数控铣削(加工中心)编程

第7章数控铣削（加工中心）编程7.1数控铣削(加工中心)编程概述加工中心(MachiningCenter)是具有刀库，能够自动换刀的镗铣类机床。加工中心除自动换刀之外与数控铣床基本一致。一、数控铣床（加工中心）的加工特点加工中心是一种工艺范围较广的数控加工机床，能实现三轴或三轴以上的联动控制，进行铣削（平面、轮廓、三维复杂型面）、镗削、钻削和螺纹加工。加工中心特别适合于箱体类零件和孔系的加工。加工工艺范围如图所示。图1铣削加工图2钻削加工图3螺纹加工图4镗削加工加工中心特别适合单件、中小批量的生产，其加工对象主要是形状复杂、、工序较多、精度要求高，一般机床难以加工或需使用多种类型的通用机床、刀具和夹具，经多次装夹和调整才能完成加工的零件。二、数控铣床（加工中心）的编程特点1.数控铣床（加工中心）可用绝对值编程或增量值（相对坐标）编程，分别用G90/G91指定。2.手工编程只能用于简单编程，对复杂的编程广泛采用CAM自动编程。三、数控铣床（加工中心）的选择加工中心分立式、卧式和复合；三轴或多轴。最常见的是三轴立式加工中心。立式加工中心的主轴垂直于工作台，主要适用于加工板材类、壳体类零件，形状复杂的平面或立体零件、以及模具的内、外型腔等，应用范围广泛。卧式加工中心的主轴轴线与工作台台面平行，它的工作台大多为由伺服电动机控制的数控回转台，在工件一次装夹中，通过工作台旋转可实现多个加工面的加工，适用于加工箱体、泵体、壳体等零件加工。复合加工中心主要是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴或主轴可90°改变角度，因而可在工件一次装夹中实现五个面的加工。四、数控铣床（加工中心）刀具加工中心对刀具的基本要求是：良好的切削性能能承受高速切削和强力切削并且性能稳定；较高的精度刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度；配备完善的工具系统满足多刀连续加工的要求。加工中心的刀具主要有：立铣刀、面铣刀、球头刀、环形刀（牛鼻刀）、钻头、镗刀等。面铣刀常用于端铣较大的平面；立铣刀的端刃切削效果差，不能作轴向进给；球头刀常用于精加工曲面，刀具半径需要小于内凹曲面半径。五、工件坐标原点的选择理论上讲工件坐标原点设置在任何地方都可以，但实际中需要考虑：工件坐标系采用与机床运动坐标系一致的坐标方向；工件坐标系的原点要选择便于测量或对刀，同时要便于编程中坐标值的计算。工件坐标原点选择原则：（1）工件坐标原点应选在零件图的尺寸基准上，便于坐标值的计算。（2）对称的零件，工件坐标原点应设在对称中心上，便于对刀。（3）Z轴零点，一般设在工件最高表面。（4）对于一般零件，通常设在工件外轮廓的某一角上。（5）毛坯材料通常把坐标原点设在工件上表面中心处。六、安全高度的确定对于铣削（加工中心）加工零件时，开始段和结束段采用快速移动定位，节省空刀时间。起刀点和退刀点必须离开零件表面一定的安全高度，避免撞刀。如图所示，数控铣削（加工中心）刀具路径的开始段通常设为：①Z坐标不变，X、Y移动到下刀点的正上方，设置转速，刀具转动；②X、Y坐标不变，Z轴向下移动到安全高度，进行刀具长度补偿；③刀具沿Z轴方向切削到一定深度，通常刀具在轮廓外或在工艺孔内下刀，避免切削到材料④沿轮廓的切入段切削进给，进行刀具半径补偿。通常在安全高度之上完成刀具长度补偿。安全高度不能设得太小，也不能设得太大。如安全高度定为50mm。七、顺铣和逆铣对加工的影响起刀点起刀点在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性就优于逆铣。在铣削加工零件轮廓时应尽量采用顺铣加工方式；同时，为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，尽量采用顺铣加工；但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，这时采用逆铣较为合理。如图a所示为采用顺铣切削方式精铣外轮廓，图b所示为采用逆铣切削方式精铣型腔轮廓。