都有红色急停按钮开关, 加工工件过程中若有意外情况, 按下此开关即可断电停机 3. 注意事项 电火花线切割加工与电火花成形加工原理一样, 且其加工电流较小, 并且使用乳化液工作液, 一般情况下不会发生火灾, 而且也基本没有废气产生, 因此, 主要是注意电气安全 电火花线切割加工也是直接利用电能使金属蚀除的工艺, 使用的机床及电源上设有强电及弱电回路, 除有与一般机床相同的用电安全要求外, 对接地 绝缘 稳压还有一些特殊要求 (1) 电源 ( 或控制柜 ) 外壳 油箱外壳要妥善接地, 防止人员触电, 并起到抗干扰 电磁屏蔽的作用 (2) 加工中, 禁用裸手接触加工区任何金属物体, 若调整冲液装置必须停机进行, 保障操作人员及电极 工件的安全 不在工作箱内放置不必要或暂不使用的物品, 防止意外短路 (3) 稳压电源的进线, 加装稳压及滤波环节, 提高抗干扰能力, 减少对外电磁污染 (4) 加工时人不能离开机床, 随时注意工作液是否溢出 (5) 装卸工件时特别小心, 避免碰断电极丝 典型零件的线切割加工实例 在对零件进行线切割加工时, 必须正确地确定工艺路线和切割程序, 包括对图纸的审核及分析, 加工前的工艺准备和工件的装夹, 程序的编制, 加工参数的设定和调整以及检验等步骤 例 6-5 按照技术要求, 完成图 6-27 所示平面样板的加工 (1) 零件图工艺分析经过分析图纸, 该零件尺寸要求比较严格, 但是由于原材料是 2 mm 厚的不锈钢板, 因此装夹比较方便 编程时要注意偏移补偿的给定, 并留够装夹位置 (2) 确定装夹位置及走刀路线为了减小材料内部组织及内应力对加工精度影响, 要选择合适的走刀路线, 如图 6-28 所示

307 298 数控加工编程与操作 图 6-27 平面样板 图 6-28 装夹位置 (3) 编制程序单 1 利用 CAXA 线切割 V2 版绘图软件绘制零件图 2 生成加工轨迹并进行轨迹仿真 生成加工轨迹时, 注意穿丝点的位置应选在图形的角处, 减小累积误差对工件的影响 3 生成 G 代码程序 G 代码程序如下 : %( 例 6-5.ISO,03/13/05,13:20:49) G92 X16000 Y G01 X16100 Y G01 X Y G01 X Y-521 G01 X-9518 Y11353 G02 X-6982 Y J-703 G01 X-5043 Y7856 G03 X-3207 Y J509 G01 X-1268 Y11353 G02 X1268 Y J-703 G01 X3207 Y7856 G03 X5043 Y J509 G01 X6982 Y11353 G02 X9518 Y J-703 G01 X16100 Y-521

308 第 6 章数控线切割编程与加工操作 299 G01 X16100 Y G01 X16000 Y M02 (4) 调试机床调试机床应校正钼丝的垂直度 ( 用垂直校正仪或校正模块 ), 检查工作液循环系统及运丝机构工作是否正常 (5) 装夹及加工 1 将坯料放在工作台上, 保证有足够的装夹余量 然后固定夹紧, 工件左侧悬置 2 将电极丝移至穿丝点位置, 注意别碰断电极丝, 准备切割 3 选择合适的电参数, 进行切割 此零件作为样板要求切割表面质量, 而且板比较薄, 属于粗糙度型加工, 故选择切割参数为 : 最大电流 3; 脉宽 3; 间隔比 4; 进给速度 6 加工时应注意电流表 电压表数值应稳定, 进给速度应均匀 例 6-6 按照技术要求, 完成图 6-29 所示内花键扳手零件的加工 (1) 零件图工艺分析此零件尺寸要求精度不高, 但内外两个型面都要加工, 有一定的位置要求 (2) 确定装夹位置及走刀路线此零件毛坯料为 100 mm 32 mm 6 mm 板料, 为防止工件翘起或低头, 装夹采用两端支承方式 走刀路线是先切割内花键然后再切割外形轮廓 如图 6-30 所示 花键类型内花键模数 1.5 压力角 30 齿数 12 图 6-29 内花键扳手零件 图 6-30 零件装夹位置 (3) 根据图纸所给参数, 编制程序单生成切割轨迹时, 注意穿丝点的位置 ; 可以用轨迹跳步

