数控技术之镗铣加工中心的程序编制（ppt 71页）.ppt

数控技术,第三章数控加工程序编制,第五节镗铣加工中心的程序编制,一、加工中心机床程编特点加工中心是将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合起来，并装有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床。,立式加工中心主轴轴线是垂直的，适合于加工盖板类零件及各种模具。卧式加工中心主轴轴线是水平的，一般配备容量较大的链式刀库，机床带有一个自动分度工作台或配有双工作台以便于工件的装卸，适合于工件在一次装夹后，自动完成多面多工序的加工，主要用于箱体类零件的加工。,加工中心机床的数控程序编制中，从加工工序的确定，刀尖的选择，加工路线的安排，到数控加工程序的编制，都较复杂。,加工中心编程的特点主要有：首先应进行合理的工艺分析：由于零件的工序多、刀具种类多，需周密合理安排各工序加工的顺序。根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀：批量10件以上、刀具更换频繁时自动换刀。自动换刀要留出足够的换刀空间：刀具直径较大或尺寸较长时避免发生撞刀事故。,为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。,对于编好的程序，必须进行认真检查，并于加工前安排好试运行。采用手工编程比自动编程出错率高，认真检查程序并安排好试运行更为重要。尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中。当零件加工工序较多时，为了便于程序的调试，一般将各工序内容分别安排到不同的子程序中，主程序主要完成换刀及子程序的调用。,二、FANUC-6M系统的规格与功能设置FANUC6M系统是我国采用较多的CNC系统，主要适用于铣床和加工中心，具有一定代表性。,1、规格略。2、机能设置主轴机能：S4位，直接编程辅助机能：M2位刀具机能：T2位固定循环G73-G89,刀具位置偏差：G49、G43、G44刀具半径补偿C：G40-G42其它有：对称切削、单程序段操作、程序号检索、机床闭锁、辅助机能闭锁、z轴闭锁、中断后起动、进给倍率、主轴转速倍率、定量进给、手动进给等。,3、FANUC6M系统准备功能（1）准备功能（G功能）如表所示，除“00”组外，其余都是模态代码。,同组中有标记的G代码是在电源接通时或按下复位键时就立即生效的G代码。不同组G代码可以在同一个程序段中被规定并有效。一个程序段中指定了两个以上属于同组的G代码时，最后一个被指定的G代码有效。固定循环方式中，如果规定了01组中的任何G代码，固定循环功能就被自动取消，系统处于G80状态，而且01组G代码不受任何固定循环G代码的影响。,（2）常用准备功能的简要说明这里介绍的主要是FANUC-6M系统常用准备功能的编程方法。,1）G00快速点定位：刀具在起始点开始加速至达到预定的速度，到达终点前减速并精确定位停止。2）G01直线插补：可以实现空间直线插补；能用第四轴地址（A、B或C）来替换x、y或z，实现包括第四轴的三轴联动控制。此时旋转轴的进给速度按/min计算，其值通过换算公式得到。,3）G02、G03圆弧插补：只能在与规定的xy、zx或yz平面平行的平面内实现。编整圆时用i、j、k而x、y、z可省略。,4）G04暂停（延时）：有G04X_;和G04P_;两种格式。X用小数点且单位为秒；P不用小数点且单位为ms。5）G09准确停止检验：非模态代码。如果在一个切削进给的程序段中有G09指令给出，则刀具接近指令位置时会减速，NC检测到位置到达信号后才会继续执行下一程序段。