机床数控技术及应用.ppt

24 数控铣床及加工中心的编程,本节以配备FANUC-0M系统的加工中心为例，介绍数控铣床及加工中心的编程方法。,2.4.1 数控铣床及加工中心的编程基础,1. 机床参考点 与数控车床相同，数控铣床及加工中心的参考点也是编程的绝对零点和换刀点。一般可采用手动或自动方法作参考点返回。常在接通电源时都要作参考点返回以确定机床坐标系。 2工件坐标系(编程坐标系) 在编程加工之前，首先必须建立坐标系。数控铣床的坐标系。如图2.4.1所示，其中Z轴、X铀和Y轴的确定上一章所述。编程坐标系的原点般在工件装夹完毕后通过对刀来确定，确定的原则是要使编程简单、方便，且要考虑工件的基准。,2.4.1 数控铣床及加工中心的编程基础,编程坐标系的原点般在工件装夹完毕后通过对刀来确定，确定的原则是要使编程简单、方便，且要考虑工件的基准。 建立编程坐标系有两种方法， 一种是G92XYZ用指令建立(，的意义参见图2.4.1)，此时X0 Y0 Z0点即是程序零点。 另一种方法是在参数0708、0709、07l0中置入适当的数值，此时编程坐标系在手动参考点返回后自动建立。,2.4.2 数控铣床及加工中心的基本编程功能,1F，S，T功能 (1)进给功能F功能 指令格式：G94F . 进给功能用于指定进给速度，由F代码指定，其单位为mm/min，范围是： 1mmmin15000mm/min(公制)， 0.01 in/min一600.00/min(英制)。G94F100表示进给速度为100mm/min。 (2)主轴功能S功能 指令格式：S . S功能用于设定主铀转速，其单位为rpm，范围是：0rpm一9 999rpm。S后可直接指定4位数的主铀转速值，也可指定2位数表示主轴转速的千位和百位。本机床使用2位数指定主轴转速。例如，S25表示主轴转速为2 500rpm,2.4.2 数控铣床及加工中心的基本编程功能,(3)刀具功能T功能 指令格式：T . T功能用于选择刀具号，其范围是T00T99 2辅助功能M功能 辅助功能用于指令机床的辅助操作，如主轴的启动、停止，冷动液的开、关等。M代码可分为前指令码和后指令码，其中前指令码可以和移动指令同时执行。例如，G01 X10.0 M03表示刀具移动的同时，主袖也旋转。而后指令码必须在移动指令完成后才能称行。例如，G01 X10.0 M05表示刀具移动10.0mm后主轴才停。指令格式见表2.4.1（P37) 注意一个程序段有两个以上M代码时，最后一个M代码有效。,2.4.2 数控铣床及加工中心的基本编程功能,3.准备功能G功能 准备功能用于指令机床各坐标轴的运动。有两种代码，一种是是模态代码，一旦指定将一直有效，直到被另一个模态码取代，另一种为非模态码，只在本程序段中有救。本系统的G代码及功能见表2.4.2(P38)。 注：1.*G代码为电源接通时的初始状态； 2如果同组的G代码被编入同一程序段中，则最后一个G代码有效；不同组的G代码可以在同一个程序段中被规定并有效。 3在固定循环中，如果遇到01组代码时，固定循环被自动撤消。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,本节主要介绍数控铣床的基本编程指令，包括刀具移动指令，参考点返回指令、平面选择及工件坐标系选择指令等。 1平面选择指令 该指令用于选择圆弧插补和刀具半径补偿平面，而与直线移动指令无关。其中G17为选择X,Y平面指令，G18为选择Z,X平面指令，G19为选择Y,Z平面指令。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,2刀具移动指令 (1)快速定位指令G00 指令格式：G00 式中，为目标点的坐标，采用绝对坐标或增量坐标由G90,G91指令决定。 (2)直线插补指令G01 指令格式：G01 F ； 式中，为插补终点的坐标，不运动的轴可以省略。F为合成进给速度，其速率分配如图2.4.2所示。 