309 300 数控加工编程与操作 生成 G 代码如下 : %( 例 6-6.ISO,12/20/04,16:21:16) G92 X0 Y0 G01 X-9936 Y490 G02 X-8178 Y1299 I2769 J-3702 G03 X-8018 Y1460 I-37 J197 G02 X-7674 Y2745 I8018 J-1460 G03 X-7732 Y2964 I-188 J67 G02 X-8850 Y4544 I3131 J3401 G02 X-8844 Y4721 I183 J83 G02 X-8510 Y J-4721 G02 X-8360 Y5392 I170 J-106 G02 X-6433 Y J-4590 G03 X-6214 Y J189 G02 X-5273 Y6214 I6214 J-5273 G03 X-5214 Y6433 I-130 J153 G02 X-5392 Y8360 I4412 J1379 G02 X-5299 Y8510 I199 J-20 G02 X-4721 Y8844 I5299 J-8510 G02 X-4544 Y8850 I94 J-177 G02 X-2964 Y7732 I-1821 J-4249 G03 X-2745 Y7674 I152 J130 G02 X-1460 Y8018 I2745 J-7674 G03 X-1299 Y8178 I-36 J197 G02 X-490 Y9936 I4511 J-1011 G02 X-334 Y J-116 G02 X334 Y10019 I334 J G02 X490 Y9936 I-7 J-199 G02 X1299 Y8178 I-3702 J-2769 G03 X1460 Y8018 I197 J37 G02 X2745 Y7674 I-1460 J-8018 G03 X2964 Y7732 I67 J188 G02 X4544 Y8850 I3401 J-3131 G02 X4721 Y8844 I83 J-183 G02 X5299 Y8510 I-4721 J-8844

310 G02 X5392 Y8360 I-106 J-170 G02 X5214 Y6433 I-4590 J-548 G03 X5273 Y J-66 G02 X6214 Y5273 I-5273 J-6214 G03 X6433 Y5214 I153 J130 G02 X8360 Y5392 I1379 J-4412 G02 X8510 Y5299 I-20 J-199 G02 X8844 Y4721 I-8510 J-5299 G02 X8850 Y4544 I-177 J-94 G02 X7732 Y2964 I-4249 J1821 G03 X7674 Y2745 I130 J-152 G02 X8018 Y1460 I-7674 J-2745 G03 X8178 Y1299 I197 J36 G02 X9936 Y490 I-1011 J-4511 G02 X10019 Y334 I-116 J-163 G02 X10019 Y-334 I J-334 G02 X9936 Y-490 I-199 J7 G02 X8178 Y-1299 I-2769 J3702 G03 X8018 Y J-197 G02 X7674 Y-2745 I-8018 J1460 G03 X7732 Y-2964 I188 J-67 G02 X8850 Y-4544 I-3131 J-3401 G02 X8844 Y-4721 I-183 J-83 G02 X8510 Y-5299 I-8844 J4721 G02 X8360 Y-5392 I-170 J106 G02 X6433 Y-5214 I-548 J4590 G03 X6214 Y-5273 I-66 J-189 G02 X5273 Y-6214 I-6214 J5273 G03 X5214 Y-6433 I130 J-153 G02 X5392 Y-8360 I-4412 J-1379 G02 X5299 Y-8510 I-199 J20 G02 X4721 Y-8844 I-5299 J8510 G02 X4544 Y-8850 I-94 J77 G02 X2964 Y-7732 I1821 J4249 G03 X2745 Y-7674 I-152 J-130 第 6 章数控线切割编程与加工操作 301

