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數值控制的銑削工具機包括銑床及切削加工中心機，主要是用來執行銑削、鑽削、搪削及攻牙等加工，而這些加工製程佔了NC加工量的75%。為了使CNC銑削工具機能達到最大加工能力，程式設計者應熟練指令碼及其使用技巧。,6-1摘要,第六章銑削NC程式,6-2NC碼系統,NC程式是由一群指令碼所組成的程式，用來控制工作床台的運動、主軸轉速及各種加工功能。指令碼則由英文字母(A,B,.,Z)、數字及符號等嚴謹排列而成，在此依序從形成程式最基本的位元(Bit)到字元(Character)、位址(Address)、字語(Word)、單節(Block)、最後整個完整的程式逐一說明。,位元：在同一時間只會出現兩種可能狀態中的一種(如開/關，1/0)。,字元：以紙帶中單列上的八個位元來表示數字、字母及符號。,位址：每一字語的開頭為一字母，主要用來定義後面的數值資料所代表。,字語：字語是將字元依一定的組合順序，以便使NC工具機作一些特定的運動，而字語一般包括位址字元及數字。,單節：由數個字語組合而成，如圖6.1及圖6.2所示。,程式：由數個單節組合而成，如圖6.3所示。,圖6.1程式單節,圖6.2程式單節組成元件,圖6.3NC程式,6-3刀具移動指令,大部份的CNC工具機使用以下三種刀具運動指令：,快速定位,線性插補,圓弧插補,G00快速運動指令碼通常用可視為定位指令，它命令控制器使刀具以快速運動模式到達所指定的座標位置上，現今的大部份CNC系統並要求刀具從起點到終點需走最短的路徑(圖6.4)。其指令格式為：,6-3-1快速定位(G00),其中x、y、z為終點的座標值。,圖6.4G00三軸線性運動路徑,G01線性插補可使刀具以F機能設定的進給率，從起點作直線運動到達指定的終點座標位置(X,Y,Z)，其指令格式為：,6-3-2線性插補(G01),其中x、y、z為終點的座標值，f為進給率。,圖6.5G01三軸線性運動路徑,圓弧插補依定義圓弧中心的IJK方法及R方法，將其分成以下兩種基本的指令格式：,6-3-3圓弧插補(G02及G03),IJK方法指令格式,R方法指令格式,在圓弧插補指令敘述中，平面選擇指令(G17,G18,G19)是指定圓弧切削的所在平面。將刀具目前的所在位置定義為圓弧起始位置。G02,G03此兩個準備機能碼是用來決定圓弧切削的旋轉方向。圖6.6說明G02與G03在立式NC工具機上的三個主座標平面的相互關係。,圖6.6G02及G03旋轉方向,IJK方法,IJK方法中的I、J、K位址字元是用來定義圓弧中心點的X、Y、Z座標值，而I、J、K的值為從起始點到圓弧中心X、Y、Z軸向的增量值(如圖6.7所示)。,中華大學CAM實驗室,圖6.7對於給定圓弧求I、J、K值,15,中華大學CAM實驗室,R(半徑)方法,圖6.8半徑R的正負號,圓弧插補的半徑方法，其指令敘述中有兩個參數需要給定：終點座標值及半徑值。,16,圖6.10的工件圖中有兩個圓弧，其程式用半徑方法的圓弧插補行走該路徑，刀具路徑如圖所示，並用絕對座標編寫程式。,範例6-1用R表示法的圓弧切削程式,中華大學CAM實驗室,圖6.9利用R方法的圓弧插補程式,18,6-4平面選擇,NC工具機的工作座標是由第一線性軸X,Y,Z所定義，此三個軸相互垂直並形成三個主平面(圖6.10)。選定平面的方法有兩種：G碼優先平面選擇及軸位址字元優先平面選擇。,圖6.10三個主平面,6-5座標系統(G90及G91),在NC程式中，用G90碼來指定程式使用絕對座標系統，而G91則指定為增量座標系統。以下為座標系統的指令格式。,絕對座標系統(G90)：刀具運動的座標值是根據某一固定點(原點)量得。,增量座標系統(G91)：刀具運動的座標值則是以刀具目前的位置當作參考點量得。