第4章FANUC系统数控铣床编程与加工

1第4章数控铣床/加工中心编程基础4.1数控机床编程概述4.1.1数控编程的定义为了使数控机床能根据零件加工的要求进行动作，必须将这些要求以机床数控系统能识别的指令形式告知数控系统，这种数控系统可以识别的指令称为程序，制作程序的过程称为数控编程。4.1.2数控编程的分类数控编程可分为手工编程和自动化编程两种。1、手工编程手工编程是指所有编制加工程序的全过程，即图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序校验都是由手工来完成。2、自动编程自动编程是指用计算机编制数控加工程序的过程。采用CAD/CAM软件自动编程与加工的过程为：图纸分析、零件造型、生成刀具轨迹、后置处理生成加工程序、程序校验、程序传输并进行加工。24.1.3数控手工编程的内容与步骤编程步骤如图4－1所示，主要有以下几个方面的内容：图4－1数控编程的步骤分析图样确定加工工艺数值计算编写程序单制作控制介质校验程序零件图数控机床34.1.4数控铣床、加工中心编程特点1、为了方便编程中的数值计算，在数控铣床、加工中心的编程中广泛采用刀具半径补偿来进行编程。2、为适应数控铣床、加工中心的加工需要，对于常见的镗孔、钻孔切削加工动作，可以通过采用数控系统本身具备的固定循环功能来实现，以简化编程。3、大多数的数控铣床与加工中心都具备镜像加工、比例缩放等特殊编程指令以及极坐标编程指令，以提高编程效率，简化程序。4、根据加工批量的大小，决定加工中心采用自动换刀还是手动换刀。对于单件或很小批量的工件加工，一般采用手动换刀，而对于批量大于10件且刀具更换频繁的工件加工，一般采用自动换刀。5、数控铣床与加工中心广泛采用子程序编程的方法。编程时尽量将不同工序内容的程序分别安排到不同的子程序中，以便于对每一独立的工序进行单独的调试，也便于因加工顺序不合理重新调整加工程序。主程序主要用于完成换刀及子程序的调用等工作。44.2数控机床的坐标系要实现刀具在数控机床中的移动，首先要知道刀具向哪个方向移动。这些刀具的移动方向即为数控机床的坐标系方向。因此，数控编程与操作的首要任务就是确定机床的坐标系。1、机床坐标系（也叫标准坐标系）（1）机床坐标系的定义在数控机床上加工零件，机床动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫机床坐标系，也叫标准坐标系。（2）机床坐标系中的规定在确定机床坐标系的方向时规定：永远假定刀具相对于静止的工件而运动。对于机床坐标系的方向，均将增大工件和刀具间距离的方向确定为正方向。数控机床的坐标系采用右手定则的笛卡儿坐标系。5+Y+Y+B+A+X+C+Z+Z+X+X、+Y、+Z+A、+B+C+Y′+B′+A+X+Z+X′+A′+Y+B+C′+Z′图4-2右手笛卡儿坐标系统6（3）机床坐标系的确定数控铣床的机床坐标系方向如图4－3和图4－4所示，其确定方法如下：图4－3立式升降台铣床图4－4卧式升降台铣床Z+XZY+XZY72、机床原点、机床参考点（1）机床原点机床原点（亦称为机床零点）是机床上设置的一个固定点，用以确定机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已设置好，一般情况下不允许用户进行更改。（2）机床参考点对于大多数数控机床，开机第一步总是首先进行返回机床参考点（即所谓的机床回零）操作。开机回参考点的目的就是为了建立机床坐标系，并确定机床坐标系的原点。该坐标系一经建立，只要机床不断电，将永远保持不变，并且不能通过编程对它进行修改。机床参考点是数控机床上一个特殊位置的点,机床参考点与机床原点的距离由系统参数设定,其值可以是零,如果其值为零则表示机床参考点和机床原点重合，如果其值不为零，则机床开机回零后显示的机床坐标系的值即是系统参数中设定的距离值。83、工件坐标系（1）工件坐标系机床坐标系的建立保证了刀具在机床上的正确运动。但是，由于加工程序的编制通常是针对某一工件，根据零件图纸进行的，为了便于尺寸计算、检查，加工程序的坐标系原点一般都与零件图纸的尺寸基准相一致。