311 302 数控加工编程与操作 G02 X1460 Y-8018 I-2745J17674 G03 X1299 Y J-197 G02 X490 Y-9936 I-4511 J1011 G02 X334 Y I-163J116 G02 X-334 Y I-334J10019 G02 X-490 Y-9936 I7J199 G02 X-1299 Y-8178 I3702 J2769 G03 X-1460 Y-8018 I-197J-37 G02 X-2745 Y-7674 I1460 J8018 G03 X-2964 Y-7732 I-67 J-188 G02 X-4544 Y-8850 I-3401 J3131 G02 X-4721 Y-8844 I-83 J183 G02 X-5299 Y-8510 I4721 J8844 G02 X-5392 Y-8360 I106 J170 G02 X-5214 Y-6433 I4590 J548 G03 X-5273 Y-6214 I-189 J66 G02 X-6214 Y-5273 I5273 J6214 G03 X-6433 Y-5214 I-153 J-130 G02 X-8360 Y-5392 I-1379 J4412 G02 X-8510 Y-5299 I20 J199 G02 X-8844 Y-4721 I8510 J5299 G02 X-8850 Y-4544 I177 J94 G02 X-7732 Y-2964 I4249 J-1821 G03 X-7674 Y-2745 I-130 J152 G02 X-8018 Y-1460 I7674 J2745 G03 X-8178 Y-1299 I-197 J-36 G02 X-9936 Y-490 I1011 J4511 G02 X Y-334 I116 J163 G02 X Y334 I10019 J334 G02 X-9936 Y490 I199 J-7 G01 X0 Y0 M21 M00 G00 X Y0 M00

312 第 6 章数控线切割编程与加工操作 303 M20 G01 X Y0 G02 X7416 Y11992 I14100 J0 G03 X37773 Y7788 I19934 J32234 G02 X37772 Y-7788 I2227 J-7788 G03 X7416 Y I J G02 X Y0 I-7416 J11992 G01 X Y0 M02 (4) 调试机床校正钼丝的垂直度, 检查工作液及运丝机构工作是否正常 (5) 装夹及加工将坯料放在工作台上, 保证有足够的装夹余量, 然后工件两端固定夹紧 ; 将电极丝抽出移至穿丝点位置, 穿入工艺孔中然后上好电极丝, 找正工件, 准备切割 选择合适的电参数, 进行切割 切割好内花键后, 卸丝, 移至外形轮廓的穿丝点处, 再穿丝加工 数控线切割加工实训 完成图 6-31 所示零件的 G 代码和 3B 代码编程, 正确操作数控线切割机床, 进行零件 的加工 该零件是个外接圆半径为 20 的五角星, 从 S 点起切, 加工成凸模 为方便编程, 给出 了各点 O 1 O 10,A 1 A 10,B 1 B 10 及 S 点在 XOY 直角坐标系内的坐标如下 S(30,0) A 1 :( ,-0.951) B 1 :(17.073,0.951) O 1 :(16.764,0) A 2 :(6.871,4.266) B 2 :(6.180,5.217) O 2 :(7.180,5.217) A 3 :(6.180,15.943) B 3 :(4.371,16.531) O 3 :(5.180,15.943) A 4 :(-1.934,7.853) BB4:(-3.052,7.489) O 4 :(-2.743,8.441) A 5 :( ,10.805) B 5 :( ,9.266) O 5 :( ,9.854) A 6 :(-8.066,0.558) BB6:(-8.066,-0.588) O 6 :(-8.875,0) A 7 :( ,-9.266) B 7 :( , ) O 7 :( ,-9.854) A 8 :(-3.052,7.490) B 8 :(-1.934,-7.853) O 8 :(-2.743,-8.441) A 9 :(4.731, ) B 9 :(6.180, ) O 9 :(5.183, ) A 10 :(6.180,-5.217) B 10 :(6.871,-4.266) O 10 :(7.180,-5.217)

313 304 数控加工编程与操作 图 6-31 加工零件轮廓 1 加工前的准备工作如下 : 检查储丝筒运动 导轮运动 工作台往复运动是否灵活 根据工件厚薄调整好上下丝架的距离 安装工件, 夹具 工件 工作台面要仔细做好清洁工作, 紧固夹具, 校正工件后, 将工件夹紧 根据工件调整好高频参数, 开启高频电源及控制器电源 2 加工操作如下 : 开启计算机, 进入线切割自动控制画面, 显示系统菜单 输入程序, 进行模拟加工, 检验编程是否正确, 若显示图形不正确需修改程序 进行联机及加工操作, 注意观察加工时机床的运行状态 加工完成后, 卸去工件, 注意不要将钼丝碰伤 碰断 ; 关断高频电源及控制器电源 ; 打扫清理机床, 将工具放回原处 6.5 复习思考题 1. 简述数控电火花线切割加工原理