轴速率；F=FX/L 其中L2= 2+2,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,(3)圆弧插补指令G02,G03 式中：G02,G03分别为顺圆插补和逆圆插补指令；X，Y，Z为圆弧的终点坐标，可以是绝对坐标或增量坐标(相对圆弧起点)；I，J，K为采用圆心方式编程时，圆心相对圆弧起点的坐标(增量值)；R为采用半径方式编程时的圆弧半径。由于同一个R对应2个圆弧，因此规定当加工圆弧的圆心角大于180o。时R取负值，否则取正值。 采用I、J、K方式时，本系统规定一律用增量值表示，而与G90或G91无关。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,注意如果程序中漏编了R，将被视为直线插补。如程序中漏编了X，Y，Z，或终点坐标等于起点坐标时，有以下两种情况： 以圆心方式编程时，走出的图形为整圆。例如G02 I J 将加工一个整圆。 以半径方式编程时，系统认为是加工0o圆弧。例如G02 R 为加工0o圆弧、刀具不移动。 另外当I,J,K,R被同的编入对，圆弧将根据R值加工，而描述圆心坐标的I，J，K值将被忽略。如果编程的一个轴不在所选平面内，系统将报警。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,(4)绝对坐标、增量坐标编程指令G90，G91 指令格式：G90,(G91)指令G90后，运动坐标值均为相对于工件编程原点的绝对值，而指令G91后则均为相对于起点的相对坐标值。 例24。1 如图2.4.3所示，该轨迹由直线和圆弧组成。不考虑刀具半径，设零件的厚度为20mm，零件表而为Z0平面。采用绝对坐标和增量坐标编程。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,1.绝对坐标编程（圆弧采用半径编程） N001 G92 X210.0 Z10.0 :确定刀具编租原点 N002 S15 M03 ；启动主轴 N003 G90 G01 Z-20.0 F300 ；Z轴进给 N004 Y40.0 ；切直线 N005 G03 X150.0 Y100.0 R60.0 ；切逆圆弧 N006 G02 X120.0 Y60.0 R50.0 ；切顺圆弧 N007 G01 Y0 ；切直线 N009 G00 Z10.0 ；Z抽退刀 N010 X0 Y0 ； 返回程序起点 N011 M02 ；程序结束,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,2.增量坐标编程（圆弧采用圆心编程） N001 G92 X210.0 Z10.0 ；确定刀具起点 N002 S15 M03 ；启动主抽 N003 G01 Z-20.0 F3.00 ；Z抽进给 N004 G91 Y40.0 ；切直线 N005 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 ；切逆圆弧 N006 G02 X-30.0 Y-40.0 I-50.0 ；切顺回弧 N007 G01 Y-60.0 ；切直线 N008 X100.0 N009 G00 Z10.0 ；抽退刀 N010 X0 Y0 ；返回程序原点 N011 M02 ；程席结束,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,3.参考点返回指令 (1)参考点返回检查指令G27 指令格式：G27 . 该指令使刀具快速向终点(，)运动并进行定位，定位完成后对该点进行参考点检测。若定位点是参考点，则发出“参考点到达信号；否则系统报警。在实际应用中，该参考点可作为换刀点。 使用G27指令时应注意以下事项： 使用G27返回参考点之后，将立即执行一个程序段。如果不希望立即执行下一程序段(如换刀时)，可插入M00或M01 由于参考点返回不是每个循环都需要的，故可以作为任选程序段。 在作参考点返回之前，须取消刀具补偿。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,(2)自动参考点返回指令G28 指令格式：G28 执行该指令时，机床首先移到G28指令确定的中间点（，）处，然后返回到由G27指令确定参考点。