数控加工中心编程与操作

第5章数控加工中心编程与操作5.1数控加工中心编程概述5.1.1数控加工中心的类型•数控加工中心是一种功能较全的数控加工机床。装有刀库及自动换刀装置，能够实现自动换刀功能，连续的对工件各加工表面自动进行铣削、钻削、镗孔、攻螺纹和切削螺纹等工序操作，所以可以加工一些复杂型面的零件，如：凸轮、叶轮、模具等。1.按主轴空间位置分类•1）立式数控加工中心•2）卧式数控加工中心2.按功能特征分类•1）钻削加工中心•2）镗铣加工中心•3）万能加工中心3.按所用换刀装置分类•1）转塔头加工中心•2）带刀库的加工中心4.按工作台结构特征分类•可分为单、双工作台和多工作台加工中心。•常见的加工中心是单工作台和双工作台的加工中心两种形式。5.按主轴结构特征分类•可分为单轴、双轴、三轴及可换主轴的加工中心。5.1.2数控加工中心的主要加工对象•加工中心是一种工艺范围较大的数控加工机床，能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作，因此适于加工复杂、工序多、要求高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且需多次装夹才能完成的零件。其加工的主要对象可分为箱体类零件、盘板类零件、复杂曲面、异形件和特殊加工五类。特别适合箱体类零件和孔系的加工。加工对象•1.箱体类零件•2.盘板类零件•3.复杂曲面零件•4.异形件•5.特殊加工零件5.1.3数控加工中心编程与加工特点•加工中心是将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合起来，并装有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床，因此，数控加工中心在加工程序的编制当中，从加工工序的确定，刀具的选择，进给路线的安排，到数控加工程序的编制，都比其他机床复杂。加工中心有其自身的编程特点。1.加工中心编程特点•(1)进行合理的工艺分析，安排加工工序。由于零件加工工序多，使用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗、半精、精加工，周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高精度和生产率。加工顺序如前所述的按铣大平面、粗镗孔、半粗镗孔、立铣刀加工、打中心孔、钻、攻螺纹、精加工、铰镗精铣等的加工次序。•(2)根据批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。一般对批量在10件以上，而刀具更换较频繁时，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，反而会增加机床的调整时间，当然，这时就相当于把加工中心机床当数控铣床来使用了。•(3)自动换刀要留出足够的换刀空间。有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要注意避免发生撞刀事故。为安全起见，有的机床要求换刀前必须先回到参考点(或Z轴回到参考点高度)后进行换刀。•(4)为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。•(5)对于编好的程序，应认真检查，并在加工前进行试运行。从编程的出错率来看，采用手工编程出错率高，特别是在生产现场，为临时加工而编程时，出错率更高，认真检查程序并进行试运行就更为必要。1.加工中心编程特点续•(6)尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中，或按工序顺序添加程序段号标记。当零件加工程序较多时，为便于程序调试，一般将各工序内容分别安排到不同的子程序中。主程序内容主要是完成换刀及子程序调用的指令。这样安排便于按每一工序独立地调试程序，也便于因加工顺序不合理而作出重新调整。对需要多次重复调用的子程序，可考虑采用G91增量编程方式处理其中的关键程序段，以便于在主程序中用M98P__L__方式调用，这样可简化程序量。