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1 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 71 (1) 基点计算 以图 2.81 上 O 点为工件坐标原点, 则 A B C 三点坐标分别为 :X A = φ 40mm Z A =-69 mm;x B =φ mm Z B =-99 mm;x C =φ 56 mm Z C = mm (2) 螺纹大径 d 1 小径 d 2 计算 d 1 = d P= = mm ; d 2 = d P= = mm 5) 选择刀具 (1) 粗车 精车均选用 35 菱形涂层硬质合金外圆车刀, 副偏角 48, 刀尖半径 0.4mm, 为防止与工件轮廓发生干涉, 必要时应用 AutoCAD 作图检验 (2) 车螺纹选用硬质合金 60 外螺纹车刀, 取刀尖圆弧半径 0.2 mm 6) 选择切削用量 (1) 背吃刀量 粗车循环时, 确定其背吃刀量 a p =2 mm; 精车时, 确定其背吃刀量 a p =0.2 mm (2) 主轴转速和进给量 车直线和圆弧轮廓时的主轴转速 : 查表并取粗车时的切削速度 v=90 m/min, 精车时的切削速度 v=120m/min, 根据坯件直径 ( 精车时取平均直径 ), 利用式 n=1000 v/( πd ) 计算, 并结合机床说明书选取 粗车时主轴转速 n=500 r/min, 精车时主轴转速 n=1200 r/min 车螺纹时的主轴转速 : 按公式 np 1200(n 为主轴转速,P 为螺距 ), 取主轴转速 n=320r/min 进给速度 : 粗车时选取进给量 f = 0.3 mm/r, 精车时选取 f = 0.05 mm / r 车螺纹的进给量等于螺纹导程, 即 f = 2 mm/r 7) 数控加工工艺文件的制定 (1) 按加工顺序将各工步的加工内容 所用刀具及其切削用量等填入表 2-10 数控加工工序卡中 (2) 将选定的各工步所用刀具的型号 刀片型号 刀片牌号及刀尖圆弧半径等填入表 2-11 数控加工刀具卡中 1 ( 工厂 ) 数控加工工序卡 表 2-10 数控加工工序卡 产品名称或代号零件名称材料零件图号 轴 45 工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间 三爪自定心卡盘 工步号工步内容加工面刀具号刀具规格 粗车轴外表面, 留精车余量 0.2mm 主轴转速 /(r/min) MJ460 进给量 /(mm/r) T 菱形 精车轴外表面至尺寸 T 菱形 车螺纹 M30 2 T 见注 背吃刀量 /mm 备注 编制审核批准共 1 页第 1 页 注 :M30 螺纹共分 5 次车削, 但每次背吃刀量不同, 查表 2-7 确定为 ( 直径量 ) (mm) 71

2 72 机床数控技术 表 2-11 数控加工刀具卡 产品名称零件名称轴零件图号程序编号 工刀具号步 1 T T0202 刀具 刀具 刀片 刀具位置补偿值 刀尖半径 刀尖 名称 型号 型号 牌号 X/mm Z/mm /mm 位置 35 菱形可 转位车刀 菱形可 转位车刀 T0303 螺纹车刀 备注 编制 审核 批准 共 1 页 第 1 页 8) 精加工程序 O3000;( 程序名 ) N010 G50 X280 Z130; 建立工件坐标系 N020 M04 S1200 T0200; 启动主轴, 换 02 号刀 N030 G00 X26 Z3 M08; 快速接近工件, 并打开切削液 N040 G42 G01 Z0 T0202 F0.05; 建立刀尖圆弧半径右补偿 N050 X Z-2; 倒角 N060 Z-18; 车螺纹外表面 φ N070 X26 Z-20; 倒角 N080 W-5; 车 φ 26 槽 N090 U10 W-10; 车锥面 N100 W-10; 车 φ 36 外圆柱面 N110 G02 U-6 W-9 R15; 车 R15 圆弧 N120 G02 X40 Z-69 R25; 车 R25 圆弧 N130 G03 X38.76 Z-99 R25; 车 S φ 50 球面 N140 G02 X34 W-9 R15; 车 R15 圆弧 N150 G01 W-5; 车 φ 34 圆柱面 N160 X56 Z ; 车锥面 N170 Z-165; 车 φ 56 圆柱面 N180 G40 G00 U10 T0200 M05 M09; 取消刀具补偿并关闭切削液 N190 G28 U2 W2; 返回参考点 N200 M04 S320 T0300; 主轴换速, 换 03 号螺纹刀 N210 G00 X40 Z3 T0303 M08; 刀具定位并建立位置补偿 N220 G92 X Z-22 F2; 螺纹循环第一刀 N230 X28.067; 螺纹循环第二刀 N240 X27.467; 螺纹循环第三刀 N250 X27.067; 螺纹循环第四刀 N260 X26.969; 螺纹循环第五刀 N270 G00 X45 T0300 M09; 取消刀具位置补偿并关闭切削液 N280 G28 U2 W2; 返回参考点 N290 M30; 程序结束 以上程序没有考虑粗加工, 请同学们自己写出全部程序 72

3 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 73 例 2.6 精密轧辊 ( 图 2.82) 主要用于轧制冷凝管, 淬火硬度为 55~58HRC, 材料为 Cr12MoV, 其工作面常规的精加工工艺是磨削, 现在使用 φ 6 圆形陶瓷刀具在 MJ460 数控车床上进行快速车削加工, 实现了以车代磨, 加工精度高, 加工效率提高了 5 倍以上 已知加工余量为 1 mm( 直径量 ) 下面介绍这种精密轧辊外圆工作面的加工程序 程序如下 : 图 2.82 精密轧辊 O 4000;( 主程序 ) N010 G40 G97 M04 S180 T0200; N020 G50 X Z ; N030 G00 X140.7 Z12; N040 M98 P24001; N050 G00 X139.7; N060 G50 S1500; N070 G96 S80; N080 G42 G00 Z2 T0202; N090 G01 W F0.1; N100 G03 U W R0.8 F0.08; N110 G02 U0 W R6.096; N120 G03 U1.267 W R0.8; N130 G01 Z-55 F0.1; N140 G97 G40 G00 U5 T0200; N150 G28 U3 W3; N160 M30; O 4001;( 子程序 ) N010 G00 U-0.4; N020 G42 G00 Z2 T0202; N030 G01 W F0.2; N040 G03 U W R0.8 F0.15; N050 G02 U0 W R6.096; N060 G03 U1.267 W R0.8; N070 G01 Z-55 F0.2; N080 G40 G00 U5 T0200; N090 Z12; 73

4 74 机床数控技术 N100 U-5; N110 M99; 数控铣削加工程序编制数控铣床是一种用途十分广泛的机床, 主要用于各种较复杂的平面 曲面和壳体类零件的加工 如各类凸轮 模具 连杆 叶片 螺旋桨和箱体等零件的铣削加工, 同时还可以进行钻 扩 锪 铰 攻螺纹 镗孔等加工 不同的数控铣床 不同的数控系统, 其编程基本上是相同的, 但也有不同之处 本节以配置 SIEMENS 802S 数控系统的 XK0816A 数控铣床为例介绍数控铣床的编程 图 2.83 为 XK0816A 型升降台式数控铣床的布局图 床身 6 固定在底座 1 上, 用于安装与支承机床各部件 操作台 10 上有 CT 显示器 机床操作按钮和各种开关及指示灯 纵向工作台 16 横向溜板 12 安装在升降台 15 上, 通过纵向进给伺服电动机 13 横向进给伺服电动机 14 和垂直升降进给伺服电动机 4 的驱动, 完成 X Y Z 坐标进给 强电柜 2 中装有机床电气部分的接触器 继电器等 变压器箱 3 安装在床身立柱的后面 数控柜 7 内装有机床数控系统 保护开关 8 11 为可控制纵向行程的硬限位开关 ( 图中未注出 ); 挡铁 9 为纵向参考点设定挡铁 主轴变速手柄和按钮板 5 用于手动调整主轴的正反转 停止及切削液开停等 图 2.83 升降台式数控铣床的布局图 1 底座 2 强电柜 3 变压器箱 4 垂直升降进给伺服电动机 5 主轴变速手柄和按钮板 6 床身 7 数控柜 8 保护开关 9 纵向参考点设定挡铁 10 操作台 11 可控纵向行程硬限位开关 12 横向溜板 13 纵向进给伺服电动机 14 横向进给伺服电动机 15 升降台 16 纵向工作台 74

5 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 数控铣床的编程特点数控铣床的编程特点主要有以下几点 (1) 铣削是机械加工中最常用的方法之一, 它包括平面铣削和轮廓铣削 数控铣床可以加工复杂的和手工难加工的工件, 把一些用普通机床加工的工件用数控机床加工, 可以提高加工效率 由于数控铣床功能各异, 规格繁多, 编程时要考虑如何最大限度地发挥数控机床的特点 二坐标联动用于加工平面零件轮廓 ; 三坐标以上的数控铣床用于难度较大的复杂工件的立体轮廓加工 (2) 数控铣床的数控装置具有多种插补功能 一般都具有直线插补和圆弧插补功能, 有的还具有极坐标插补 抛物线插补 螺旋线插补等多种插补功能 编程要充分合理地选择这些功能, 提高编程和加工的效率 (3) 编程时要充分熟悉机床的所有性能和功能 如刀具长度补偿 刀具半径补偿 固定循环 镜像 旋转等功能 (4) 由直线 圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单 非圆曲线 空间曲线和曲面的轮廓铣削加工的数学处理比较复杂, 一般要采用计算机辅助计算和自动编程 (5) 数控铣床与数控车床的编程功能相似, 数控铣床的编程功能指令也分 G 功能和 M 功能两大类, 本节以 SIEMENS 802S 数控系统为例介绍数控铣床的基本编程功能指令 编程指令见表 数控铣床编程坐标系的设定 1) 数控铣床的机床原点通常机床每次通电后, 机床的三个坐标轴都要依次走到机床正方向的一个极限位置, 这个位置就是机床坐标系的原点, 是机床出厂时设定的固定位置 2) 工件坐标系的原点工件原点是任意设定的, 它在工件装夹完毕后, 通过对刀来确定 可设定的零点偏移给出工件零点在机床坐标系中的位移 ( 工件零点以机床零点为基准偏移 ) 当工件装夹到机床上后求出偏移量, 并通过操作面板输入到规定的数据区 程序可以通过选择相应的 G 功能, 即 G54~G57 激活此值, 如图 2.84 所示 下面以图 2.85 举例说明零点偏移的使用, 编程如下 N10 G54 N20 L47 N30 G55 N40 L47 N50 G56 N60 L47 N70 G57 N80 L47 N90 G500 G0 X 调用第一可设定零点偏移加工工件 1, 此处作 L47 调用调用第二可设定零点偏移加工工件 2, 此处作 L47 调用调用第三可设定零点偏移加工工件 3, 此处作 L47 调用调用第四可设定零点偏移加工工件 4, 此处作 L47 调用取消可设定零点偏移 75

6 76 机床数控技术 表 2-12 SIEMENS 802S 编程指令表 序号 代码 功能 序号 代码 功能 1 G00 快速移动 37 M30 程序结束返回程序开始 2 G01* 直线插补 38 G451 等距线的交点 3 G02 顺时针圆弧插补 39 R0~R249 计算参数 4 G03 逆时针圆弧插补 四则运算 5 G05 中间点圆弧插补 41 M04 主轴逆时针旋转 6 G33 恒螺距的螺纹切削 42 M05 主轴停 7 G4 暂停时间 43 M00 程序停止 8 G63 补偿夹具切削内螺纹 44 M01 程序有条件停止 9 G74 回参考点 45 M02 程序结束 10 G75 回固定点 46 M03 主轴顺时针旋转 11 G158 可编程的零点偏移 47 SIN() 正弦 12 G258 可编程的零点旋转 48 COS() 余弦 13 G259 附加可编程零点旋转 49 TAN() 正切 14 G25 主轴转速下限 50 SQRT() 平方根 15 G26 主轴转速上限 51 ABS() 绝对值 16 G17* XY 平面 52 TRUNC() 取整 17 G18 ZX 平面 53 RET 子程序结束 18 G19 YZ 平面 54 S 主轴转速,G4 暂停时间 19 G40* 刀具半径补偿取消 55 T 刀具号 20 G41 刀具半径左补偿 56 AR 圆弧插补张角 21 G42 刀具半径右补偿 57 CHF 倒角 22 G500 取消可设定零点偏移 58 CR 圆弧插补半径 23 G54 第一可设定零点偏移 59 GOTOB 向后跳转指令 24 G55 第二可设定零点偏移 60 GOTOF 向前跳转指令 25 G56 第三可设定零点偏移 61 IF 跳转条件 26 G57 第四可设定零点偏移 62 IX JY KZ 中间点坐标 27 G53 取消零点偏移 63 LCYC82 钻削, 端面锪孔 28 G70 英制尺寸 64 LCYC83 深孔钻削 29 G71* 公制尺寸 65 LCYC840 带补偿夹具切削内螺纹 30 G90* 绝对尺寸 66 LCYC84 不带补偿夹具切削内螺纹 31 G91 相对尺寸 67 LCYC85 镗孔 32 G94* 进给速度 F, 单位 mm/min 68 LCYC60 线性孔排列 33 G95 主轴进给速度 F, 单位 mm/r 69 LCYC61 圆弧孔排列 34 G901 在圆弧段进给补偿 开 70 LCYC75 铣凹槽和键槽 35 G900 进给补偿 关 71 RND 倒圆 36 G450 圆弧过渡 72 RPL 在执行 G258 和 G259 时的旋转角 76

7 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 77 图 2.84 可设定的零点偏移图 图 2.85 在钻削 / 铣削时装夹多个工件 3) 可编程零点偏移和坐标轴旋转指令 G158 G258 G259 如果工件上在不同的位置有重复出现的形状或结构, 或者选用了一个新的参考点, 在这种情况下就需要使用可编程零点偏移 由此就产生一个当前工件坐标系, 新输入的尺寸均为该坐标系中的尺寸 可以在所有坐标轴上进行零点偏移, 在当前平面 G17 G18 或 G19 中进行坐标轴旋转 G158 G258 G259 指令各自要求一个独立的程序段, 举例如图 2.86 图 2.87 所示 图 2.86 可编程零点偏移和坐标轴旋转 图 2.87 在不同的坐标平面中旋转角正方向的规定例 :G158 X Y Z ; 可编程偏移, 取消以前的偏移和旋转 G258 RPL= ; 可编程旋转, 取消以前的偏移和旋转 G259 RPL= ; 附加的可编程旋转零点偏移指令 G158 用 G158 指令可以对所有的坐标轴编程零点偏移 后面的 G158 指令取代所有以前的可编程零点偏移指令和坐标轴旋转指令, 也就是说编程一个新的 G158 指令后, 所有旧的指令均被清除 77

