第二章 数控铣床和加工中心编程

第2章数控铣床和加工中心编程本章主要内容2.1数控铣床和加工中心编程基础2.2数控铣床和加工中心坐标系2.3工件坐标系建立的方法2.4基本G编程指令2.5数控铣床和加工中心高级编程指令2.6加工中心换刀编程指令2.7用户宏程序2.1数控铣床和加工中心编程基础数控铣床是主要采用铣削方式加工工件的数控机床，能完成各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平面曲线和空间曲线等复杂型面的加工。按主轴布置形式分类1)立式数控铣床2)卧式数控铣床3)龙门式数控铣床4)立、卧两用数控铣床1．数控铣床2．加工中心通常所指的加工中心（MC）是指带有刀库和刀具自动交换装置（AutomaticToolChanger-ATC）的数控铣床。按主轴布置形式分类1)立式加工中心2)卧式加工中心3)复合加工中心3．数控系统进口数控系统：FANUC（法那科）、SIEMENS（西门子）国产数控系统：KND（北京凯恩地）、HNC（华中）、GSK（广数控）1、点位控制功能2、连续轮廓控制功能3、刀具半径补偿功能4、刀具长度补偿功能5、比例及镜像加工功能6、旋转功能7、子程序调用功能8、宏程序功能9、数据输入输出及DNC功能10、自诊断功能4．主要功能1）数控铣床加工对象（1）平面类零件（2）变斜角类零件（3）曲面类零件（4）孔及螺纹2）加工中心加工对象（1）既有平面又有孔系的零件（2）结构形状复杂的零件（3）外形不规则的异形零件（4）其他类零件5．加工对象刀具与数控铣床和加工中心的连接部分，通常由刀具、刀柄、拉钉及中间模块等组成，起到固定刀具及传递动力的作用。6．工具系统1－主轴；2-刀柄；3-换刀机械手；4-中间模块；5-刀具刀柄（1）平口钳和（2）卡盘和分度头（3）专用夹具、组合夹具和成组夹具7．夹具选择依据：零件精度等级、结构特点、产品批量及机床精度等因素。选择顺序：首先考虑通用夹具，其次考虑组合夹具，最后考虑专用夹具、成组夹具。(1)正确选择程序起始点和返回点(2)合理选择铣刀的刀位点(3)选择进刀点(4)选择退刀点(5)刀具的下刀方式(6)进刀、退刀方式的确定8．工艺处理a垂直进刀b侧向进刀c圆弧进刀二维轮廓铣削的进退刀方式选择刀具轨迹工件工件入刀入刀出刀出刀a垂直进刀b圆弧进刀二维型腔铣削的进退刀方式选择(a)(b)曲面铣削加工（行切法）型腔铣削加工（a）(b)(c)孔系的加工（单向趋近定位法）（1）广泛采用刀具补偿来进行编程。9．编程特点（2）用自带的孔加工固定循环功能来实现常见的镗孔、钻孔及攻丝等切削加工。（3）大多数具备镜像加工、坐标系旋转、极坐标及比例缩放等特殊编程指令。（4）根据需要选择加工中心采用自动换刀还是手动换刀。（5）广泛采用子程序编程的方法。（6）宏程序编程功能。1机床原点与参考点2.2数控铣床和加工中心坐标系（2）机床参考点机械原点，设置在机床各坐标轴正行程最大位置上的一个固定点(由限位开关准确定位)，作为系统内运算的基准点。（1）机床原点机床零点，由机床设计和制造单位确定，通常不允许改变。机床原点是工件坐标系、机床参考点的基准点。回零其实就是回参考点，通过参考点与机床零点之间的距离关系确认机床原点，从而保证机床运行同步。开机后首先要进行回零操作。（1）机床坐标系符合右手笛卡尔坐标原则的标准坐标系。2机床坐标系和工件坐标系（2）工件坐标系工件坐标系与机床坐标系的关系，就相当于机床坐标系平移到某一点（工件坐标系原点）。1）编程坐标系2）工件坐标系设定工件坐标系就是确定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。2.3工件坐标系建立的方法1.G92设定工件坐标系以刀具当前位置设置工件坐标系。指令格式：G92XaYbZc；G92指令仅仅用来建立工件坐标系，在G92指令段中机床不发生运动。2.G54～G59设定工件坐标系在程序运行前设定的工件坐标系，它通过确定工件坐标系的原点在机床坐标系的位置来建立工件坐标系。