314 第 6 章数控线切割编程与加工操作 数控电火花线切割的主要特点有哪些? 3. 高速与低速走丝线切割机床的主要区别有哪些? 4. 线切割加工的主要工艺指标有哪些? 5. 某一液压马达用补偿板加工要求如图 6-31 所示, 切割类型为内孔主切一遍 外轮廓主切一遍, 修切二遍, 在点 5 点 16 处钻穿丝孔 试用自动编程方式实现补偿板的加工 (ISO 代码编制 ) 图 6-31 补偿板图

315 第 7 章自动编程与 DNC 简介 7.1 自动编程概述 数控加工程序的编制, 有手工编程与自动编程两种方式 由于手工编程的整个过程都是由人工完成的, 对于那些形状复杂 具有非圆曲线 列表曲线轮廓的零件, 或数值计算繁琐 程序量很大的零件, 手工编程是难以胜任的, 这时必须采用自动编程 一般而言, 对于简单或规则的表面加工编程并不需要借助 CAD/CAM 系统, 可在加工中心的操作面板上直接输入指令代码进行, 只有在加工具有复杂曲面或具有不规则曲线轮廓的零件时, 才真正需要引入自动编程系统 自动编程的基本形式 现代 CAD/CAM 技术的发展和进步, 使得数控加工的自动编程方法和过程发生了很大变化 根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同, 自动编程分为以自动编程语言 (APT 语言 ) 为基础的自动编程方法和以计算机绘图为基础的自动编程方法, 即语言式自动编程和交互式图形自动编程 (CAM 自动编程 ) 1.APT 语言式自动编程 APT 编程是一种利用高级符号语言编制数控加工程序的方法 APT 语言是一种能对工件 刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动进行定义的接近于英语的符号语言 最初由美国麻省理工学院提出, 各个国家已有许多改进的版本, 但基本框架体系没有根本性的变化 用 APT 语言编程时, 编程人员根据零件图样及加工工艺用 APT 语言编写程序, 并把这种加工程序输入计算机, 经计算机的语言编译系统编译运算产生刀位文件, 再经过后置处理, 生成数控系统能接受的零件数控加工程序 在这个过程中, 编程人员只需用 APT 语言描述切削的工件轮廓的各几何元素及其相互关系 有关的工艺参数, 由计算机自动计算出走刀轨迹数据, 无需手工进行复杂 繁琐的数学计算, 并且省去了编写数控程序单 (NC 程序 ) 的工作量, 可将编程效率提高几倍到几十倍, 因而称为自动编程 早期的自动编程即是指 APT 语言编程

316 第 7 章自动编程与 DNC 简介 307 尽管如此, 采用 APT 语言的自动编程方法要求编程人员熟悉 APT 语言, 仍需手工编写并输入源程序, 难免存在人为的错误 在计算机技术高度发达的今天,CAD 应用已经普及, 零件的设计图样已完全计算机化, 使用 APT 语言进行数控加工编程已经显得十分落后 采用计算机辅助自动编程 (CAM 自动编程 ) 已经成为发展的趋势 2.CAM 自动编程 根据目前 CAD/CAM 软件系统的流派,CAM 自动编程技术可分为两种主要模式 : 基于特征的自动编程技术和基于曲面模型的自动编程技术 由于目前 CAM 系统在 CAD/CAM 中仍处于相对独立状态, 这两种自动编程技术都需在引入零件 CAD 模型中几何信息的基础上, 由人工交互添加被加工的具体对象 约束条件 刀具与切削用量, 因而其编程过程基本相同 采用 CAM 自动编程时, 编程人员首先要对零件图样进行工艺分析, 利用自动编程软件本身的自动绘图 CAD( 计算机辅助设计 ) 功能或 CAD 软件将工件图形数字化, 制作出 NC 加工程序 这种编程方法是编程人员根据屏幕菜单提示的内容反复与计算机对话, 选择菜单目录或回答计算机提问, 从零件图形的定义 走刀路线的确定到加工参数的选择, 整个过程都是在交互方式下完成的, 不存在什么编程语言问题 为了强调与 APT 语言自动编程的区别, 本书将这种图形交互方式的编程称为自动编程 自动编程的主要工作内容 自动编程的主要工作内容可以概括为以下几方面 : (1) 零件图样分析, 确定零件的加工工艺 编程时首先分析零件组成的几何要素与技术要求, 明确加工内容和对象, 确定加工方法, 选择使用的机床 夹具 刀具和切削工艺参数等, 制订切削加工工艺路线, 确定各种基准点 参考点和走刀路线 ( 进给路线 ) (2) 零件图形的数字化 使用各种 CAD/CAM 软件, 将零件图转化为线框模型 曲面特征模型或实体特征模型, 供计算机识别 应注意的是 : 如果不采用自动编程软件本身提供的功能制作零件模型, 则必须保证模型的文件格式能够被自动编程软件所识别和接受 (3) 给定初始条件, 生成与编辑刀具轨迹 向计算机输入初始条件, 计算机会自动生成加工轨迹 ; 根据实际加工状态对生成的轨迹进行裁剪 拼接等编辑处理, 形成刀具轨迹 (4) 生成加工程序 输入机床 刀具 切削用量等工艺参数和各种编程指令代码, 计算机会根据已有的刀具轨迹自动生成是需要 NC 程序