•(7)尽可能地利用机床数控系统本身所提供的镜像、旋转、固定循环和宏指令编程处理的功能，以简化程序量。•(8)对加工时所要使用的第一把刀具，可以把它直接安装在主轴上，并将这把刀的刀号输入设置到某地址号中。这样，在加工程序的开头就可以不进行换刀操作。但在程序结束前必须要有换刀程序段，以便使加工最后用的刀具换为加工开始时用的刀具，使这个程序还能继续进行下一个零件的加工。若在调整时，主轴上先不装刀，所要用的几把刀具全装在刀库上。在程序的开头，是换刀的程序段，以使主轴装上刀具。当然，这次换刀时，主轴上是空的，只是把刀库上的刀具装上主轴，后面的程序则与前述相同。2.加工特点•（1）适合加工周期性生产的零件。•（2）适合加工高精度工件。•（3）适合加工批量生产的零件。•（4）适合加工形状复杂的零件。•（5）其它特点：加工中心还适合于加工多工位、工序集中和难测量的工件。另外，装夹困难或完全由找正定位来保证加工精度的工件不适合在加工中心上生产。5.2数控加工中心编程常用指令5.2.1数控加工中心的坐标系与参考点•加工中心坐标系包括机床坐标系和工件坐标系，不同的加工中心坐标系略有不同。机床加工时仍然是刀具相对工件发生运动，即假设工件相对静止，刀具在运动。1.机床坐标系指令G53•机床坐标系各轴符合右手笛卡尔坐标系准则，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，为机床本身固有，由机床生产厂商设计时制定的。位置由机械挡块决定，不能随意更改。该坐标系必须在开机后，通过手动回参考点的操作建立（回零操作）。该参考点是机械原点（零点）。•编程格式（G90）G53IP_；其中，IP为绝对尺寸字。2.工件坐标系•工件坐标系是编程人员在编写程序时，在工件上建立的坐标系。工件坐标系的原点位置为工件原点（编程原点）。理论上工件坐标系的原点可以是任意位置，实际上原点位置是由编程人员为了编程方便以及零件尺寸的直观性来确定。编程原点的选则应注意：•（1）编程原点应选在零件的尺寸基准上，便于坐标值计算，减少错误。•（2）编程原点应尽量选在精度高的工件表面，以提高零件的加工精度。•（3）对称零件，原点应在对称中心上。•（4）一般零件，应在工件轮廓的某一角。•（5）Z轴方向上零点一般设在工件表面。•（6）对于卧式加工中心，最好把工件零点设在回转中心上与Z轴连线适当位置上。•（7）编程时应将刀具起点和程序原点设在同一处，可以简化程序，便于计算。•1）设置工件坐标系指令G92编程格式G92X_Y_Z_；•2）工件坐标系选择指令G54~G59在编程过程中进行编程坐标系（工件坐标系）的平移变换，使编程坐标系的零点偏移到新的位置。FANUXC数控系统可通过CRT/MDI画面设定机床零点到各工件坐标系（G54~G59）原点的偏移距离。G54~G59是模态指令，在执行手动返回参考点之后，系统自动选择工件坐标系。3.自动返回参考点指令G28•编程格式G28IP•使用说明执行该指令时，可以使刀具以G00方式经中间点快速返回到参考点，中间点的位置由IP决定，IP可以是X、Y、Z轴坐标的任意组合。5.2.2刀具的选择•刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。刀具选择续•选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。•在加工中心中，刀柄作为刀具的重要组成部分，有其自身的特点。•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动作。5.2.3换刀指令•加工中心和铣床的最大区别就在于加工中心能够实现自动换刀功能。在加工中心使用T指令然后使用M06指令来实现自动换刀功能。常见换刀指令一•在程序中先出现T指令，后出现M06指令。编程格式N__G28Z__TM06；采用这种方式编程时，在Z轴返回参考点的同时，刀库开始运动，进行刀具交换，刀具TXX换到主轴上。常见换刀指令二在一个程序中先出现M06，后出现T指令。编程指令N__G28Z__M06T；执行程序时，首先返回参考点，然后执行M06进行主轴换刀。换刀完成后执行T指令，因此这种换刀程序完成时，主轴上的刀具并不是T，而是前段换刀程序执行后换刀刀位上的刀具。即T要在下个换刀程序出现后被安装在主轴上。