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加工中心的编程与操作第一部分:加工中心概述第二部分:数控编程流程第三部分:加工中心的编程第四部分:编程实例第五部分:宏程序的应用

加工中心（MachiningCenter)是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂工件的高校率自动化机床。加工中心是在数控铣床的基础上发展而来的，是一种带有刀库和自动换刀装置的数控机床。通过安装在刀库上不同用途的刀具，可以在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、铣、镗、攻螺纹、铰孔、切槽等多种加工功能。自动更换主轴头的加工中心，可以进行卧铣、立铣、磨削和转位铣削等加工。第一部分:加工中心概述一、加工中心的特点1、具有刀库和自动换刀装置（ATC)。2、加工中心一般带有自动分度回转工作台或可自动转角的主轴箱，从而使工件在一次装夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工。3、加工中心自带交换工作台。4、加工中心有的具有自适应控制功能根据加工中心的结构、功能、加工精度的不同，可将加工中心分为以下几类。1、按主轴在空间所处的状态分类1）、立式加工中心2）、卧式加工中心3）、复合加工加工中心（五面体加工中心）二、加工中心的分类

2、按坐标轴数分类根据加工中心的可控坐标轴数，可以将加工中心分为：三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等加工中心。

3、按工作台的数量和功能分类

1）、单工作台加工中心

2）、双工作台加工中心

3）、多工作台加工中心二、加工中心的分类三、加工中心的主要加工对象加工中心把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心适合于加工结构形状复杂、普通机床难加工的具有复杂曲面的凸轮类、整体叶轮类和模具类零件，形状不规则的异性零件、新产品试制中的零件，加工精度要求高的中小批量零件，加工中心在汽车、航空航天、模具等行业被广泛应用。四、加工中心的组成部分及其作用①基础部件基础部件由床身、立柱和工作台等组成。主要承担加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，具有足够的刚度。②主轴部件主轴部件是加工中心的重要部件之一，其刚度和回转精度直接影响工件的加工质量。加工中心的主轴电机主要采用直流主轴电机和交流主轴电机，实现主运动的无极变速。主轴的启停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具进行切削，是切削加工的功率输出部件。③自动换刀装置④数控系统由CNC装置、可编程控制器（PLC）、伺服驱动装置以及操作面板等组成。接受输入装置送到的数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，使设备按规定的动作执行。⑤辅助装置包括润滑冷却装置、自动排屑装置、液压系统、气动系统、电气系统和检测、反馈系统等部分。1、选择加工该零件的机床2、确定加工工艺3、确定工件装夹和定位方式4、确定所需刀具及其编号5、存档，记录与工件装夹定位以及刀具等有关的信息6、计算切削速度和进给率7、计算轮廓交点和圆心等8、确定刀具轨迹、包括固定循环或子程序的使用9、编写加工程序10、校验程序，并作必要的修正11、存储程序，以备后用。第二部分:数控编程流程

一、机床坐标系机床坐标系按右手笛卡尔坐标系来确定，一般假设工件静止，通过刀具相对工件的移动来确定机床的移动轴的方向。右手笛卡尔坐标系第三部分:加工中心的编程

二、工件坐标系工件坐标系是编程人员在编程和加工时使用的坐标系，是程序的参考坐标系，以机床坐标系为参考。工件原点亦称编程原点，指工件装夹完成后，选择工件上的某一点作为编程或工件加工的原点，“”表示。工件坐标系原点设置

工件原点的选择原则：①与图纸上的尺寸基准重合；②坐标值计算简单；③引起的加工误差最小；④应该设定在容易找正，且测量方便的位置。在加工时，工件随夹具安装在机床上，测量工件原点与机床原点间的距离，称作工件原点偏置。该偏置值存贮在数控系统中。G92确定当前工件坐标系，该坐标系在机床重开时消失。G54~G59来确定，这些坐标系存贮在机床存贮器内，在机床重新开启时仍然存在。三、编程格式