8 78 机床数控技术 坐标轴旋转指令 G258 用 G258 指令可以在当前平面 (G17~G19) 中编程一个坐标轴旋转, 新的 G158 指令取代所有以前的可编程零点偏移指令和坐标轴旋转指令, 也就是说编程一个新的 G258 指令后, 所有旧的指令均被清除 附加的坐标旋转指令 G259 用 G259 指令可以在当前平面 (G17~G19) 中编程一个坐标轴旋转 如果已经有一个 G158 G258 或 G259 指令生效, 则在 G259 指令下编程的旋转附加到当前编程的偏移或坐标轴旋转上 取消偏移和坐标轴旋转 程序段 G158 指令后无坐标轴名, 或者在 G258 指令下没有写 RPL= 语句, 则表示取消当前的可编程零点偏移和坐标轴旋转设定, 举例如图 2.88 所示 图 2.88 可编程偏移和坐标轴旋转的编程举例例 :N10 G17 ;XY 平面 N20 G158 X20 Y10; 可编程零点偏移 N30 L10 ; 子程序调用, 其中包含待偏移的几何量 N40 G158 X30 Y26; 新的零点偏移 N50 G259 RPL=45 ; 附加坐标轴旋转 45 N60 L10 ; 子程序调用 N70 G158 ; 取消偏移和旋转 3. 数控铣床基本编程方法 1) 绝对值方式指令 G90 和增量方式指令 G91 格式 :G90 (G91) G90 指令表示程序段中的运动坐标数字为绝对坐标值, 即从编程零点开始的坐标值 G91 指令表示程序段中的运动坐标数字为相对坐标值, 即程序段的终点坐标都是相对于前一坐标点给出的 2) 插补平面选择指令 G17 G18 G19 格式 :G17(G18 /G19) (1) G17 指令为选择 XY 插补平面 ;G18 指令为选择 XZ 插补平面 ;G19 指令为选择 YZ 插补平面 (2) 当存在刀具补偿时, 不能变换定义平面 系统通电时处于 G17 状态 78

9 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 79 (3) 考虑加工方便,Z 坐标可单独编程, 而不考虑平面的定义 但编入二坐标联动时, 必须考虑平面选择问题 在计算刀具长度补偿和半径补偿时必须首先确定一个平面, 在此平面中可以进行刀具半 径补偿 另外根据不同的刀具类型进行相应的刀具长度补偿 具体选择见表 2-13 和图 2.89 表 2-13 平面选择 G 功能 平 面 垂直坐标轴 ( 在钻削 / 铣削时的长度补偿轴 ) G17 XY Z G18 ZX Y G19 YZ X 图 2.89 钻削 / 铣削时的平面和坐标轴布置 3) 快速定位指令 G00 和直线插补指令 G01 (1) 快速定位指令 G00 格式 :G00 X_ Y Z 1 G00 指令刀具从所在点以最快的速度 ( 系统设定的最高速度 ) 移动到目标点 2 当用绝对指令时,X Y Z 为目标点在工件坐标系中的坐标 ; 当用增量坐标时,X Y Z 为目标点相对于起点的增量坐标 3 不运动的坐标可以不写 4 当 Z 轴按指令远离工作台时, 先 Z 轴运动, 再 X Y 轴运动 当 Z 轴按指令接近工作台时, 先 X Y 轴运动, 再 Z 轴运动 例如图 2.90 所示, 程序如下 : N10 G00 X90 Y70; 刀具由起点 A 快速移动到目标点 B (2) 直线插补指令 G01 格式 :G01 X Y Z F 图 2.90 G00 编程举例 1 G01 指令刀具从所在点以直线移动到目标点 2 当用绝对指令时,X Y Z 为目标点在工件坐标系中的坐标 ; 当用增量坐标时,X Y Z 为目标点相对于起点的增量坐标,F 为刀具进给速度 79

10 80 机床数控技术 3 不运动的坐标可以不写 4 系统通电时, 处于 G01 状态 例如图 2.90 所示, 程序如下 : N10 G01 X90 Y70 F100; 刀具由起点 A 直线运动到目标点 B, 进给速度 100mm/min 4) 圆弧插补指令 G02 G03 刀具以圆弧轨迹从起点移动到终点, 方向由 G 指令确定 G02 指令表示在指定平面顺时针插补 ;G03 指令表示在指定平面逆时针插补 平面指定指令与圆弧插补指令的关系, 如图 2.91 所示 图 2.91 平面指定指令与圆弧插补指令的关系 (1) 圆心坐标和终点坐标 格式 :G17 G02/G03 X_ Y_ I J F_ G18 G02/G03 X_ Z_ I K F_ G19 G02/G03 Y_ Z_ J K F_ 1 X Y Z 为圆弧终点坐标值 为 G90 时 X Y Z 是圆弧终点的绝对坐标值 ; 为 G91 时 X Y Z 是圆弧终点相对于圆弧起点的增量值 2 I J K 表示圆心相对于圆弧起点的增量值,F 规定了沿圆弧切向的进给速度 3 G17 G18 G19 为圆弧插补平面选择指令, 以此来确定被加工表面所在平面,G17 可以省略 例如图 2.92 所示, 程序如下 : 绝对值方式编程 :G90 G02 X58 Y48 I13 J8 F100; 增量方式编程 :G91 G02 X26 Y16 I13 J8 F100; 注 : 只有用圆心坐标和终点坐标才可以编程一个整圆 (2) 终点和半径尺寸 格式 :G17 G02/G03 X_ Y_ CR= F_ G18 G02/G03 X_ Z_ CR= F_ G19 G02/G03 Y_ Z_ CR= F_ CR 表示圆弧半径, 因为在相同的起点 终点 半径和相同的方向时可以有两种圆弧 如果圆心角小于 180, 则 CR 为正数 ; 如果圆心角大于 180, 则 CR 为负数 80

11 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 81 图 2.92 用圆心坐标和终点坐标进行圆弧插补例如图 2.92 所示, 程序如下 绝对值方式编程 :G90 G02 X58 Y48 CR=15.26 F100; 增量方式编程 :G91 G02 X26 Y16 I13 J8 F100; 5) 通过中间点进行圆弧插补指令 G05 格式 :G17 G05 X_ Y_ IX= JY= F_ G18 G05 X_ Z_ IX= KZ= F_ G19 G05 Y_ Z_ JY= KZ= F_ 1 IX JY KZ 表示中间点坐标 2 如果不知道圆弧的圆心 半径或张角, 但已知圆弧轮廓上 3 个点的坐标, 则可以使用 G05 指令, 通过起点和终点之间的中间点位置确定圆弧的方向 3 G90 和 G91 指令对终点和中间点有效 例如图 2.93 所示, 程序如下 : N05 G90 X30 Y40; 用于 N10 的圆弧起点 N10 G05 X60 Y50 IX=35 JY=52; 终点和中间点 图 2.93 G90 已知终点和中间点的圆弧插补 81

12 82 机床数控技术 6) 返回固定点指令 G75 用 G75 可以返回到机床中某个固定点, 比如换刀点 固定点位置固定地存储在机床数据中, 它不会产生偏移 每个轴的返回速度都是其快速移动速度 G75 需要一独立程序段, 并按程序段方式有效 在 G75 之后程序段中原来 插补方式 组中的 G 指令 (G00,G01, G02, ) 将再次生效 例如,N10 G75 X0 Y0 Z0; 程序段中 X Y 和 Z 的编程数值不识别 7) 回参考点指令 G74 用 G74 指令实现数控程序中回参考点功能, 每个轴的方向和速度均存储在机床数据中 G74 需要一独立程序段, 并按程序段方式有效 在 G74 之后的程序段中原来 插补方式 组中的 G 指令 (G00,G01,G02, ) 将再次生效 例如 :N10 G74 X0 Y0 Z0; 程序段中 X Y 和 Z 的编程数值不识别 8) 倒圆和倒角在一个轮廓拐角处可以插入倒角或倒圆, 指令 CHF= 或者 RND= 与加工拐角的轴运动指令一起写入到程序段中, 只在当前平面中执行该功能 格式 :CHF= ; 插入倒角, 数值 : 倒角长度 RND= ; 插入倒圆, 数值 : 倒圆半径 (1) 倒角 CHF=, 为直线轮廓之间 圆弧轮廓之间以及直线轮廓和圆弧轮廓之间切入一直线并倒去棱角 例如图 2.94 所示, 程序如下 : N10 G01 X CHF=5; 倒角 5mm N20 X Y ; 图 2.94 两段直线之间倒角举例 (2) 倒圆 RND=, 直线轮廓之间 圆弧轮廓之间以及直线轮廓和圆弧轮廓之间切入一圆弧, 圆弧与轮廓进行切线过渡 例如图 2.95 所示, 程序如下 : N10 G01 X RND=8; 倒圆, 半径 8mm N20 X Y N50 G01 X RND=7.3; 倒圆, 半径 7.3mm N60 G03 X Y ; 如果其中一个程序段轮廓长度不够, 则在倒圆或倒角时会自动削减编程值 若超过 3 个连续编程的程序段中不含平面中移动指令或进行平面转换时不能进行倒角 / 倒圆 82

13 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 83 直线 / 直线 直线 / 圆弧 图 2.95 倒圆举例 9) 刀具补偿当加工曲线轮廓时, 对于有刀具半径补偿功能的数控系统, 可不必求刀具中心的运动轨迹, 只按被加工工件轮廓曲线编程, 同时在程序中给出刀具半径的补偿指令, 就可加工出具有轮廓曲线的零件, 使编程工作大大简化 本系统具有刀具长度补偿和半径补偿功能, 刀具的有关参数被单独输入到一专门的数据区, 包括刀具长度及半径的基本尺寸和磨损尺寸, 刀具类型 刀尖位置等参数 在程序中只要调用所需的刀具号及其补偿参数, 控制器就会利用这些参数执行所要求的轨迹补偿, 加工出满足要求的工件 一个刀具可以匹配 1~9 个不同补偿的数据组 用 D 指令及其相应的序号可以编程一个专门的切削刃 如果没有编写 D 指令, 则 D1 自动生效 若编程 D0, 则刀具补偿值无效 系统中最多可以同时存储 30 个刀具补偿数据组 刀具调用后, 刀具长度补偿立即生效 编程中的刀具长度补偿先执行, 对应的坐标轴也先运行 但刀具半径补偿必须与 G41 或 G42 指令一起执行 G41 为刀具半径左补偿指令 ; G42 为刀具半径右补偿指令 ;G40 指令为取消刀具半径补偿, 具体如图 2.96 所示 G41 G42 图 2.96 G41/G42 指令 (1) 刀具半径补偿指令 G41 G42 格式 :G17 G41/G42 G00/G01 X_ Y_ D_ G18 G41/G42 G00/G01 X_ Z_ D_ G19 G41/G42 G00/G01 Y_ Z_ D_ 系统在所选择的平面 G17 到 G19 中以刀具半径补偿的方式进行加工 刀具必须有相应的刀具补偿号 D 才有效 只有在线性插补时 (G00 G01) 才可以进行 G41/G42 的选择 控制器自动计算出当前刀具运行所产生的与编程轮廓等距离的刀具轨迹 83

14 84 机床数控技术 (2) 取消刀具半径补偿指令 G40 所有的平面上取消刀具半径补偿指令均为 G40 最后一段刀具半径补偿轨迹加工完成后, 与建立刀具半径类似, 也应有一直线程序段 G00 或 G01 指令取消刀具半径补偿, 以保证刀具从刀具半径补偿终点 ( 刀补终点 ) 运动到取消刀具半径补偿点 ( 取消刀补点 ) G40 G41 G42 是模态代码, 它们可以互相注销 (3) 刀具半径补偿时的过切现象及防止 在程序中使用刀具半径补偿功能时, 有可能会产生加工过切现象, 下面分析产生过切现象的原因及具体防止措施 1 加工半径小于刀具半径的内圆弧 当程序给定的圆弧半径小于刀具半径时, 向圆弧圆心方向的半径补偿将会导致过切, 如图 2.97 所示 这时机床的数控系统报警, 并且程序停止在将要过切语句的起点上 所以补偿时就应注意, 只有在 过渡圆角半径 R 刀具半径 r + 精加工余量 的情况下, 才可正常切削, 图 2.98 所示为正常切削情况 图 2.97 圆弧半径小于刀具半径 图 2.98 正常切削情况 图 2.99 所示内轮廓, 只能选用半径为 10mm 或更小的刀具加工 2 被铣削槽底宽小于刀具直径 如图 所示, 如果刀具半径补偿使刀具中心向编程路径反方向运动, 将会导致过切 在这种情况下, 机床的数控系统报警, 并且程序停止在该程序段的起点上 3 无移动类指令 在两个或两个以上连续程序段内无指定补偿平面内的坐标移动, 将会导致过切 图 2.99 内轮廓图 (4) 刀具半径补偿举例 例如图 所示, 程序如下 : 图 被铣削槽底宽小于刀具直径 84

