第二章 数控铣床和加工中心编程.ppt

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,(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.G54G59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G54G59指令可以建立六个工件坐标系，使用54G59指令运行程序时与刀具的初始位置无关。,G54G59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G54G59偏置寄存器中。,G92指令与G54G59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。G54G59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；G54G59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：,安全性。,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_；,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:G17XY平面G18ZX平面G19YZ平面,G18,(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180时，R取负值，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H00H99来指定。,（3）用G49指定补偿取消。,（4）G43、G44、G49均为模态指令,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Hxx,Hxx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,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。,数控铣床上的刀具长度补偿的方法,加工中心刀具长度补偿的方法,1）机外测量刀具长度,2）用接触法测量刀具长度,3）主刀方法：它一般基于最长刀具的长度。,2.4.3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D00D99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、G42,G41,G42,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,为了避免过切：内侧圆弧的半径R刀具半径r+剩余余量。,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。,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,G90/G91对孔加工固定循环指令的影响,G98/G99决定固定循环在孔加工完成后返回R点还是起始点,GX_Y_Z_R_Q_P_F_K_；,孔加工固定循环指令格式如下：,GXX：孔加工方式，可以为，G73/G74/G76/G81G89,X、Y：被加工孔的位置参数；,Z、R、Q、P、F:孔的加工参数；,K：重复次数(非模态),2孔固定加工循环指令具体动作,（1）G73（高速深孔钻削循环）,用于径深比小的孔的加工,（2）G74（左螺纹攻丝循环）,1）进给倍率被保持在100；2）在一个固定循环执行完毕之前不能中途停止。,孔底移动的方向是使主轴定向后，刀尖离开工件表面的方向,注意,（3）G76(精镗循环),循环（G73、G74、G76、G81G89）被该指令取消，除F外的所有孔加工参数均被取消。另外01组的G代码G00、G01、G02和G03也会起到同样的作用。,（4）G80(取消固定循环),（5）G81(钻削循环),（6）G82(钻削循环，粗镗削循环),孔底的暂停可以提高孔深的精度。,（7）G83(深孔钻削循环),G84固定循环除主轴旋转的方向完全相反外，其它与左螺纹攻丝循环G74完全一样。用于右螺纹加工。,（8）G84(攻丝循环),应用举例,O0160G90G54G17G00X0Y0S500M03;G43Z100H01;G91G99G76X100Y-100Z-102R-98Q0.1F100;X200K4;Y-200;X-200K4;Y-200;X200K4;G80Z98G49G90X0Y0M05;M30;,2.4.5子程序,1)工件上若干处具有相同的轮廓形状；2）工件加工中反复出现的具有相同轨迹的走刀路线；3）为优化加工程序，将工件加工的每一个独立的工序编写成一个子程序，主程序中只有换刀和调用子程序的指令。,1.子程序的应用,2子程序格式：,O；子程序号,；,；,；,；,M99；,子程序内容,返回主程序,M99可以不必出现在一个单独的程序段中，如G90G00X0Y100.M99；,在主程序中，调用子程序的程序段格式如下：M98P；调用次数子程序号,M98P51002；调用1002号子程序，重复5次。M98P1002；调用1002号子程序，重复1次。M98P50004；调用4号子程序，重复5次。,子程序调用指令可以和运动指令出现在同一程序段中：如：G90G00X75.Y50.Z53.M98P40035；,在M99返回主程序指令中，用地址P来指定一个顺序号，如下例：,这种主子程序的执行方式只有在程序存储器中的程序能够使用。,工件外形加工,例使用子程序调用，加工工件外形,子程序O0100N100G91Z-95.0;N101G41X20.0Y10.0D01;N102G01Z-15.0F200;N103Y40.0F100;N104X30.0;N105Y-30.0;N106X-40.0;N107G00Z110.0;N108G40X-10.0Y-20.0;N109X50.0;N110M99;,主程序O0001;N1S1000M03;N2G90G54G00G17X0Y0;N3Z100.0;N4M98P0030100;N5G90G00X0Y60.0;N6M98P0030100;N7G90G00X0Y0M05;N8M30;,2.5高级编程指令,2.5.1机床坐标系选择G53,G53也常用来和G92配合使用，确保程序运行起点的一致性。