,其指令中的x、y、z為刀具需移動的距離。,6-6輸入單位選擇(G20及G21),在NC加工中有兩種常用的長度系統：英制系統及公制系統。而單位選擇指令亦屬於模式碼。,G20：用來指定程式採用英制系統(英吋)。,G21：用來指定程式採用公制系統(公釐)。,6-7絕對零點設定(G92),在任何運動敘述前應先定義程式座標系統，G92碼便是用來直接或間接方式定義絕對座標系統的原點，格式如下：,其中x、y、z為座標系統定義時的刀具所在位置座標值。,G92Xx.Yy.Zz.；,圖6.11利用G92指令設定程式零點,6-8自動復歸原點(G28),參考點是作為刀具執行復歸參考點機能時的固定位置，參考點通常設在機械原點上。G28指令會使刀具從目前位置經中間點快速運動返回機械原點，此機械原點通常稱之為刀具交換點，其指令格式如下：,G28Xx.Yy.Zz.；,其中x、y、z為中間點的座標值，此中間點作用是使刀具遠離工件及夾具等障礙物。,G90G28X80.Y8.；,圖6.12G28指令(復歸參考點)的刀具路徑,6-9刀具選定與交換,在CNC工具機加工中，大部份的程式皆需使用超過一把刀具，此時程式便需告訴控制器選用的刀具號碼並作刀具交換動作。在編寫刀具交換程式時有以下三個情形需注意：,CNC執行刀具交換功能前需使主軸回到機械原點。,單獨執行T機能並不會作刀具交換動作，必需與M06一起使用。,不同的刀具其長度會有所不同，此時需要作刀具長度偏移。,6-10進給選定與輸入,進給機能是給定刀具切削工件時的運動速度，傳統的進給單位公制用公厘/每分鐘(MMPM)，公厘/每轉(MMPR)及公厘/每切刃(MMPT)，其中MMPM較常用在銑削加工，MMPR則較常用在車削加工。,G94：定義進給單位為公厘/每分鐘。,G95：定義進給單位為公厘/每轉。,6-11主軸轉數選定與控制,S機能是用來定義主軸轉速，如S3000指令可命令控制器使主軸轉速為3000RPM，若S機能單獨使用則無法使主軸旋轉，必需配合輔助機能使用：,M03：主軸順時針旋轉。,M04：主軸逆時針旋轉。,M05：主軸停止旋轉。,6-12輔助機能,工件程式中常用以下三個群組的輔助機能：,程式結束機能(M02、M30)。,程式停止機能(M00)。,冷卻液機能。,M07霧狀冷卻液啟動,M08冷卻液啟動,M09冷卻液關閉,6-13銑床刀具補正及偏移,程式編寫時的座標值是基於刀具中心的位置而不是刀具外圍的接觸點，在此情形下工件程式的座標常常不能直接應用在NC程式上，必需在X,Y方向偏移一定的距離(一般為刀具半徑)。CNC控制器提供三種形式的補正或偏移功能：,工作座標補正。,刀具半徑補正。,刀具長度偏移。,6-13-1工作座標補正(G54-G59),CNC控制器提供特殊準備機能碼，可在單一工件或多個相同工件中同時設定數個工作座標系統，我們可用G54-G59定義六個工作座標系統。因此CNC控制器提供特殊準備機能碼，可在單一工件或多個相同工件中同時設定數個工作座標系統，圖6.13為其範例。,圖6.13多個工作座標系統,圖6.14工作座標補正指令(G54-G59)定義的六個工作座標系統,6-13-2刀具半徑補正,程式的刀具路徑座標值是基於刀具中心的位置來編寫，而不是刀具外圓周的接觸點，從圖6.15中可看出，刀具中心應固定偏移刀具半徑R的距離方可切削出所需的輪廓，偏移座標的計算應從垂直於工件輪廓的偏移向量(OffsetVector)的方向上量起，此稱之刀具半徑補正。,刀具半徑補正的指令敘述如下：G41/G42XxYyHh/Dd;(XY平面)其中x、y、z為程式路徑的終點；H(部份控制器用D)則為儲存補正值的暫存器編號。