数控镗铣削编程.ppt

第5章数控镗铣削编程,5.1数控镗铣削编程的工艺准备5.2镗铣削数控系统的主要基本功能5.3加工中心的常用指令及应用思考与训练,5.1数控镗铣削编程的工艺准备5.1.1数控镗铣削加工的主要对象数控镗铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，其既可以在数控铣床上进行，也可在加工中心上进行。数控镗铣削主要包括平面铣削、轮廓铣削以及对零件进行钻、扩、铰、镗、锪、螺纹加工等。数控镗铣削主要适合于下列几类零件的加工。,1平面类零件平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。图5-1所示的三个零件均为平面类零件。其中，曲线轮廓面A垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工。凸台侧面B与水平面成一定角度，这类加工面可以采用专用的角度成型铣刀来加工。对于斜面C，当工件尺寸不大时，可用斜板垫平后加工；当工件尺寸很大、斜面坡度又较小时，可用行切加工法加工，这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹，需用钳修方法加以清除。,图5-1平面类零件,2直纹曲面类零件直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。如图5-2所示零件的加工面就是一种直纹曲面，当直纹曲面从截面(1)至截面(2)变化时，其与水平面间的夹角从310均匀变化为232，从截面(2)至截面(3)变化时，又均匀变化为120，最后变化到截面(4)，斜角均匀变化为0。此零件的加工面不能展开为平面。当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。,图5-2直纹曲面,3箱体类零件如图5-3所示，箱体类零件一般要进行多工位孔系及平面的加工，精度要求较高，特别是形状精度和位置精度要求较严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪、攻螺纹等工步，需要刀具较多。因此，箱体类零件适于用加工中心进行加工。,图5-3箱体零件,4盘、套、板类零件盘、套、板类零件端面上有平面、曲面和孔系，包括一些径向孔。如图5-4所示为十字盘零件。加工部位集中在单一端面上的盘、套、板类零件宜选择立式加工中心进行加工；加工部位不是位于同一方向上的零件宜选择卧式加工中心进行加工。,图5-4十字盘零件,5结构形状复杂、普通机床难加工的零件某些零件的主要表面由复杂曲线、曲面组成，加工时，需要多坐标联动加工，这在普通机床上是难以甚至无法完成的。加工中心是加工这类零件的最有效的设备。最常见的典型零件有以下几类。1)凸轮类这类零件有各种曲线的盘形凸轮、圆柱凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心。,2)整体叶轮类整体叶轮常见于空气压缩机、航空发动机的压气机、船舶水下推进器等，它除具有一般曲面加工的特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和临近曲面产生干涉等。如图5-5所示为叶轮增压器，它的叶面是典型的三维空间曲面，加工这样的型面，需采用四轴以上联动的加工中心。,图5-5叶轮增压器,3)模具类常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。图5-6所示为某电器盒壳的注塑模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件基本上可在加工中心上通过一次安装完成全部的机加工内容，尺寸累计误差及修配工作量较少，同时，模具的可复制性强，互换性好。,图5-6盒壳的注塑模具,6外形不规则的异型零件异型零件是指支架、拨叉这一类外形不规则的零件，如图5-7所示。由于其外形不规则，普通机床上只能采取工序分散的原则加工，需用工装较多，加工周期较长。利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，可以完成大部分甚至全部工序的内容。7加工精度较高的中小批量零件针对加工中心的加工精度高、尺寸稳定的特点，对加工精度要求较高的中小批量零件，选择加工中心加工，容易获得所要求的尺寸精度和形状位置精度，并可得到良好的互换性。,图5-7异型支架,5.1.2数控镗铣削加工的进给路线确定数控镗铣削加工的进给路线可分为孔加工进给路线和平面、轮廓加工进给路线。1孔加工进给路线的确定加工孔时，因为一般是首先将刀具在XY平面内快速定位运动到孔中心线的位置上，然后刀具再沿Z向运动进行加工，所以，孔加工进给路线的确定包括XY平面和Z向进给路线。,1)确定XY平面的进给路线加工孔时，刀具在XY平面的运动属于点位运动，确定进给路线时，主要考虑以下几点：(1)定位要迅速。即在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。如加工图5-8(a)所示零件上的孔系。图5-8(b)所示的进给路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若将其改用图5-8(c)所示的进给路线，则可节省近一倍的定位时间，提高加工效率。,图5-8钻孔时最短走刀路线设计,(2)定位要准确。安排进给路线时，要避免机械进给系统反向间隙对孔位置精度的影响。