教学材料《数控技术》-第4章

4.1加工中心编程基础加工中心概述加工中心(MachiningCenter,MC)是指配备有刀库和自动换刀装置，在一次装卜下可实现多工序(甚至全部工序)加工的数控锁铣床。目前主要有镗铣类加工中心(简称加工中心)、车削类加工中心(简称车削中心)和钻削类加工中心三大类。车削中心是指具有刀架动力头及C轴功能的全功能型数控车床;钻削加工中心是指具有更换主轴头功能的数控钻床。本章中主要讲述的是镗铣类加工中心的应用。下一页返回4.1加工中心编程基础加工中心的分类按照加工中心的结构方式分类立式加工中心。立式加工中心指主轴轴线为垂直状态设置的加工中心。如图4-1卧式加工中心。卧式加工中心指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。如图4-2龙门式加工中心。龙门式加工中心形状与龙门式数控铣床相似，如图4-3.主轴多为垂直设置，带有自动换刀装置，带有可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能也较齐全，能够一机多用上一页下一页返回4.1加工中心编程基础

万能加工中心。万能加工中心如图4-4所示。它具有立式和卧式加工中心的功能，工件在一次装夹后能完成除安装面外的其他四个侧面和顶面的加工，也叫五面加工中心。虚轴加工中心。虚轴加工中心改变了以往传统机床的结构，通过连杆的运动，实现主轴多自由度的运动，完成工件复杂曲面的加的加工。如图4-5所示下一页上一页返回4.1加工中心编程基础按换刀形式分类带刀库、机械手的加工中心加工中心的换刀装置(AutomaticTOOLChanger,ATC)是由刀库和机械手组成，换刀机械手完成换刀工作。这是加工中心最普遍采用的形式无机械手的加工中心无机械手的加工中心。这种加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成。转塔刀库式加工中心一般在小型立式加工中心上采用转塔刀库形式，如图4-7所示下一页上一页返回4.1加工中心编程基础按工作台数量和功能分类加工中心可分为单工作台加工中心、双工作台加工中、自和多工作台加工中心。加工中心的加工对象针对加工中心的工艺特点，加工中心适宜于加工形状复杂、加工内容多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多的工艺装备，且经多次装夹和调整才能完成零件的加工。主要的加工对象有下列几种:既有平面又有孔系的零件既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，这类零件常见的有箱体类零件和盘、套、板类零件。下一页上一页返回4.1加工中心编程基础

结构形状复杂、普通机床难以加工的零件主要表面是由复杂曲线、曲面组成的零件，在加工时需要多坐标联动，这在普通机床上是难以甚至无法完成的，加工中、自是加工这类零件最有效的设备。常见的典型零件有以下几类:凸轮类零件整体叶轮类模具类外形不规则的异形零件异形零件是指支架、基座、样板、靠模等这一类外形不规则的零件。下一页上一页返回4.1加工中心编程基础加工中心的加工特点工序高度集中强力切削对加工对象的实用性强加工生产率高高速定位减轻操作者的劳动强度随机换刀经济效益高有利于生产管理的现代化上一页返回下一页4.1加工中心编程基础加工中心坐标系加工中心坐标系加工中心坐标系遵循右手笛卜尔直角坐标系原则。机床零点与机床坐标系的建立机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点返回上一页4.2加工中心编程方法程序组成及结构数控编程时，必须先了解数控程序的结构和编程的规则，才能够正确的编写出数控加工程序。数控系统不同，编程的格式及指令代码就不同。FANUC数控系统程序组成一个完整的程序由程序名、程序内容、程序结束三部分组成程序号数控系统中所存储的每一段程序都要进行编号。FANUC数控系统在编号时用程序号地址符(英文字母大写0)后面跟若干位数字表示程序编号。下一页返回4.2加工中心编程方法程序内容程序内容是整个程序的核心，由若干程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，表示的是机床将要完成的动作。程序结束程序是以M02,M30指令结束整个程序。FANUC数控系统程序段的格式程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。