,圖6.15刀具半徑補正基本原理,6-13-3刀具半徑補正方向,G41及G42碼是用來決定刀具路徑的補正方向，G41是刀具補正向左，此時會使刀具在切削方向上向左偏移(圖6.16a)；G42是刀具補正向右，此時則會使刀具在切削方向上向右偏移(圖6.16b),圖6.16刀具半徑補正方向,範例6-2,圖6.17為工件作刀具半徑補正的程式實例，我們用G54指令將工作零點定義在相對於機械原點的(60,-80,-125)座標上，程式是使用25mm的端銑刀順時針沿著工件輪廓切削，端銑刀的直徑值儲存於H21的補正暫存器上。,圖6.17刀具半徑補正的程式實例,6-13-4刀具長度補正,刀具長度補正通常是在Z軸上偏移，使用以下三個G碼：,G43刀具長度正向補正。,G49刀具長度補正取消。,G44刀具長度負向補正。,刀具長度補正G43,G44指令格式如下：,G43(orG44)ZzHh；,其中h為儲存刀具補正值暫存器號碼，z則為刀具在Z軸的座標。,刀具長度補正距離可用下列三種方法量得：,圖6.20刀端到基準參考面距離,圖6.19程式與實際刀長差異量,圖6.18標點長度,範例6-3,此範例作刀具長度補正，長度的補正量設定在暫存記憶體中，其刀具路徑與工件尺寸如圖6.22所示。,6-14銑床之固定切削循環,固定切削循環(FixedCycle)是將一連串重複性加工動作定義成單一程式指令。,固定切削循環也可將其稱為罐裝切削循環(CannedCycle)，我們將其分成以下三大類型：,使用者自定固定切削循環,標準固定切削循環,特殊固定切削循環,固定切削循環有以下幾項優點：,程式編寫時間可降為1/2且資料處理時間可降為1/3。,因只有較少的座標點輸入及較短的程式可降低編寫程式錯誤。,程式大小可降為1/3。,減少程式編寫時間及降低編寫程式錯誤可提高程式設計者的工作效率。,6-14-1固定循環,標準固定切削循環為大部份CNC系統的標準配備，EIA定義了8個標準固定切削循環準備機能碼(G80-G89)，其中9個為切削循環及1個切削循環取消。表6.1列出8種標準及3種特殊的固定切削循環加工模式。,中華大學CAM實驗室,固定切削循環一般性的指令格式如下：,G8_XxYyZzRrQqPpFfKk；,其中G8_為選定的固定切削循環x,y為孔中心座標z為孔底座標(所需切削深度)r為快速返回時的R(返回或參考)高度。q為每次的進給切削深度p為孔底暫停時間f為切削進給率k為固定循環重複次數,就各種不同的孔加工切削循環而言，其加工程序不外乎以下五個步驟(圖6.21)：,刀具以快速定位模式到達所指定的X,Y孔中心位置。快速移動至Z軸參考(R)高度。進給(鑽孔、搪孔、絞孔、攻牙)至加工深度(Z高度)。在孔底依選定的加工方式(如暫停、主軸停止、轉動)作動。依指令格式快速返回R高度或起始高度。,圖6.21固定切削循環加工順序,6-14-2選定座標模式,座標模式選定會對R及Z座標值產生影響，在絕對座標模式G90下，該兩項座標值為相對於設定Z軸零點高度至目標點的座標值；在相對座標模式(G91)下，座標值為相對於前一點的座標，即R值應相對於起始高度(InitialLevel)及Z值應相對於R高度(RLevel)，如圖6.22所示。,圖6.22固定切削循環中選定座標模式,6-14-3選定返回位置模式,刀具作切削加工自孔底退刀後的位置有兩個：退回起始高度(G98)及退回Z高度(G99)。圖6.23a及6.23c說明了鑽削單孔或多孔時利用退回起始高度(G98)模式時的加工路徑，而圖6.23b及6.23d則顯示鑽孔時利用退回R高度(G99)模式時的加工路徑。,圖6.22選定返回位置模式,6-15銑床G碼一覽表,表6.2為銑床G碼機能一覽表。,中華大學CAM實驗室,中華大學CAM實驗室,中華大學CAM實驗室,中華大學CAM實驗室,6-16輔助功能(M),輔助機能是以M位址字元後接兩位數字來表示，以執行各種不同的機能，其間工具機不作任何的座標運動，因此我們也可稱之為機器機能(或簡