对于孔位置精度要求较高的零件，在精镗孔系时，镗孔路线的安排一定要注意各孔的定位方向一致，即采用单向趋近定位点的方法，以避免传动系统反向间隙误差或测量系统的误差对定位精度的影响。,例如，如图5-9所示，镗削零件上六个尺寸相同的孔，有两种进给路线，一是按123456的路线加工，由于5、6孔与l、2、3、4孔定位方向相反，Y向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其它孔的位置精度；二是按1234p65的路线加工，加工完4孔后往上多移动一段距离至p点，然后折回来在6、5孔处进行定位加工，这样加工进给方向一致，可避免反向间隙的引入，提高5、6孔与其它孔的位置精度。,图5-9定位进给路线设计示例,2)确定Z向(轴向)进给路线刀具在Z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。刀具先从初始平面快速运动到距工件加工表面一定距离的R平面，然后按工作进给速度进行加工。图5-10(a)所示为加工单个孔时刀具的进给路线。对多个孔加工而言，为减少刀具的空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退回到R平面上即可，其进给路线如图5-10(b)所示。,图5-10刀具Z向进给路线设计示例,如图5-11所示，加工不通孔时，工作进给距离为ZF=Za+H+Tt加工通孔时，工作进给距离为ZF=Za+H+Z0+Tt上述进给距离中刀具切入、切出距离的经验数据见表5-1。,图5-11工作进给距离计算,表5-1刀具切入、切出距离的经验数据mm,2平面及轮廓铣削加工进给路线的确定1)逆铣和顺铣的选择铣削有逆铣和顺铣两种方式。如图5-12所示，铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，刀具切入工件瞬时，刀刃钝圆半径大于瞬时切削厚度，刀齿在工件表面上要挤压和滑行一段后才能切入工件，这使已加工表面产生冷硬层，加剧了刀齿的磨损，同时使工件表面粗糙不平。此外，逆铣时刀齿作用于工件的垂直进给力Fv朝上，有抬起工件的趋势，这就要求工件装夹牢固。逆铣时，刀齿是从切削层内部开始工作的，当工件表面有硬皮时，对刀齿没有直接影响。,图5-12顺铣和逆铣切削方式,顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压、滑行现象，并且垂直进给力Fv朝下压向工作台，有利于工件的夹紧，可提高铣刀耐用度和加工表面质量。与逆铣相反，顺铣加工要求工件表面没有硬皮，否则刀齿很容易磨损。对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料来说，建议采用顺铣加工，这对于降低工件表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且加工余量一般较大时，采用逆铣较为有利。,2)安全高度的确定对于铣削加工，起刀点和退刀点必须离开工件上表面一个安全高度，以保证刀具在停止状态时，不与工件和夹具发生碰撞。在安全高度位置，刀具中心(或刀尖)所在的平面称为安全面，如图5-13所示。,图5-13安全面高度,3)铣削轮廓的进给路线铣削工件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。对于二维轮廓加工，通常采用的进给路线为：从起刀点快速移到下刀点沿切向切入工件轮廓切削刀具向上抬刀，退离工件返回起刀点，如图5-14所示。,图5-14铣削外轮廓的进给路线,如图5-15所示，铣削外整圆时，需安排刀具从切向进入圆周铣削加工。当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵循从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，如图5-16所示，若刀具从编程原点出发，其加工路线可安排为12345，这样，可以提高内孔表面的加工精度和质量。,图5-15铣削外圆进给路线,图5-16铣削内孔进给路线,4)铣削内腔的进给路线内腔一般用平底立铣刀加工，刀具圆角半径应符合内腔的图纸要求。图5-17(a)所示为用行切方式加工内腔的进给路线，它能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。如采用图5-17(b)所示的进给路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，则能获得较好的效果。图5-17(c)所示也是一种较好的进给路线方式。,图5-17铣削内腔的三种走刀路线,5)铣削曲面的进给路线对于边界敞开的曲面的加工，可采用如图5-18所示的两种进给路线。对于发动机大叶片，当采用图5-18(a)所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图5-18(b)所示的加工方案时，叶形的准确度高，但程序较多。因为曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。当边界不敞开时，确定进给路线要另行处理。,图5-18铣曲面的两种进给路线,5.1.3数控镗铣削加工的刀具及其选择1.孔加工刀具的选择数控钻孔一般无钻模，钻孔刚度差，应使钻头直径D满足L/D5(L为钻孔深度)。钻大孔时，可采用刚度较大的硬质合金扁钻；钻浅孔时(L/D2)宜采用硬质合金的浅孔钻，以提高效率和加工质量。