数控加工程序编制-铣削编程 2平面轮廓类零件的程序编制

数控加工程序编制—铣削编程

(SIEMENS)任务二：平面轮廓类零件的程序编制

工作任务编制图示零件的数控加工程序1）生产纲领：单件。2）毛坯：100×80×30的板材一、学习目标最终目标：能够熟练编写平面轮廓类零件数控加工程序。促成目标：1．能正确选择平面、外轮廓铣削加工刀具；2．能正确选择平面、轮廓加工的走刀路线；3．会应用G00、G01、G17/G18/G19、刀具半径补偿指令G41/G42/G40、T、S、F、M编程指令；4．能够修改、优化工艺及程序。二、相关知识（一）数控铣床的加工工艺范围平面类零件直纹曲面

行切加工法三坐标联动加工立体曲面类零件二、相关知识（一）数控铣床的加工工艺范围箱体类零件（1）当既有面又有孔时，应先铣面，后加工孔；（2）所有孔系都先完成全部孔的粗加工，再进行精加工；（3）一般情况下，直径>Φ30㎜的孔都应铸造出毛坯孔；（4）直径<Φ30㎜的孔可以不铸出毛坯孔，孔和孔的端面全部加工都在加工中心上完成；（5）在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在大小孔相距很近的情况下，更要采取这一措施；（6）对于跨距较大的箱体的同轴孔加工，尽量采取调头加工的方法，以缩短刀辅具的长径比，增加刀具刚性，提高加工质量；（7）螺纹加工，一般情况下，M6㎜以上，M20㎜以下的螺纹孔可在加工中心上完成螺纹攻丝。二、相关知识（一）数控铣床的加工工艺范围平面加工方案二、相关知识（二）平面加工方法的选择

加工方案经济精度等级表面粗糙度Ra(μm)适用范围粗车→半精车IT93.2～6.3适用于工件的端面加工粗车→半精车→精车IT7～IT80.8～1.6粗车→半精车→磨削IT6～IT70.4～0.8粗刨(或粗铣)→精刨(或精铣)IT8～IT101.6～6.3一般不淬硬平面(端铣的表面粗糙度可较小)粗刨(或粗铣)→精刨(或精铣)→刮研IT6～IT70.1～0.8精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时宜采用宽刃精刨方案粗刨(或粗铣)→精刨(或精铣)→宽刃精刨IT60.2～0.8粗刨(或粗铣)→精刨(或精铣)→磨削IT60.2～0.8精度要求较高的淬硬平面或不淬硬平面粗刨(或粗铣)→精刨(或精铣)→粗磨→精磨IT6～IT70.025～0.4粗刨→拉IT7～IT90.2～0.8适用于大量生产中加工较小的不淬硬平面粗铣→精铣→磨削→研磨IT5以上0.006～0.1适用于高精度平面的加工加工平面时，尽可能选择进刀点在工件外，加工完毕后刀具退至工件外。平面加工走刀路线二、相关知识（二）平面加工方法的选择

1．轮廓铣削的走刀路线

二、相关知识（三）轮廓铣削的工艺知识直线—直线方式直线—圆弧方式圆弧—圆弧方式进、退刀路线确定走刀路线的一般原则是：保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。方便数值计算，减少编程工作量。尽量减少程序段数。二、相关知识（三）轮廓铣削的工艺知识2.顺铣和逆铣对加工影响

a)顺铣b)逆铣c)切入和退刀区顺铣和逆铣切削方式二、相关知识（三）轮廓铣削的工艺知识二、相关知识（四）刀具的选用（a）面铣刀（b）直柄立铣刀（c）锥柄立铣刀（d）键槽铣刀（e）球头铣刀

常用的铣削刀具平面铣刀直径可按D=1．5d(d为主轴直径)选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。立铣刀进行零件2D轮廓铣削。零件粗加工时应尽量选择直径较大的立铣刀进行铣削；零件精加工则选择相对较小直径的立铣刀。