八、进刀/退刀方式的确定加工外轮廓时，立铣刀从安全高度下降到切削高度，应离开工件毛坯边缘一定距离，不能直接下刀切削到工件，以免发生危险。对于型腔的粗铣加工，立铣刀应从工艺孔进刀，再横向进行型腔加工。进刀段、退刀段通常沿轮廓的切线方向。通常在此建立或取消刀具半径补偿，因此，可把此段设为直线或直线加圆弧。九、数控系统功能常用的数控系统以及常用功能指令的类别及特点在前面已经学习过。我们只介绍FANUC0i–M系统常用G指令。与数控车床不同的指令包括：1.G功能（1）刀补、圆弧平面选择：G17、G18、G19（2）返回参考点：G28X_Y_Z_；式中X_Y_Z_为中间点的坐标值，用于加工中心回参考点结束程序或换刀，可自动取消刀具长度补偿。（3）刀具半径补偿：G41/G42D_（4）刀具长度补偿：G43/G44Z_Hxx。Z坐标值为刀补后刀位点移动到的坐标值。相当于G43/G44HxxG00Z_（5）取消刀具长度补偿：G49或G43/G44H00（6）工件坐标系的设置：G54~G59，通常按约定选用G54。（7）固定循环：G73、G74、G76、G80~G86用于孔加工。（8）绝对坐标/增量坐标指令：G90/G91都用相同字母X_Y_Z_（9）每分/每转进给：G94/G95（10）固定循环返回起始点/返回R点：G98/G992.M功能M06，M98，M99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代码有效，前面M代码被忽略而不执行。图a)顺铣图b)逆铣注：M代码分为前指令码和后指令码，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完后才执行。十、切削用量的选择进给量和转速各有两个单位。在数铣（加工中心）编程时常用单位是转速S(r/min)，进给量F(mm/min)。例7-1使用Φ80mm，6齿的面铣刀，铣削碳钢表面，已知切削速度νc=100m/min。fz=0.08mm/齿，求主轴转速n及进给量νf。n=1000νc/πD=[1000×100/(3.14×80)]=400r/minνf=fz×z×n=(0.08×6×400)=192mm/min7.2数控铣（加工中心）的编程要点一、初始状态的设置为了保证程序的运行完全，通常在程序开始时设定初始状态。G90、G80、G40、G17、G49、G21G90：绝对坐标G80：取消循环G40：取消刀具半径补偿G17：选择刀径补偿和圆(弧)加工平面为XY平面G49：取消刀具长度补偿G21：尺寸单位为公制二、工件坐标系的选定毛坯材料通常把坐标原点设在工件上表面中心处。用G54~G59定义工件坐标系，通常按约定用G54。G54为零点偏置法。与刀具的起始位置无关。在数控机床上，通过对刀并在数控系统面板上设置工件坐标原点与机床坐标原点的距离。三、换刀指令加工中心具有自动换刀功能，不同的加工中心，其换刀过程是不完全一样的，通常选刀和换刀可分开进行（我们所用加工中心不是这种情况换刀），选刀动作可与机床的加工同时进行，即利用切削时间进行选刀。多数加工中心都规定了固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作。换刀完毕后需要启动主轴，方可进行后面程序内容的加工。T01…M06四、刀具长度补偿G43刀具长度正补偿，G44刀具长度负补偿，通常用刀具正补偿G43。格式：G43/G44Z_HxxZ坐标值为刀补后刀位点移动到的坐标点。Hxx刀具长度补偿值在数控机床上的填写位置是H后面数值指定的存储单元。如：G00G43Z50.0H01G43H01G00Z50.0工件Z轴零点机床Z轴零点相当于G43/G44HxxG00Z50.0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。正补偿：将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。