一般G28指令用于自动换刀，因此执行G28之前应撤消刀偏及刀补。另外，该中间点一经输入即存储在控制器中，因此，若在本次G28中末指定坐标，则上G28中指定的坐标继续有效。 G28指令举例如下： N0001 G90 X1.0 Z2.0 ； N0002 G28 X4.0 ；中间点（4.0） N0003 G28 Z64 ；中间点（4.0，6.4）,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,（3）从参考点返回指令G29 指令格式：G29 该指令使刀具由参考点（由G27定义），经过中间点（由G28定义）返回到G29指定的坐标点上，一般用于自动换刀后返回加工点。 G29指令只能在执行了G28指令后方可使用。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,4暂停指令G04 G04功能使下一程序段延迟执行，延迟时间由地址P或X决定。 指令格式:G04 P 或 G04 X . 式中P或X定义暂停秒数，其范围为0.0019 999.999s,其中X可用小数点编程，而P不允许小数点编程。例如暂停25s的程序为：G04 P2 500或G04 X2.5。 使用X时，必须用小数点且单位为秒；使用P时，不用小数点且单位为ms。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,5工件坐标系选择指令 本系统的工件坐标系及其后跟随的具体坐标值可用G92建立也可由CRT/MDI面板预置6个工件坐标系，用G54一G59指令分别调用。 (1)坐标系设定指令G92 指令格式：G92 X Y Z 该指令用于建立工件坐标系，坐标系的原点由指定当前刀具位置的坐标值确定。如图244所示的坐标系可由下面的指令设定： G92 X30.0 Z20.0 上述指令确定工件坐标系的原点为O,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,(30.0，20.0)为程序的起点。通过上述编程可以保证刀尖或刀柄上某一标准点与程序起点相符合。但是，由于各把刀具的实际长度不同，为保证换刀后新刀具的刀尖在程序的起点上，必须采用刀具长度补偿来校正。,2.4.3数控铣床及加工中心的基本编程方法,(2)调用工件坐标系指令G54一G59 G54一G59指令可以调用6个工件坐标系。这6个工件坐标系通过设定机床参考点到各坐标系零点的距离而设定的，通过CRT/MDI输入工件坐标系零点的偏移值，可以在机床上建立G54-G59六个不同的坐标系，如图245所示。 开机时的初始坐标系由G54确定。如果要用G55一G99指令,需在程序中设定。例如G55 G00 X20.0 Z100.0 相当于在G55确定的工件坐标系中定位到(20.0,100.0)。,2.4.4 刀具补偿功能,刀具补偿功能： 为了编程方便和增加程序的通用性，数控机床编程时都不考虑实际使用的刀具的长度和半径，即程序中的轨迹（编程轨迹）都是针对刀尖位置和刀具中心点运动进行编制的。 实际加工时，必须通过刀具补偿指令，使数控机床根据实际使用的刀具尺寸，自动调整各坐标轴的移动量，确保实际加工轮廓和编程轨迹的完全一致。这一功能称为刀具补偿功能。 应用刀具补偿功能的优点 NC系统可对刀具长度和刀具半径进行自动校正，使编程人员可以直接根据零件图纸进行编程，不必考虑刀具的尺寸因素。 在换刀后不需要另外编写程序，只需输入新的刀具参数即可，而且粗、精加工程序也可以通用。,2.4.4 刀具补偿功能,1刀具长度补偿功能G43,G44,G49 通常加工一个工件需几把刀(如图246所示)，这些刀具长度不同，如果根据刀具改变程序会很麻烦。为解决这一问题，在编写程序时应选用杆一把标准刀具，并预先测出其他刀具与标准刀具长度的差值，将这些差值置于NC系统中，以后使用各把刀具时，NC系统会自动补偿刀具的长度，从而给编程带来便利。