317 308 数控加工编程与操作 7.2 自动编程的工作过程 零件的造型和建模工作是自动编程的基础 当我们按照零件的设计图制作出一个零件的三维模型后, 接下来的工作就是生成该零件的数控加工程序 自动编程 自动编程的步骤如下 : (1) 选择加工方式 (2) 确定加工参数, 包括机床参数 ( 切削参数 ) 毛坯参数 刀具参数 轨迹参数等 (3) 生成加工轨迹 (4) 轨迹编辑与仿真 (5) 后置处理 下面就步骤的基本内容作简单介绍 加工方式及其选择 所谓自动编程的加工方式, 指的是由毛坯到成品间, 由计算机自动计算确定其过渡形式 ( 刀具轨迹 ) 时所采用的切削方式 不同的自动编程软件, 给出的加工方式从名称到内容都有差别, 但总体看可分为两大类 : 曲面加工与孔加工方式, 每一类又分成多种不同方法 现对多数自动编程软件所有的加工方式简述如下 1. 曲面加工 (1) 粗加工方式粗加工的主要目的是修正毛坯误差, 去除大部分加工余量 因此, 要求采用的加工方式具有能够大余量切削 高效率的特性 目前所使用的主要有以下几种 : 1 轮廓加工固定轮廓加工以给定的某个固定轮廓线为刀具轨迹参照线, 刀具按给定的切削参数由上向下 ( 由右向左 ), 沿与该轮廓线相似的轨迹走刀, 层层切削 该方法效率比较高, 但精度较差 有些软件直接将其称为 粗加工 曲面轮廓加工以选定的某个曲面的轮廓线为刀具轨迹参照线, 刀具按给定的切削参数由上向下 ( 由右向左 ), 沿与该轮廓线相似的轨迹走刀, 层层切削 该方法粗加工精度较高, 但效率不如上一种 2 参数加工给定刀具轨迹的参考点或参考线, 刀具按给定的切削参数, 沿点或线所规定的轨迹走刀 该方法粗加工精度很高, 但每次邹到的切削量不能太大, 否则会影响生产率的提高 另外参数点和参考线的输入和计算比较麻烦, 所以只适用于零件形状简单或者零件模型有