根据系统本身的特点与编程的需要，都规定有一定的格式，对于不同的机床，其程序格式也不相同，但加工程序的基本格式是相同的。

一个完整的程序由程序名、程序内容和程序结束组成，如下所示：

O1000

程序号

N10G90G54G00X0Y0S1000M03；第一程序段

N20Z100；第二程序段程序内容

……

N100M05；…

N200M30；程序结束

①、程序号：由字母O和四位数字组成，书写格式为O××××，数值从O0000到O9999。

②、程序内容：由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令字构成。

程序段是程序的基本组成部分，每个程序段由若干个地址字构成，而地址字又由表示地址的英文字母、特殊文字和数字组成，当前数控机床上常用的可变程序段格式，如下所示：

N—G—X—Z—F—S—T—M—LF

N程序段号N××由地址附N和后面的若干位数字表示。在大部分系统中，程序段号仅作为“跳转”或“程序检索”的目标位置指示。因此它的大小及次序可以颠倒，也可以省略。

G准备功能

X、Z坐标字

F进给功能

S主轴功能

T刀具功能

M辅助功能

LF结束标记常用符号“；”或“*”表示。③、程序结束：由程序结束指令构成，必须写在程序的最后。

四、常用编程指令

以下以FANUC系统的常用指令为例，在示意图中，“┄┄┄”表示快速定位，“───”表示切削进给，“”表示工作原点。（一）G准备功能

1、绝对坐标和增量坐标(G90，G91)绝对坐标指令（G90）在程序中的位移量用刀具的终点坐标表示。增量坐标指令（G91）用刀具运动的增量表示。如图所示，表示刀具从A点到B点的移动，用以上两种方式的编程分别如下：格式：G90X80Y150；

G91X-120Y90；格式：G90X80Y150；

G91X-120Y90；

2、坐标系设定指令（G92）在使用绝对坐标指令编程时，预先要设定工作坐标系，通过G92可以确定当前工作坐标系，该坐标系在机床重新开启时消失。格式：G92X_Y_Z_；例：G92X150Y300Z200；

3、工作坐标系的选取指令（G54~G59）一般数控机床可以预先设定6个工作坐标系，这些坐标系存储在机床存储器中，在机床重开机时仍然存在。6个坐标系皆以机床原点为参考点，分别以各自与机床原点的偏移量表示，需要提前输入机床内部。

4、平面选择指令（G17，G18，G19）在三坐标机床上加工时，若进行圆弧插补，需规定加工所在平面，用G代码可以进行平面选择。G17XY平面G18ZX平面G19YZ平面一般数控铣床默认在XY平面内，在使用时可以省略。5、快速点定位（G00）快速点定位指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置，其移动速度由参数来设定，进给速度F对G00指令无效。在FANUC系统中，运动总是先沿与坐标轴成45°的直线移动，最后在某一轴单向移动至目标点位置。格式：G00X___Y___Z___；例：G90G00X40Y20；

6、直线插补指令（G01）G01指令表示刀具从当前位置开始以给定的进给速度F，沿直线移动到规定的位置。格式：G01X___Y___Z___F___；例：G01X40Y20F100；

G02/G03:

圆弧插补指令，沿圆弧所在平面的另一坐标轴的负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。编程格式：

R_I_J_

R_I_K_

R_J_K_F__;G02G03G02G03G17G18G19X__Y_Y__Z__X__Z__G02G037、圆弧插补指令（G02，G03）

X、Y、Z表示圆弧终点坐标，由G90或G91指定；

I、J、K分别为圆弧的起点到圆心的X、Y、Z轴方向的增量，与G90，G91无关；R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角≤180°时，R值为正；当圆弧的圆心角＞180°时，R值为负。

当为整圆时用I、J、K方式编程。在右图中，当圆弧的起点为P1，终点为P2，圆弧插补程序段为：G02X321.65Y280I40J140F50或G02X321.65Y280R-145.6F50当圆弧的起点为P2，终点为P1时，圆弧插补程序段为：G03X160Y60I-121.65J-80F50或G03X160Y60R-145.6F50