钻孔时，应选用大直径钻头或中心钻先锪一个内锥坑，作为钻头切入时的定心锥面，再用钻头钻孔，所锪的内锥面也是孔口的倒角，有硬皮时，可用硬质合金铣刀先铣去孔口表皮，再锪锥孔和钻孔。精铰孔可采用浮动铰刀，但铰前孔口要倒角。,镗孔一般是悬臂加工，应尽量采用对称的两刃或两刃以上的镗刀头进行切削，以平衡径向力，减轻镗削振动。对阶梯孔的镗削加工采用组合镗刀，以提高镗削效率。精镗宜采用微调镗刀。镗孔加工除选择刀片与刀具外，还要考虑镗杆的刚度，尽可能选择较粗(接近镗孔直径)的刀杆及较短的刀杆臂，以防止或消除振动。当刀杆臂小于4倍刀杆直径时可用钢制刀杆，加工要求较高的孔时最好选用硬质合金制刀杆。当刀杆臂为47倍刀杆直径时，小孔用硬质合金制刀杆，大孔用减振刀杆。当刀杆臂为710倍的刀杆直径时，需采用减振刀杆。,2.铣刀的用途及选用1)常用铣刀的类型及用途(1)圆柱形铣刀，一般用于加工较窄的平面。(2)立铣刀，用于加工各种凹槽、台阶面以及成形表面。其主切削刃位于圆周面上，端面上的切削刃是副切削刃，故切削时一般不宜沿轴线方向进给。(3)键槽铣刀，用于加工封闭键槽。其外形类似立铣刀，有两个刀齿，端面切削刃为主切削刃，圆周的切削刃是副切削刃。(4)模具铣刀，属于立铣刀类，主要用于加工模具型腔或凸模成形表面。,2)铣刀的选择(1)铣刀参数的确定。选取铣刀时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应，铣刀的主要结构参数有直径、宽度(或长度)及齿数。铣刀直径的选择。一般情况下，粗铣平面时，因切削力大，故宜选较小直径的铣刀，以减少切削扭矩；精铣时，可选大直径铣刀，并尽量包容工件加工面的宽度，以提高效率和加工表面质量。粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径Dt可按下式计算：,式中，D轮廓的最小凹圆角直径；圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；1精加工余量；圆角两邻边的夹角，如图5-19所示。精加工内轮廓时，铣刀最大直径Dt=2(0.80.9)，其中为零件内轮廓面的最小曲率半径。加工肋时，刀具直径为D=(510)b，其中b为肋的厚度。,图5-19粗加工铣刀直径的估算,铣刀长度的选择。对不通孔(深槽)，选取L=H+(510)mm，其中L为刀具切削部分的长度，H为零件高度；加工通孔及通槽时，选取L=H+rc+(510)mm，其中rc为刀尖角半径。铣刀齿数的选择。一般按工件材料和加工性质选择铣刀的齿数。例如，粗铣钢件时，首先须保证容屑空间及刀齿强度，应采用粗齿铣刀；半精铣或精铣钢件、粗铣铸铁件时，可采用中齿铣刀；精铣铸铁件或铣削薄壁铸铁件时，宜采用细齿铣刀。,(2)曲面加工时铣刀的选择。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用的刀具有球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀，如图5-20所示。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀(圆鼻刀)。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工一些变斜角零件，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得较好的加工精度。,图5-20曲面加工常用的刀具,3)铣刀及钻头的刀位点如图5-21所示，钻头的刀位点是钻头顶点；圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点。,图5-21刀位点,5.1.4镗铣削切削用量的选择1钻削用量的选择1)钻头直径钻头直径由工艺尺寸确定。工件孔径较小时，可将孔一次钻出。工件孔径大于35mm时，若仍一次钻出孔径，往往由于受机床刚度的限制，必须大大减小进给量。若两次钻出孔径，可取较大的进给量，既不降低生产效率，又提高了孔的加工精度。先钻后扩时，钻孔的钻头直径可取孔径的50%70%。,2)进给量小直径钻头的进给量主要受钻头的刚性及强度限制，大直径钻头的进给量主要受机床进给机构强度及工艺系统刚性限制。在条件允许的情况下，应取较大的进给量，以降低加工成本，提高生产效率。普通麻花钻钻削进给量可按以下经验公式估算选取：f=(0.010.02)d0式中，d0孔的直径。加工条件不同时，其进给量也不同，具体数值可查阅切削用量手册。,3)钻削速度钻削的背吃刀量(即钻头半径)、进给量及切削速度对钻头耐用度都会产生影响，但背吃刀量对钻头耐用度的影响与车削不同。当钻头直径增大时，尽管增大了切削力，但钻头体积也显著增加，因而使散热条件明显改善。实践证明，钻头直径增大时，切削温度有所下降。因此，钻头直径较大时，可选取较高的切削速度。一般情况下，钻削速度可参考表5-2选取。,目前有不少高性能材料制作的钻头，其切削速度宜取更高值，具体数值可由有关资料查取。2铣削用量的选择从刀具耐用度出发，铣削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度，如图5-22所示。,表5-2普通高速钢钻头钻削速度参考值,m/min,图5-22铣刀切削用量,1)背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，ap为切削层深度；圆周铣削时，ap为被加工表面的宽度。侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，ae为表面宽度；而圆周铣削时，ae为切削层深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定的。,(1)当工件表面粗糙度值Ra为12.525m时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm时，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大、工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。(2)当工件表面粗糙度值Ra为3.212.5m时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时，背吃刀量或侧吃刀量的选取同前。粗铣后留0.51.0mm的余量，在半精铣时切除。(3)当工件表面粗糙度值Ra为0.83.2m时，可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时，背吃刀量或侧吃刀量取1.52mm；精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm，面铣刀背吃刀量取0.51mm。,2)进给速度进给速度vf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)的关系为：vf=fzZn每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高，fz越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。每齿进给量的确定可参考表5-3选取。,表5-3铣刀每齿进给量fz,mm/z,3)切削速度铣削的切削速度可参照表5-4进行选取。,表5-4铣削时的切削速度,5.1.5镗铣削加工的夹具选择1定位基准的选择选择定位基准时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所要加工的表面都加工出来，常选择工件上不需数控镗铣的孔与平面作为定位基准。对于薄板零件，选择的定位基准应有利于提高工件的刚性，以减少切削变形。定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。,2常用装夹方法数控铣床或加工中心上常用的工件装夹方法主要有以下几种：(1)用压板、螺栓直接把工件装夹在铣床的工作台面上。(2)用平口钳装夹，其适用于形状比较规则的零件的装夹。(3)用分度头装夹。,5.2镗铣削数控系统的主要基本功能数控铣床、加工中心所配置的数控系统，其功能较一般数控机床的系统要丰富些。正确掌握和应用数控系统的各种功能对编程人员来讲是十分必要的。数控铣床、加工中心的基本功能包括控制功能、准备功能(G功能)、辅助功能(M功能)、进给功能(F功能)、刀具功能(T功能)和主轴功能(S功能)等。,5.2.1控制功能控制功能是指数控系统能够控制的，以及能够同时控制的轴(坐标)的数量。一般，加工中心必须能对三轴或三轴以上的轴(坐标)进行控制，同时控制轴数不低于两轴(即两轴联动)。三轴联动的加工中心可以完成空间曲面的加工，但编程较为复杂，三轴联动以上的加工中心最好采用计算机辅助编程。5.2.2准备功能配备了BEIJING-FANUC0i-MA系统的南通机床厂生产的XH713A加工中心的G指令见表5-5。,表5-5BEIJING-FANUC0i-MA数控系统G指令表,5.2.3辅助功能配备了BEIJING-FANUC0i-MA系统的南通机床厂生产的XH713A加工中心的M指令见表5-6。,表5-6BEIJING-FANUC0i-MA数控系统M指令表,5.2.4F、S、T功能1F功能F功能用于控制刀具移动时的进给速度，F后面所接数值代表每分钟刀具进给量，单位是mm/min，它为模态指令。2S功能S功能用于指令主轴转速，单位是r/min。S代码以地址S后面接14位数字组成。一般加工中心的主轴转速为06000r/min，它为模态指令。,3T功能数控铣床因为不带刀库和自动换刀装置，所以必须人工换刀，故T功能只适用于加工中心。T功能以地址T后面接两位数字组成。在加工中心XH713A换刀时，还必须结合M98指令。具体换刀的编程格式如下：TM98P9000其中：T后为刀具号，一般取2位；M98为调用换刀子程序；P9000为换刀子程序号。,5.2.5第二辅助功能第二辅助功能也称为B功能，它是用来指令工作台进行分度的功能。B功能是用地址B及其后面的三位数字来表示，类似B坐标(轴)运动指令的表示方法，如B60、B180、B270等。,5.3加工中心的常用指令及应用5.3.1绝对和增量编程方式加工中心有两种方法指令刀具的移动，即绝对编程方式与增量编程方式。G90指令表示按绝对值设定输入坐标，即移动指令终点的坐标值X、Y、Z都是以工件坐标系坐标原点(编程原点)为基准来计算的。G91指令表示按增量值设定输入坐标，即移动指令的坐标值X、Y、Z都是以起始点为基准来计算，再根据终点相对于起始点的方向判断正负，与坐标轴正方向一致取正，相反则取负。,【例5-1】如图5-23所示，已知刀具中心轨迹为“ABC”，使用绝对坐标方式与增量坐标方式时各动点的坐标分别如下。采用G90编程时：A(10，10)、B(35，50)、C(90，50)；采用G91编程时：B(25，40)、C(55，0),图5-23绝对、增量坐标,5.3.2工件坐标系的设置与偏置工件坐标系的设定有以下两种方法。1用G92设置工件坐标系(1)功能：G92指令是规定工件坐标系坐标原点(编程原点)的指令。