15 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 85 图 刀具半径补偿举例 N01 T1; N05 G00 G17 G90 X5 Y55 Z50; N06 G01 Z0 F200 S800 M03; N10 G41 X30 Y60 F400; N20 X40 Y80; N30 G02 X65 Y55 I0 J-25; N40 G01 X95; N50 G02 X110 Y70 I15 J0; N60 G01 X105 Y45; N70 X110 Y35; N80 X90; N90 X65 Y15; N100 X40 Y40; N110 X30 Y60; N120 G40 X5 Y55; N130 G00 Z50 M02; 刀具 1, 刀具补偿号 D1 回起点工件轮廓左边补偿回起点, 取消刀具补偿结束刀具补偿运行 10) 子程序用子程序编写经常重复进行的加工, 比如某一确定的轮廓形状 子程序应位于主程序中适当的位置, 在需要时进行调用 运行 (1) 子程序结构 子程序的结构与主程序相同, 但在子程序中最后一个程序段用 M02 指令结束程序运行 还可以用 RET 指令结束子程序, 但 RET 指令要求占用一个独立的程序段 (2) 子程序名 为方便地选择某一个子程序, 必须给子程序取一个程序名 子程序名可以自由选择, 其方法与主程序名的选取方法一样, 但扩展名不同, 主程序的扩展名为.mpf, 在输入程序名时系统能自动生成扩展名, 而子程序的扩展名.spf 必须与子程序名一起输入 例如 :CZQY0110.spf 另外, 在子程序中, 还可以使用地址字符 L, 其后面的值可以有 7 位 ( 只能为整数 ), 地址字符 L 之后的 0 均有意义, 不能省略 例如 :L128 L0128 L00128 分别代表 3 个不同的子程序 (3) 子程序调用 在一个程序中 ( 主程序或子程序 ) 可以直接利用程序名调用子程序 子程序调用要求占用一个独立的程序段 如果要求多次连续地执行某一子程序, 则在编程时必须在所调用子程序的程序名后的地址 P 下写入调用次数, 调用次数为 1~9999 次 85

16 86 机床数控技术 例如 : N10 L785; 调用 L785 号子程序 N20 LABC; 调用 LABC 号子程序 N30 L785 P3; 调用 L785 号子程序, 运行 3 次在子程序中可以改变模态有效的 G 功能, 比如 G90 到 G91 的变换 在返回调用程序时应注意检查所有模态有效的功能指令, 并按照要求进行调整 (4) 子程序嵌套 子程序不仅可以从主程序中调用, 也可以从其他子程序中调用, 这个过程称为子程序的嵌套 子程序的嵌套深度可以为 3 层, 也就是四级程序界面 ( 包括主程序界面 ) 在使用加工循环程序进行加工时, 要注意加工循环程序也同样属于四级程序界面中的一级 四级程序界面运行过程如图 所示 图 四级程序界面运行过程 11) 计算参数和程序跳转为使一个数控程序不仅仅适用于特定数值下的一次加工, 或者必须计算出数值的情况, 均可以使用计算参数 可以在程序运行时由控制器计算或设定所需要的值 ; 也可以通过操作面板设定参数值 如果参数已经赋值, 则它们可以在程序中对由变量确定的地址进行赋值 在加工非圆曲面时, 系统没有定义指令, 这就需要借助计算参数 R, 并应用程序跳转等手段来完成曲面的加工 (1) 计算参数 在系统中共有 250 个计算参数可供使用, 其中 R0~R99 可以自由使用, R100~R249 为加工循环传递参数, 如果编程人员在程序中没有使用加工循环, 则这部分计算参数也同样可以自由使用 计算参数的赋值范围为 ±( ~ ) 例如: R1=10, 表示给 R1 参数赋值为 10, 如在程序中出现 G91 G01 X=R1, 就表示沿 X 轴直线移动 10mm (2) 程序跳转 加工程序在运行时是以写入的顺序执行的, 但有时程序需要改变执行顺序, 这时可用程序跳转指令, 以实现程序的分支运行 实现程序跳转需要跳转目标和跳转条件两个要素 跳转目标只能是有标记符的程序段, 此程序段必须位于该程序内, 标记符可以自由选取, 但必须由两个以上字母或数字组成, 其中开始两个符号必须是字母或下画线 跳转目标程序段中标记符后面必须为冒号, 标记符位于程序段段首, 如果程序段有段号, 则标记符应紧跟段号 86

17 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 87 程序跳转包括绝对跳转和有条件跳转, 应用较多的是有条件跳转 跳转指令要求一个独立的程序段 有条件跳转程序段格式 : IF( 条件 ) GOTOF( 标记符 ); 向下跳转 ( 向程序结束的方向跳转 ) IF( 条件 ) GOTOB( 标记符 ); 向上跳转 ( 向程序开始的方向跳转 ) (3) 程序跳转举例 : 圆弧上点的移动, 如图 所示 图 圆弧上点的移动 已知 : 起始角 30 R1 圆弧半径 20mm R2 位置间隔 10 R3 点数 11 R4 圆心位置 (Z 轴方向 ) 50mm R5 圆心位置 (X 轴方向 ) 20mm R6 N10 R1=30 R2=20 R3=10 R4=11 R5=50 R6=20; N20 MA1:G0 Z=R2*COS(R1)+R5 X=R2*SIN(R1)+R6; N30 R1=R1+R3 R4=R4-1; N40 IF R4>0 GOTOB MA1; N50 M02; 赋初始值坐标轴地址计算及赋值 在程序段 N10 中给相应的计算参数赋值, 在 N20 中进行坐标轴 X 和 Z 的数值计算并进行赋值 在程序段 N30 中 R1 增加 R3 角度 ;R4 减小数值 1 如果 R4>0, 则重新执行 N20, 否则运行 N50, 用 M02 结束程序 12) 固定循环循环是指用于特定加工过程的工艺子程序, 比如用于钻削 坯料切削 凹槽切削或螺纹切削等, 只要改变参数就可以使这些循环应用于各种具体加工过程 循环在用于上述加工过程时只要改变相应的参数, 进行少量的编程即可 使用加工循环时编程人员必须事先保留参数 R100~R249, 保证这些参数只用于加工循环而不被程序中的其他地方使用 调用一个循环之前需要对该循环的传递参数赋值 编程循环时不考虑坐标轴, 在调用循环之前, 必须在调用程序中返回钻削位置 如果在钻削循环中没有设定进给速度 主轴转速和方向的参数, 则必须在零件程序中编程这些值 循环结束以后 G00 G90 G40 一直有效 87

18 88 机床数控技术 当参数组在调用循环之前并且紧挨循环调用语句时, 才可以进行循环的重新编译 这些参数不可以被数控指令或者注释语句隔开 钻削循环和铣削循环的前提条件就是首先选择平面且有一个具有补偿值的刀具有效, 激活编程坐标转换 ( 零点偏移, 旋转 ) 从而定义目前加工的实际坐标系 钻削轴始终为系统的第三坐标轴, 在循环结束之后该刀具保持有效 表 2-14 为循环指令及其指令功能表 表 2-14 循环指令及其指令功能表指令名称指令功能 LCYC82 刀具以编程的主轴速度和进给速度钻孔, 直到给定的最终钻削深度 ( 简称钻深 ) LCYC83 深孔钻削加工中心孔, 通过分步钻入达到最后的钻深, 钻深最大值事先设定 LCYC84 刀具以编程的主轴转速和方向钻削, 直至给定的螺纹深度 ( 前提是系统具有主轴位置控制功能 ) LCYC85 镗孔 LCYC60 用此循环加工线性排列的钻孔或螺纹孔, 钻孔及螺纹孔的类型由一参数确定 LCYC61 用此循环加工圆弧排列的孔和螺纹, 钻孔和切内螺纹孔的方式由一参数确定 LCYC75 用此循环加工矩形槽 键槽或圆形凹槽的铣削 (1) 沉孔钻削循环指令 LCYC82 刀具以编程的主轴速度和进给速度钻孔, 直至到达给定的最终钻深 在到达最终钻深时可以编程一个停留时间, 退刀以快速移动速度进行 应在调用程序中设定主轴转速及方向和钻削轴进给速度 在调用循环之前刀具回钻孔位置, 且选择带补偿值的对应刀具, 表 2-15 为 LCYC82 循环参数表 表 2-15 LCYC82 循环参数表 参数 R101 R102 R103 R104 R105 含义及其数值范围退回平面 确定循环结束之后钻削加工轴的位置, 循环以此为出发点安全距离只对参考平面而言, 参考平面被提前一个安全距离量, 循环可以自动确定安全距离方向参考平面图样中所标明的钻削起点最后钻深以绝对值编程, 它取决于工件零点, 一般为负值在钻深处的停留时间 (s) 循环开始之前的刀具位置是调用程序最后所返回的钻削位置 循环的时序过程 ( 图 2.104): 1 用 G00 回到被提前了一个安全距离量的参考平面处 ; 2 按照调用程序中编程的进给速度以 G01 进行钻削, 直到最终钻深 ; 3 在此深度停留规定的时间后 ; 4 以 G00 退刀回到退回平面 例如 : 如图 所示, 使用 LCYC82 循环, 程序在 XZ 平面加工深度为 27 mm 的孔, 在孔底停留时间 2s, 钻孔坐标轴方向安全距离为 4 mm, 钻孔结束后, 刀具停留在 X24 Z110 88

19 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 89 图 循环时序过程及参数 图 LCYC82 举例 程序如下 : N10 G00 G18 G90 F500 T2 D1 S500 M4; N20 X0 Z110; N30 G17; N40 R101=110 R102=4 R103=102 R104=75 R105=2; N50 LCYC82; N60 M02; (2) 深孔钻削循环指令 LCYC83 此循环功能是深孔循环钻削加工孔, 通过分步钻入达到最后的钻深, 钻深的最大值事先由参数设定 钻削既可以在每步达到钻深后, 提出钻头到参考平面达到排屑目的, 也可以每次上提 1mm 以便断屑 循环时序过程及参数如图 所示 具体循环的参数见表 2-16 图 循环时序过程及参数 表 2-16 LCYC83 循环参数表 参数 R101~R105 其参数含义同 LCYC82 含义及其数值范围 R107 在第一次钻削之后的钻削进给速度 89

20 90 机床数控技术 参数 R108 R109 R110 R111 R127 ( 续 ) 含义及其数值范围确定第一次钻削的进给速度排屑方式下在起点处的停留时间确定第一次钻削行程的深度确定递减量的大小, 保证以后的钻削量小于当前的钻削量 第二次钻削量若大于所编程的递减量, 则第二次钻削量应等于第一次钻削量减去递减量 ; 否则, 第二次钻削量就等于递减量 当最后的剩余量大于两倍的递减量时, 则在此之前的最后钻削量应等于递减量, 所剩下的最后剩余量平分为最终两次钻削行程 如果第一次钻削量大于总的钻深量, 则显示报警号 :61107 第一次钻深错误定义, 从而不执行循环值 0: 钻头在到达每次钻深后上提 1mm 空转, 用于断屑值 1: 每次到达钻深后钻头返回到安全距离之前的参考平面, 以便排屑 根据表 2-16 的参数含义, 深孔钻削循环的时序过程如下 ( 循环开始之前的刀具位置是调用程序中最后所返回的钻削位置 ) 1 用 G00 回到被提前了一个安全距离量的参考平面处 2 G01 执行第一次钻削, 钻深进给速度为循环前编程进给速度, 执行钻深停留时间, 有两种情况 在断屑时 : 用 G01 按调用程序中所编程的进给速度从当前钻深上提 1mm, 以便断屑 在排屑时 : 用 G00 返回到安全距离前的参考平面, 以便排屑, 执行起点停留时间, 然后用 G00 返回上次钻深, 但留出一个前置量 ( 由循环内部计算所得 ) 3 用 G01 按所给的进给速度执行下一次钻削, 该过程一直执行下去, 直至达到最终钻深, 用 G00 返回到退回平面 利用表 2-16 中的参数和循环的时序过程, 用条件语句 R 参数和铣床基本指令描述上述时序的过程, 就可以编制成循环子程序的格式, 输入到 SIEMENS 802S 数控系统中 (3) 镗孔循环指令 LCYC85 刀具以给定的主轴速度和进给速度镗削, 直至最终镗削深度 如果到达最终深度, 可以编写一个停留时间程序 进刀及退刀运行分别按照相应参数下编程的进给速度进行 ( 表 2-17) 表 2-17 LCYC85 循环参数表参数含义及其数值范围参数含义及其数值范围 R101~R105 其参数含义同 LCYC82 R108 确定退刀时的进给速度大小 R107 确定钻削时的进给速度大小 其时序过程如下 ( 循环开始之前的刀具位置是调用程序中最后所返回的钻削位置, 图 2.107) 1 用 G00 回到被提前了一个安全距离量的参考平面处 2 用 G01 以 R107 参数编程的进给速度加工到最终钻削深度 3 执行最终钻削深度的停留时间 90

21 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 91 4 用 G01 以 R107 参数编程的退刀进给速度返回到被提前一个安全距离量的参考平面处 图 循环时序过程和参数 (4) 钻孔排列循环指令 LCYC60 和 LCYC61 利用循环指令 LCYC60 和 LCYC61 可以按照一定的几何关系加工出钻孔以及螺纹, 在此仍要用到前面已经介绍了的钻孔循环及螺纹切削循环 线性孔排列循环 LCYC60: 用此循环加工线性排列的钻孔或螺纹孔, 钻孔及螺纹孔的类型由一个参数确定 在调用程序中必须按照设定了参数的钻孔循环和切内螺纹循环的要求编程主轴转速和方向, 以及钻孔轴的进给速度 有关参数见表 2-18 表 2-18 LCYC60 循环参数表 参数 R115 R116 R117 R118 R119 R120 R121 含义及其数值范围钻孔或攻螺纹循环号数值 :82(LCYC82) 83(LCYC83) 84(LCYC84) 85(LCYC85) 在孔排列直线上确定一个点作为参考点, 用来确定两个孔之间的距离 从该点出发, 定义到第一个钻孔的距离 R116 为横坐标参考点,R117 为纵坐标参考点,R118 确定第一个钻孔到参考点的距离确定孔的个数确定直线与横坐标之间的角度确定两个孔之间的距离 此循环的具体时序过程为, 出发点位置任意, 但需保证钻头从该位置出发后可以无碰撞地回到第一个钻孔位 循环执行时首先回到第一个钻孔位, 并按照 R115 参数所确定的循环加工孔, 然后快速回到其他的钻孔位, 按照所设定的参数进行接下去的加工过程 矩阵孔排列举例 : 用此循环可以加工 XY 平面上 5 行 5 列排列的孔, 孔间距为 10mm 参考点坐标为 X=30,Y=20, 使用循环 LCYC85( 镗孔 ) 钻削 在调用程序中确定主轴转速和方向, 进给速度由参数给定, 如图 所示 程序如下 : N10 G00 G17 G90 S500 M3 T2 D1; N20 X10 Y10 Z105; 确定工艺参数回到出发点 91