二、相关知识（四）刀具的选用铣削加工的切削用量二、相关知识（五）切削参数的选择切削参数一般包括切削速度Vc、进给量F、侧吃刀量ae、背吃刀量ap四个要素。切削用量选择的次序是：根据侧吃刀量ae先选大的背吃刀量ap

，再选大的进给速度F，最后再选大的铣削速度Vc（最后转换为主轴转速S）。对于高速数控铣床/加工中心（主轴转速在10000r/min以上），为发挥其高速旋转的特性、减少主轴的重载磨损，其切削用量选择的次序应是：Vc→F→ap（ae）。二、相关知识（五）切削参数的选择1．背吃刀量ap的选择侧吃刀量ae＜d/2（d为铣刀直径）时，取ap＝（1/3～1/2）d；侧吃刀量d/2≤ae＜d时，取ap＝（1/4～1/3）d；铣削宽度ae＝d（即全刃切削）时，取ap＝（1/5～1/4）d。当机床的刚性较好，且刀具的直径较大时，ap可取更大值，但最大不能超过3/4d。二、相关知识（五）切削参数的选择2．进给量F的选择进给速度F与铣刀每齿进给量f、铣刀齿数z及主轴转速n（r/min）的关系为：F＝f×z（mm/r）或F＝n×f×z（mm/min）

工件材料工件材料硬度（HB）硬质合金高速钢端铣刀立铣刀端铣刀立铣刀低碳钢150～2000.2～0.350.07～0.120.15～0.30.03～0.18中、高碳钢220～3000.12～0.250.07～0.10.1～0.20.03～0.15灰铸铁180～2200.2～0.40.1～0.160.15～0.30.05～0.15可锻铸铁240～2800.1～0.30.06～0.090.1～0.20.02～0.08合金钢220～2800.1～0.30.05～0.080.12～0.20.03～0.08工具钢HRC360.12～0.250.04～0.080.07～0.120.03～0.08镁合金铝95～1000.15～0.380.08～0.140.2～0.30.05～0.15铣刀每齿进给量f推荐值（mm/Z）二、相关知识（五）切削参数的选择3．铣削速度V的选择主轴转速n（r/min）与铣削速度Vc（m/min）及铣刀直径d（mm）的关系为：n=1000V/(πd)值得注意的是：

在生产实践中，参数必须经过多次零件试加工，不断改进，才能得到最优化的切削参数。二、相关知识（五）切削参数的选择工件材料铣刀刃口材料碳素钢高速钢超高速钢合金钢碳化钛碳化钨铝合金75～150180～300240～460300～600镁合金180～270150～600钼合金45～100120～190黄铜（软）12～2520～2545～75100～180黄铜10～2020～4030～5060～130灰铸铁（硬）10～1510～2018～2845～60冷硬铸铁10～1512～1830～60可锻铸铁10～1520～3025～4035～4575～110钢（低碳）10～1418～2820～3045～70钢（中碳）10～1515～2518～2840～60钢（高碳）10～1512～2030～45合金钢35～80合金钢（硬）30～60高速钢

12～2545～70铣刀的铣削速度Vc推荐值(m/min)二、相关知识（五）切削参数的选择准备功能指令也称G指令，是建立机床工作方式的一种指令。用字母G加数字构成。

二、相关知识（六）功能指令SIMENSE802S数控铣床准备功能指令（部分）指令功

能指令功

能G00*快速点定位G71毫米G01直线插补G54*~G59工件坐标系选择G17*XY平面选择G90*绝对值编程G18XZ平面选择G91增量值编程G19YZ平面选择G94*每分钟进给G70英寸G95每转进给带“*”号的G指令表示接通电源时，即为G指令的状态。

1.坐标平面选择指令（G17，G18，G19）应用数控铣床/加工中心进行零件加工前，只有先指定一个坐标平面，才能使机床在加工过程中正常执行刀具半径补偿及刀具长度补偿功能。坐标平面选择指令的主要功能就是指定加工时所需的坐标平面。编程格式：G17/（G18/G19）其中：G17表示指定XY坐标平面，G18表示指定XZ坐标平面，G19表示指定YZ坐标平面。G17为系统默认状态，在编程时G17可省略。二、相关知识（六）功能指令G17、G18、G19三个坐标平面的含义