这样，在两个程序段之间的衔接处刀具将走出一个非常尖锐的角，所以需要加工非常尖锐的角时可以使用这条指令。,（6）精确停止校验G61在模态代码G61后的各程序段的移动指令都要在终点被减速到0，直到遇到G64指令为止，在终点处确定为到位状态后继续执行下个程序段。这样便可确保实际轮廓和编程轮廓相符。,（7）连续切削过渡G64在G64之后的各程序段直到遇到G61为止，所编程的轴的移动刚开始减速时就开始执行下一段程序。因此，加工轮廓转角处时就可能形成圆角过渡，进给速度F越大，则转角就越大。,8）G10刀具偏移量设定/工件零点偏移量设定指令格式为G10P_R_;用P指令偏置号，用R指令偏移量。,9）G17,G18,G19平面选择指令：编程时用G18和G19之后，应及时用G17恢复到xy平面；对于刀具半径补偿，也必须规定补偿平面，但一般情况下是在xy平面作补偿。,10）G45,G46,G47,G48刀具位置偏移增加、减少或两倍增加、减少刀具按运动段的长度沿x轴或y轴方向偏移一倍或两倍刀具半径补偿值。其功能可由G41和G42取代，故实际很少使用。,11）G60单方向定位取代G00实现单方向定位，从而达到消除因间隙而引起的加工误差。,定位时的方向与过冲量均由参数设定，即使指令的定位方向与设定的方向一致时刀具也要在达到终点前停一次。该指令为非续效代码。,12）G90、G91绝对值、增量值方式,13）G92坐标系设定：指令G92X_Y_Z_;中各轴坐标均不得省略，否则对未被设定的坐标轴，将按以前的记忆执行。,（3）辅助功能（M功能）在一个程序段中只应规定一个M指令，出现两个以上时，以最后一个被指令的M代码有效,三、机床坐标系统以JCS-018立式加工中心为例。,当操作者面对机床主轴时，观察各坐标的运动系为：工作台左右运动的方向为X轴，工作台向左移动时为“+”。床鞍带动工作台前后运动的方向为Y轴，床鞍向操作者方向移动时为“+”主轴箱上下运动的方向为Z轴，主轴箱向上移动时为“+”,1、基本机床坐标系基本机床坐标系是机床固有的坐标系，该坐标系的位置只有开机后，通过手动返回参考点的操作建立。,手动返回参考点时，返回参考点的操作是按各轴分别进行的；其后，若刀具运动时机床坐标显示就跟踪刀具的移动而变化。一般假定在完成X、Y、Z轴手动返回参考点的操作后，把主轴轴线与主轴前端面相交的那一点作为基本机床坐标系各轴的原点位置，即机床坐标显示中X0.000Y0.000Z0.000就代表该点的坐标。,显然，根据基本机床坐标系的规定，在机床运动的整个区间，机床坐标的显示始终为负值。,2、工件坐标系工件坐标系是程编员在进行编程时使用的。,（1）工件坐标系的建立G92当需要把工件坐标系设定在工件上的某一个位置时（如图a刀具起点处），首先指令刀具或工件回到机床参考点（即回零），然后通过手动或机动方式将刀具或工件移动到工件设定的位置（即刀具起点处）。这时工件和刀具分别移动了x=|x|、y=|y|、z=|z|的距离。工件坐标系的设定为：G92X|X|Y|Y|Z|Z|;,若程序起点（原点）设在工作台的回转中心处，则程序为G92X|x|Y|y|Z|z|;,工件坐标系中刀具从起点开始运动，程序也从起点开始运动，数控系统由G92指令工件坐标系知道起点坐标值。,在编程时最好将刀具的起点和程序的原点设置在同一点处，从而简化程序，减少不必要的计算。,有回转工作台的数控机床，最好把程序的原点，即工件坐标系的原点，设在回转中心上，,或设置在回转中心与z轴连线上的适当位置上，因为这样坐标原点与回转中心的距离，可以通过刀具长度补偿弥补。,（2）工件坐标系的偏移G54-G59如图所示。,G92指定工件坐标系时只用程序指定就可以了。