,如：G90G53G00XYZ;G92XYZ;,格式：（G90）G53XYZ;,在指定在机床坐标系中，刀具移动到指定的坐标值位置。,例：使用G53移动到机床指定的位置。,注意：1）G53仅在绝对模式（G90）下有效。2）G53为暂态代码。3）在电源ON后至少一次回零。,P1：G90G53G00X-340.0Y-210.0;P2：G90G53G00X-570.0Y-340.0;,2.5.2子坐标系（G52）,格式：G52XYZ;,在工件坐标系中制作程序，有时为了制作程序方便，在工件坐标系中建立子坐标系，这个子坐标系也称为局部坐标系。,注意：,1）G52指令指定的子坐标系，即是所有工件坐标系（G54G59）的子坐标系。,2）当子坐标系用绝对（G90）模式设定时，该模式保持继续。,3）当需要取消子坐标系时，设置子坐标系的原点与工件坐标系的原点重合，即G52X0Y0Z0;,数控机床的坐标系的关系如图所示,例：（刀具轨迹如图所示）O0001；G90G54G00X0Y0；N1X50.0Y150.0;N2G52X100.0Y50.0;子坐标系设定N3X50.0Y50.0;N4G55G52X100.0Y50.0;X50.0Y100.0;N5G52X0Y0;回复到原坐标系N6G54X0Y0;M30;,图2-94子坐标系使用,G15极坐标模式取消G16极坐标模式有效,2.5.3极坐标（G15、G16）,格式：（G17G18G19）G16其中极坐标半径；极坐标角度，逆时针为正，顺时针为负。,极坐标的旋转中心，它是G16指令前的最后一个编程点。,在各种极坐标加工中选择合适的平面对正确使用极坐标非常关键，甚至缺省的G17平面也要编写出来。,极坐标编程实例,用增量编程INC指令指定半径和角度N1G17G90G16N2G81X100.0Y30.0Z-20.0R-5.0F200.0;N3G91Y120.0;N4Y120.0;N5G15G80;,如图，用绝对编程ABS指令指定半径和角度N1G17G90G16N2G81X100.0Y30.0Z-20.0R-5.0F200.0;N3Y150.0;N4Y270.0;N5G15G80;,在程序中指定形状缩放比例。,2.5.4缩放比例（G50、G51）,1、缩放比例ON格式：G51XYZP；X、Y、Z：缩放中心的坐标值。P：缩放比例（最小输入单位：0.001或0.00001与参数选择有关）,2、缩放比例OFF格式：G50；缩放比例不适用于补偿量，如刀具的长度补偿值、刀具的半径补偿值和刀具偏置值。,例：基本形状经缩放后加工,缩放比例为1.1,切削深度为10mm，刀具的径补偿为D21。,O1000；G90G00G54X0Y0；Z100.0;G51(X0Y0)Z0P1100;X-60.0Y-40.0;N1Z2.0;N2G01Z-10.0F100;G41X-40.0Y-30.0D21F200;Y25.0;X20.0;G02Y-25.0J-25.0;G01X-45.0;G40X-60.0Y-45.0;N3G50G00Z100.0;X0Y0;M30;,2.5.5坐标系旋转（G68、G69）,坐标系旋转格式：G17G68XYR；,X、Y：旋转中心坐标值，（G90/G91有效）。R：旋转角度(角度的最小值为0.001，旋转范围为0R360.000),坐标系旋转取消格式：G69；,（示意图）,主程序：N110G59；N120G90G00X0Y0；N130G68(X0Y0)R60；N140M98P0200；N150G69；N160M30；,子程序O0200N10S1500M03F100；N20G00X0Y0N25Z10N30G42Y10D01；N40G01X20F100；N50Y20；N60G03X10R5；N70G01Y0；N80G40G00X0Y0；N90M99；,以程序原点为旋转中心，将图形旋转60加工。,M21沿X轴镜像；M22沿Y轴镜像；M23取消镜像,2.5.6可编程镜像（轴对称加工功能）,主程序：N05G54G90G00X0Y0;Z5；N10M03S600；N15M98P2001；加工AN20M21；X轴镜像N25M98P2001；加工BN30M22；X、Y轴镜像N35M98P2001；加工DN40M23；取消镜像M22;Y轴镜N50M98P2001；加工CN55M23；取消镜像G91G28Z0;G28X0Y0;N60M30；,子程序：O2001N005G90G00X30；G01Z-5F120;N010Y90；N015X50Y70；N020X90；N025G02Y30J-20；N030G01X10；N040M99；,加工中心是由数控机床和自动换刀装置（automatictoolchanger简称ATC）组成。,2.6加工中心换刀编程指令,1）自动原点复归,格式：G91/（G90）G28X_Y_Z_;,ATC由存放刀具的刀库和换刀机构组成。,2）刀具交换条件,主轴回换到点；选好待换刀具。,机械手与主轴的换刀共有五个动作，如图所示。,3）刀具交换指令,自动换刀有两个过程，选刀和换刀。,刀具准备TXXXX表示刀具号，取值为0099。,换刀指令M06,1）NG28Z_M06T；,程序：N0110G01X_Y_Z_M03S_；N0120；N0130G28Z_T02M06；,程序：N0110G01X_Y_Z_M06T01；N0140G28Z_M06T02；N0170G28Z_M06；,2）NG28Z_TM06；,编程时的两种换刀方法：,加工中心编程实例,如图所示的平面凸轮，材料为铝合金。零件毛坯是一个圆形毛坯，已粗车外圆至l00mm，并已完成上下平面及20mm中心的孔加工。,工序划分：第一道：粗铣外轮廓；精加工余量为0.5mm；第二道：精铣外轮廓；第三道：钻中心定位孔；第四道：钻孔。,1)工艺分析,3)零件的装夹方式与夹具采用心轴定位、螺柱压紧即可。,2)设备选择选用一般的数控加工中心加工。,刀具与切削用量表,4)刀具与切削用量铝合金硬度不高，因而选择普通高速钢刀具；,5)编程坐标系与走刀路线,编程坐标系零点设在凸轮毛坯轴心上表面处。经查