这种针对某一工件，根据零件图纸建立的坐标系称为工件坐标系（亦称编程坐标系）。（2）工件原点工件原点亦称编程原点，该点是指工件装夹完成后，选择工件上的某一点作为编程或工件加工的原点。现以立式数控铣床为例来说明工件原点的选择方法：Z方向的原点一般取在工件的上表面。XY平面原点的选择，有两种情况：当工件对称时，一般以对称中心作为XY平面的原点；当工件不对称时，一般取工件其中的一角作为工件原点。例如，图4－5所示工件的编程原点即是设在左下角上平面位置。9（3）工件坐标系原点设定工件坐标系原点通常通过零点偏置的方法来进行设定。其设定过程为：选择装夹后工件的编程坐标系原点，找出该点在机床坐标系中的绝对坐标值（图4－5中的－a、－b和－c值），将这些值通过机床面板操作输入机床偏置存储器参数（这种参数有G54～G59共计6个）中，从而将机床坐标系原点偏移至工件坐标系原点。找出工件坐标系在机床坐标系中位置的过程称为对刀（见后叙）。零点偏置设定的工件坐标系实质就是在编程与加工之前让数控系统知道工件坐标系在机床坐标系中的具体位置。通过这种方法设定的工件坐标系，只要不对其进行修改、删除操作，该工件坐标系将永久保存，即使机床关机，其坐标系也将保留。10图4－5工件坐标系原点设定XZY机床坐标系工件坐标系YZXcab114.3数控加工程序的格式与组成4.3.1程序格式一个零件程序是一组被传送到数控装置中去的指令和数据。它由遵循一定结构句法和格式规则的若干个程序段组成，而每个程序段又由若干个指令字组成。1、程序的组成一个完整的程序由程序名、程序内容和程序结束组成，如下所示：O0010；程序名G90G94G40G17G21G54；G91G28Z0；G90G00X－16.0Y840.0；Z20.0；程序内容M03S600M08；……G00Z50.0M09；M30；程序结束12（1）程序段的基本格式程序段格式是指在一个程序段中，字、字符、数据的排列、书写方式和顺序。4.3.2程序段的组成图4-6程序段格式N…G…F…S…T…M…；X..Y..Z..A..B..C..U..V..W..I..J..K..RH..D..程序段号准备功能尺寸字进给功能主轴转速功能刀具功能刀具补偿号辅助功能段结束符134.4数控机床的有关功能及规则数控系统常用的功能有准备功能、辅助功能、其他功能三种，这些功能是编制加工程序的基础。4.4.1准备功能准备功能又称G功能或G指令，是数控机床完成某些准备动作的指令。它由地址符G和后面的两位数字组成，从G00~G99共100种，如G01、G41等。目前，随着数控系统功能不断增加等原因，有的系统已采用三位数的功能指令，如SIEMENS系统中的G450、G451等。4.4.2辅助功能辅助功能又称M功能或M指令。它由地址符M和后面的两位数字组成，从M00~M99共100种。辅助功能主要控制机床或系统的各种辅助动作，如机床/系统的电源开、关，冷却液的开、关，主轴的正、反、停及程序的结束等。14辅助功能M指令，主要用来设定数控机床电控装置单纯的开/关动作，以及控制加工程序的执行走向。各M指令功能如表4-2所示:M指令功能M指令功能M00程序停止M06刀具交换M01程序选择性停止M08切削液开启M02程序结束M09切削液关闭M03主轴正转M30程序结束，返回开头M04主轴反转M98调用子程序M05主轴停止M99子程序结束151、暂停指令M00当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具更换、工件的尺寸测量、工件调头或手动变速等操作。暂停时机床的主轴进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变。若欲继续执行后续程序重按操作面板上的“启动键”即可。2、程序结束指令M02M02用在主程序的最后一个程序段中，表示程序结束。当CNC执行到M02指令时机床的主轴、进给及冷却液全部停止。使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序就必须重新调用该程序。