指令平面（横坐标、纵坐标）垂直坐标G17*XYZG18XZYG19YZX二、相关知识（六）功能指令二、相关知识

2.单位输入设定指令（G70/G71）SIEMENS系统采用G70/G71来进行英制、米制的切换。其中：（1）英制单位输入，G70；（2）米制单位输入，G71。机床出厂前，机床生产厂商通常将米制单位输入设定为系统参数缺省状态。（六）功能指令

3.快速点定位指令（G00）轴快速移动G0用于快速定位刀具，没有对工件进行加工。可以在几个轴上同时执行快速移动，由此产生一线性轨迹。机床数据中规定每个坐标轴快速移动速度的最大值，用G0快速移动时在地址F下程编的进给率无效。

G0一直有效，直到被G功能组中其它的指令(G1，G2，G3，…)取代为止。编程格式：G00XYZ其中：XYZ为刀具运动的目标点坐标。二、相关知识（六）功能指令在执行G00时，为避免刀具与工件或夹具相撞，通常采用三轴不同段的编程方法，即：刀具从上向下移动时：刀具从下向上移动时：编程格式：G00X-Y-

Z-

编程格式：G00Z-

X-Y-

当刀具从上向下移动时，先在XY平面内定位，然后再沿Z轴下降；当刀具从下向上运动时，刀具先沿Z轴上升，然后再在XY平面内定位。注意：执行G00指令时不能对工件进行加工。二、相关知识（六）功能指令4.带进给率的线性插补：G1

刀具以直线从起始点移动到目标位置，按地址F下编程的进给速度运行。所有的坐标轴可以同时运行。

G1一直有效，直到被G功能组中其它的指令(G0，G2，G3，…)取代为止。

G01指令使刀具按F指定的速度从当前点运动到目标点。二、相关知识（六）功能指令编程格式：G01XYZF其中：（1）XYZ为刀具运动的目标点坐标。（2）F为刀具切削时进行速度。G01指令运动轨迹为当前点与目标点之间的连线。二、相关知识（六）功能指令

G01指令编程应用应用举例：图示刀具从A点出发，沿B→C→D→E→F走刀，最后返回A点，编写相应的加工程序。二、相关知识（六）功能指令…G90G00X-22Y-15（刀具从A点快速移动到B点）G01X16Y-15F80（刀具从B点切削至C点，进给速度为80mm/min）

X16Y15（刀具从C点切削至D点）

X-16Y15（刀具从D点切削至E点）

X-16Y-21（刀具从E点切削至F点）

G00X-30Y-30（刀具从F点快速返回至A点）

…G01、F指令都是续效指令，不必在每个程序段中都写入G01及F指令。

二、相关知识（六）功能指令5.圆弧插补：G2，G3

刀具以圆弧轨迹从起始点移动到终点，方向由G指令确定：

G2一顺时针方向

G3一逆时针方向在地址F下编程的进给率决定圆弧插补速度。圆弧可以按下述不同的方式表示：一圆心坐标和终点坐标一半径和终点坐标一圆心和张角一张角和终点坐标G2和G3一直有效，直到被G功能组中其它的指令(G0，G1，…)取代为止。二、相关知识（六）功能指令在三个平面上圆弧插补G2／G3的方向规定二、相关知识（六）功能指令