用G54～G59指令可以建立六个工件坐标系，使用54～G59指令运行程序时与刀具的初始位置无关。G54～G59工件坐标系的原点的设置，需要在MDI（手动数据输入）方式下，将工件坐标系原点的机械坐标输入到G54～G59偏置寄存器中。G92指令与G54～G59指令用法区别：G92通过程序来设定工件坐标系，所设定的加工坐标原点与当前刀具所在位置有关。G54～G59通过CRT/MDI方式设定工件坐标系，与刀具的当前位置无关。G92只是设定工件坐标系，而不产生任何动作；G54～G59和G00、G01指令组合，可在选定的工件坐标系中移动。2.4.1基本编程指令2.4基本编程指令1)G90/G91：绝对坐标编程与增量坐标编程G90指令表示程序中的编程尺寸是按其绝对坐标给定的。注意：这两个指令是同组续效指令，在同一程序段中不能同时使用。在缺省的情况下，默认为G90状态。G91指令表示编程尺寸是本程序段各轴的移动增量，故又称增量坐标指令。2)G00：快速点定位指令G00命令刀具以点定位控制方式快速定位，用于刀具的空行程运动。G00是模态指令。指令格式：G00X__Y__Z__；注意事项：①安全性。②进给速度F对G00程序段无效。3)G01：直线插补指令使机床各个坐标间以插补联动方式，按指定的F进给速度直线切削运动到规定的位置。G01为模态指令。指令格式：G01X__Y__Z__F__；G00指令时的刀具轨迹G01指令时的刀具轨迹G00、G01指令时的刀具轨迹XY应用举例例1.刀具从起点快速运动到目标点绝对值方式：G90G00X170Y150；增量值方式：G91G00X160Y140；例2.刀具从起点直线运动到目标点绝对值方式：G90G01X170Y150；增量值方式：G91G01X160Y140；4)G02/G03：圆弧插补指令使机床在各坐标平面内作圆弧切削运动，加工出圆弧轮廓。(1）平面选择由G代码选择圆弧插补平面、刀具半径补偿平面及钻孔平面。平面选择指令:G17……XY平面G18……ZX平面G19……YZ平面XYZG19G17G18(2）指令格式G02为顺时针圆弧加工，G03为逆时针圆弧加工。I、J、K是指圆弧起点到圆心的增量坐标，与G90,G91无关；主要用于整圆加工，亦可用于圆弧加工。R为圆弧半径，当圆心角≤180°时，R值为正，当圆心角＞180°时，R值为负。主要用于圆弧加工。圆弧的方向判别沿圆弧所在平面(如XY平面)的另一坐标轴的负方向(－Z)看，刀具相对于工件的转动方向是顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。R的正负号判别圆心角α＞180°时，R取负值，α≤180°时，R取正值。N10G02X12Y10R5/R-5；应用举例顺圆插补绝对值方式：G90G02X58Y50I18J8F150；G90G02X58Y50R____F150;增量值方式：G91G02X26Y18I18J8F150；G91G02X26Y18R____F150;应用举例逆圆插补增量值方式：G91G03X-40Y-50I-15J-25F150；G91G03X-40Y-50R____F150;绝对值方式：G90G03X40Y20I-15J-25F150；G90G03X40Y20R____F150;应用举例如图所示零件，要求顺圆弧加工，绝对值方式编程。O0015G54;T01S1000M03;G00X-30.Y-30.Z10.;G00G41X0.Y-10.Z-12.D01;G01X0Y0F100;Y20.;X10.;G03X25.Y35.R15.;G02X75.Y35.R25.;G03X90.Y20.R15.;G01X100.;Y0;X-10.;G40G00X-30.Y-30.;M05;M30;1刀具长度补偿的用途2.4.2刀长补的建立和取消G43、G44、G49（1）实现不同长度刀具的相同编程。（2）实现长度磨损补偿。（3）在加工深度方向上进行分层铣削。（4）在加工深度方向上实现粗精加工调整。（5）可以空运行程序，检验程序的正确性。