3、程序结束并返回到零件程序头指令M30M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头(%)的作用。使用M30的程序结束后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“启动键”即可。164、子程序调用及返回指令M98、M99M98用来调用子程序；M99表示子程序结束，执行M99使控制返回到主程序。在子程序开头必须规定子程序号，以作为调用入口地址。在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。在这里可以带参数调用子程序，类似于固定循环程序方式。有关内容可参见“固定循环宏程序”。另外，G65指令的功能与M98相同。5、主轴控制指令M03、M04和M05M03启动主轴，主轴以顺时针方向（从Z轴正向朝Z轴负向看）旋转；M04启动主轴，主轴以逆时针方向旋转；M05主轴停止旋转。6、换刀指令M06M06用于具有刀库的数控铣床或加工中心，用以换刀。通常与刀具功能字T指令一起使用。如T0303M06是更换调用03号刀具，数控系统收到指令后，将原刀具换走，而将03号刀具自动地安装在主轴上。7、冷却液开停指令M07、M09M07指令将打开冷却液管道；M09指令将关闭冷却液管道。其中M09为缺省功能174.4.3其他功能1、坐标功能坐标功能字（又称尺寸功能字）用来设定机床各坐标的位移量。它一般使用X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R，及A、B、C、D、E以及I、J、K等地址符为首，在地址符后紧跟“+”或“－”号和一串数字，分别用于指定直线坐标、角度坐标及圆心坐标的尺寸。如X100.0、A－30.0、I－10.105等。2、刀具功能刀具功能是指系统进行选（转）刀或换刀的功能指令，亦称为T功能。刀具功能用地址符T及后面的一组数字表示。常用刀具功能的指定方法有T4位数法和T2位数法。3、进给功能用来指定刀具相对于工件运动速度的功能称为进给功能，由地址符F和其后面的数字组成。根据加工的需要，进给功能分为每分钟进给和每转进给两种，并以其对应的功能字进行转换。每分钟进给直线运动的单位为毫米/分钟(mm/min)。数控铣床的每分钟进给通过准备功能字G94来指定，其值为大于零的常数。184、主轴功能用以控制主轴转速的功能称为主轴功能，亦称为S功能，由地址符S及其后面的一组数字组成。根据加工的需要，主轴的转速分为线速度V和转速S两种。（1）转速S转速S的单位是转/分钟（r/min）,用准备功能G97来指定，其值为大于零的常数。（2）恒线速度V在加工某些非圆柱体表面时，为了保证工件的表面质量，主轴需要满足其线速度恒定不变的要求，而自动实时调整转速，这种功能即称为恒线速度。恒线速度的单位为米/分钟（m/min），用准备功能G96来指定。（3）主轴的启、停在程序中，主轴的正转、反转、停转由辅助功能M03/M04/M05进行控制。其中，M03表示主轴正转，M04表示主轴反转，M05表示主轴停转AnV刀具工件194.4.4常用功能指令的属性1、指令分组所谓指令分组，就是将系统中不能同时执行的指令分为一组，并以编号区别。例如G00、G01、G02、G03就属于同组指令，其编号为01组。类似的同组指令还有很多，详见附表“FANUC与SIEMENS指令一览表”。同组指令具有相互取代作用，同一组指令在一个程序段内只能有一个生效。当在同一程序段内出现两个或两个以上的同组指令时，只执行其最后输入的指令，有的机床此时会出现系统报警。对于不同组的指令，在同一程序段内可以进行不同的组合。如下程序段所示：G90G94G40G21G17G54；（是规范正确的程序段，所有指令均不同组）G01G02X30.0Y30.0R30.0F100；（是不规范的程序段，其中G01与G02是同组指令）202、模态指令模态指令（又称为续效指令）表示该指令在某个程序段中一经指定，在接下来的程序段中将持续有效，直到出现同组的另一个指令时，该指令才失效，如常用的G00、G01～G03及F、S、T等指令。模态指令的出现，避免了在程序中出现大量的重复指令，使程序