22 92 机床数控技术 N30 R1=0,R101=105,R102=2,R103=102; N40 R104=30 R105=2 R107=100 R108=300; N50 R115=85 R116=30 R117=20 R120=0 R119=5; N60 R118=10 R121=10; N70 MARKE1:LCYC60; N80 R1=R1+1 R117=R117+10; N90 IF R1<5 GOTOB MARKE1; N100 G00 G90 X10 Y10 Z105; N110 M02; 确定钻孔参数, 初始化线性孔排列计数器 (R1) 定义钻孔循环参数定义线性孔排列循环参数定义线性孔排列循环参数调用线性孔排列循环提高线性孔计数, 确定新的参考点当满足条件时返回到 MARKE1 回到出发点位置程序结束 圆弧孔排列循环 LCYC61: 用此循环可以加工圆弧状排列的孔和螺纹 钻孔和切内螺纹的方式由一参数确定 在调用该循环之前同样要对所选择的钻孔循环和切内螺纹循环设定参数 在调用循环之前, 必须要选择相应的带刀具补偿的刀具 如图 表 2-19 所示 具体时序过程同 LCYC60 图 矩阵孔排列加工 图 圆弧孔排列加工 表 2-19 LCYC61 循环参数表 参数 R115 R116 R117 R118 R119 R120 R121 含义及其数值范围钻孔或攻螺纹循环号数值 :82(LCYC82) 83(LCYC83) 84(LCYC84) 85(LCYC85) 加工平面中圆弧孔位置通过圆心坐标 ( 参数 R116/R117) 和半径 (R118) 定义 在此半径值只能为正 R116 为圆弧圆心横坐标 ( 绝对值 ) R117 为圆弧圆心的纵坐标 ( 绝对值 ) R118 为圆弧半径确定孔的个数这些参数确定圆弧上钻孔的排列位置 其中参数 R120 给出横坐标正方向与第一个钻孔之间的夹角,R121 规定孔与孔之间的夹角 如果 R121=0, 则在循环内部将这些孔均匀地分布在圆弧上, 从而根据钻孔数计算出孔与孔之间的夹角 R120 为起始角, 数值范围 : -180 <R120<180 ;R121 为角增量 (5) 矩形槽 键槽和圆形凹槽的铣削循环指令 LCYC75 使用此循环程序可以在选定平面上加工出一个圆形凹槽 矩形槽或键槽 有关的参数设定如下 :R101~R103 的含义同 LCYC83 的含义一样, 其他参数见表

23 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 93 参数 表 2-20 LCYC75 循环参数表 含义及其数值范围 R104 在此参数下编程参考面和凹槽槽底之间的距离 ( 深度 ) R116/R117 R118/R119 R120 R121 R122 R123 R124 R125 R126 R127 两参数确定凹槽中心点的横坐标和纵坐标 两参数确定平面上凹槽的形状 如果铣刀半径 R120 大于编程的角度半径, 则所加工的凹槽圆角半径等于铣刀半径 如果刀具半径超过凹槽长度或宽度的一半, 则循环中断, 并发出报警 铣刀半径太大 如果铣削一个圆形槽(R118=R119=2R120), 则拐角半径 (R120) 值就是圆形槽的直径值 拐角半径 若拐角半径大于编程的角度半径, 则所加工的凹槽圆角半径等于拐角半径 ; 若刀具半径超过凹槽长度或宽度的一半, 则循环中断, 并发出报警 铣刀半径太大 确定最大的进刀深度 循环运行时以同样的尺寸进刀 利用参数 R121 和 R104 循环计算出一个进刀量 其大小介于 0.5 倍最大进刀深度和最大进刀深度之间 若 R121=0, 则以凹槽深度进刀 进刀从提前了一个安全距离的参考平面处开始 进刀时的进给速度, 垂直于加工平面 用此参数确定平面上粗加工和精加工的进给速度 在参数 R124 下编程粗加工时留出的轮廓精加工余量 在精加工时 (R127=2), 根据参数 R124 和 R125 选择 仅加工轮廓 或 同时加工轮廓和深度 仅加工轮廓 :R124>0,R125=0 同时加工轮廓和深度 :R124>0,R125>0; R124=0,R125=0; R124=0,R125>0 给定的精加工余量在深度进给粗加工时起作用 具体条件同 R124 用此参数规定加工方向 值 2: 顺时针 G02; 值 3: 逆时针 G03 确定加工方式 1: 粗加工, 按照给定的参数加工凹槽至精加工余量 2: 精加工, 运行精加工前提条件 凹槽粗加工过程已经结束, 接下来对精加工余量进行加工 在此要求留出的精加工余量小于刀具直径 利用此循环可以加工一些相对复杂的零件, 并简化编程功能 在参数设置中若 R118 和 R119 尺寸相同,R120 大于或等于凹槽长度或宽度的一半, 可铣削成圆形凹槽 ; 若 R118 和 R119 尺寸不相同,R120 小于凹槽长度或宽度的一半, 可铣削成矩形凹槽 ; 若 R118 和 R119 尺寸不相同,R120 等于凹槽长度或宽度的一半, 可铣削成两头半圆形状的键槽 只要改变参数就可以使这些循环应用于各种具体加工过程 4. 铣削加工编程实例 例 2.7 如图 所示工件, 加工在 XY 平面的一个圆上的 4 个槽, 相互间成 90 角, 起始角为 45 键槽的尺寸如下 : 长度为 30mm, 宽度为 15mm, 深度为 23mm 安全距离 1mm, 铣削方向 G2, 深度进给最大 6mm 键槽采用粗加工( 精加工余量为零 ), 铣刀带端面齿, 可以加工数控中心 程序如下 : N10 G00 G90 T1 D1 M03 S2000; N20 Z50; N30 X5 Y20; N40 R101=5 R102=1 R103=0 R104=-23 R116=35 R117=0 R118=30 R119=15 R120=15; N50 R121=6 R122=200 R123=300 R124=0 R125=0 R126=2 R127=1; 93

24 94 机床数控技术 N60 G158 X40 Y45; N70 G259 RPL=45; N80 LCYC75; N90 G259 RPL=90; N100 LCYC75; N110 G259 RPL=90; N120 LCYC75; N130 G259 RPL=90; N140 LCYC75; N150 G259 RPL=45; N160 G158 X-40 Y-45; N170 Z5; N180 X20 Y50; N190 M05; N200 M30; 图 加工工件示意图 例 2.8 某连杆零件如图 所示, 要求对该连杆的轮廓进行精铣数控加工, 试编写程序 图 连杆零件 (1) 刀具选择 选择 φ 16 mm 立铣刀 (2) 安全面高度 安全面高度为 10mm 94

25 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 95 (3) 工艺路线安排 采用刀具半径补偿功能, 由 A 点进刀, 再由 B 点退刀加工 φ 40mm 的圆 ; 由 C 点进刀, 再由 D 点退刀加工 φ 24mm 的圆 ; 然后由 A 点进刀, 再由 B 点退刀加工整个轮廓 (4) 数值计算 连杆轮廓的特征点计算结果如下 点 1:X=-82,Y=0; 点 2:X=0,Y=0; 点 3:X=-94,Y=0; 点 4:X= ,Y= ; 点 5:X=-1.951,Y= ; 点 6:X=-1.951,Y=19.905; 点 7:X= ,Y=11.943; 点 8:X=20,Y=0 (5) 数控加工程序如下 : O0002 程序名 N10 G54 G90 G00 X28 Y20; 建立工件坐标系, 快速移动到 A 点 N15 G43 H01 Z10; 刀具长度补偿, 快速移动至安全高度 N20 S1000 M03 M08; 启动主轴和切削液 N40 G01 Z-8 F200; 下刀至 -8mm 高度处 N50 G41 X20 Y0 H01 F100; 刀具半径左补偿, 切向进刀至点 8 N60 G02 Y0 I-20 J0; 圆弧插补铣 φ 40mm 的圆 N70 G40 G01 X28 Y-20; 取消刀具补偿, 切向退刀至点 B N80 G00 Z10; Z 向退刀至安全高度 N90 X-102 Y-20; 快速移动到 C 点 N100 G01 Z-8 F200; 下刀至 -8mm 高度处 N110 G41 X-94 Y0 H01 F100; 刀具半径左补偿, 切向进刀至点 3 N120 G02 I12 J0; 圆弧插补铣 φ 24mm 的圆 N130 G40 G01 X-94 Y20; 取消刀具补偿, 切向退刀至点 D N140 G00 Z10; Z 向退刀至安全高度 N150 G00 X28 Y20; 快速移动到 A 点 N160 G01 Z-21 F200; 下刀至 -21mm 高度处 N170 G41 X20 Y0 H01 F100; 刀具半径左补偿, 切向进刀至点 8 N180 G02 X Y I-20 J0; 圆弧插补至点 5 N190 G01 X Y ; 直线插补至点 4 N200 G02 Y I1.165 J11.943; 圆弧插补至点 7 N210 G01 X Y19.905; 直线插补至点 6 N220 G02 X20 Y0 I1.195 J ; 圆弧插补至点 8 N230 G40 G01 X28 Y-20; 取消刀具补偿, 切向退刀至点 B N240 G00 Z10 M05 M09; Z 向退刀至安全高度, 主轴停止 N250 G91 G49 G28 Z0; 取消长度补偿,Z 轴返回参考点 N260 G28 X0 Y0; X Y 轴返回参考点 N270 M30; 程序结束 加工中心程序编制加工中心 (Machining Center,MC), 是从数控铣床发展而来的 与数控铣床相同的是, 加工中心同样是由计算机数控系统 伺服系统 机械本体 液压系统等各部分组成, 但它又不等同于数控铣床, 二者的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力, 通过在刀库上安装不同用途的刀具, 可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具, 实现钻 铣 镗 扩 铰 攻螺纹 切槽等多种加工功能, 故适合于小型板类 盘类 壳体类 模具等零件的多品种小批量加工 图 为 TH5632 型立式加工中心外观图 图中所示 10 是床身, 其顶面的横向导轨 95

26 96 机床数控技术 支承着滑座 9, 滑座沿床身导轨的运动方向为 Y 轴方向 工作台 8 沿滑座导轨的纵向运动方向为 X 轴方向 5 是主轴箱, 主轴箱沿立柱导轨的上下移动方向为 Z 轴方向 1 为 X 轴的伺服电动机 2 是换刀机械手, 它位于主轴和刀库之间 4 是盘式刀库, 能储存 16 把刀具 3 是数控柜,7 是驱动电源柜, 它们分别位于机床立柱的左右两侧,6 是机床的编程与操作面板 图 TH5632 型立式加工中心外观图 1. 加工中心编程特点本节以配置 FANUC21i/210i MB 系统的加工中心为例介绍其基本编程功能指令, 该系统具有以下编程特点 1) 程序结构每一个存储在零件存储器中的程序需要指定一个程序号以便相互区别 其格式为 :O ; 其中 O 为地址, 其后为 4 位数字 在书写时程序号中非 0 的数字前的 0 可以省略不写 例如 :O0020; 可以写成 O20; 所有程序都是从程序号开始, 主程序以 M02 或 M30 结束 ; 子程序以 M99 结束 一个程序段用识别程序段的顺序号开始而以程序段结束代码结束, 本系统用 ; 表示程序段结束 ( 在 ISO 代码中为 LF, 而在 EIA 代码中为 CR) 2) 小数点编程小数点编程的意思是, 对于某些地址可以使用小数点编程, 也可不用小数点编程 对于允许使用小数点的地址, 如 X Y Z I J K R Q F( 注 :P 不能用小数点输入 ) 等, 由小数点决定该数值的单位, 输入时应特别注意 使用小数点编程时, 长度单位为 mm, 96

27 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 97 角度单位为度 ( ), 时间单位为 s; 不使用小数点编程时, 长度单位为 µm, 时间单位为 ms 如沿 X 轴正方向位移 15mm, 以下写法都是允许的 G91 G00 X15.0; G91 G00 X15.; G91 G00 X15000; 但不能写成 G91 G00 X15;, 否则相当于位移 15 µm 另外在同一个程序段中, 允许同时出现带小数点的数字, 即带小数点和不带小数点的数字可以混合编程 如 X1000 Z2.;, 相当于 X1. Z2.;, 暂停指令中用 X 时应加小数点, 用 P 时不能用小数点 如 G04 X5.;, 相当于 G04 P5000; 3) 自动换刀该加工中心刀库装刀容量为 16 把, 可以自动换刀, 也可以手动换刀 可根据加工批量等情况, 决定采用自动换刀还是手动换刀 一般在加工批量为 10 件以上, 而刀具更换又比较频繁时, 以采用自动换刀为宜 但当加工批量很小而使用的刀具种类又不多时, 把自动换刀安排到程序中, 反而会增加机床调整时间 4) G 功能指令 G 功能代码见表 2-21 表 2-21 G 功能代码一览表 G 功能代码组别功能 G 功能代码组别功能 G00 快速点定位 G45 刀具位置偏移增加 *G01 直线插补 G46 刀具位置偏移减少 G02 顺时针圆弧插补 G47 刀具位置偏移两倍增加 G03 逆时针圆弧插补 G48 刀具位置偏移两倍减少 G 功能代码组别功能 G 功能代码组别功能 G04 暂停 G50 比例缩放取消 11 G05.1 预读控制超前读多个程序 G51 比例缩放有效 G07.1(G107) 圆柱插补 G50.1 可编程镜像取消 22 G08 00 预读控制 G51.1 可编程镜像有效 G09 准确停止检验 G52 局部坐标系设定 00 G10 可编程数据输入 G53 选择机床坐标系 G11 可编程数据输入方式取消 G54~G59 14 工件坐标系 1~6 选择 *G15 极坐标指令消除 G60 00 单方向定位 17 G16 极坐标指令 G61 准确停止校验方式 *G17 XY 平面选择 G62 自动拐角倍率 15 *G18 02 ZX 平面选择 G63 攻螺纹方式 *G19 YZ 平面选择 *G64 切削进给方式 G20 英制输入 G65 00 宏指令简单调用 06 G21 米制输入 G66 宏指令模态调用 12 *G22 04 存储行程限位有效 G67 宏指令模态调用取消 97