,而用G54-G59指定工件坐标系时要预先通过参数设定后，再用程序指定：G54X_Y_Z_;,系统知道程编员所使用的工件坐标系，是通过操作工在加工现场决定的。所作工作包括：,根据装夹图把工件夹具安装在工作台上。机床手动回零，即使机床建立基本机床坐标系。,测量所用工件坐标系（原点）对基本机床坐标系的偏置，这个偏置值叫做工件原点偏置。G54-G59六个工件坐标系各有自己的工件原点偏置。把所测量到的工件原点偏置值用“手动数据输入”，即MDI方式输到计算机中，记忆此偏置值。,四、自动返回参考点G27，G28，G291、返回参考点校验G27,利用这条指令可以检验刀具是否能够定位到参考点上。格式：G27X_Y_Z_;其中X_Y_Z_分别代表参考点在工件坐标系中的坐标值，刀具如能达到，则相应轴的指示灯点亮。如不要求每次都执行该操作，应在指令前加“/”。如希望执行后程序停止，则程序段后加M00或M01。刀具补偿方式中，达到的是加上补偿量的位置，不能达到指定参考点，指示灯不亮，应先取消刀补。,2、自动返回参考点G28该指令可以使刀具以点位方式经中间点快速返回到参考点。格式：G28X_Y_Z_;目的是防止返回参考点时干涉。,其中X_Y_Z_表示中间点的坐标，可以是绝对值也可以是增量值，取决于是用G90还是G91。应注意：,G28通常用于自动换刀，执行前取消各种刀补。G28程序段中不仅记忆移动指令坐标值，且记忆中间点的坐标值，直至被新的G28中对应的坐标值替换。G90G00X100.0Y200.0Z300.0;G28X400.0Y500.0;（中间点是400.0,500.0,300）G28Z600.0;（中间点是400.0,500.0,600.0）,3、自动从参考点返回G29该指令可以使刀具从参考点出发，经过一个中间点到达由这个指令后面的X_Y_Z_指定的坐标值位置。,该指令与G28成对使用，因为其中间点是由G28指定的。格式：G29X_Y_Z_;其中X_Y_Z_由G90/G91决定是绝对值还是增量值。若为增量值，是指到达点相对于G28中间点的增量值。,使用G28之后，该指令不是必须的，可以直接用G00定位有时更为方便。,如图，加工后刀具已经定位到A点，取B点为中间点，C点为执行G29应达到的点，则程序为：,G91G28X100.0Y100.0;M06;G29X300.0Y-170.0;B到C点的增量坐标X300.0Y-170.0,执行时，刀具先从A点出发，快速点定位经B点到达参考点，换刀后执行G29，从参考点到B再到C点。,五、换刀程序加工中心机床的自动换刀装置（ATC）可按加工要求自动选刀；目前基本上采用任选刀具的方式。,1、刀具的选择刀具选择是指把刀库上指令了刀号的刀具转到换刀的位置，为下次换刀作好准备。这一动作是靠选刀指令（T功能指令T）实现的。如JCS-018加工中心的刀库容量为16把，可用T01-T16指令表示16把刀。可以将主轴上装第17把刀，指令为T00。,2、刀具交换是指刀库上正位于换刀位置的刀具与主轴上的刀具进行自动换刀。该动作通过换刀指令M06实现。,3、自动换刀程序的编制在一个程序段中，同时包含T指令与M06指令：N_G28Z_TM06;,首先根据G28沿Z轴自动返回参考点，然后执行主轴准停及自动换刀动作；T指令在M06之后执行，且指令下一次换刀的刀具号；本次换刀的刀具号在本程序段之前就已经提前写出。,在写有T功能指令的程序段后面，下一个程序段中紧接着写M06换刀指令：,N_G28Z_T;M06;,采用这种方式编程，在z轴返回参考点的同时，刀库也开始转位，若刀具返回参考点的动作已完成，而刀库转位尚未完成，则等刀库转位完成，才开始执行下一个程序段的换刀动作，换刀占用的时间最长，因此编程时不宜采用。