,2.4.4 刀具补偿功能,（1）刀具长度正、负补偿指令 指令格式：G43(G44) Z H 或G43(G44) H 式中：G43为正向偏移；G44为负向偏移；H为偏移号，其范围为H00H99，可由用户设定每个偏移号中的偏移长度值，其中H00的偏移值为零。偏移值的范围是：099 999mm(公制)，099.9999in(英制)。,2.4.4 刀具补偿功能,如图247，所示，无论是绝对坐标还是增量坐标编程G43指令都是把偏移量H值加到Z坐标上。G44指令则是从Z坐标减去偏移量H值。当Z坐标为零时(如G43(G44) G91Z0H ),Z轴只移动H中的偏移值。 (2)撤消刀具长度补偿指令G49 一般加工完一个工件后，应该撤捎刀具长度补偿。使用G94指令或设置偏移号为H00，可以撤消刀具长度补偿。,2.4.4 刀具补偿功能,例242如图248所示，该零件上有3个孔，孔径为20mm，孔深如图所示，试编写加工程序。编程坐标系如图248所示，取零件表面为Z0平面，偏移量H01-4.0。程序如下： N0010 G00 X120.0 Y80.0 ； N00l5 S20 M03 ；启动主轴 N0020 G43 Z5.0 H01 ；刀具长度补偿 N0030 G01 Z-18.0 F70 ；钻孔1 N0040 G04 P2 000 ；孔底暂停2s,2.4.4 刀具补偿功能,N0050 G00 Z5.0 ；退刀 N0060 X150.0 Y30.0 ；定位 NO070 G0l Z-38.0 F70 ；钻通孔2 N0080 G00 Z5.0 ；退刀 N0090 X200.0 Y60.0；定位 N0100 G01 Z-22.0 F70；钻孔3 N0110 G04 P2000 ；孔底暂停2s N0120 G00 Z5.0 H00 ；退刀，撤消刀具长度补偿 N0130 X0 Y0 ；返回坐标原点 N0140 M02 ；程序结束,2.4.4 刀具补偿功能,2刀具半径补偿功能G40，G4l，G42 铣平面轮廓时，由于铣刀半径不为零，使得铣同一轮廓时各把刀具的中心轨迹都不相同，如果按照刀具的中心轨迹编程会很麻烦。为解决这一问题可按照零件的轨迹进行编程，预先输入各把刀具的半径值，NC系统会自动计算出各把刀具的中心轨迹。这种功能称为刀具半径补偿功能。 (1)刀具半径补偿过程 刀具半径4皑过程分为建立、执行、撤捎3个阶段， “建立”程序段使刀具中心轨迹偏离编程轨迹一个半径值； “执行”程序段使刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹个半径值，并计算出各段之间的转接轨迹； “撤消”程序段是“建立”程序段的逆过程，使刀具中心逐渐回到编程轨迹的终点。,2.4.4 刀具补偿功能,刀补建立程序段 指令格式： G17(G18，G19) G41(G42) G00(G01) H F 选择平面 补偿方式 刀具移动指令 参数 选择平面功能G17,G18,G19只有在撤梢方式下才能改变偏移平面，否则会产生报警且机床停止； G41为左补偿指令，刀具偏移方向在前进方向的左方，G42为右补偿指令，刀具偏移方向在前进方向的右方； 在建立程序段中刀具移动指令只能用G01或G00，不能用G02或G03，否则产生报警； ，为刀具移动坐标，可以是绝对坐标或增量坐标，但是移动量不能同时为零； H为刀具半径偏移号，可以取H00H99，其中H00对应的偏移量为零。,2.4.4 刀具补偿功能,刀补执行程序段 在刀补执行程序段中，系统将根据输人的刀具半径自动进行补偿。由于刀具补偿运算需要预读后面的运动程序段（因为转角处的刀具移动中心轨迹必须事先读入下一程序段的移动轨迹才能生成），因此，如果出现连续两个以上的非运动指令(如辅助指令或暂停指令)程序段，或移动量为零的运动程序段时，会出现多切或少切现象，这点应该引起注意。 即在刀具补偿有效期间，一般不允许存在两段以上的非补偿平面内移动的程序段，这些指令包括： 只有MSTF代码的程序段，如：N20 S1000 M03 程序暂停程序段， 如：N25 G04 X5 当补偿平面为G17时，程序段：N30 G00 Z-100,2.4.4 刀具补偿功能,撒消刀补程序段 在刀补结束以后，应撤消刀具半径补偿，可以采用两种方式： 方法一：用G40指令。 