318 第 7 章自动编程与 DNC 简介 309 相应的曲线做参考线的情况 (2) 精加工方式 1 曲面区域加工该方法是选定待加工的某个曲面, 给定走刀方式 ( 单向 环切 往复等方式 ) 后, 计算机按照输入的各类参数, 自动计算并形成刀具轨迹 该方法适合于单一表面加工 ( 单一复合表面也可以 ) 效率比较低, 精度和表面质量比较好 2 参数线加工该方法是选定待加工的某个区域中的各曲面, 给定走刀参数线和走刀方式 ( 单向 环切 往复等方式 ) 后, 计算机按照参数线和输入的各类参数, 自动计算并形成刀具轨迹 该方法适合于多个表面同时加工 效率比较高, 精度和表面质量比较好, 但设置比较麻烦 3 边界线加工该方法是选定待加工的某个区域中的各曲面, 给定走刀方式 ( 单向 环切 往复等方式 ) 和轨迹边界线后, 计算机按照输入的各类参数, 自动计算并形成刀具轨迹 该方法适合于大范围多表面加工, 设置比较简单, 效率比较低, 精度和表面质量比较差 除上述三种方式外, 近年来某些软件又发展出许多新的加工方式, 如 : 等高线加工 投影线加工等, 甚至逐渐引入某些人工智能 这些方式由于还不是很普及, 本书就不一一介绍了 2. 孔加工 该方法要求在给出孔加工模式, 包括钻孔 ( 扩孔 铰孔使用同一模式 ) 镗孔 反镗孔 深孔钻 攻丝等 位置点和孔深, 加工余量后, 计算机按照输入的各类参数, 自动计算并形成刀具轨迹 加工参数的确定 自动编程时需要选择的参数主要包括以下几类 : 切削用量 机床设置参数 毛坯描述参数 刀具参数和轨迹参数 切削用量的确定在本书的前几章已经详细阐述过了, 这里只对后几种参数的选择加以简要说明 1. 机床参数设置 机床参数包括机床速度参数和机床高度参数 (1) 机床速度参数数控机床的一些速度参数, 包括主轴转速 接近速度 进给速度和退刀速度 例如数控铣床的各种速度如图 7-1 所示

319 310 数控加工编程与操作 快速走刀 G00 切削 ( 进给速度 ) 起止高度 安全高度 接近速度走刀 加工图形 图 7-1 数控铣床的各种速度 退刀 ( 退刀速度 ) 1 主轴转速是切削时机床主轴转动的角速度 (r/min); 2 进给速度是正常切削时刀具行进的线速度 ; 3 接近速度为从安全高度切入工件前刀具行进的线速度, 又称进刀速度 ; 4 退刀速度为刀具离开工件回到安全高度时刀具行进的线速度, 在安全高度以上刀具行进的线速度取机床的 G00 速度值 5 行间连接速度 : 刀具从一行跨越到另一行的速度 行间连接速度应该小一点 有些刀具轨迹生成功能中没有行间连接速度的输入 这些速度参数的给定一般依赖于软件用户的经验, 原则上讲, 它们与机床本身 工件的材料 刀具材料 工件的加工精度和表面粗糙度要求等相关 速度参数与加工的效率密切相关 (2) 机床高度参数确定安全高度 起止高度和慢速下刀高度 安全高度和起止高度如图 7-2 所示 起止高度 安全高度 Z 工件最高点 图 7-2 安全高度与起止高度 1 安全高度指保证在此高度以上可以快速走刀不发生干涉的高度, 应高于零件的最大高度 2 起止高度指进退刀时刀具的初始高度, 起止高度应大于安全高度 3 慢速下刀高度 : 每一次下刀, 刀具都是快速运动 (G00), 当距下刀点某一距离值时, 刀具以接近速度下降 这个距离值称为慢速下刀高度

320 第 7 章自动编程与 DNC 简介 毛坯参数设置 各类软件要求的毛坯形式总结起来, 一般有以下几种 : (1) 参数毛坯 给定一些参考点的坐标, 作为毛坯的特定角点, 形成给定的长方体或圆柱体毛坯 (2) 轮廓毛坯 选定一些轮廓曲线, 围成毛坯轮廓 (3) 曲面毛坯 选定一些曲面, 围成毛坯轮廓 (4) 实体毛坯 建立一个毛坯的三维模型 3. 刀具参数设置 刀具参数设置主要包括刀具设置和进退刀参数设置 (1) 刀具设置 刀具名 : 刀具的名称, 用于刀具标识和列表 刀具名是惟一的 刀具号 : 刀具的系列号, 用于后置处理的自动换刀指令 刀具号惟一, 并对应机床的刀具库 刀具补偿号 : 刀具补偿值的序列号, 其值对应于机床的数据库 刀柄长度 : 刀具可夹持段的长度 刀柄宽度 ( 或直径 ): 刀具可夹持段的宽度 ( 或直径 ) 刀刃长度 : 刀具切削段的长度 刀尖半径 : 刀尖部分用于切削的圆弧半径 刀具角度 : 刀具的主要角度 (2) 进退刀参数设置 进刀方式 : 1 垂直 : 刀具在工件的第一个切削点处直接开始切削 2 强制 : 刀具从给定一个点向工件的第一个切削点前进 3 圆弧相切 : 刀具按给定半径, 以 1/4 圆弧向工件的第一个切削点前进 4 直线相切 : 刀具按给定长度, 以相切方式向工件的第一个切削点前进 退刀方式 : 1 垂直 : 刀具从工件的最后一个切削点直接退刀 2 强制 : 刀具从工件的最后一个切削点向给定一个点退刀 3 圆弧相切 : 刀具从工件的最后一个切削点按给定半径, 以 1/4 圆弧退刀 4 直线相切 : 刀具按给定长度, 以相切方式从工件的最后一个切削点退刀 4. 轨迹参数设置 (1) 下刀切入参数下刀切入方式如图 7-3 所示