28 98 机床数控技术 ( 续 ) G 功能代码 组别 功 能 G 功能代码 组别 功 能 G23 存储行程限位无效 *G68 坐标系旋转方式建立 16 G27 返回参考点检验 G69 坐标系旋转方式取消 G28 自动返回参考点 G73 深孔钻循环 G29 00 由参考点返回 G74 09 左旋攻螺纹循环 G30 返回第 参考点 G76 精镗循环 G31 98 跳转功能 G80~G89 09 孔加工固定循环 G33 01 螺纹切削 *G90 绝对值编程 03 G37 自动刀具长度测量 G91 增量值编程 G39 00 拐角偏置圆弧插补 G92 *G40 取消刀具半径补偿 G92.1 G41 07 刀具半径补偿 ( 左 ) *G94 每分钟进给 05 G42 刀具半径补偿 ( 右 ) G95 每转进给 00 坐标系设定或最大主轴速度钳制工件坐标系预置 *G40.1(G150) 法线方向控制取消方式 G96 打开恒切削速度 13 G41.1(G151) 19 法线方向控制左侧接通 *G97 取消恒切削速度 G42.1(G152) 法线方向控制右侧接通 *G98 10 固定循环返回到初始点 G43 刀具长度补偿 (+) G99 固定循环返回到 R 点 G44 08 刀具长度补偿 (-) *G49 取消刀具长度补偿 注 :1. 除了 G10 和 G11 以外的 00 组 G 功能代码都是非模态 G 功能代码, 其他各组代码均为模态 G 功能代码 2. 同组中, 有 * 标记的 G 功能代码是在电源接通时或按下复位键时就立即生效的 G 功能代码 3. 不同组 G 功能代码可以在同一个程序段中被规定并有效, 但当一个程序段中, 指定了两个以上属于同组的 G 功能代码时, 则仅最后一个被指定的 G 功能代码有效 4. 在固定循环方式中, 如果规定了 01 组中的任何 G 功能代码, 固定循环功能就被自动取消, 系统处于 G80 状态, 而且 01 组 G 功能代码不受任何固定循环 G 功能代码的影响 5) M 功能指令 M 功能指令由地址 M 和两位数字组成, 在一个程序段中只应规定一个 M 指令, 当在一个程序段中出现了两个或两个以上的 M 指令时, 则只有最后一个被指令的 M 代码有效 对于不同的机床制造厂来说, 各 M 功能指令的含义可能有所不同, 表 2-22 所列的是主要的 M 功能, 仅供参考 2. 加工中心基本编程方法 1) 快速点定位 G00 格式 :G00 X_ Y_ Z_; 1 用 G00 指令指定点定位, 命令刀具以点位控制方式, 从刀具所在点以最快的速度

29 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 99 移动到目标点 X Y Z 为目标点坐标 2 当用绝对指令时,X Y Z 为目标点在工件坐标系中的坐标 ; 当用增量坐标时,X Y Z 为目标点相对于起点的增量坐标, 即编程时编制刀具移动的距离, 不运动的坐标可以不写 如图 所示, 现命令刀具从 A 点快速移动到 B 点, 其程序如下 : G90 G00 X10.0 Y20.0; ( 绝对尺寸 ) G91 G00 X-80.0 Y-60.0; ( 增量尺寸 ) 3 刀具分别以每轴的快速移动速度定位, 刀具轨迹一般不是直线 其移动速度为系统设定的最高速度, 不能在地址 F 中指定 表 2-22 主要的 M 功能一览表 M 功能指令功能简要说明 M00 程序停止程序停止时, 所有模态指令不变, 按循环启动 (CYCLE START) 按钮可以再启动 功能与 M00 相似, 不同之处就在于程序是否停止取决于机床操作面板上的选 M01 选择停止 择停止 (OPTIONAL STOP) 开关所处的状态, ON 程序停止 ; OFF 程序继续执行 当程序停止时, 按循环启动按钮可以再启动 M02 程序结束 程序结束后不返回到程序开头的位置 M03 主轴正转 从主轴前端向主轴尾端看时为逆时针 M04 主轴反转 从主轴前端向主轴尾端看时为顺时针 M05 主轴停止 执行该指令后, 主轴停止转动 M06 刀具交换 主轴刀具与刀库上位于换刀位置的刀具交换, 该指令中同时包含了 M19 指令, 执行时先完成主轴准停的动作, 然后才执行换刀动作 M08 切削液开执行该指令时, 应先使切削液开关位于 AUTO 的位置 M09 切削液关 M30 程序结束程序结束后自动返回到程序开头的位置 M98 子程序调用程序段中用 P 表示子程序地址, 用 L 表示调用次数 M99 子程序返回 2) 单方向定位指令 G60 对于要求精确定位的孔加工, 使用 G60 指令取代 G00 指令可以实现单方向定位, 从而达到消除因间隙而引起的加工误差, 实现精确定位的目的, 如图 所示 1 定位时的方向与过冲量均由参数设定, 即使指令的定位方向与设定的方向一致, 刀具也要在到达终点前停一次 2 G60 为非模态功能代码, 只在被指定的程序段中有效 3 在钻孔固定循环期间 Z 轴不执行单方向定位 4 没有用参数设置过冲量的轴不能进行单方向定位 5 指令移动距离为 0 时不执行单方向定位 99

30 100 机床数控技术 6 镜像不影响参数设定的方向 7 固定循环指令 G76 和 G87 中的偏移运动不使用单方向定位 图 G00 G01 指令编程举例 图 单方向定位指令 G60 3) 直线插补指令 G01 格式 :G01 X_ Y_ Z_ F_; 1 G01 指令的作用是使两个 ( 或 3 个坐标 ) 以联动的方式, 按指定的进给速度 F 值, 插补加工出任意斜率的平面 ( 或空间 ) 直线 X Y Z 为目标点坐标, 可以用绝对值坐标, 也可以用增量坐标 2 F 为刀具移动的速度, 用 F 代码指令的进给速度是沿着直线轨迹测量的 如果 F 代码不指令, 进给速度被当作零, 如图 所示 图 G01 指令编程举例 4) 圆弧插补指令 G02 G03 在 XY 平面上插补圆弧的格式 : G02 I J G17 X Y G03 R F_ ; 在 ZX 平面上插补圆弧的格式 : G02 I K G18 X Z G03 R F_ ; 在 YZ 平面上插补圆弧的格式 : G02 J K G19 Y Z G03 R F_ ; 1 用 G02 G03 指定圆弧插补 G02 表示顺圆插补,G03 表示逆圆插补 圆弧的顺 100

31 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 101 逆时针方向如图 2.91 所示 2 G17 G18 G19 为圆弧插补平面选择指令, 以此来确定被加工表面所在平面,G17 可以省略 X Y Z 为圆弧终点坐标, 可以用绝对值坐标, 也可以用增量坐标, 由 G90 和 G91 决定 在增量方式下, 圆弧终点坐标是相对于圆弧起点的增量值 I J K 表示圆弧圆心的坐标, 它是圆心相对于圆弧起点在 X Y Z 轴方向上的增量值, 也可以理解为圆弧起点到圆心的矢量 ( 矢量方向指向圆心 ) 在 X Y Z 轴上的投影, 与前面定义的 G90 或 G91 无关 I J K 为零时可以省略 F 规定了沿圆弧切向的进给速度 下面以图 为例, 说明 G02 G03 指令的编程方法, 设刀具从 A 开始沿 A B C 切削 用绝对值尺寸编程 : 或 图 G02 G03 指令编程举例 G92 X200.0 Y40.0 Z0; G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300.; G02 X120.0 Y60.0 R50.0; G92 X200.0 Y40.0 Z0; G90 G03 X140.0 Y100.0 I-60.0 F300.; G02 X120.0 Y60.0 I-50.0; 用增量值尺寸编程 : 或 G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300.; G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0; G91 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 F300.; G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0; 3 整圆编程时不能使用 R, 只能使用 I J K 图 为一封闭圆, 现设起刀点在坐标原点 O 加工时刀具从 O 快速移动至 A, 以逆时针加工整圆, 用绝对尺寸编程 : N10 G92 X0 Y0 Z0.; N20 G90 G00 X30. Y0; N30 G03 I-30. J0 F100; N40 G00 X0 Y0; 101

32 102 机床数控技术 用增量尺寸编程 : N20 G91 G00 X30. Y0; N30 G03 I-30. J0 F100; N40 G00 X-30. Y0; 4 在使用 R 的圆弧插补中, 由于在同一圆弧半径 R 的情况下, 从起点 A 到终点 B 的圆弧可能有两个, 如图 所示, 即圆弧段 1 和圆弧段 2 为了区别二者, 特规定圆弧所对应的圆心角小于等于 180 时 ( 圆弧段 1) 用 +R; 圆心角大于 180 的圆弧 ( 圆弧段 2) 用 -R, 其程序如下 图 整圆编程 图 圆弧用 R 编程 圆弧段 1: 由图可知 A B 两点的坐标为 A(-40, -30),B(40, -30) 程序为: G90 G02 X40. Y-30. R50. F100; 或 G91 G02 X80. Y0. R50. F100; 圆弧段 2 程序为 G90 G02 X40. Y-30. R-50. F100; 或 G91 G02 X80. Y0. R-50. F100; 5 如果同时指定地址 I J K 和 R, 则用地址 R 指定的圆弧优先, 其他被忽略 5) 螺旋插补指令 G02 G03 G02 I J G17 X Y α(β)_ F_ ; G03 R G02 I K G18 X Z α(β)_ F_ ; G03 R G02 J K G19 Y Z α(β)_ F_ ; G03 R 1 螺旋移动的螺旋插补可指令两个与圆弧插补轴同步移动的其他轴 指令方法只是简单地加上一个不是圆弧插补轴的移动轴, 如图 所示 2 只对圆弧进行刀具半径补偿, 在指令螺旋插补的程序段中不能指令刀具偏置和刀具长度补偿 3 α β 是圆弧插补时不用的任意一个轴, 最多能指定两个其他轴 102

33 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 103 图 螺旋插补 6) 准确停止校验指令 G09 G09 指令为非模态指令, 仅在所出现的程序段有效 在与包含有运动的指令同时被指定时, 刀具在到达终点前减速并精确定位后才继续执行下一个程序段, 因此 G09 可用于具有尖锐棱角的零件加工 7) 准确停止校验方式指令 G61 G61 指令规定了精确停止校验方式且为续效指令 在指定了 G61 的程序段之后, 当遇到与运动有关的指令, 刀具到达该运动段的终点时, 减速到零并精确定位之后再执行下一个程序段 该指令工作方式在遇到 G64 时可以自动终止 G61 与 G09 的区别是 G61 为模态指令 8) 切削进给方式指令 G64 在这种工作方式时, 刀具在运动到指令的终点后, 不减速而继续执行下一个程序段 换言之, 机床在上一个程序段到达所编程的终点前, 就开始执行下一个程序段 但该指令在有定位指令 G00 G60 或精确停止校验指令 G09 的程序段中, 仍减速到零并精确定位 9) 暂停指令 G04 格式 :G04 X_; 或 G04 P_; 1 G04 指令可使刀具作暂短的无进给光整加工, 一般用于镗平面 锪孔等场合 2 X 或 P 为暂停时间, 其中 X 后面可用带小数点的数, 单位为 s( 如 G04 X5.0; 表示在前一程序执行完后, 要经过 5s 以后, 后一程序段才执行 ); 地址 P 后面不允许用小数点, 单位为 ms( 如 G04 P1000; 表示暂停 1000ms, 即 1s) 10) 返回参考点校验指令 G27 自动返回参考点指令 G28 由参考点返回指令 G29 (1) 返回参考点校验指令 G27 格式 :G27 X_ Y_ Z_; 1 G27 指令可以检验刀具是否能够定位到参考点上, 指令中 X Y Z 分别代表参考点在工件坐标系中的坐标值, 执行该指令后, 如果刀具可以定位到参考点上, 则相应轴的参考点指示灯就点亮 2 若不要求每次执行程序时, 都执行返回参考点的操作, 应在该指令前加上 / ( 程序跳转 ), 以便在不需要校验时, 跳过该程序段 103

34 104 机床数控技术 3 若希望执行该程序段后让程序停止, 应在该程序段后加上 M00 或 M01 指令, 否则程序将不停止而继续执行后面的程序段 4 在刀具补偿方式中使用该指令, 刀具到达的位置将是加上补偿量的位置, 此时刀具将不能到达参考点, 因而相应轴参考点的指示灯不亮, 因此执行该指令前, 应先取消刀具补偿 (2) 自动返回参考点指令 G28 格式 :G28 X_ Y_ Z_; 1 G28 指令可使刀具以点位方式经中间点快速返回到参考点, 中间点的位置由该指令后面的 X Y Z 坐标值所决定, 其坐标值可以用绝对值也可以用增量值, 但这要取决于是 G90 方式还是 G91 方式 设置中间点是为了防止刀具返回参考点时与工件或夹具发生干涉 2 通常 G28 指令用于自动换刀, 原则上应在执行该指令前取消各种刀具补偿 3 在 G28 程序段中不仅记忆移动指令坐标值, 而且记忆了中间点的坐标值 换句话说, 对于在使用 G28 程序段中没有被指令的轴, 以前 G28 中的坐标值就作为那个轴的中间点坐标值 例 :N010 G90 X100.0 Y200.0 Z300.0; N020 G28 X400.0 Y500.0; ( 中间点是 ) N030 G28 Z600.0; ( 中间点是 ) (3) 自动从参考点返回指令 G29 格式 :G29 X_ Y_ Z_; 1 G29 指令可以使刀具从参考点出发, 经过一个中间点到达由这个指令后面的 X Y Z 坐标值所指定的位置 中间点的坐标由前面的 G28 指令所规定, 因此 G29 指令应与 G28 指令成对使用, 指令中 X Y Z 是目标点的坐标, 由 G90/G91 状态决定是绝对值还是增量值 若为增量值, 则是指到达点相对于 G28 中间点的增量值 2 在选择 G28 之后,G29 指令不是必需的, 使用 G00 定位有时可能更为方便 例如图 所示, 加工后刀具已定位到 A 点, 取点 B 为中间点,C 点为执行 G29 指令时应到达的点, 则程序如下 : 图 G28 指令与 G29 指令应用举例 104