(2)编程格式：G92XYZ,(3)说明：坐标值X、Y、Z为刀具中心点在工件坐标系中(相对于编程原点)的坐标。执行G92指令时，机床不动作，即X、Y、Z轴均不移动。如图5-24所示，在加工之前，用手动方式使刀具中心(刀位点)位于刀具起点A，若已知刀具起点在工件坐标系的坐标值为(，)，则执行程序段G92XYZ后即建立了以工件零点OP为编程原点的工件坐标系。,图5-24建立工件坐标系,2用G54G59设置工件坐标系用G54G59设置工件坐标系又称零点偏置，所谓零点偏置就是在编程过程中进行工件坐标系的平移变换，使工件坐标系的零点偏移到新的位置。若在工作台上同时加工多个相同零件或较复杂的零件时，可以设定不同的编程原点，以简化编程。如图5-25所示，通过G54G59可建立6个加工坐标系(即工件坐标系)，其中：G54加工坐标系1；G55加工坐标系2；G56加工坐标系3；,G57加工坐标系4；G58加工坐标系5；G59加工坐标系6。工件坐标系(即加工坐标系)是通过设定各轴从机械原点(即图5-25中的参考点)到它们各自坐标原点之间的距离来确定的。各轴坐标原点在机床坐标系中的值可用MDI方式输入，系统自动记忆，以便应用时调用。,图5-25工件零点偏置,3注意(1)G92指令与G54G59指令的区别。G92指令与G54G59指令都是用于设定工件坐标系的，但在使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用工件坐标系的，它所设定的工件坐标系原点与当前刀具所在的位置有关；G54G59指令是通过MDI方式在设置参数方式下设定工件坐标系的，一旦设定，编程原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通过MDI方式进行修改。(2)一般，G54G59指令与G92指令不能同时出现在一个程序中。,5.3.3平面选择指令(G17、G18、G19)平面选择指令用于选择直线、圆弧插补的平面。G17选择XY平面，G18选择XZ平面，G19选择YZ平面，如图5-26所示。该组指令为模态指令，一般系统初始状态为G17状态。对于加工中心来讲，通常都是在XY坐标平面内进行轮廓加工，故编程时，G17可省略。,图5-26插补平面选择,5.3.4基本编程指令1快速点位运动G00(1)编程格式：G00XYZ(2)功能：刀具以快速移动速度，从当前点移动到目标点。它只是快速定位，对中间空行程无轨迹要求，G00移动速度是机床设定的空行程速度，与程序段中的进给速度无关。(3)说明：常见G00轨迹如图5-27所示。,图5-27G00轨迹,刀具从A点快速点位运动到E点有五种方式：直线AE、直角线ADE、ACDE、ABDE、折线AFDE。在后四种方式中，当Z轴按指令靠近工件时，先沿XY平面运动，再沿Z轴运动；当Z轴按指令离开工件时，先沿Z轴运动，再沿XY平面运动。X、Y、Z是目标点的坐标。在未知G00轨迹的情况下，应尽量不用三坐标编程，避免刀具碰撞工件或夹具。,2直线插补G01(1)编程格式：G01XYZF(2)功能：刀具以指定的进给速度，从当前点沿直线移动到目标点。(3)说明：X、Y、Z是目标点的坐标。F代码是进给速度指令代码。如果F代码不指定，进给速度被当作零。,【例5-2】如图5-28所示，刀具从A点直线插补到B点，编程如下。(1)绝对坐标方式时的程序为G90G01X45Y30F100；(2)增量坐标方式时的程序为G91G01X35Y15F100；,图5-28直线插补,3圆弧插补G02、G03(1)功能：使刀具从圆弧起点，沿圆弧移动到圆弧终点。G02为顺时针圆弧(CW)插补，G03为逆时针圆弧(CCW)插补。(2)圆弧的顺、逆方向的判断：沿与圆弧所在平面相垂直的另一坐标轴的负方向看去，顺时针为G02，逆时针为G03，如图5-29所示。,图5-29圆弧的方向,(4)说明：X、Y、Z为圆弧终点坐标。I、J、K分别为圆弧圆心相对圆弧起点在X、Y、Z轴方向的坐标增量。圆弧的圆心角180时用“+R”编程，圆弧的圆心角180时用“R”编程。若使用半径R编程，则不使用圆心坐标。加工整圆时，不可以使用R编程，只能使用I、J、K编程。【例5-3】如图5-30所示，加工“S”型槽，进给速度F=100mm/min，主轴转速S=800r/min，试编程。,图5-30“S”型槽,编程原点选择在如图5-30所示的OP点，由于槽宽为6mm，故选用f6的立铣刀，采用逆铣方式。下刀点选择在S图形的左下角，其数控加工程序如下：O5005程序名N10G90G92X0Y0Z100；设置编程原点N20M03S800；主轴正转，转速为800r/minN30G00Z30；刀具快速定位至安全面高度N40G00X15Y25Z1；快速移动到下刀点的上方N50M07；开切削液N60G01Z-2F50；下刀N70G03X25Y15R10；圆弧插补,N80G01X45F100；直线插补N90G03X45Y35R10；圆弧插补N100G01X25；直线插补N110G02X25Y55R10；圆弧插补N120G01X45；直线插补N130G02X55Y45R10；圆弧插补N140G00Z100；抬刀N150X0Y0；刀具回到编程原点的上方N160M05；主轴停转N170M02；程序结束,4螺旋线插补(G02、G03)(1)功能：在插补圆弧时，垂直插补平面的直线轴同步运动，构成螺旋线插补运动，如图5-31所示。G02、G03分别表示顺时针、逆时针螺旋线插补。,图5-31螺旋线切削,(2)编程格式。