负补偿：将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。取消刀具长度补偿：G49或G43/G44H00例7-2在立式数控铣床上按如图所示的走刀路线铣削工件上表面，已知主轴转速为300r/min，进给量为200mm/min。试编制加工程序(刀具直径φ100)。参考程序如下：O7001；程序名G90G80G40G49G17G21；初始化相关G功能G54；定义坐标G00X155.0Y40.0S300；aX、Y轴移动到下刀点的正上方，设置转速G43H01Z50.0M03；b刀具长度补偿，Z轴下移到安全高度，主轴正转G01Z0F600.0；cZ轴以较大进给量切削到Z0X-155.0F200.0；dG00Y-40.0；eG01X155.0；fG00Z300.0M05G49；gZ轴上升到换刀点，主轴停转，取消刀长补偿X250.0Y180.0；h回刀具起始点，工件台移动到适当的位置M30；程序结束五、刀具半径补偿刀径补偿的作用：利用刀具半径补偿功能，可按加工工件轮廓编程，即使刀具在因磨损、重磨或更换后直径发生改变，或者零件的尺寸有加工误差时只需改变半径补偿参数，仍用同一个程序；刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值，用同一个程序通过改变刀具半径的刀补量，可以对零件轮廓进行粗、精加工。如图所示，应用刀具半径补偿指令加工时，刀具的中心始终与工件轮廓相距一个刀具半径距离。当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，只需在刀具补偿值中输入改变后的刀具半径，而不必修改程序。在采用同一把半径为R的刀具，并用同一个程序进行粗、精加工时，设精加工余量为△，则粗加工时设置的刀具半径补偿量为R+△，就能在粗加工后留下精加工余量△，精加工时设置的刀具半径补偿量为R。运动情况见图。起刀点起刀点图刀具半径补偿的作用格式：G41/G42D刀具半径左补偿与顺铣相对应，反之，则右补偿与逆铣对应。刀具半径补偿偏置寄存器号D，其偏置量的大小在操作面板的偏置寄存器中设定。刀具半径补偿的三个过程：刀具半径补偿在直线段建立；补偿状态下加工零件；在直线段取消刀具半径补偿。可用如下程序格式：G00/G01G41/G42XYD建立补偿程序段……轮廓切削程序段……G00/G01G40XY补偿撤消程序段其中：G41/G42程序段中的X、Y值是建立补偿直线段的终点坐标值；G40程序段中的X、Y值是撤消补偿直线段的终点坐标；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。即刀补指令与有效的移动指令之间不能间隔两行以上。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。通常过切有以下两种情况：（1）刀具半径大于所加工工件内轮廓转角时产生的过切，如图所示。（2）刀具直径大于所加工沟槽时产生的过切，如图所示。图加工内轮廓转角图加工沟槽例7-3在立式数控铣床上按如图所示的走刀路线铣削工件外轮廓，已知主轴转速为400r/min，进给量为200mm/min。试编制加工程序。参考程序如下：O7002；程序名G90G80G40G49G17G21；初始化相关G功能G54；定义坐标G00X-40.0Y-65.0S400；aX、Y轴移动到下刀点的正上方，设置转速G43H01Z50.0M03；b刀长补偿，Z轴下移到安全高度，主轴正转G01Z-25.0F1000.0M08；cZ轴以较大进给量到切削高度，切削液开G41D01G91Y-5.0F200.0；d设置刀具半径补偿Y-30.0；G03X-40.0Y-40.0R40.0；eG01X-30.0；fY20.0；gG02X-50.0Y50.0R50.0；hG01X20.0；iG03X30.0Y30.0R-30.0；jG01Y20.0；kG02X50.0Y-50.0R50.0；lG01X20.0；X5.0G40；m取消刀径补偿G90G00Z90.0G49；n取消刀长补偿Z90.0M05；oZ轴上升到