指令格式： G40 G01 (G00) F 方法二：设置偏移号为H00。 指令格式： G00 (G01) H00 消刀补程序段的刀具移动指令必须采用G00或G01，使用G02，G03时将产生报警。,2.4.4 刀具补偿功能,(2)使用刀具半径补偿的注意事项 H代码编入后，该H代码一直保持有效，直到其他H码编人或原H值被清除。 一般换刀时在撒消方式下改变煽移值，如果在补偿状态下改变偏移值，则要重新计算该程序段终点向量的新偏移值，如图249所示。,2.4.4 刀具补偿功能,如果偏移量使用正负号，那么G41与G42可互相取代。如图2.4.10S所示，假如原程序中刀具中心轨边沿着工件的外表面切削，那么加负号后将变成沿工件内表面切削，反之亦然。利用这种特性，可以加工阴、阳两个工件。,2.4.4 刀具补偿功能,例2.4.3 编程加工图所示的零件，编程坐标如图所示。由图可计算出各交点的坐标：A(-40，-20)B(-40，20)，C(0，40)，D(40，0)，E(20，-20)。刀具偏移号为H08。偏移方向为工件的左副。设工件的表面Z0，厚度为25mm。 N001 G00 Z25.0 ；刀具抬起 N002 G90 G17 G41 X-40.0 Y-20.0 H08 ；移动到A点建立刀补 N003 S20 M03 ；启动主轴 N004 G01 Z-25.0 F100 ；Z铀进给 N005 Y20.0 ；AB N006 X0 Y40.0 ；BC N007 G02 X40.0 Y0 R40.0 ；CD N008 X20.0 Y-20.0 R20.0 ；DE N009 G01 X-40.0 ；EA N010 G00 Z25.0 ；Z轴迟刀 N011 G40 X0 Y0 ；撤消刀补 N012 M02 ；程序结束,2.4.4 刀具补偿功能,例2.4.4 编程加工图2.4.12所示的零件，编程坐标如图所示。刀具偏移号为H07，偏移方向为工件的左侧，起始点坐标为（0.0.0)。 N1 G90 G17 G00 G41 H07 X250.0 Y550.0； N2 G01 Y900.0 F150； N3 X450.0； N4 G03 X500.0 Y1150.0 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；,是到坐标点X250.0 Y550.0处建立刀补。,2.4.5 固定循环,数控铣床和加工中心的固定循环的本质和作用与数控车床一样，其根本目是为了简化程序、减少编程工作量。 一般数控铣床中的固定循环主要用于孔加工，如钻孔、鏜孔、攻丝等。表243所示为固定循环功能示例（P46)。,2.4.5 固定循环,1固定循环的组成 通常固定循环由6个动作组成(见右图)：(1)在X，Y平面上定位；(2)快速运行到R平面；(3)孔加工操作；(4)暂停；(5)返回到R平面；(6)快速返回到起始点。 由此可知，固定循环只能在X-Y平面上使用，Z轴仅作孔加工进给。此时平面选择功能无效，其中动作（3）的进给速度由F码给定。 加工过程：机床总是首先快速定位于X，Y坐标，并快速下刀于R点，然后以F速度加工至Z坐标定义的深度位置。,2.4.5 固定循环,2编程格式 格式如下： G90(G91) G98(G99) （G73G88） X Y Z R Q P F K 数据格式 返回点位置 孔加工方式 孔位置 孔加工参数 循环次数 X，Y为孔在XY平面上的位置；Z为孔底位置； R为快进的终止面 (一般距零件表面25mm)； Q在G73和G83中为每次的切削深度，在G76和G87中为偏移值，它始终是增量坐标值； P为在孔底位置的暂停时间，与G04相同； F为切削进给速度； K为重复加工次数，范围是16，当Kl时，可以省略，当K0时，不执行孔加工。,2.4.5 固定循环,G90和G91决定孔加工数据的形式，此时Z和R的值如图24.14所示。孔加工指令为模态码，只能被G80或01组代码取代。主轴的快移、暂停、正反转、停转等操作，由循环加工指令控制面自动实现。