XY平面螺旋线插补：G17G02(G03)XYIJZKFZX平面螺旋线插补：G18G02(G03)XZIKYJFYZ平面螺旋线插补：G19G02(G03)YZJKXIF(3)以XY平面螺旋线插补为例进行说明：X、Y、Z是螺旋线的终点坐标。I、J是圆心在XY平面上，相对螺旋线起点的增量坐标。K是螺旋线的导程，为正值。,【例5-4】如图5-32所示，螺旋槽由两个螺旋面组成，前半圆AmB弧为左旋螺旋面，后半圆AnB弧为右旋螺旋面。螺旋槽最深处为A点，最浅处为B点。要求用f8的立铣刀进行加工，试编制其数控加工程序。,图5-32螺旋槽加工,(1)计算求得刀心轨迹坐标如下：A点：X=96，Y=60，Z=-4；B点：X=24，Y=60，Z=-1；导程：K=6。(2)数控加工程序编制如下：O5010程序名N10G90G92X0Y0Z100；设置编程原点N20G00Z50；刀具快速定位至安全面高度N30X24Y60；快速运动到B点上方安全高度N40Z2；快速运动到B点上方2mm处N50M03S1000；主轴正转，转速为1000r/min,N60M07；开启冷却液N70G01Z-1F50；Z轴进刀，进给速度为50mm/minN80G03X96Y60Z-4I36J0K6F150；螺旋插补BmA弧，进给速度为150mm/minN90G03X24Y60Z-1I-36J0K6；螺旋插补AnB弧N100G01Z1.5；进给抬刀，以免擦伤工件N110G00Z50M09；快速抬刀至安全面高度，关闭冷却液N120X0Y0；快速运动到编程原点的上方N130M05；主轴停转N140M30；程序结束,5任意角度倒角/拐角圆弧任意角度倒角/拐角圆弧可以自动地插入在直线和直线插补、直线和圆弧插补、圆弧和直线插补、圆弧插补和圆弧插补程序段中。(1)编程格式：，C倒角，R拐角圆弧过渡(2)说明：上面指令加在直线插补或圆弧插补程序段的末尾。倒角和拐角圆弧过渡的程序段可以连续地指定。,倒角：在C之后，指定从虚拟拐点到拐角起点和终点的距离。虚拟拐点是假定不执行倒角的话，实际存在的拐点。拐角圆弧过渡：在R之后，指定拐角圆弧的半径。【例5-5】不考虑刀具Z方向的进刀，刀具在XY平面的进给路线如图5-33所示。,图5-33倒角和拐角圆弧过渡的实例,编程如下：O5015N001G92G90X0Y0；N002G00X10.0Y10.0；N003G01X50.0F100.0，C5.0；N004Y25.0，R8.0；N005G03X80.0Y50.0R30.0，R8.0；N006G01X50.0，R8.0；N007Y70.0，C5.0；N008X10.0，C5.0；N009Y10.0；N010G00X0Y0；N011M02；,5.3.5刀具长度补偿指令(G43、G44、G49)刀具长度补偿功能用于Z轴方向的刀具补偿，其实质是将刀具相对工件的坐标由刀具长度基准点(或称刀具安装定位点)移到刀具刀位点的位置。这样，编程者可在不知道刀具长度的情况下，按假定的标准刀具长度编程，即编程不必考虑刀具的长度。同样，当加工中刀具的长度因磨损、重磨、换新刀而发生变化时，也不必修改程序中的坐标值，只要修改刀具参数库中的长度补偿值即可。此外，若加工一个零件需用几把刀，各刀的长短不一，编程时也不必考虑刀具长度对坐标值的影响，只要把其中一把刀设为标准刀，其余各刀相对标准刀设置长度补偿值即可。,(1)指令：G43是建立刀具长度正补偿，G44是建立刀具长度负补偿，G49是取消刀具长度补偿。(2)编程格式：G43(G44)G01(G00)ZHG49G01(G00)Z(3)说明：建立或取消刀具长度补偿必须与G01或G00指令组合完成。Z为补偿轴的终点坐标，H为长度补偿偏置号。,使用G43、G44指令时，无论是用绝对尺寸还是用增量尺寸编程，程序中指定的Z轴的终点坐标值，都要与H所指定寄存器中的长度补偿值进行运算。使用G43时相加，使用G44时相减，然后将运算结果作为终点坐标值进行加工。执行G43时：Z实际值=Z指令值+(H)执行G44时：Z实际值=Z指令值-(H)式中，H是指编号为寄存器中的长度补偿值。采用取消刀具长度补偿指令G49或用G43H00、G44H00可以撤消刀具长度补偿。G43和G44为模态指令，机床初始状态为G49。,5.3.6刀具半径补偿指令(G41、G42、G40)1刀具半径补偿功能的作用在用铣刀进行轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心(刀心)轨迹和工件轮廓不重合。目前，CNC系统大都具有刀具半径补偿功能，为程序编制提供了方便。当编制零件加工程序时，只需按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上用键盘(CRT/MDI)方式人工输入刀具半径值，CNC系统便能自动计算出刀具中心的偏移量，进而得到偏移后的中心轨迹，并使系统按刀具中心轨迹运动。如图5-34所示，使用了刀具半径补偿指令后，CNC系统会控制刀具中心自动按图中的点划线进行加工。,图5-34刀具半径补偿,2指令及功能G41是刀具半径左补偿指令(简称左刀补)，即假定工件不动，顺着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的左边，如图5-35(a)所示。G42是刀具半径右补偿指令(简称右刀补)，即假定工件不动，顺着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的右边，如图5-35(b)所示。G40是取消刀具半径补偿指令。使用该指令后，G41、G42指令无效。,图5-35刀具半径的左右补偿,3编程格式4说明(1)G41、G42、G40为模态指令，机床初始状态为G40。