X／Y平面G2／G3圆弧编程的几种方式二、相关知识（六）功能指令编程格式在XY平面内的圆弧：G17G2/G3X…Y…I…J…；圆心和终点G2/G3CR=…X…Y…；半径和终点G2/G3AR=…I…J…；张角和圆心G2/G3AR=…X…J…；张角和终点在XZ平面内的圆弧：G18G2/G3X…Z…I…K…；圆心和终G2/G3CR=…X…Z…；半径和终点G2/G3AR=…I…K…；张角和圆心G2/G3AR=…X…K…；张角和终点二、相关知识（六）功能指令在YZ平面内的圆弧：G19G02/G03Y…Z…J…K…；圆心和终点G02/G03CR=…Y…Z…；半径和终点G02/G03AR=…I…K…；张角和圆心G02/G03AR=…Y…K…；张角和终点（2）G02为指定平面内顺时针圆弧插补，G03为指定平面内逆时针圆弧插补。圆弧顺、逆方向的判别方法是：从坐标平面垂直轴的正方向向负方向看坐标平面，圆弧沿顺时针方向移动的为顺圆插补（G02），圆弧沿逆时针方向移动的为逆圆插补（G03）。如图2-20所示。（3）XYZ为圆弧终点坐标。二、相关知识（六）功能指令(4)IJK为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，即：I=X心-X圆弧起点；J=Y心-Y圆弧起点；K=Z心-Z圆弧起点；(5)CR为圆弧半径，当圆弧圆心角≤180°时，圆弧半径取正值；当180°≤圆弧圆心角＜360°时，圆弧半径取负值。当圆弧圆心角=360°，即插补轨迹为一整圆时，此时只能用I、J或K格式编程,即，只有用圆心坐标和终点坐标才可以编程一个整圆!；当同时输入R与I、J、K时，R有效。二、相关知识（六）功能指令圆弧半径取值（6）F为圆弧插补时进给速度。二、相关知识（六）功能指令编程举例圆心坐标和终点坐标：圆心坐标和终点坐标举例

N5G90X30Y40；用于N10的圆弧起始点

N10G2X50Y40I10J-7；终点和圆心二、相关知识（六）功能指令编程举例终点和半径尺寸：终点一和半径尺寸举例

N5G90X30Y40；用于N10的圆弧起始点

N10G2X50Y40CR=12．207；终点和半径说明：CR数值前带负号“一”表明所选插补圆弧段大于半圆。二、相关知识（六）功能指令编程举例终点和张角尺寸：

N5G90X30Y40；用于NIO的圆弧起始点

N10G2X50Y40AR=105；终点和张角终点和张角尺寸举例二、相关知识（六）功能指令编程举例圆心和张角尺寸：圆心和张角尺寸举例

N5G90X30Y40；用于N10的圆弧起始点

N10G2I10J-7AR=105；圆心和张角二、相关知识（六）功能指令编程举例：整圆编程示例。从A点开始加工，顺时针加工，程序如下：G02I-100逆时针加工，程序如下：G03I-100圆弧编程举例

二、相关知识（六）功能指令6．刀具和刀具补偿

（1）一般说明功能在对工件的加工进行编程时，无需考虑刀具长度或刀具半径，可以直接根据图纸对工件尺寸进行编程。二、相关知识（六）功能指令二、相关知识（六）功能指令（2）刀具补偿号功能一个刀具可以匹配从1到9几个不同补偿的数据组(用于多个切削刃)。另外可以用D及其对应的序号编程一个专门的切削刃。如果没有编写D指令，则D1自动生效。如果编程D0，则刀具补偿值无效。提示系统中最多可以同时存储30个刀具补偿数组(D号)。编程D…；刀具刀补号：1…9，

D0：没有补偿值有效!二、相关知识（六）功能指令说明刀具调用后，刀具长度补偿立即生效；如果没有编程D号，则Dl值自动生效。先编程的长度补偿先执行，对应的坐标轴也先运行。注意有效平面G17到G191

刀具半径补偿必须与G41／G42一起执行。编程举例

不用M6指令更换刀具(仅用T指令)：

N5G17；确定用于补偿的坐标轴平面

N10Tl

；刀具1D1值生效

二、相关知识（六）功能指令

N11GOZ…；在G17中Z轴是长度补偿轴，在此对不同长度补偿的差值进行覆盖

N50T4D2；更换成刀具4，对应于T4中D2值生效

N70GOZ…D1；刀具4D1值生效，在此仅更换切削刃用M6指令更换刀具：

N5G17；确定用于补偿的坐标轴平面

NlOT1；刀具预选

N15M6；刀具更换，刀具1D1值生效：

N16GOz…；在G17中z轴是长度补偿轴，在此对不同长度补偿的差值，进行覆盖二、相关知识（六）功能指令7.刀具半径补偿指令：G41，G42功能系统在所选择的平面G17到G19中以刀具半径补偿的方式进行加工。刀具必须有相应的刀补号才能有效。刀具半径补偿通过G41／G42生效。控制器自动计算出当前刀具运行所产生的、与编程轮廓等距离的刀具轨迹。二、相关知识（六）功能指令在工件轮廓左边／右边补偿二、相关知识（六）功能指令（1）G41/G42/G40指令编程格式：