一般数控系统程序段格式有三种:字地址可变程序段格式、分隔符程序段格式和固定程序段格式。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法字地址可变程序段格式由程序段号、程序字和程序段结束符组成。程序段号程序段号位于程序段之首，有地址符N和后面的若干位数字构成程序字程序字通常由地址符、数字和符号组成。字的功能类别有地址符决定，字的排列顺序要求不严格，数据的位数可多可少，不需要的字以及与上一程序段相同的程序字可以不写。程序段结束符FANUC数控系统程序段结束符用“;”表示。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法程序的一般结构一个零件程序必须包括起始符和结束符。准备功能指令应用(G)准备功能G代码是建立坐标平血、坐标系偏置、刀具与工件相对运动轨迹(插补功能)，以及刀具补偿等多种加}_操作方式的指令。范围由G0(等效于G00)~G99单位设定指令(G20,G21,G22)G20是英制输入制式;G21是公制输入制式;G22是脉冲当量输入制式下一页上一页返回4.2加工中心编程方法绝对值编程G90与相对值编程G91G90是绝对值编程，即每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的;G91是相对值编程，即每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。平面设定指令(G17,G18,G19)G17选择XY平面;G18选择ZX平面;G19选择YZ平面坐标系设定指令工件坐标系建立指令G92与G54~G59指令局部坐标系设定指令G52直接机床坐标系编程指令G53下一页上一页返回4.2加工中心编程方法控制刀具运动指令快速定位指令G00直线插补指令G01圆弧插补指令(G02,G03)螺旋线进给指令G02/G03自动返回参考点指令G28从参考点返回指令G29下一页上一页返回4.2加工中心编程方法辅助功能指令应用(M)辅助功能M指令，由地址字M后跟一至两位数字组成，M00~M99。主要用来设定数控机床电控装置单纯的开/关动作，以及控制加工程序的执行走向。程序停止指令M00程序选择停止指令M01程序结束指令M02程序结束并返回到零件程序开始指令M30主轴控制指令M03,M04和M05换刀指令M06冷却液开停指令M08,M09；子程序调用及返回指令M98,M99下一页上一页返回4.2加工中心编程方法给速度F、主轴转速S、刀具选择T功能指令应用F功能F功能用于控制刀具移动时的进给速度，F后面所接数值代表每分钟刀具进给量mm/min)，它为模态代码。S功能S功能用于指令主轴转速(m/min)T功能数控铣床因无ATC，必须人工换刀，所以T功能只用于加工中心下一页上一页返回4.2加工中心编程方法刀具半径、长度补偿功能指令应用刀具半径补偿指令(G40,G41,G42)刀具长度补偿指令(G43,G44,G49)由G43,G44指令指明补偿方向，由H代码指定设定在补偿存储器中的补偿量补偿方向G43表示正方向一侧补偿，G44表示负方向一侧补偿。指定补偿量由H代码指定补偿号。程序中Z轴的指令值减去或加上与指定补偿号相对应(设定在补偿量存储器中)的补偿量。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法取消刀具长度补偿指令G49或者H00取消补偿。一旦设定了G49或者H00，立刻取消补偿。变更补偿号及补偿量时，仅变更新的补偿量，并不把新的补偿量加到旧的补偿量上。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法FANUC数控系统固定循环功能指令应用孔加工是数控加工中最常见的加工工序，数控铣床和加工中、自通常都具有能完成钻孔、镗孔、铰孔和攻螺纹等加工的固定循环功能。本节介绍的固定循环功能指令，是针对各种孔的加工，用一个G代码即可完成。该类指令为模态指令，使用它编程加工孔时，只须给出第一个孔加工的所有参数，接着加工的孔凡与第一个孔相同的参数均可省略，这样可极大提高编程效率，而且使程序变得简单易读。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法固定循环的基本动作如图4-23所示，孔加工固定循环一般由下述六个动作组成(图中用虚线表示的是快速进给，用实线表示的是切削进给)动作1——X轴和Y轴定位:使刀具快速定位到孔加工的位置动作2——快进到R点:刀具自初始点快速进给到R点动作3—孔加工:以切削进给的方式执行孔加工的动作。