35 N040 G91 G28 X100. Y100.; N050 M06; N060 G29 X300. Y-170.; 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 105 此程序执行时, 刀具首先从 A 点出发, 以快速点定位的方式由 B 点到达参考点, 换刀后执行 G29 指令, 刀具从参考点先运动到 B 点再到达 C 点,B 点至 C 点的增量坐标为 X300. Y ) 选择机床坐标系指令 G53 格式 :G53 X_ Y_ Z_; 1 当指令机床坐标系上的位置时, 刀具快速移动到该位置 2 G53 是非模态 G 代码, 即它仅在指令机床坐标系的程序段有效 3 对 G53 应指定绝对值指令 (G90), 当指定增量值指令 (G91) 时,G53 指令被忽略 12) 设定工件坐标系指令 G92 格式 :G92 X_ Y_ Z_; 1 G92 指令是规定工件坐标系坐标原点的指令, 工件坐标系原点又称为程序原点, 坐标值 X Y Z 为刀具刀位点在工件坐标系中 ( 相对于程序原点 ) 的初始位置 执行 G92 指令时, 机床不动作, 即 X Y Z 轴均不移动 2 坐标值 X Y Z 均不得省略, 否则对未被设定的坐标轴将按以前的记忆执行, 这样刀具在运动时, 可能达不到预期的位置, 甚至会造成事故 如图 所示, 建立工件坐标的系程序为 G92 X25.2 Z23.0; 建立工件坐标系 图 G92 建立工件坐标系 13) 选择工件坐标系指令 G54~G59 格式 :G54 / / G59 1 若在工作台上同时加工多个零件时, 可以设定不同的程序零点, 可建立 G54~G59 共六个加工工件坐标系 与 G54~G59 相对应的工件坐标系, 分别称为第一工件坐标系至第六工件坐标系, 其中 G54 坐标系是机床一开机并返回参考点后就有效的坐标系 2 G54~G59 不像 G92 那样需要在程序段中给出预置寄存的坐标数据 那么机床在加工时, 是如何知道所用工件坐标系与机床坐标系之间的关系呢? 原来这是由操作者在加工 105

36 106 机床数控技术 零件之前, 通过 工件零点附加偏置 的操作实现的 操作者在安装工件后, 测量工件坐标系原点相对于机床坐标系原点的偏移量, 并把工件坐标系在各轴方向上相对于机床坐标系的位置偏移量, 写入工件坐标偏置存储器中, 其后系统在执行程序时, 就可以按照工件坐标系中的坐标值来运动了 3 注意 G54~G59 工件坐标系指令与 G92 坐标系设定指令的差别 :G92 指令需后续坐标值指定刀具起点在当前工件坐标系中的坐标值, 用单独一个程序段指定 ; 在使用 G92 指令前, 必须保证刀具回到加工起点 G54~G59 建立工件坐标系时, 可单独使用, 也可与其他指令同段使用 ; 使用该指令前, 先用手动数据输入 (MDI) 方式输入该坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值 对于完成图 所示零件的钻孔加工, 使用 G54~G59 工件坐标系编程可简化程序, 减少坐标换算 图 设定不同的程序零点示例 14) 设定局部坐标系指令 G52 当在工件坐标系中编制程序时, 为容易编程可以设定工件坐标系的子坐标系 子坐标系称为局部坐标系 格式 :G52 X_ Y_ Z_; 1 用 G52 指令可以在工件坐标系 G54~G59 中设定局部坐标系 局部坐标系的原点设定在工件坐标系中以 X_ Y_ Z_ 指定的位置 2 当设定局部坐标系时, 后面以绝对值方式,G90 指令移动的是在局部坐标系中的坐标值 3 用 G52 X0 Y0 Z0 可取消局部坐标系 4 局部坐标系的设定不改变工件坐标系和机床坐标系 15) 坐标平面指令 G17 G18 G19 右手直角笛卡儿坐标系的 3 个互相垂直的轴 X Y Z, 分别构成 3 个平面, 即 XY 平面 ZX 平面和 YZ 平面 对于三坐标的加工中心, 常用这些指令确定机床在哪个平面内进行插补运动 用 G17 表示在 XY 平面内加工 ;G18 表示在 ZX 平面内加工 ;G19 表示在 YZ 平面内加工 106

37 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 ) 绝对值指令 G90 增量值指令 G91 1 绝对值指令 G90 ISO 代码中绝对值指令用 G90 指定 它表示程序段中的尺寸字为绝对坐标值, 即从编程零点开始的坐标值 2 增量值指令 G91 ISO 代码中增量值指令用 G91 指定 它表示程序段中的尺寸字为增量坐标值, 即刀具运动的终点相对于起点坐标值的增量 17) 极坐标指令 G15 G16 格式 :G17/G18/G19 G90/G91 G16; 开始极坐标指令 G00 X_ Y_ 极坐标指令 G15; 取消极坐标指令 1 坐标值可以用极坐标半径和角度输入, 角度的正向是所选平面的第一轴正向的逆时针转向, 而负向是顺时针转向 2 半径和角度两者可以用绝对值指令或增量值指令 G90/ G91 3 G90 指定工件坐标系的原点作为极坐标系的原点, 从该点测量半径 ;G91 指定当前位置作为极坐标系的原点, 从该点测量半径 4 G00 后第一轴是极坐标半径 ; 第二轴是极角 如图 所示, 程序如下 : 用绝对值指令指定角度和半径 N1 G17 G90 G16; 指定极坐标指令和选择 XY 平面, 设定工件坐标系的原点作为极坐标系的原点 N2 G81 X100.0 Y30.0 Z-20.0 R-5.0 F200.0; 指定 100mm 的距离和 30 的角度 N3 Y150.0; 指定 100mm 的距离和 150 的角度 N4 Y270.0; 指定 100mm 的距离和 270 的角度 N5 G15 G80; 取消极坐标指令 用增量值指令指定角度, 用绝对值指令指定极径 N1 G17 G90 G16; 指定极坐标指令和选择 XY 平面, 设定工件坐标系的原点作为极坐标的原点 N2 G81 X100.0 Y30.0 Z-20.0 R-5.0 F200.0; 指定 100mm 的距离和 30 的角度 N3 G91 Y120.0; 指定 100mm 的距离和 +120 的角度增量 N4 Y120.0; 指定 100mm 的距离和 +120 的角度增量 N5 G15 G80; 取消极坐标指令 图 G15 G16 指令编程举例 107

38 108 机床数控技术 18) 尺寸单位选择指令 G20 G21 格式 :G20; 英制输入 G21; 公制输入 1 该 G 指令必须编在程序的开头, 在设定坐标系之前, 以单独程序段指定 2 接通电源时为公制单位 3 G20 G21 不能中途切换 19) 主轴速度功能指令 G96 G97 G92 格式 :G96 S ; 刀具和工件之间的相对速度维持恒定,S 为切削速度 (m/min) G97 S ; 取消恒切削速度,S 为主轴转速 (r/min) G92 S ; S 为主轴最高速度 (r/min) 20) 刀具补偿指令 (1) 刀具长度补偿指令 G43 G44 G49 格式 :G43 Z_ H_; 刀具长度补偿 (+) G44 Z_ H_; 刀具长度补偿 (-) G49; 或 H00; 取消刀具长度补偿 1 刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向 (Z 向 ) 的补偿, 它使刀具在 Z 方向上的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏置量 G43 为刀具长度正补偿 + ;G44 为刀具长度负补偿 - ;Z 为目标点坐标 ;H 为刀具长度补偿代号, 补偿量存入由 H 代码指定的存储器中 若输入指令 G00 G43 Z100.H01;, 并于 H01 中存入 -200., 则执行该指令时, 将用 Z 坐标值 100. 与 H01 中所存 进行 + 运算, 即 (-200.)= -100., 并将所求结果作为 Z 轴移动值 取消刀具长度补偿用 G49 或 H00 若指令中忽略了坐标轴, 则默认为 Z 轴且为 Z0 2 当刀具在长度方向的尺寸发生变化时, 可以在不改变程序的情况下, 通过改变偏置量, 加工出所要求的零件尺寸 图 所示的刀具长度补偿示例, 程序如下 : H1=-4.0 刀具长度偏置值 N1 G91 G00 X120.0 Y80.0; (1) N2 G43 Z-32.0 H1; (2) N3 G01 Z-21.0 F1000; (3) N4 G04 P2000; (4) N5 G00 Z21.0; (5) N6 X30.0 Y-50.0; (6) N7 G01 Z-41.0; (7) N8 G00 Z41.0; (8) N9 X50.0 Y30.0; (9) N10 G01 Z-25.0; (10) N11 G04 P2000; (11) N12 G00 Z57.0 H0; (12) N13 X Y-60.0; (13) N14 M2; 108

39 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 109 图 刀具长度补偿示例 (2) 刀具半径补偿指令 G41 G42 G40 格式 : G41 G00( 或 G01) D_ X_ Y_(F_); G42 G00( 或 G01) G00( 或 G01)G40 X_ Y_ (F_); 1 前面已较详细地讨论了刀具半径补偿指令, 在此仅作一些补充说明 2 指令 G41 为刀具半径左补偿,G42 为刀具半径右补偿 ( 图 2.96),G40 为取消刀具半径补偿 由于刀具半径补偿的建立和取消必须在包含运动的程序段中完成, 因此以上格式中也写入了 G00( 或 G01) D 为刀具半径补偿代号, 刀具半径值预先寄存在 D 指令的存储器中 X Y 为目标坐标点,F 为进给速度 ( 用 G00 编程时 F 省略 ) 3 在建立与取消刀具半径补偿的过程中, 必须注意刀具与工件之间的相互位置, 避免撞刀 例 2.9 如图 所示, 现用 φ 30mm 立铣刀铣削该零件的轮廓 刀具半径补偿地址为 D07, 在加工前存入 15 程序如下 : G92 X0 Y0 Z0; N1 G90 G17 G00 G41 D07 X250.0 Y550.0; N2 G01 Y900.0 F150; 指定绝对坐标值, 刀具定位在开始位置 X0 Y0 Z0 开始刀具半径补偿 ( 起刀 ), 建立刀具半径左补偿,D07 已预先设定为 15( 刀具半径为 15mm) 从 P1 到 P2 加工 109

40 110 机床数控技术 N3 X450.0; N4 G03 X500.0 Y R650.0; N5 G02 X900.0 R-250.0; N6 G03 X950.0 Y900.0 R650.0; N7 G01 X1150.0; N8 Y550.0; N9 X700.0 Y650.0; N10 X250.0 Y550.0; N11 G00 G40 X0 Y0; 从 P2 到 P3 加工从 P3 到 P4 加工从 P4 到 P5 加工从 P5 到 P6 加工从 P6 到 P7 加工从 P7 到 P8 加工从 P8 到 P9 加工从 P9 到 P1 加工取消刀具半径补偿, 刀具返回到开始位置 X0 Y0 Z0 图 铣削零件轮廓 4 刀具半径补偿功能给数控加工带来了方便, 简化了编程工作 编程人员不但可以直接按零件轮廓编程, 而且还可以用同一个加工程序, 对零件轮廓进行粗 精加工 如图 所示, 当按零件轮廓编程以后, 在粗加工零件时可以把偏移量设为 D,D = R+ Δ, 其中 R 为铣刀半径, Δ 为精加工前的加工余量, 那么零件被加工完成以后将得到一个比零件轮廓 ABCDEF 各边都大 Δ 的零件轮廓 A'B'C'D'E'F' 在精加工零件时, 设偏移量 D = R, 这样零件被加工完后, 将得到零件的实际轮廓 ABCDEF 此外, 可以利用刀具半径补偿功能, 利用同一个程序, 加工同一个基本尺寸的内 外两个型面 如图 所示, 粗实线为零件的轮廓线, 在编程时, 设当偏移量为 +D 时, 刀具中心将沿轨迹在轮廓外侧切削, 如图 2.127(a); 当偏移量为 -D 时, 刀具中心将沿轨迹在工件轮廓内侧切削, 如图 2.127(b) 110

41 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 111 图 刀具半径补偿功能利用之一 (a) (b) 图 刀具半径补偿功能利用之二 21) 子程序 (1) 子程序的应用 1 零件上有若干处具有相同的轮廓形状 在这种情况下, 只编写一个轮廓形状的子程序, 然后用一个主程序来调用该子程序 2 加工中反复出现具有相同轨迹的走刀路线 被加工的零件从外形上看并无相同的轮廓, 但需要刀具在某一区域分层或分行反复走刀, 走刀轨迹总是出现某一特定的形状, 采用子程序就比较方便, 此时通常要以增量方式编程 3 程序中的内容具有相对的独立性 加工中心编写的程序往往包含许多独立的工序, 有时工序之间的调整也是允许的 为了优化加工顺序, 把每一个独立的工序编成一个子程序, 主程序中只有换刀和调用子程序等指令, 是加工中心编程的一个特点 4 满足某种特殊的需要 (2) 子程序格式 O ; 子程序号 N010 ; N020 ; 子程序内容 N200 ; N210 M99; 子程序结束 1 在子程序的开头, 继 O 之后规定子程序号,( 由 4 位数字组成,4 位中前面的 0 可以省略 ) 111

42 112 机床数控技术 2 M99 为子程序结束指令,M99 不一定要单独使用一个程序段, 如下所示也是允许的 : G00 X_ Y_ M99; (3) 子程序的调用 格式 :M98 P ; 1 M98 是调用子程序指令, 为子程序调用次数, 系统允许调用的次数为 999 次 ; 为子程序的号 如 M98 P51000; 表示调用子程序 (O 1000) 共 5 次 如 X M98 P1200; 表示 X 移动后调用子程序 (O 1200) 2 当主程序调用子程序时, 它被认为是一重子程序 本系统允许子程序调用可以嵌套 4 重 3 当子程序结束时, 如果用 P 指定一个顺序号, 则控制不返回到调用程序段之后的程序段, 而返回到由 P 指定的顺序号的程序段 但是, 注意如果主程序运行于存储器方式以外的方式时,P 被忽略 这个方法返回到主程序的时间比正常返回要长 如 M99 Pn; 表示子程序在返回时将返回到主程序中顺序号为 n(n 为主程序中的顺序号 ) 的那个程序段 4 如果在主程序中执行 M99, 则控制返回到主程序的开头, 然后从主程序的开头重复执行 下面举例说明子程序调用编程方法 例 2.10 如图 所示, 用 φ 8 键槽铣刀加工, 使用刀具半径补偿, 每次 Z 轴下刀 2.5mm, 试利用子程序编写程序 112 程序如下 : O100;( 主程序 ) N010 G92 X0 Y0 Z20.0; N020 M03 S800; N030 G90 X-4.5 Y-10. M08; N040 Z0; N050 M98 P41100; N060 G90 G00 Z20.0 M05; N070 X0 Y0 M09; N080 M30; O1100;( 子程序 ) N010 G91 G00 Z-2.5; 图 子程序编程