(2)建立和取消刀具半径补偿必须与G01或G00指令组合完成。建立刀具半径补偿的过程如图5-36所示，是使刀具从无刀具半径补偿状态(图中P0点)运动到补偿开始点(图中P1点)，期间为G01运动。加工完轮廓后，还有一个取消刀具半径补偿的过程，即从刀具半径补偿结束点(图中P2点)，以G01或G00运动到无刀具半径补偿状态(图中P0点)。,图5-36建立和取消刀补过程,(3)X、Y是G01、G00运动的目标点坐标。图5-36中，在建立刀具半径补偿时，X、Y是A点坐标，取消刀补时，X、Y是P0点坐标。(4)G41、G42必须与G40成对使用。(5)D为刀具补偿号(或称刀具偏置代号地址字)，后面常用两位数字表示。D代码中存放刀具半径值作为偏置量，用于CNC系统计算刀具中心的运动轨迹，一般有D00D99，偏置量可用CRT/MDI方式输入。(6)当建立起正确的偏移向量后，系统就将按程序要求实现刀具中心的运动。要注意的是，在补偿状态中不得变换补偿平面，否则将出现系统报警。,(7)对于二维轮廓加工，一般均采用刀具半径补偿。在建立刀具半径补偿之前，刀具应远离零件轮廓适当的距离，且应与选定好的切入点和进刀方式协调，保证刀具半径补偿的有效，如图5-37所示。(8)取消刀具半径补偿的终点应放在刀具切出工件以后，否则会发生碰撞。,图5-37建立刀具半径补偿,5刀具半径补偿功能的应用因磨损、重磨或换新刀而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具直径即可；同一程序中，对同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿功能，可进行粗、精加工。【例5-6】精加工图5-38所示外轮廓面，进给速度F=100mm/min，主轴转速S=1000r/min，试用刀具补偿指令编程。,图5-38凸模板,编程原点选择在工件上表面的中心，设f16的立铣刀为T01，采用刀具半径左补偿功能，刀具偏置地址为D01，并存入8，数控程序编制如下：O5020程序名G90G54G00X0Y0；设置编程原点，刀具定位于编程原点上方G43H01Z10；建立刀具长度补偿M03S1000；主轴正转，转速为1000r/minG00X-70Y-70Z2；快速移动到下刀点上方G01Z-3F100；下刀G41G01X-40Y-40D01；建立刀具半径左补偿Y0；直线插补,X0Y30；直线插补X30；直线插补G02X40Y20R10；圆弧插补G01Y-10；直线插补G03X20Y-30R20；圆弧插补G01X-50；直线插补G40G00X-60Y-50；取消刀具半径补偿G00Z200；抬刀X0Y0；刀具回到编程原点上方M05；主轴停转M02；程序结束,【例5-7】精加工图5-39所示内轮廓面，进给速度F=100mm/min，主轴转速S=1000r/min，试用刀具补偿指令编程。,图5-39凹模板,编程原点选择在工件上表面中心，设f10的立铣刀为T01，采用刀具半径右补偿功能，刀具偏置地址为D01，并存入5，数控程序编制如下：O5025程序名G90G54G00X0Y0；设置编程原点，刀具定位到编程原点上方G43H01Z10；建立刀具长度补偿S1000M03；主轴正转，转速为1000r/minG00X25Y5Z2；快速移动到下刀点上方G01Z-2F100；切入工件G42G01Y0D01；建立刀具半径右补偿G02X5Y-20R20；圆弧切入工件G01X-25；直线插补,G02X-5Y0R-20；圆弧插补G01X5；直线插补G02X25Y-20R-20；圆弧插补G01X5；直线插补G91G02X-6Y6R6；圆弧切出工件G90G01Z5；抬刀G40G00X0Y0；取消刀具半径补偿G00Z200；抬刀M05；主轴停转M02；程序结束,5.3.7子程序调用指令当程序中含有某些固定顺序或重复出现的区域时，这些顺序或区域可以作为“子程序”存入存储器内，反复调用以简化程序。子程序以外的加工程序称为“主程序”。现代CNC系统一般都提供调用子程序功能。但子程序调用不是CNC系统的标准功能，不同的CNC系统所用的指令和编程格式不同。(1)指令：M98是调用子程序，M99是子程序结束。(2)编程格式：调用子程序编程格式：M98P,子程序编程格式：O(子程序号)M99(3)说明：P后的前3位数字为子程序被重复调用的次数，当不指定重复次数时，子程序只调用一次，后4位数字为子程序号；M98程序段中，不得有其它指令出现；M99表示子程序结束，并返回主程序。,【例5-8】如图5-40所示，加工三个形状大小相同的槽，进给速度F=100mm/min，主轴转速S=1500r/min，试编程。,图5-40品字槽,编程原点选择在如图5-40所示的O点，选用f6的立铣刀，采用逆铣。由于考虑到立铣刀不能垂直切入工件，因此采用斜线切入工件，数控程序编制如下：O5030主程序名N010G90G54G00X0Y0；设置编程原点，刀具定位于O点上方N020M03S1500；主轴正转，转速为1500r/minN030G43H01Z2；建立刀具长度补偿N040G00X10Y20M07；刀具快进到点(10，20)，开启冷却液N050M98P8080；调用P8080子程序，加工槽N060G00X60Y20；快进到安全平面P点N070M98P8080；调用P8080子程序，加工槽,N080G00X35Y60；快进到安全平面M点N090M98P8080；调用P8080子程序，加工槽N100G00Z100M09；刀具沿Z向快退至起始平面，关闭冷却液N110X0Y0M05；刀具回O点上方，主轴停转N120M02；主程序结束,O8080子程序名N1010G91；增量编程N1020G01Y-10Z-4F100；刀具Z向斜线下刀N1030G01X20F100；N1040G03X10Y10R10；N1050G01Y10；N1060X-20；N1070G03X-10Y-10R10；N1080G01Y-10；N1090Z4；刀具Z向退刀到工件上表平面处N1100G90；绝对编程N1110M99；子程序结束，返回主程序,5.3.8固定循环指令1固定循环简述在前面介绍的指令中，每一个G指令一般都对应机床的一个动作，它需要用一个程序段来实现。