1）G00／G01G41／G42DXYF2）G00／G01G40XYG41是刀具半径左补偿指令。即沿着刀具前进方向，刀具始终位于工件的左侧。G42是刀具半径右补偿指令。即沿着刀具前进方向，刀具始终位于工件的右侧。如图图2－29所示：G40是取消刀具半径补偿功能。二、相关知识（六）功能指令刀具开始半径补偿G42说明在通常情况下，在G41／G42程序段之后紧接着工件轮廓的第一个程序段。二、相关知识（六）功能指令编程举例

N10T…N20G17D2F300；第二个刀补号，进给率300毫米／分

N25X…Y…lP0一起始点

N30G1G42X…Y…；选择工件轮廓右边补偿，P1N30X…Y…；起始轮廓，圆弧或直线在选择了刀具半径补偿之后也可以执行刀具移动或者M指令：

N20G1G41X…Y…；选择轮廓左边刀补

N21Z…；进刀

N22X…Y…；起始轮廓，圆弧或直线二、相关知识（六）功能指令注意事项：1）只能在G00或G01指令下建立刀具半径补偿状态及取消刀具半径补偿状态；2）机床通电后，为取消刀具半径补偿状态；3）G42:逆铣效果——粗铣；G41:顺铣效果——精铣；4）G41/G42：半径补偿正、负应用5）在建立刀补时，必须有连续两段的平面位移指令。6）在补偿状态下，铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要大于或等于刀具半径；7）半径补偿功能为续效代码；8）使用G40指令最好让铣刀远离工件，刀要移动半径。二、相关知识（六）功能指令（2）刀具半径补偿的应用：

1)编程时直接按工件轮廓尺寸编程。只需修改半径补偿参数；

2)半径补偿值不一定等于刀具半径值，同一加工程序，采用同一把刀可通过修改刀补办法实现对工件轮廓的粗、精加工。同时也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度；二、相关知识（六）功能指令8.通过中间点进行圆弧插补：G5

功能如果不知道圆弧的圆心、半径或张角，但已知圆弧轮廓上三个点的坐标，则可以使用G5功能。通过起始点和终点之间的中间点位置确定圆弧的方向。

G5一直有效，直到被G功能组中其它的指令(G0，G1，G2，…)取代为止。说明：可设定的位置数据输入G90或G91指令对终点和中间点有效二、相关知识（六）功能指令G90已知终点和中间点的圆弧插补编程举例

N5G90X30Y40；用于N10的圆弧起始点N10G5X50Y40IX=40JY=45；终点和中间点二、相关知识（六）功能指令9．返回固定点：G75功能用G75可以返回到机床中某个固定点，比如换刀点。固定点位置固定地存储在机床数据中，它不会产生偏移。每个轴的返回速度就是其快速移动速度。

G75需要一独立程序段，并按程序段方式有效。在G75之后的程序段中原先“插补方式”组中的G指令(GO，G1，G2，…)将再次生效。编程举例N10G75X0Y0Z0二、相关知识（六）功能指令10．回参考点：G74功能用G74指令实现NC程序中回参考点功能，每个轴的方向和速度存储在机床数据中。G74需要一独立程序段，并按程序段方式有效。在G74之后的程序段中原先“插补方式”组中的G指令(GO，G1，G2，…)将再次生效。编程举例N10G74X0Y0Z0二、相关知识（六）功能指令11．圆弧进给补偿：G900，G901

在有刀具半径补偿(G4l／G42)和圆弧编程功能的情况下，如果要求圆弧轮廓处的进给率值就是所编程的进给率F值，则必须修改铣刀圆心的进给率大小。在对进给率进行修改补偿时，将会自动考虑到圆弧的内加工和外加工以及所用刀具的刀具半径。