43 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 113 N020 M98 P41200; N030 G00 X-76.0 M99; O1200;( 子程序 ) N010 G91 G00 X19.0; N020 G41 D21 X4.5; N030 G01 Y75.0 F100; N040 X-9.; N050 Y-75.; N060 G40 G00 X4.5 M99; 22) 比例缩放指令 G50 G51 格式 :G51 X_Y_Z_P_; /G51 X_Y_Z_I_J_K_; 缩放开始 G50; 缩放取消 1 X Y Z 为比例缩放中心坐标 ;P 为缩放比例 ;I J K 分别为 X Y Z 轴对应的缩放比例 2 编程的形状被放大和缩小 ( 比例缩放 ) 3 用 X Y 和 Z 指定的尺寸可以放大和缩小相同或不同的比例 23) 坐标系旋转指令 G68 G69 格式 :G68 X_ Y_ R_; 坐标系开始旋转 G69; 坐标系旋转取消指令 1 G68 指令以给定 X Y 为旋转中心, 将坐标系旋转 R 角, 如果 X Y 值省略, 则以工件坐标系原点为旋转中心 例如 : G68 R60; 表示以工件坐标系原点为旋转中心, 将坐标系逆时针旋转 60 G68 X15. Y15. R60.; 表示以坐标 (15,15) 为旋转中心将坐标系逆时针旋转 60 2 G69 为坐标系旋转取消指令, 它与 G68 成对出现 24) 固定循环功能指令加工中心机床配备的固定循环功能, 主要用于孔加工, 包括钻孔 镗孔 攻螺纹等 使用一个程序段就可以完成一个孔加工的全部动作 继续加工孔时, 如果孔加工的动作无须变更, 则程序中所有模态的数据可以不写, 因此可以大大简化程序 固定循环功能指令见表 2-23 表 2-23 固定循环功能指令 G 代码 孔加工动作 (-Z 方向 ) 在孔底的动作 刀具返回方式 (+Z 方向 ) 用 途 G73 间歇进给 快速高速深孔往复排屑钻 G74 切削进给暂停 主轴正转切削进给攻左旋螺纹 G76 切削进给主轴定向停止 刀具移位快速精镗孔 113

44 114 机床数控技术 ( 续 ) G 代码 孔加工动作 (-Z 方向 ) 在孔底的动作 刀具返回方式 (+Z 方向 ) 用 途 G80 取消固定循环 G81 切削进给 快速钻孔 G82 切削进给暂停快速锪孔 镗阶梯孔 G83 间歇进给 快速深孔往复排屑钻 G84 切削进给暂停 主轴反转切削进给攻右旋螺纹 G85 切削进给 切削进给精镗孔 G86 切削进给主轴停止快速镗孔 G87 切削进给主轴停止快速返回反镗孔 G88 切削进给暂停 主轴停止手动操作镗孔 G89 切削进给暂停切削进给精镗阶梯孔孔加工固定循环通常由以下 6 个动作组成 : 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 刀具自起点快速进给到 R 点 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 在孔底的动作 包括暂停 主轴准停 刀具移位等动作 动作 5 返回到 R 点 继续孔的加工而又可以安全移动刀具时选择 R 点 动作 6 快速返回到起点 孔加工完后一般应选择起点 图 表示出了固定循环功能指令的动作, 图中用虚线表示的是快速进给, 用实线表示的是切削进给 1 初始平面 : 初始平面是为安全下刀而规定的一个平面 初始平面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 指令使刀具返回到初始平面上的起点 2 R 点平面 :R 点平面又叫做 R 参考平面, 这个平面是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面, 距工件表面的距离 ( 又称刀具切入距离 ) 主要考虑工件表面尺寸的变化, 一般可取 2 mm~5 mm 使用 G99 指令时, 刀具将返回到该平面上的 R 点 3 孔底平面 : 加工不通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 ( 又称刀具切出距离 ), 主要是保证全部孔深都加工到尺寸, 钻削加工时还应考虑钻头钻尖对孔深的影响 4 定位平面 : 由平面选择指令 G17 G18 或 G19 决定 定位轴是除了钻孔轴以外的轴 5 数据形式 : 固定循环指令中 R 与 Z 的数据指定与 G90 或 G91 的方式选择有关, 图 表示了选择 G90 或 G91 时的坐标计算方法 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 是指自起点到 R 点的距离,Z 是指自 R 点到孔底平面上 Z 点的距离 114

45 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 115 (a)g90 方式 (b)g91 方式 图 固定循环功能指令的动作图 G90 和 G91 的坐标计算 6 返回点平面指令 G98 G99: 由 G98 或 G99 决定刀具在返回时到达的平面 如果指令为 G98 则自该程序段开始, 刀具返回时是返回到初始平面, 如果指令为 G99 则返回到 R 点平面 (1) 高速深孔往复排屑钻循环指令 G73 格式 :G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_K_; 1 G73 指令用于高速深孔钻, 它执行间歇切削进给直到孔的底部, 同时从孔中排除切屑 2 X Y 为孔的位置,Z 为孔的深度,F 为进给速度 (mm/min),r 为参考平面的高度, Q 为每次切削进给的背吃刀量,K 为重复次数 G 可以是 G98 和 G99,G98 和 G99 两个模态指令控制孔加工循环结束后刀具是返回初始平面还是参考平面 :G98 返回初始平面, 为默认方式 ;G99 返回参考平面 例如 : M3 S2000; 主轴开始旋转 G90 G99 G73 X300. Y-250. Z-150. R-100. Q15. F120.; 定位, 钻 1 孔, 然后返回到 R 点 Y-550.; 定位, 钻 2 孔, 然后返回到 R 点 Y-750.; 定位, 钻 3 孔, 然后返回到 R 点 X1000.; 定位, 钻 4 孔, 然后返回到 R 点 Y-550.; 定位, 钻 5 孔, 然后返回到 R 点 G98 Y-750.; 定位, 钻 6 孔, 然后返回初始平面 G80 G28 G91 X0 Y0 Z0 ; 返回到参考点 M5; 主轴停止旋转 (2) 攻左旋螺纹循环指令 G74 格式 :G74 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_K_; 1 G74 指令用于攻左旋螺纹, 当到达孔底时主轴顺时针旋转 2 P 为暂停时间 参数意义同前 (3) 精镗孔循环指令 G76 格式 :G76 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_K_; 115

46 116 机床数控技术 1 G76 指令用于镗削精密孔, 当到达孔底时主轴停止切削, 刀具离开工件的被加工表面, 并返回 2 Q 为在孔底的偏移量, 是在固定循环内保存的模态值, 必须小心指定 因为它也用作 G73 和 G83 的背吃刀量 参数意义同前 (4) 钻孔循环指令 G81 格式 :G81 X_ Y_ Z_ R_ F_K_; G81 指令用于正常钻孔, 切削进给执行到孔底, 然后刀具从孔底快速移动退回 参数意义同前 (5) 锪孔循环指令 G82 格式 :G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_ K_; 1 G82 指令用于正常钻孔切削, 进给执行到孔底, 暂停, 然后刀具从孔底快速移动退回 2 该指令除了要在孔底暂停外, 其他动作与 G81 指令相同 参数意义同前 (6) 深孔往复排屑钻指令 G83 格式 :G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_K_; G83 指令与 G73 指令略有不同的是每次刀具间歇进给后回退至 R 点平面 在第二次及以后的切削进给中执行快速移动到上次钻孔结束之前的一点, 距离由系统参数来设定 当要加工的孔较深时可采用此方式 参数意义同 G73 指令 (7) 攻右旋螺纹循环指令 G84 格式 :G84 X_ Y_ Z_ R_ F_K_; G84 指令用于攻右旋螺纹, 当到达孔底时主轴以反方向旋转 参数意义同 G74 指令 (8) 精镗孔循环指令 G85 格式 :G85 X_ Y_ Z_ R_ F_K_; G85 指令主要适用于精镗孔等情况 参数意义同前 (9) 镗孔循环指令 G86 格式 :G86 X_ Y_ Z_ R_ F_K_; G86 指令与 G85 指令的区别是 : 在到达孔底位置后, 主轴停止, 并快速退出 参数意义同前 (10) 反镗孔循环指令 G87 格式 :G87 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_F_K_; G87 指令用于精密镗孔 参数意义同 G76 指令 (11) 镗孔循环指令 G88 格式 :G88 X_ Y_ Z_ R_P_F_K_; 116

47 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 117 G88 指令用于镗孔, 当镗孔完成后, 执行暂停 ; 然后主轴停止, 刀具从孔底 Z 点手动返回到 R 点, 在 R 点主轴正转, 并且执行快速移动到初始位置 参数意义同 G76 指令 (12) 精镗阶梯孔循环指令 G89 格式 :G89 G_ X_ Y_ Z_ R_ P_ F_; G89 指令与 G85 指令的区别是 : 在到达孔底位置后, 进给暂停 参数意义同前 (13) 取消孔加工循环指令 G80 格式 :G80; G80 为取消孔加工循环指令, 它与其他孔加工循环指令成对使用 例 2.11 试采用固定循环方式加工图 所示零件的各孔 工件材料为 HT300, 使用刀具 T01 为镗孔刀,T02 为 φ 13 钻头,T03 为锪钻 程序如下 : 图 固定循环加工零件图 O1001; N010 T01; N020 M06; N030 G90 G00 G54 X0 Y0 T02; N040 G43 H01 Z20.0 M03 S500 F30; N050 G98 G85 X0 Y0 R3.0 Z-45.0; N060 G80 G28 G49 Z0 M06; N070 G00 X-60.0 Y50.0 T03; N080 G43 H02 Z10.0 M03 S600; N090 G98 G73 X-60.0 Y0 R-15.0 Z-48.0 Q4.0 F40; N100 X60.0; N110 G80 G28 G49 Z0 M06; N120 G00 X-60.0 Y00.; N130 G43 H03 Z10.0 M03 S350; N140 G98 G82 X-60.0 Y0 R-15.0 Z-32.0 P100 F25; N150 X60.0; 117

48 118 机床数控技术 N160 G80 G28 G49 Z0 M05; N170 G91 G28 X0 Y0 M30; 自动编程简介自动编程 (Automatic Programming,AP) 实际上是指计算机辅助编程 (Computer Aided Programming,CAP) 目前, 自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同, 分为语言式和图形交互式两种自动编程方式 在语言式自动编程方式中, 编程人员编程时是依据所用数控语言的编程手册以及零件图样, 以语言的形式表达出加工的全部内容, 然后再把这些内容全部输入到计算机中进行处理, 制作出可以直接用于数控机床的数控加工程序 而在图形交互式自动编程方式中, 编程人员则首先要对零件图样进行工艺分析, 确定构图方案, 然后利用自动编程软件本身的计算机辅助设计 (CAD) 功能, 在显示器上以人机对话的方式构建出几何图形, 最后利用软件的计算机辅助制造 (CAM) 功能制作出数控加工程序 这种自动编程方式又称为图形交互式自动编程, 该系统是一种 CAD 功能与 CAM 功能高度结合的编程系统 1. 自动编程的工作过程 1) 语言式自动编程系统的工作过程 ( 图 2.132) 自动编程系统必须具备 3 个条件 : 即数控语言编写的零件源程序 通用计算机及其辅助设备和编译程序 ( 系统软件 ) 数控语言是一种类似车间用语的工艺语言, 它是由一些基本符号 字母以及数字组成并有一定词法和语法的语句 用它来描述零件图的几何形状 尺寸 几何元素间的相互关系 ( 相交 相切 平行等 ) 以及加工时的运动顺序 工艺参数等 按照零件图样用数控语言编写的计算机输入程序称为零件源程序, 它与在手工编程时用数控指令代码写出的数控加工程序不同, 零件源程序不能直接控制机床, 只是计算机进行编程时的依据 图 语言式自动编程系统的工作过程通用计算机及其辅助设备是自动编程所需要的硬件 编译程序又称为自动编程系统, 其作用是使计算机具有处理零件源程序和自动输出加工程序的能力, 它是自动编程所必需的软件 因为数控语言编写的零件源程序, 计算机是不能直接识别和处理的, 必须根据具体的数控语言计算机语言 ( 高级语言或汇编语言 ) 以及具体机床的指令, 事先给计算机编好一套能处理零件源程序的编译程序 ( 又称为数控编程软件 ), 将这种数控编程软件存入计算机中, 计算机才能对输入的零件源程序进行翻译 计算, 并执行根据具体数控机床的控制系统所编写的后置处理程序 118