8、自动机床原点返回指令（G28）机床原点是机床各移动轴正向移动的极限位置。如刀具交换时常用到Z轴参考点的返回。格式：G28X__Y__Z__

例：

G90G28X500Y350；

注意事项：①使用G28之前，必须消除刀具半径补偿。②在返回原点后使用刀具长度补偿取消功能。G41——刀具半径左补偿，

G42——刀具半径右补偿G40——

取消刀具半径补偿判别方法如图1所示格式：G01（G00）G41（G42）X___Y__D__；

G41、G42皆为续效指令，D为刀具半径补偿地址号。编程轨迹实际刀具运动轨迹补偿量9、刀具半径补偿指令（G40，G41，G42）刀具半径补偿方向的判别刀具前进方向刀具前进方向G41

G42补偿量补偿量沿着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边为左补偿

沿着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边为右补偿

10、刀具长度补偿指令（G43，G44，G49）在加工过程中需要经常交换刀具，而每把刀具长度的不同给工作坐标系得设定带来了困难。可以想象第一把刀具正常切削工件，而更换一把稍长的刀具后如果工作坐标系不变，零件将被过切，刀具长度补偿原理如下所示。实现这种功能的G代码是：

G43正补偿，即将Z坐标值与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。

G44负补偿，即将Z坐标值与H代码中长度补偿的量相减，其结果进行Z轴运动。

G49

撤销补偿（在Z轴回原点后使用比较安全）。下图

中钻头用G43命令向上正向补偿了H1值，铣刀用G43命令向上正向补偿了H2值设定工作坐标系时，让主轴锥孔基准面与工件上表面理论上重合。在使用每一把刀具时可以让机床按刀具长度升高一段距离，使刀尖正好在工件上表面，这段高度就是刀具长度补偿值，其值可在刀具预调仪或自动测长装置上测出。编程格式：G43(G44)G00(G01)Z__H__；H是刀具半径补偿号地址字，后面一般由两位数字表示代示，指定的地址中存有刀具长度值，如果用H00则取消刀具长度补偿。在进行补偿时，刀具要有Z轴移动。下图所示为不同命令下刀具的实际位置，其中G90G54G00Z0；语句没有G43命令，将会造成严重事故。（二）常用辅助功能M指令

辅助功能M指令是用来控制机床各种辅助动作及开关状态的。如主轴的转与停、冷却液的开与光等等。程序的每一个语句中M代码只能出现一次。

1、M00程序指令执行含有M00指令的语句后，机床自动停止。如编程者想要在加工中使机床暂停（检验工件、调整、排屑等），使用M00指令，重新启动程序后，才能继续执行后续程序。

2、M01选择停止执行含有M01的语句，如同M00一样会使机床暂时停止，但是，只是在机床控制盘上的“选择停止”键处在“ON”状态下此功能才有效，否则，该指令无效。常用于关键尺寸的检验或临时暂停。

3、M02程序结束该指令表明主程序结束，机床的数控单元复位，如主轴、进给、冷却停止，表示加工结束，但该指令并不返回程序起始位置。

4、M03主轴正转主轴正转是从主轴+Z方向看（从主轴头向工作台方向看），主轴顺时针方向旋转。

5、M04主轴反转主轴逆时针旋转是反转。

6、M05主轴旋转停止主轴停止是在该程序段其他指令执行完成后才停止。

7、M06换刀指令常用于加工中心刀库的自动换刀时使用。

8、M07冷却液开执行M07后，2号冷却打开。

9、M08冷却液开执行M08后，1号冷却液打开。

（二）常用辅助功能M指令

10、M09冷却液关

11、M19主轴定向停止主轴准停在预定的角度位置上。

12、M98调用子程序一个以程序号O开始，以M99结束的程序称作子程序，子程序是相对于主程序而言的。当一个零件包括重复的图形时，可以把这个图形编成一个程序存在存储器中，使用时可反复调用。格式：M98P___L___；其中P为程序号，L为调用次数。