,六、固定循环功能加工中心机床配备的固定循环功能主要用于孔加工，包括钻孔、镗孔、攻螺纹等。如表所示。,使用一个程序段可以完成一个孔加工的全部动作。,1、固定循环的动作如图，用虚线表示的是快速进给，用实线表示的是切削进给。,孔加工固定循环通常由6个动作组成。,动作1：x轴和y轴的定位，使刀具快速定位到孔加工位置；动作2：刀具快速移动到R点（R点平面）；动作3：孔加工，切削进给；动作4：在孔底的动作，主要有暂停、主轴定向停止、刀具移动等；动作5：刀具返回到R点；动作6：刀具快速移动到初始点（初始平面）。,（1）初始平面初始平面是为安全下刀而规定的一个平面；该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。,当用一把刀加工若干孔时，只有孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完了时，才使用G98功能使刀具返回到初始平面上的初始点。,（2)R点平面又叫做R参考平面，是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面，一般可取距工件表面2-5mm。使用G99时，刀具将返回到该平面上的R点。,（3）孔底平面加工盲孔时孔底平面就是孔底的z轴高度。,加工通孔时一般刀具还要伸出工件底平面一段距离，主要保证全部孔深都加工到尺寸。,孔加工循环与平面选择指令（G17、G18或G19）无关，即不管选择了哪个平面，孔加工都是在xy平面上定位并在z轴方向上钻孔。,2、固定循环的代码（1）数据形式固定循环中地址R与地址Z的数据指定与G90或G91的方式选择有关。,如图，选择G90方式时，R与Z一律取其终点坐标值。选择G91时则R是指自初始点到R点的距离，Z是指自R点到孔底平面上Z点的距离。,（2）返回点平面G98，G99G98指令自该程序段开始，刀具返回时是返回到初始平面。G99则指令返回到R点平面。,（3）孔加工方式G73-G89一般格式为：G73-G89X_Y_Z_R_Q_P_F_L_;,X_Y_：指定加工孔的位置（与G90/G91有关）；Z_：指定孔底平面的位置（与G90/G91有关）；R_：指定R点平面的位置（与G90/G91有关）；Q_：在G73或G83方式中指定每次加工深度，在G76或G87方式中规定位移量，取增量值，与G90/G91无关；,P_：指定刀具在孔底的暂停时间，以ms为单位，不使用小数点；F_：指定孔加工切削进给时进给速度，模态代码；L_：指定孔加工重复次数，默认为L1，非模态。在G90时刀具在原来孔的位置重复加工，在G91时加工一条直线上的若干个等距孔。,孔加工方式的指令以及Z、R、Q、P等指令都是模态的，只是在取消补偿时才被清除。取消孔加工方式用G80，或任何01组的G代码。,N1G91G00X_M03;N2G81X_Y_Z_R_F_;钻孔固定循环及原始数据。N3Y_;按Y_移动后执行下一钻孔。N4G82X_P_L_;先移动X_再按G82钻孔重复L次。N5G80X_Y_M05;不钻孔，清除全部钻削参数。N6G85X_Z_R_P_;再次指定Z和R，P也被存储。N7X_Z_;移动X后按本段Z执行G85钻孔动作。N8G89X_Y_;执行X、Y移动后按G89方式钻孔。N9G01X_Y_;清除孔加工方式及F外的加工数据。,3、固定循环指令（1）高速深孔往复排屑钻G73G73X_Y_Z_R_Q_F_;,G73指令可在Z轴方向进行间歇进给，以实现断屑和排屑。Q为每次进刀量，采用增量方式，程序中以地址Q正值表示。d为每次退刀量，由参数“CYCR”设定。加工方式：进给、退刀、再进给、再退刀、孔底、快速退刀。