49 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 119 计算机处理零件源程序一般经过下列 3 个阶段 (1) 翻译阶段 翻译阶段是按源程序的顺序, 依次进行一个符号一个符号的阅读并进行语言处理 首先分析语句的类型, 当遇到几何定义语句时, 则转入几何定义处理程序 另外, 在此阶段还需进行十进制到二进制的转换和语法检查等工作 (2) 数值计算阶段 该阶段的工作类似于手工编程时的基点和节点坐标数据的计算, 其主要任务是处理连续运动语句, 通过计算求出刀具位置数据, 并以刀具位置文件的形式加以保存 (3) 后置处理阶段 后置处理阶段是按照计算阶段的信息, 通过后置处理生成符合具体数控机床要求的零件数控加工程序 该加工程序可以通过打印机输出加工程序单, 也可以通过穿孔机或者磁带机制成相应的数控带或磁带作为数控机床的输入信息, 还可以通过计算机的通信接口, 将后置处理的信息直接输入数控机床控制机的存储器, 予以调用 目前, 经计算机处理的加工程序, 还可以通过 CRT 屏幕或绘图机自动绘图, 自动绘出刀具相对于工件的运动轨迹图形, 用以检查程序的正确性, 以便编程人员分析错误的性质并加以修改 2) 图形交互式自动编程系统的工作过程图形交互式自动编程系统是建立在 CAD 功能和 CAM 功能基础上的, 其工作过程如下 (1) 几何造型 几何造型就是利用图形交互式自动编程软件的 CAD 功能, 即构建图形 编辑修改 曲线曲面造型和实体造型等功能, 将零件被加工部位的几何图形准确地绘制在计算机屏幕上, 同时在计算机内自动生成零件图形的数据文件, 作为下一步刀具轨迹计算的依据 自动编程过程中, 软件将根据加工要求提取这些数据, 进行分析判断和必要的数学处理, 以形成加工的刀具位置数据 (2) 刀具路径的生成 图形交互式自动编程系统的刀具路径的生成是面向屏幕上的图形交互进行的 首先, 从几何图形文件库中获取已绘制的零件几何造型后, 根据所加工零件的型面特征和加工要求, 正确选用刀具路径主菜单下的有关加工方式菜单, 再根据屏幕提示, 输入刀具路径文件名, 用光标选择相应的图形目标, 输入所需的各种参数 软件将自动从图形文件中提取编程所需的信息, 进行分析判断, 计算节点数据, 并将其转换为刀具位置数据, 存入指定的刀位文件中, 同时可进行刀具路径模拟和加工过程动态模拟, 在屏幕上显示出刀具轨迹图形 (3) 后置处理 后置处理的目的是形成数控加工文件 由于各种数控机床使用的控制系统不同, 其编程指令代码及格式也有所不同, 为此应从后置处理程序文件中选取与所要加工机床的数控系统相适应的后置处理程序, 再进行后置处理, 才能生成符合数控加工格式要求的数控加工程序 2. 自动编程系统简介 1952 年, 美国麻省理工学院林肯实验室研制成功第一台数控铣床后, 为了充分发挥铣床的加工能力, 解决复杂零件的加工问题, 麻省理工学院伺服机构研究室随即着手研究数控自动编程技术,1955 年公布了该研究成果, 即用于机械零件数控加工的自动编程工具 (Automatically Programmed Tools,APT) 1958 年, 美国航空空间协会组织了 10 多家航空工厂, 在麻省理工学院协助下进一步发展 APT 系统, 产生了 APTII, 可用于平面曲线的自 119

50 120 机床数控技术 动编程问题 1962 年, 又发展成 APTIII, 可用于 3~5 坐标立体曲面的自动编程 其后美国航空空间协会继续对 APT 进行改进,1970 年产生了 APTIV, 可处理自由曲面的自动编程 为突出发展空间曲面 ( 也称雕塑曲面 ) 的编程技术,ALRP 与 CAM I 两家联合开发出以 APTIV 为基础的 SSX1 到了 20 世纪 80 年代, 空间曲面编程发展到 APTIV SSX7, 在一些单位得到了应用 美国除了开发大而全的 APT 系统之外, 还开发了 ADAPT AUTOSPOT 等小型系统 APT 系统配有多种后置处理程序, 通用性好, 可靠性高 ( 可自动诊错 ), 是一种应用广泛的数控编程软件, 能够适应多坐标数控机床加工曲线曲面的需要 随后世界上许多先进国家也都开展了自动编程技术的研究工作, 并开发出自己的数控编程语言, 但大多是参考 APT 语言的设计思想, 根据不同需要研究出了许多各具特色的自动编程系统 其中, 英国开发了 2C 2CL 2PC, 德国开发了 EXAPT1~EXAPT3 MIMIAPT, 法国开发了 IFAPT SURFAPT, 此外还有日本的 HAPT FAPT, 意大利的 MODAPT 系统等 我国对自动编程技术的研究开始于 20 世纪 60 年代中期, 起步虽晚, 但发展很快 70 年代研制出了 SKC ZCX ZBC l CKY 等用于平面轮廓铣削加工 车削加工等功能的自动编程系统 80 年代以来, 许多高等院校和研究所开发了许多新系统, 如南京理工大学开发的 EAPT 自动编程系统, 上海机床研究所研制的 MAPL 自动编程系统等 3. 国外主要的 CAM 软件介绍 1) 美国 CNC software 公司的 Master CAM 软件 Master CAM 软件是在微机档次上开发的, 在使用线框造型方面较有代表性, 而且, 它又是侧重于数控加工方面的软件, 这样的软件在数控加工领域内占重要地位 Master CAM 的主要功能是 : 二维 (2D) 三维 (3D) 图形设计 编辑 ; 三维复杂曲面设计 ; 自动尺寸标注 修改 ; 各种外设驱动 ;5 种字体的字符输入 ; 可直接调用 AUTOCAD CADKEY SURFCAM 等 ; 设有多种零件库 图形库 刀具库 ;2~5 轴数控铣削加工 ; 车削数控加工 ; 线切割数控加工 ; 钣金 冲压数控加工 ; 加工时间预估和切削路径显示, 过切检测及消除 ; 可直接连接 300 多种数控机床 2) 美国通用汽车公司 EDS 的 UG UNIGRAPHICS( 简称 UG) 起源于麦道飞机公司, 以 CAD/CAM 一体化而著称, 可以支持不同硬件平台 UG 于 1991 年 11 月并入美国通用汽车公司 EDS, 使得 UG 用户可以享受美国工业的心脏和灵魂 航空航天及汽车工业的专业经验 该软件以世界一流的集成化设计 工程及制造系统广泛地应用于通用机械 模具 汽车及航空领域 UG 的主要特点与功能如下 (1) UG 具有很强的 2D 画图功能, 由模型向工程图的转换十分方便 (2) 曲面造型采用非均匀有理 B 样条作为数学基础, 可用多种方法生成复杂曲面 曲面修剪和拼合 各种倒角过渡以及三角域曲面设计等 其造型能力代表着该技术的发展水平 (3) UG 的曲面实体造型源于被称为世界模型之祖的英国剑桥大学 Shape Data Ltd 该产品 (PARASOLID) 已被多家软件公司采用 该项技术使得线架模型 曲面模型 实体模型融为一体 120

51 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 121 (4) UG 率先提供了完全特征化的参数及变量几何设计 (UG CONCEPT) (5) PDA 公司以 PARASOLID 为其内核, 使得 UG 与 PATRAN 的连接天衣无缝 与 ICAD OPTIMATION VALISYS MOLDFLOW 等著名软件的内部接口方便可靠 (6) 由于统一的数据库,UG 实现了 CAD CAE CAM 各部分之间无数据交换的自由切换,3~5 坐标联动的复杂曲面加工和镗铣, 方便的加工路线模拟, 生成了 SIEMENS FANUC 机床控制系统代码的通用后置处理, 使真正意义上的自动加工成为现实 (7) UG 提供可以独立远行的 面向目标的集成管理数据库系统 (8) UG 是一个界面设计良好的二次开发工具 通过高级语言接口,UG 的图形功能与高级语言的计算功能很好地结合起来 3) 美国 PTC 公司的 Pro/Engineer 软件 Pro/Engineer 是唯一的一整套机械设计自动化软件产品, 它以参数化和基于特征建模的技术, 提供给工程师一个革命性的方法, 去实现机械设计自动化 Pro/Engineer 是由一个产品系列组成的 它是专门应用于机械产品从设计到制造全过程的产品系列 Pro/Engineer 产品系列的参数化和基于特征的建模给工程师提供了空前简便和灵活的操作环境 另外,Pro/Engineer 唯一的数据结构提供了所有工程项目之间的集成, 使整个产品从设计到制造紧密地联系在一起, 这样, 能使工程人员并行地开发和制造它的产品 可以很容易地评价多个设计的选择, 从而使产品达到最好的设计 最快的生产和最低的造价 Pro/Engineer 的主要特性如下 (1) 3D 实体模型 3D 实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外, 借助于系统参数, 用户还可以随时计算出产品的体积 面积 重心 质量 惯性大小等, 以了解产品的真实性, 并弥补传统面结构 线结构的不足 用户在产品设计过程中, 可以随时掌握以上重点, 设计物理参数, 并减少许多人为计算时间 (2) 单一数据库 Pro/Engineer 可随时由 3D 实体模型产生 2D 工程图, 而且自动标注工程图尺寸 不论在 3D 还是 2D 图形上做尺寸修正, 其相关的 2D 图形或 3D 实体模型均自动修改, 同时装配 制造等相关设计也会自动修改, 这样可确保数据的正确性, 并避免反复修改的耗时性 由于采用单一数据库, 提供了所谓双向关联性功能, 这也符合了现代产业中所谓的同步工程思想 (3) 特征作为设计的单位 Pro/Engineer 可使设计人员以最自然的思考方式从事设计工作, 如孔 开槽 做成圆角等均被视为零件设计的基本特征, 用户除需充分掌握设计思想外, 还可在设计过程中导入实际的制造思想 也正因为以特征作为设计的单元, 所以可以随时对特征做合理的 不违反几何形状的顺序调整 插入 删除 重新定义等修正动作 (4) 参数式设计 配合单一数据库, 所有设计过程中所使用的尺寸都存储在数据库中, 修改 CAD 模型及工程图不再是一件难事 设计者只需修改 3D 零件尺寸, 则 2D 工程图 3D 装配 模具等就会依照尺寸的修改做几何形状的变化, 以达到设计修改工作的一致性, 避免发生人为改图的疏漏情形, 且减少许多人为改图时间和精力的消耗 也因为有参数式的设计, 用户才可以运用强大的数学运算方式, 建立各尺寸参数间的关系式, 使得模型可自动计算出应有的外形, 避免尺寸一一修改的烦琐, 并减少错误的发生 121

52 122 机床数控技术 小 结 数控程序的编制过程首先是对工件进行工艺分析和图形的数学处理, 然后将加工所需的数据和信息编成加工程序, 将程序输入到数控装置, 由数控装置控制数控机床进行加工 (1) 数控加工工艺分析 包括机床的合理选用, 加工方法与加工方案的确定, 工序与工步的划分, 零件的定位与安装, 刀具与工具的选用, 切削用量与数控加工路线的确定等 其主要内容应写入数控加工工艺文件中, 作为数控机床编程的依据 (2) 图形的数学处理 主要是基点和节点计算 刀位点轨迹和辅助计算等 图形的数学处理是数控编程前的主要准备工作, 无论对于手工编程还是自动编程都是必不可少的 (3) 数控加工的程序编制 包括数控机床编程基础, 数控车床 数控铣床和加工中心常用 G 指令 M 指令的格式与功能, 典型零件的编程方法等 思考题与习题 简述题 (1) 数控机床最适合加工哪几种类型的零件? (2) 数控加工工序的划分有几种方式? 各适合什么场合? (3) 数控加工对刀具有何要求? 常用数控刀具材料有哪些? 各有什么特点? (4) 数控加工切削用量的选择原则是什么? 它们与哪些因素有关? 应如何进行确定? (5) 试说明刀位点的含义? 对于各加工表面要求光滑连接或光滑过渡时, 加工路线应如何确定, 为什么? (6) 环切法和行切法各有何特点? 分别适用于什么场合? (7) 数控加工工艺文件有哪些? 各包括哪些内容? (8) 试说明基点和节点的含义, 利用 AutoCAD 如何确定基点坐标? (9) 简述数控编程的内容和步骤 (10) 手工编程和自动编程比较, 各有何特点? (11) 简述机床坐标系及运动方向的规定 (12) 数控机床坐标系的原点与参考点是如何确定的? (13) 什么是右手笛卡儿直角坐标系?Z 轴 X 轴在机床上分布的原则是什么? (14) 机床坐标系和工件坐标系有什么不同? 如何建立? (15) 在恒线速度控制车削过程中, 为什么要限制主轴的最高转速? (16) 螺纹车削有哪些指令? 为什么螺纹车削时要留有引入量和超越量? (17) 为什么要进行刀具轨迹的补偿? 刀具补偿的实现要分哪三大步骤? 当某刀具磨损后, 如何修改该刀具的补偿值? (18) 数控铣削是怎样实现循环加工的? 写出铣削循环的几种格式并说明各参数的意义 (19) 加工中心与数控铣床相比在结构和功能上有何不同? (20) 刀具长度补偿有什么作用? 何谓正补偿? 何谓负补偿?

53 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 编程题 (1) 如图 2.133(a) (b) 所示零件的毛坯为 φ 30mm 棒料, 材料为 45 号钢 T0101 为 90 外圆车刀, 材料为硬质合金,T0202 为刀宽 3mm 的切断刀 试编写其加工程序 图 短轴加工件 (2) 试编写图 所示零件内孔的加工程序 要求 :1 钻 φ 10mm 孔 ;2 车 φ 14mm 孔, 每次背吃刀量 a p 1mm (3) 编制一个精车外圆 圆弧面并切断的程序, 零件尺寸如图 所示, 精加工余量为 0.5mm T0101 为 35 菱形涂层硬质合金刀片,T0202 为刀宽 3mm 的涂层硬质合金切断刀 图 内孔加工件 图 精车外圆件 (4) 试编写图 所示双锥模芯的加工工艺和数控程序, 加工条件如下 1 材料 : Cr12, 毛坯为 φ 24 68, 一端已预先车出夹位 φ 10 8;2 刀具 :T0101 为 35 菱形涂层硬质合金外圆车刀,T0202 为刀宽 2 mm 的高速钢矩形外沟槽车刀,T0303 为高速钢 60 外螺纹车刀 (5) 加工图 2.137(a) (b) 所示模具的内 外表面, 刀具直径 φ 10mm, 试采用数控铣床的刀具半径补偿指令编程 (6) 加工图 所示的平面凸轮, 试编写数控铣削加工程序 (7) 五边形零件的轮廓如图 所示, 毛坯尺寸为 120 mm 120 mm 18 mm, 材料为 HT200, 试编写其加工工艺和数控加工程序 123

54 124 机床数控技术 图 双锥模芯件 图 模具件 图 平面凸轮 124

55 第 2 章数控加工工艺分析与程序编制 125 图 五边形零件 (8) 在立式加工中心上加工图 2.140(a) (b) 所示零件, 试编写孔的加工程序 图 孔加工件 (9) 试分析图 盖板零件的加工工艺, 制定数控加工工序卡和刀具卡, 并编写加工程序 图 盖板零件 (10) 如图 所示为零件图及加工要求, 加工所用刀具及切削用量见表 2-24, 试编 125

56 126 机床数控技术 写零件的加工工艺及加工程序 表 2-24 刀具及其切削用量表 刀具名称 T 功能代码 规格 主轴转速 S/(r/min) 进给量 F/(mm/min) 端铣刀 T01 φ 圆铣刀 T02 φ 中心钻 T03 φ 钻头 T04 φ 丝锥 T05 M 钻头 T06 φ 铰刀 T07 φ 图 零件尺寸及加工要求 126