13、M99子程序结束指令（二）常用辅助功能M指令常用地址符含义功能代码含义程序号O表示程序号程序段号N表示程序段顺序号准备功能G定义运动方式坐标地址X、Y、Z坐标抽运动指令A、B、C、U、V、W附加轴运动指令R圆弧半径I、J、K圆心坐标进给速度F定义进给速度主轴转速S定义主轴转速刀具功能T定义刀具号辅助功能M机床的辅助动作偏置号H、D表示偏置号子程序号P子程序号重复次数L子程序的循环次数参数P、Q、R固定循环次数暂停P、X表示暂停时间第四部分、编程实例毛坯尺寸为50×50×10mm刀具为直径Φ14的端铣刀O0010;N10T1;N20M06;N30G90G54G00X4Y25M03S1500;N40G43H1Z50;N50Z3M08;N60G01Z-4F100;N70G01X25Y48F200;N80G02X48Y25R23;N90G01X25Y4;N100G01X10Y4;N110G02X4Y10R6;N120G01X4Y25;N130G00Z50M09;N140M05;N150M30;

零件毛坯为Φ80×20的棒料，材料为铝材。

刀具半径补偿的建立与取消：在XY平面内使用半径补偿进行轮廓铣削，加工深度为10mm，如图所示

O0001N10G90G54G17G00X0Y0S1000M03；N20G00Z50；N30Z3；N40G01Z-10F30；N50G01

X20Y10

F100；

N60Y50；N70X50；N80Y20；N90X10；N100G00X0Y0M05；

N110M30；刀具半径补偿图补偿模式G41D01G40建立刀具半径左补偿取消刀具半径补偿

1、编入G41(或G42)、G40程序段，用G01（G40程序段亦可用G00，但一般用G01）直线插补模式下。

2、建立补偿的程序段，必须是在补偿平面内不为零的直线移动。

3、建立补偿的程序段，应在切入工件之前完成，而取消补偿的程序段，应在切出工件之后完成。

4、G41(或G42)必须与G40成对使用。

5、G41（或G42）与G40之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。

6、由于数控系统只能预读其后的两个程序段，所以在XY平面内的补偿建立后，不能连续出现两段Z轴的移动指令，否则会出现补偿位置不正确，造成过切。若上述例题程序改为：使用刀具半径补偿的注意事项O0002N10G90G54G17G00X0Y0S1000M03；N20G00Z100；N30G01G41X20Y10D01；N40Z3；N50G01Z-10F30;N60Y50；N70X50；N80Y20；N90X10；N100G00G40X0Y0M05；N110M30；

半径补偿过切现象

当补偿从N30开始建立的时候机床只能预读两句，而N40、N50都为Z轴移动，没有XY轴移动，机床无法判断下一步补偿的矢量方向，这时机床不会报警，补偿照常进行，于是发生过切。N30Z3；N40G01Z-10F30；N50G01G41X20Y1０D01

F100；

1、工艺设计：加工工序按照先粗后精的原则，先粗加工外轮廓和内轮廓，后精加工外轮廓和内轮廓，精加工单边余量为0.15mm。

2、刀具选择：材料:高速钢，直径:φ12端铣刀。

3、确定编程原点、编程坐标系，及对刀方法：本零件根据编程原点的选择原则，定义毛坯的中心处为编程原点，工件的上表面为Z0点，编程原点确定后，对于编程坐标系，及对刀方法也就确定下来了。XYZO编程原点的选择原则：

1、与图纸上的尺寸基准重合；

2、坐标值计算简单；

3、引起的加工误差最小；

4、应该设定在容易找正，且测量方便的位置。加工工序的设定4、确定加工路线：编程原点下刀点刀具中心运动轨迹G41D01

（AB处建立刀具半径左补偿）N050G01Y-12F200;

数控编程

O0001N010

G54G90G00X-34.5Y0M03S800;

（确定工作坐标系，绝对坐标编程，快速定位到目的点，主轴正转转速800r/min）N020

G43H2Z50;（刀具快进到工件上表面50mm处）N030

Z3M08；（刀具快进到处工件上表面3mm

）N040

G01Z-5F50；(切削工件至5mm处）N060G03X-22.5Y0R12;

（沿进刀圆弧BC加工至C点）

T2;

M06;N070G01