G98，G99决定加工结束后的返回位置，G98指令返回到初始平面。G99指令返回到R平面。当使用G99指令时，如果在台阶面上加工孔，从低面向高面加工时，会产生现象碰撞现象，这一点必须引起注意。,2.4.5 固定循环,3固定循环指令 (1)高速钻深孔循环指令G73和钻深孔循环指令G83 深孔：孔深与孔径之比超过510的孔，称为深孔。 深孔加工的特点： 加工深孔时排屑较困难，但如不及时将切屑排出则切屑可能堵塞在钻头排屑槽里，不仅影响加工精度，而且可能扭断钻头。 切削时会产生大量高温切屑，如不采取有效措施确保钻头的冷却和润滑，将使钻头的磨损加剧。 G73，G83功能用于钻削深孔，它们都采用间歇进给，不仅可以高效地完成钻孔，面且能较容早地排出切屑，并保证冷却和润滑。在使用时可根据实际情况，确定每次的切削深度和退刀距离或快进转为切削进给的位置。,2.4.5 固定循环,G73，G83的循环过程如图2415所示，其中虚线表示快进，实线表示切削进给，箭头表示刀具移动方向。 指令格式：G73(G83) X Y Z R Q F K,2.4.5 固定循环,指令格式：G73(G83) X Y Z R Q F K X，Y坐标值定义孔的位置；Z值定义孔的深度； R值定义R平面的坐标值； Q为每次加工的深度； F为加工进给速度；K为指令执行重复次数， 使用G91增量坐标X，Y编程时，使用K参数可一次指定多个孔的加工。,2.4.5 固定循环,G73与G83用于钻深孔，它们都考虑了排屑和散热情况，以保证冷却和润滑。它们的区别在于G83每次钻削一定深度后都返回R点(退出孔外)，然后再进给，所以它的排屑和散热情况比G73好。在G73中，d为退刀距离，由参数0531号设定；在G83中d位置为每次退刀后，再次进给时由快进转换为切削进始的位置，它距离前一次进给结束位置的距离为d(mm)，其值由参数0512号设定。,2.4.5 固定循环,(2)钻孔循环指令G81和G82(图2416) 指令格式；G81 X Y Z R F K G82 X Y Z R P F K G81,G82为常用的钻孔方式，二者的区别在于G82钻到孔底后暂停一段时间后再返回，孔的加工精度比G81高。G81可用于钻通孔或螺纹孔等G82用于钻削孔深要求比较高的平底孔。使用时可根据实际情况和精度需要选择。,2.4.5 固定循环,(3)攻丝循环指令G74(左旋)和G84(右旋)(图2416) 指令格式：G74(G84) X Y Z R P F K 在G74(G84)攻丝期间，进给倍率修改无效，移动暂停无效，直到循环结束。G74指令规定向下为主铀正转，到孔底后主轴反转退出。G84指令规定向下为主轴反转，到孔底后主铀正转退出。,2.4.5 固定循环,(4)镗孔循环指令 镗孔是常用的加工方法，其加工范围很广，可进行粗、精加工。镗孔的优点是能修正上一工序所造成的轴线歪曲、倾斜等缺陷。所以鏜孔特别适合孔距要求很淮的孔系加工，如箱体加工等。尤其适合于大直径孔的加工。FANUCOT系统设有镗孔、反镗及精镗循环，现介绍部分指令。,2.4.5 固定循环,镗孔循环指令G85，G86和G89指令 格式:G85 (G86) X Y Z R F K G89 X Y Z R P F K 执行G85时，机床首先快速定位于X.Y坐标，并快速下刀至R点，随后以F定义底切削速度切削至Z坐标定义的孔底，加工结束后，以切削速度退出。 G89指令与G85指令基本相同，只是在加工至孔底后，延时一段时间（由P定义）。 G86与G85的不同在于，加工至孔底后，主轴停转并快速退刀。,2.4.5 固定循环,反镗循环指令G87（图2.4.18） 指令格式：G87 X Y Z R Q F K 反鏜循环指令G87与上述鏜削指令的不同之处是反鏜循环由孔底向外鏜削，此时刀杆受拉力，可防止震动。当刀杆较长时使用该指令可提高孔的加工精度。,2.4.5 固定循环,精鏜循环与反鏜循环比较 反鏜循环的刀具在X，Y平面定位后主轴停止并准停(0SS)，然后沿刀尖反方向刀具偏移Q距离，并且快速定位在孔底R点处。此时刀具反向偏移，返回原X，Y位置，启动主轴，鏜削加工到Z点。主轴又准停，且刀具沿刀尖反方向偏移，并从孔中撤回。当刀