2刀具长度补偿格式：（1）补偿方向G43：Z正方向补偿；G44：Z负方向补偿。（2）补偿值Z为指令终点位置，H为刀补号的内存地址，用H00～H99来指定。（3）用G49指定补偿取消。（4）G43、G44、G49均为模态指令程序中指令点程序中指令点实际到达点实际到达点Hxx值Hxx值G43G44+Z+Z正补偿（G43）负补偿（G44）执行G43时，控制系统认为刀具加长，刀具远离工件，则：Z实际值=Z指令值＋Hxx执行G44时，控制系统认为刀具缩短，刀具趋近工件，则：Z实际值=Z指令值—HxxHxx是指xx寄存器中的补偿量，其值可以是正值或者是负值。当刀长补偿量取负值时，G43和G44的功效将互换。（5）刀具长度补偿的方法XZH03=0接触法测量刀具长度主要采用接触法测量刀具长度来进行刀具长度补偿。设置过程：使刀具的刀尖运动到程序原点位置（Z0）。在控制系统的刀具长度补偿菜单下相应的H补偿号里输入值。①数控铣床上的刀具长度补偿的方法②加工中心刀具长度补偿的方法基准H01H02H03工件机外测量刀具长度工作台G54Z01）机外测量刀具长度2）用接触法测量刀具长度基准403525H01=40H02=35H03=25工件接触法测量刀具长度工作台Z0G543）主刀方法：它一般基于最长刀具的长度。工件工作台Z0基准线20.15.H05=-20H04=-15H03=0主刀设置法G542.4.3刀具半径补偿的建立和取消G41G42G40半径补偿及矢量如图，要用半径R的刀具切削一个用A表示的工件形状，刀具的中心路径需要离开A图形，刀具中心路径为B，刀具这样离开切削工件形状的一段距离称为半径补偿（径补）。1刀具半径补偿的作用4)实现轮廓方向的分次铣削。1)实现不同直径刀具的相同编程。2)通过调整刀具半径补偿值来补偿刀具的磨损量和重磨量。3)实现使用同一把刀具对工件进行粗、精加工。2刀具半径补偿的格式：X、Y、Z值是建立补偿的终点坐标值；D为刀补号地址，用D00～D99来指定。在进行刀径补偿前，必须用G17或G18、G19指定刀径补偿是在哪个平面上进行；顺着编程轨迹前进的方向：1）刀具半径补偿G41、G42G41G42刀具在工件的左侧前进为左补，用G41指令表示。刀具在工件的右侧前进为右补，用G42指令表示。2）刀具半径补偿的取消格式：注意：径补的引入和取消要求应在G00或G01程序段。当径补数据为负值时，则G41、G42功效互换。G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。O000；N1G90G54G17G00X0Y0S1000M03；N2G41X20.0Y10.0D01；N3G01Y50.0F100；N4X50.0；N5Y20.0；N6X10.0；N7G40G00X0Y0；N8M05；N9M30；3刀具半径补偿的应用4刀具半径补偿应用的注意事项①为了避免过切：内侧圆弧的半径R≧刀具半径r+剩余余量。②精加工时，为提高工件表面质量，一般采用顺铣加工。轮廓内侧一般采用逆时针方向铣削。轮廓外侧一般采用顺时针方向铣削。③对于封闭的内轮廓，一般采用圆弧切入、切出，对于外轮廓可采用切线切入、切出。刀具补偿综合应用O0003；N1G90G54G17G00X0Y0S1000M03；N2G43Z100H01；N3X20.0;N4Z5.0;N5G01Z-10.0F200;N6G41Y10.0D01;N7Y50.0F100;N8X50.0;N9Y20.0;N10X10.0;N11G40X0Y0;N12G00G49Z100.0;N13M05;N14M30;一般地，一个孔加工固定循环完成以下6步动作：1、X、Y轴快速定位；2、Z轴快速定位到R点；3、孔加工；4、孔底动作；5、Z轴返回R点；6、Z轴快速返回初始点。2.4.4孔加工固定循环1孔固定加工循环指令表2-1孔加工固定循环G代码加工运动（Z轴负向）孔底动作返回运动（Z轴正向）应用G73分次，切削进给－快速定位进给高速深孔钻削G74切削进给暂停－主轴正转切削进给左螺纹攻丝G76切削进给主轴定向，让刀快速定位进给精镗循环