,例，对图所示的5-8mm深为50mm的孔进行加工。显然，这属于深孔加工。利用G73进行深孔钻加工的程序为：,N10G56G90G1Z60F2000/选择2号加工坐标系，到Z向起始点N20M03S600/主轴启动N30G99G73X0Y0Z-50R30Q5F50/选择高速深孔钻方式加工1号孔N40G73X40Y0Z-50R30Q5F50/选择高速深孔钻方式加工2号孔N50G73X0Y40Z-50R30Q5F50/选择高速深孔钻方式加工3号孔N60G73X-40Y0Z-50R30Q5F50/选择高速深孔钻方式加工4号孔N70G73X0Y-40Z-50R30Q5F50/选择高速深孔钻方式加工5号孔N80G01Z60F2000/返回Z向起始点N90M05/主轴停N100M30/程序结束并返回起点加工坐标系设置：G56X=-400，Y=-150，Z=-50。,上述程序中，选择高速深孔钻加工方式进行孔加工，并以G99确定每一孔加工完后，回到R平面。设定孔口表面的Z向坐标为0，R平面的坐标为30，每次切深量Q为5，系统设定退刀排屑量d为2,（2）深孔往复排屑钻G83G83X_Y_Z_R_Q_F_;G83循环用于深孔钻削，间歇切削进给到底部，钻孔过程中从孔中排出切屑。与G73的不同点是每次退刀均退到R点平面。,d表示刀具间断进给每次下降时由快进转为工进的那一点至前一次切削进给下降的点之间的距离。由参数“CYCR”设定。加工方式：进给、退刀、再进给、再退刀、孔底、快速退刀。,（3）精镗G76G76X_Y_Z_R_Q_P_F_;如图，P表示在孔底有暂停，OSS表示主轴准停，Q表示刀具移动量。G76循环主要用来镗削精密孔。精镗时，主轴在孔底定向停止后，刀尖反向移动让刀，不会划伤已加工表面，保证了镗孔精度。,G76精镗循环的加工过程包括以下几个步骤：（1）在X、Y平面内快速定位；（2）快速运动到R平面；（3）向下按指定的进给速度精镗孔；（4）孔底主轴准停；（5）镗刀偏移；（6）从孔内快速退刀。,（4）钻孔G81与锪孔G82G81X_Y_Z_R_F_;G81循环用于正常钻孔，切削进给，快速退回。加工方式：进给、孔底、快速退刀。,G82X_Y_Z_R_P_F_;G82循环与G81循环的区别是G82在孔底增加了暂停，所以适合于锪孔和镗阶梯孔，而G81是一般的钻孔。加工方式：进给、孔底、暂停、快速退刀。,（5）精镗孔G85与精镗阶梯孔G89G85X_Y_Z_R_F_;G85镗孔循环中，刀具以切削进给加工到孔底，然后又以切削进给返回到R点，所以适合于精镗孔加工。加工方式：切削进给、孔底、切削进给、R点、快速退刀。,G89X_Y_Z_R_P_F_;G89循环与G85相同，不同点是该循环在孔底执行暂停。加工方式：进给、孔底、暂停、切削进给、快速退刀。,（6）攻右旋螺纹G84与攻左旋螺纹G74G74X_Y_Z_R_F_;G74X_Y_Z_R_P_F_;,根据主轴转速与螺纹螺距计算F值。G74指令主轴在孔底正转，返回到R点平面后主轴回复反转。如果在程序中指令了暂停并有效，则在刀具到达孔底和返回R点时先执行暂停的动作。,G84/G74X_Y_Z_R_F_;G84/G74X_Y_Z_R_P_F_;G84指令主轴在孔底反转，返回到R点平面后再正转。在攻螺纹期间忽略进给倍率且不能停车，即使使用了进给保持，加工也不停止，直至完成该固定循环。,加工方式：进给、孔底、主轴暂停、反转、快速退刀。,G90G92X0Y0Z50;S600M03;G00X10Y10;G99G81Z-15R5F100;X50;Y30;X10;G80;G00X0Y0Z50;M02;,（7）镗孔G86指令格式与G81完全相同，加工到孔底后主轴停止，返回到R点平面（G99）或初始平面（G98）后，主轴再重新启动。