321 312 数控加工编程与操作 垂直切入螺旋切入倾斜切入 图 7-3 下刀切入方式 下刀切入方式 : 1 垂直方式 : 在两个切削层之问刀具从上一层的高度直接切入工件毛坯 注意, 如果毛坯上没有钻孔, 使用垂直切入方式有可能撞坏刀具 2 螺旋方式 : 在两个切削层之间, 刀具从上一层的高度沿螺旋线以渐进的方式切入毛坯, 直到下一层的高度, 然后开始正式切削 用户可以通过控制螺旋线的螺旋半径及节距来控制刀具切入毛坯材料的角度 3 倾斜方式 : 在两个切削层之间, 刀具从上一层的高度沿斜线渐进切入工件毛坯, 直到下一层的高度, 然后开始正式切削 用户可以通过控制斜线的长度及节距来控制刀具切入毛坯材料的角度 用户还可以控制斜线与轨迹开始切削段的夹角 (2) 加工误差与步长刀具轨迹和实际加工模型的偏差即是加工误差 用户可通过控制加工误差来控制加工的精度 用户给出的加工误差是刀具轨迹同加工模型之间的最大允许偏差, 自动编程系统保证刀具轨迹与实际加工模型之间的偏离不大于加工误差 用户应根据实际工艺要求给定加工误差, 如在进行粗加工时, 加工误差可以较大, 否则加工效率会受到不必要的影响 而进行精加工时, 需根据表面要求等给定加工误差 在两轴加工中, 对于直线和圆弧的加工不存在加工误差, 加工误差指对 NURBS 线进行加工时用折线段逼近曲线时的误差 如图 7-4 所示 刀具轨迹 刀位点 加工模型 误差 步距刀具 图 7-4 加工误差与步长 在三轴加工中, 还可以用给定步长的方式控 残余高度 行距 加工图形 图 7-5 行距与残余高度

322 第 7 章自动编程与 DNC 简介 313 制加工的误差, 步长用来控制刀具进给方向上每两个刀位点之间的距离, 系统按用户给定的步长计算刀具轨迹, 同时系统对生成的刀具轨迹进行优化处理, 删除处于同一直线上的刀位点, 在保证加工精度的前提下提高加工的效率 因此用户给定的是加工的最小步距, 实际生成的刀具轨迹中的步长可能大于用户给定的步长 (3) 行距和残留高度及刀次行距指加工轨迹相邻两行刀具轨迹之间的距离 如图 7-5 所示 在三轴加工中, 由于行距造成的两刀之间一些材料未切削, 这些材料距切削面的高度即是残留高度 在加工时, 可通过控制残留高度来控制加工的精度 有时可通过指定刀具轨迹的行数及刀次来控制残留高度 (4) 走刀方式走刀方式是指刀具轨迹的连接方式, 一般有以下几种 : 1 单向走刀 : 刀具每完成一次走刀, 退到安全点再快速返回下一刀的起点, 再次走刀 数控车床多用此种方式 2 往复走刀 : 刀具每完成一次走刀, 反向继续走刀 3 环绕走刀 : 刀具以一种回旋曲线轨迹连续走刀 后置处理 后置处理就是结合特定机床把系统生成的二轴或三轴刀具轨迹转化成机床代码指令, 生成的指令可以直接输入数控机床用于加工, 这是自动编程系统的最终目的 后置处理的主要工作包括 : 后置处理设置 刀具轨迹的编辑与仿真 加工程序的生成 校核 编辑与输出等 1. 后置处理设置 考虑到程序的生成是针对不同的机床, 不同的数控系统, 必须将某机床特定的数控代码 数控程序格式及参数输入计算机, 并生成配置文件 生成数控程序时, 自动编程系统根据该配置文件的定义, 生成用户所需要的特定代码格式的加工指令 后置处理设置主要有如下参数 : 1 机床控制参数 : 主轴转速及方向 插补方法 刀具补偿 冷却控制 程序起停以及程序首尾控制符等 2 程序格式参数 : 针对特定的机床, 结合已经设置好的机床配置, 对后置输出的数控程序的格式, 如程序说明 换刀格式 程序行控制 程序段行号 程序大小 数据格式 编程方式 圆弧控制方式等内容进行设置 3 后置参数设置 : 包括程序段行号 程序大小 输出文件格式等