常见换刀指令三•T指令和M06不再同一程序段。编程指令N__T；…NG28Z__M06；这种编程格式，在执行T功能的同时，也开始执行下面的加工程序，选刀时间与加工时间重合，所换刀具为T，编程时也经常采用。5.2.4孔加工固定循环指令G73～G89•因为加工中心包含了数控铣床的功能，因此两者的加工指令大部分相同，因此相同部分本章节不再重复介绍。在数控加工中，有些典型的加工工序，是由刀具固定的动作完成，如在加工中心上钻孔，一般需要快速接近工件、慢速（切削进给）钻孔、快速回退等固定动作。将这些典型的、固定的几个连续动作，用一条G指令来代表，这样，只需要用单一程序段的指令即可完成加工，这样的指令称为固定循环。固定循环多用于孔加工，包括钻孔、镗孔、攻螺纹等。1.孔加工固定循环的动作孔加工固定循环通常由以下6个动作构成，如图所示，实线表示切削进给，虚线表示快速进给。动作1：X、Y轴定位；动作2：快速运动到R点（参考点）；动作3：孔加工；动作4：在孔底的动作；动作5：退回到R点（参考点）；动作6：快速返回到初始点。孔加工时需正确设置3个高度平面，分别为初始平面、R平面和孔底平面。2.固定循环的代码组成•孔加工固定循环一般格式为：3.固定循环指令•固定循环的程序格式包括数据表达形式、返回点平面、孔加工方式、孔加工数据和循环次数。其中数据表达形式可以用绝对坐标G90和增量坐标G91表示。固定循环的程序格式如下：•G98（G99）GXYZRQPKF；•固定循环指令可分为以下三类：钻孔类,包括一般钻孔和钻深孔（L/D3）；攻螺纹类，包括右旋攻螺纹和左旋攻螺纹；镗孔类，包括粗镗孔、精镗孔和反镗孔。1）钻孔循环指令G81、G82•指令格式：•G98（G99）G81X_Y_Z_R_F_；•G98（G99）G82X_Y_Z_R_P_F_；•执行指令时，如图所示，刀具先快速定位至X、Y所指定的坐标位置，再快速定位至R点，接着以F所指定的进给速率向下钻削至Z所指定的孔底位置，最后G99快速退刀至R点或G98返回起始点完成循环。G81与G82的区别只在于G82在孔底有暂停动作，时间有P指定。G81通常用于点钻，G82指令可使孔的表面更光滑，孔底平整，常用于做沉头台阶孔。2）深孔断屑循环指令G73•指令格式：•G98（G99）G73X_Y_Z_R_Q_F_•如图所示，钻头先快速定位至X、Y所指定的坐标位置，再快速定位至R点，接着以F所指定的进给速率向下钻削Q所指定的距离后（Q为负值），快速退刀回到距切削深度上方距离d（d值由系统指定）处，然后再向下钻削Q所指定的距离后，接着快速退刀回到距切削深度上方距离d处，以后依此方式一直钻孔到Z所指定的孔底位置，最后G99快速退刀至R点或G98返回起始点完成循环。3）深孔排屑循环G83•指令格式：•G98（G99）G83X_Y_Z_R_Q_F_；•如图所示，钻头先快速定位至X、Y所指定的坐标位置，再快速定位至R点，接着以F所指定的进给速率向下钻削Q所指定距离后，快速退刀回R点，再向下快速定位与前一切削深度上方距离d处，再向下以F进给速率钻削Q所指定的距离后，再快速退回R点，以后依此方式一直钻孔到Z所指定的孔底位置，最后G99快速退刀至R点或G98返回起始点完成循环。G83与G73不同处是G83退刀时每次皆退回到R点，可更好地把切屑带出孔外，以免切屑将钻槽塞满而增加钻削阻力，更适合深孔钻削。4）攻右旋螺纹循环与攻左旋螺纹循环指令G84、G74•指令格式：G98（G99）G74（G84）X_Y_Z_R_（P_）F_•G74指令用于攻左旋螺纹，故需先使主轴反转，再执行G74指令，则丝攻先快速定位至X、Y所指定的坐标位置，再快速定位到R点，接着以F所指定的进给速率攻螺纹至Z所指定的孔底位置后，主轴转换为正转且同时向Z轴正方向退回至R点，退至R点后主轴快速退回初始平面。G84的加工方式与G74刚好相反，G84指令主轴正转加工到孔底，然后反转返回R点平面，返回到R点平面后恢复正转。•攻螺纹的进给速率（mm/min）＝导程（mm/r）×主轴转速（r/min）在G74、G84攻牙循环指令执行中，进给速率调整钮无效，及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。G74G845）镗孔循环G86