,如果连续加工的孔间距较小，可能出现刀具已经定位到下一个孔加工的位置而主轴尚未到达规定的转速，此时可以在各孔动作之间加入暂停指令G04，使主轴获得规定的转速。,加工方式：进给、孔底、主轴停止、快速退刀。,（8）镗孔G88G88X_Y_Z_R_P_F_;刀具到孔底后延时，主轴停止且系统进入进给保持状态，此时可用手动操作，但为了安全起见应当先把刀具从孔中退出，为了再启动加工，手动操作后应再转换到纸带方式或存储器方式，按循环启动按钮，刀具快速返回到R点或起始点，然后主轴正转。,加工方式：进给、孔底、暂停、主轴停止、快速退刀。,（9）反镗孔G87G87X_Y_Z_R_Q_F_;如图，x轴和y轴定位后，主轴定向停止，刀具以与刀尖相反的方向按Q值给定的偏移量偏移并快速定位到孔底（R点）,在这种循环方式中，只能让刀具返回到初始平面，而不能返回到R点平面，因为R点平面低于Z点平面。,加工方式：定位、快速进刀、孔底、主轴正转、切削进给、快速退刀。,例1：加工如图所示孔的钻孔循环程序（设Z轴开始点距工作表面100mm处，切削深度为20mm）。,0001N10G91G00S300M03N20G99G81X10.0Y-10.0Z-22.0R-98.0F200N30G99G81Y30.0Z-22R-98N40G99G81X10.0Y-10.0Z-22R-98N50G99G81X10.0Z-22R-98N60G98G81X10.0Y20.0Z-22R-98N70G80X-40.0Y-30.0M05N80M02,例2：加工如图所示螺纹孔的加工程序（设Z轴开始点距工作表面100mm处，切削深度为20mm）。,先用G81钻孔0101N10G91G00M03N20C98G81X40.0Y40.0Z-22.0R-98.0F100N30G98G81X-120.0Z-22.0R-98L3N40G98G81X-120.0Y50.0Z-22.0R-98N50G98G81X40.0Z-22.0R-98L3N60G80X-10.0Y-90.0M05N70M02,例2：加工如图所示螺纹孔的加工程序（设Z轴开始点距工作表面100mm处，切削深度为20mm）。,再用G84攻螺纹0102N100G91G00M03N110G99G84X40.0Y40.0Z-27.0R-93.0F280N120G99G84X40.0Z-27.0R93L3N130G99G98X-120.0Y50.0Z-27R-93N140G99G84X40.0Z-27.0R-93L3N150G80Z93.0N81X-10.0Y-90.0M05N10M02,例3：如图所示为某企业生产的自动扶梯的链轮轮廓的示意简图。链轮由24个齿均布，由局部放大图中可见，链轮的每一个齿廓都由个不同曲率半径的拐点相接而成。,三.数控铣编程加工实例,工艺分析：在实际加工中，每铣一个齿后，将坐标系旋转一定的角度，再继续铣削，降低了编程的工作量。为使程序简化，使用相对坐标指令G91来旋转坐标系，可以省略每一齿调用子程序的编写。编程时，以加工一个齿形为基准，一个齿形加工程序的终点作为下一齿形加工的起点，如此循环24次，完成链轮的加工。使用10mm的硬质合金立铣刀进行加工。数据计算：从图可以看出，用手工计算节点是不现实的，可以使用AutoCAD绘制。在AutoCAD中使用偏移指令，将链轮正上方的一个齿的轮廓线偏移一个刀具半径值5mm(这样可以不使用刀具半径补偿)，得到如图中双点划线所示图形。标注各交点的坐标和各段圆弧半径，如图所示。,加工坐标原点：X：链轮的圆心Y：链轮的圆心Z：链轮的下表面,三.数控铣编程加工实例,加工程序：O003(主程序)G54G90G00X-75Y450M0