323 314 数控加工编程与操作 CAXA 制造工程师 的后置处理程序格式设置 : 程序格式设置就是对 G 代码各程序段格式进行设置 程序段 含义见 G 代码程序示例 用户可以对以下程序段进行格式设置 : 程序起始符号 程序结束符号 程序说明 程序头 程序尾换刀段 (1) 设置方式 : 字符串或宏指令其中宏指令为 :$+ 宏指令串, 系统提供的宏指令串有 : * 当前后置文件名 POST NAME * 当前日期 POST DATE * 当前时间 POSTJlME * 系统规定的刀具号 TOOL NO * 主轴速度 SPN_SPEED * 当前 X 坐标值 COORD_X * 当前 Y 坐标值 COORD_Y * 当前 Z 坐标值 COORD_Z * 当前程序号 POST_CODE * 当前刀具信息 TOOL_MSG * 当前加工参数信息 PARA_MSG 以下宏指令内容与图 7-6 中的设置内容一致 : * 行号指令 LINE NO_ADD * 行结束符 BLOCK END * 速度指令 FEED * 快速移动 G00 * 直线插补 G01 * 顺圆插补 G02 * 逆圆插补 G03 *XY 平面定义 G17 *XZ 平面定义 G18 *YZ 平面定义 G19 * 绝对指令 G90 * 相对指令 G91 * 刀具半径补偿取消 DCMP_OFF (G40) * 刀具半径左补偿 DCMP_LFT (G41) * 刀具半径右补偿 DCMP_RGH (G42) * 刀具长度补偿 LCMP_LEN (G43)

324 第 7 章自动编程与 DNC 简介 315 * 刀具长度补偿 LCMP_SHT (G44) * 刀具长度补偿 LCMP_OFF (G49) * 坐标设置 WCOORD (G92 G54 G59) * 主轴正转 SPN_CW (M03) * 主轴反转 SPN_CCW (M04) * 主轴 SPN_OFF (M05) * 主轴转速 SPN_F (S) * 冷却液开 COOL_ON (M07 M08) * 冷却液关 COOL_OFF (M09) * 程序止 PRO_STOP 号为换行标志 若是字符串则输出它本身 $ 号输出空格 图 7-6 CAXA 制造工程师 的后置处理界面 (2) 程序说明 : 说明部分是对程序的名称, 与此程序对应的零件名称编号, 编制日期和时间等有关信息的记录 程序说明部分是为了管理的需要而设置的 有了这个功能项目, 用户可以很方便地进行管理 比如要加工某个零件时, 只需要从管理程序中找到对应的程序编号即可, 而不需要从复杂的程序中去一个一个地寻找需要的程序 (N ,$POST_NAME,$POST_DATE,$POST_TIME), 在生成的后置程序中的程序说明部分输出如下说明 : (N ,O1261,2005,3,2,15:30:30) (3) 程序头 : 针对特定的数控机床来说, 其数控程序开头部分都是相对固定的, 包括一些机床信息, 如机床回零, 工件零点设置, 主轴启动, 以及冷却液开启等 例如 : 根据快速移动指令内容为 G00, 那么,$G0 的输出结果为 G00, 同样 $COOL_ON