G900；进给率补偿关闭(编程的进给率值对铣刀圆心有效)G901；在圆弧时启用进给率补偿二、相关知识（六）功能指令12．准确定位／连续路径加工：G9，G60，G64G60：准确定位一一模态有效

G9：准确定位一一单程序段有效

G64：连续路径加工

G601：在G60和G9方式下准确定位，精准确定位窗口

G602：在G60和G9方式下准确定位，粗准确定位窗口二、相关知识（六）功能指令

编程举例N5G602；粗准确定位窗口

N10GOG60X…；准确定位，模态方式

N20X…Y…；G60继续有效

N50G1G601…；精准确定位窗口

N80G64X…；转换到连续路径方式

N100GOG9X…；准确定位，单程序段有效

N11l…；仍为连续路径方式二、相关知识（六）功能指令13.主轴转速极限：G25，G26

编程格式

G25S…；主轴转速下限

G26S…；主轴转速上限例：

N10G25S12；主轴转速下限：12转／分钟

N20G26S700；主轴转速上限：700转／分钟二、相关知识（六）功能指令14．子程序调用原则上讲主程序和子程序之间并没有区别。用子程序编写经常重复进行的加工，比如某一确定的轮廓形状。子程序结束后返回主程序。除了用M2指令外，还可以用RET指令结束子程序。

RET要求占用一个独立的程序段。用RET‘指令结束子程序、返回主程序时不会中断G64连续路径运行方式。二、相关知识（六）功能指令两次调用子程序二、相关知识（六）功能指令子程序程序名程序名可以自由选取，但必须符合以下规定：一开始两个符号必须是字母一其它符号为字母，数字或下划线一最多8个字符一没有分隔符举例：LRAHMEN7

另外，在子程序中还可以使用地址字L…，其后的值可以有7位(只能为整数)。注意：地址字L之后的每个零均有意义，不可省略。举例：L128并非L0128或L,001281，表示3个不同的子程序。二、相关知识（六）功能指令子程序调用在一个程序中(主程序或子程序)可以直接用程序名调用子程序。子程序调用要求占用一个独立的程序段。举例：

N10L785；调用子程序L785N20LRAHMEN7；调用子程序LRAHMEN7

程序重复调用次数P…

最大次数可以为9999(P1…P9999)。举例：N10L785P3；调用子程序L785，运行3次二、相关知识（六）功能指令嵌套深度子程序不仅可以从主程序中调用，也可以从其它子程序中调用。子程序的嵌套深度可以为三层，也就是四级程序界面(包括主程序界面)。注释：在使用加工循环进行加工时，要注意加工循环程序也同样属于四级程序界面中的一级。这同样适用于计算参数(R)。请注意确保在上级程序中所使用的计算参数没有改变下级程序中的设定。二、相关知识（六）功能指令四级程序界面运行过程二、相关知识（六）功能指令15.进给率F

进给率F是刀具轨迹速度，它是所有移动坐标轴速度的矢量和。坐标轴速度是刀具轨迹速度在坐标轴上的分。

进给率F在G1，G2，G3，G5插补方式中生效，并且一直有效，直到被一个新的地址F取代为止。编程F…

注释：在取整数值方式下可以取消小数点后面的数据，如F300。二、相关知识（六）功能指令进给率F的单位G94和G95·G94直线进给率毫米／分钟·G95旋转进给率毫米／转(只有主轴旋转才有意义!)编程举例N10G94F310；进给量为毫米／分钟

N110S200M3；主轴正转，转速为200转／分钟

N120G95F1．5；进给量为毫米／转

G94和G95更换时要求写入一个新的地址F。二、相关知识（六）功能指令16.主轴转速S的旋转方向M3主轴右转M4主轴左转M5主轴停编程举例N10G1X70Z20F300S270M3；在X、Z轴运行之前，主轴以270转／分启动，方向顺时针N80S450…；改变转速

N170G0Z180M5