为了进一步提高编程工作效率，FANUC0i系统设计有固定循环功能，它规定对于一些典型孔加工中的固定、连续的动作，用一个G指令表达，即用固定循环指令来选择孔加工方式，以简化程序的编制。(1)固定循环的动作。孔加工固定循环通常由6个动作组成，如图5-41所示。,图5-41孔加工循环的6个动作,动作：X、Y轴定位，使刀具快速定位到孔加工位置；动作：刀具快速移到R点，该平面是刀具下刀时从快进转为工进的高度平面，距工件的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，一般为25mm；动作：孔加工，刀具以切削进给的方式执行孔加工的动作；动作：在孔底的动作，包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作；动作：刀具返回到R点参考面；,动作：刀具快速返回到初始平面，孔加工完成后一般应选择返回初始平面。(2)固定循环指令的编程格式：,(3)说明：G90是绝对编程方式，G91是增量编程方式；G98是返回平面为初始平面，G99是返回平面为安全平面(R平面)；G73G89：孔加工方式，如钻孔加工、高速深孔钻加工、镗孔加工等；X、Y是孔的位置坐标；R是R平面的Z坐标。以增量方式编程时，R值是起始点到R平面的增量距离；以绝对方式编程时，R值是R平面的绝对坐标；Z是孔底坐标；,P是刀具在孔底的暂停时间(单位：ms)；Q是每次切削深度；F是切削进给速度；K是规定重复加工次数。(4)注意：R平面是为安全下刀而规定的一个平面。初始平面到零件表面的距离可以任意设定在一个安全的高度上，当使用同一把刀具加工若干孔时，只有孔之间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完成时，才使用G98功能使刀具返回到初始平面，否则使用G99返回R平面。固定循环由G80或01组G代码撤消。,2常用固定循环指令1)钻孔循环指令G81、G73、G83(1)G81指令主要用于中心钻加工定位孔和一般孔加工，其加工动作如图5-42所示。该指令的动作循环包括X、Y坐标定位、快进、工进、快速返回等动作。其编程格式为：G81XYZRF；,图5-42G81钻孔加工循环,(2)G73指令用于深孔钻削，在钻孔时采取间断进给，有利于断屑和排屑，适合深孔加工。图5-43所示为高速深孔钻加工的工作过程。其中Q为增量值，指定每次切削深度。d为排屑退刀量，由系统参数设定。其编程格式为：G73XYZRQF；,图5-43G73高速深孔钻孔加工循环,(3)G83指令主要适于深孔加工，与G73略有不同的是每次刀具间歇进给后退到R平面，如图5-44所示，此处的“d”表示刀具间歇进给每次下降时由快进转为工进的那一点到前一次切削进给下降的点之间的距离，其值由系统参数设定。其编程格式为：G83XYZRQF；,图5-44G83钻孔加工循环,【例5-9】如图5-45所示零件，要求用G81指令加工所有的孔，刀具为f10的钻头。,图5-45孔加工零件,数控加工程序如下：O5035程序名N10G90G92X0Y0Z50；设置编程原点N20G99M03S1000；启动主轴正转，转速为1000r/min，钻孔加工循环采用返回R平面的方式N30G00Z30M07；刀具定位到起始平面，开启冷却液N40G81X10Y10Z-15R5F20；在(10，10)位置钻孔，孔的深度为15mm，R平面高度为5mmN50X50；在(50，10)位置钻孔N60Y30；在(50，30)位置钻孔N70X10；在(10，30)位置钻孔N80G80；取消钻孔循环N90G00Z50；N100X0Y0；N110M30；,2)攻丝循环指令G84和G74(1)G84指令用于切削右旋螺纹孔。刀具向下切削时主轴正转，孔底动作是由正转改为反转，再退出，如图5-46所示。其编程格式为：G84XYZRPF；式中，P是丝锥在螺纹孔底暂停时间(单位：ms)；F是进给速度，F=转数(r/min)螺距(mm)。注意：用G84指令切削螺纹期间速率修正无效，刀具移动将不会中途停顿，直到循环结束。,图5-46螺纹加工循环,(2)G74指令用于切削左旋螺纹孔。主轴反转进刀，正转退刀，正好与G84指令中的主轴转向相反，其它运动均与G84指令相同。其编程格式为：G74XYRZPF；3)镗孔循环指令G76、G82、G85、G86、G89(1)G76指令用于精镗孔加工，镗削至孔底时，主轴停止在定向位置上，即准停，然后使刀尖偏移离开加工表面，最后再退刀，如图5-47所示。这样可以高精度、高效率地完成孔加工而不损伤工件已加工表面。其编程格式为：G76XYZRQPF；,图5-47G76精镗循环,(2)G82指令用于镗孔或钻孔，编程格式与G8l类似，惟一的区别是G82在孔底有进给暂停动作，即当镗刀在孔底停止进给一段时间后退刀，暂停时间由P设定(单位：ms)。该指令一般适用于盲孔、台阶孔的加工。其编程格式为：G82XYRZPF；(3)G85指令是镗孔循环指令，如图5-48所示，主轴正