动作4—孔底动作:包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作。动作5—返回到R点:继续加工其他孔且可以安全移动刀具时选择返回R点。动作6—返回到起始点:孔加工完成后一般应选择返回起始点下一页上一页返回4.2加工中心编程方法固定循环指令书写格式孔加工固定循环指令书写格式为:固定循环指令介绍高速深孔钻循环指令(G73)攻左旋螺纹循环指令(G74)精镗孔循环指令(G76)下一页上一页返回4.2加工中心编程方法钻孔循环指令(G81)沉孔钻孔循环指令(G82)深孔钻循环指令(G83)攻右旋螺纹循环指令(G84)铰孔循环指令(G85)下一页上一页返回4.2加工中心编程方法镗孔循环指令(G86)指令格式:G86X___Y___Z___R___F___;取消固定循环指令(G80)指今格式:G80固定循环中重复次数的使用方法在固定循环指令最后，用K地址指定重复次数。在增量方式(G91)时，如果有孔距相同的若干相同孔，采用重复次数来编程是很方便的。在编程时要采用G91,G99方式。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法使用孔的固定循环信息的注意事项在固定循环指定前，必须用辅助功能指令(M码)使主轴旋转如果程序段包含X,Y,Z,R等信息，固定循环钻孔。如果程序段不包含X,Y,Z,R等信息，不执行钻孔。在钻孔的程序段，指定钻孔信息G,P,即在X,Y,Z,R等信息的程序段中指定它。如果在不执行钻孔的程序段中指定这些信息，不保存为模态信息。当主轴旋转控制使用在固定循环(G74,G84,G86)时，在孔位置(X,Y)间距很短时或起始点位置到R点位置很短时，在进行孔加工时，主轴可能没有达到正常转速，必须在每个钻孔动作间插入一个暂停指令(G04)使时间延长。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法如前述，固定循环也可用(G00~G03(01组G代码)取消。固定循环指令和辅助功能在同一程序段中，在定位前执行M功能。进给次数指定(K)时，只在初次送出M码，以后不送出在固定循环模式中刀具半径补偿无效在固定循环模式指定刀具长度补偿(G43,G44,G49)时，当刀具位于R点时(动作2)生效下一页上一页返回4.2加工中心编程方法子程序功能指令应用FANUC数控系统子程序程序分为主程序和子程序。在正常情况下，数控机床是按主程序的指令工作的。在程序中把某些固定顺序或重复出现的程序单独抽出来，编成一个程序供调用，这个程序就是常说的子程序。这样做可以简化主程序的编制子程序的嵌套为了进一步简化程序，可以让子程序调用另一个子程序，这一功能称为子程序的嵌套当主程序调用子程序时，该子程序被认为是一级子程序，系统不同，其子程序的嵌套级数也不相同。一般情况下，在FANUC-0i系统中，子程序可以嵌套4级，如图4-39所示下一页上一页返回4.2加工中心编程方法子程序调用在FANUC-0i系统中，子程序的调用可通过辅助功能代码M98指令进行，且在调用格式中将子程序的程序号地址改为P，其常用的子程序调用格式有两种特殊用法指定主程序中的顺序号作为返回的目标在主程序中使用M99,控制返回到主程序的开头只使用子程序。用MDI寻找子程序的开头，执行子程序下一页上一页返回4.2加工中心编程方法坐标变换功能指令应用在数控铣床与加工中心的编程中，为了实现简化编程的目的，除常用固定程序循环指令外，还采用一些特殊的功能指令。这些指令的特点大多是对工件的坐标系进行变换以达到简化编程的目的。极坐标编程极坐标指令G16为极坐标系生效指令，G15为极坐标系取消指令。极坐标系原点极坐标原点指定方式有两种，一种是以工件坐标系的零点作为极坐标原点，另一种是以刀具当前的位置作为极坐标系原点。下一页上一页返回4.2加工中心编程方法极坐标编程举例采用极坐标编程，可以大大减少编程时的计算工作量，因此在编程中得到广泛应用。通常情况下，圆周分布的孔类零件(如法兰类零件)以及图样尺寸以半径与角度形式标示的零件(如铣正多边形的外形)，采用极坐标编程较为合适。可编程镜像使用编程的镜像指令可实现沿某一坐标轴或某一坐标点的对称加工。在一些老的数控系统中，通常采用M指令来实现镜像加工下一页上一页返回4.2加工中心编程方法指令格式下一页上一页返回4.2加工中心编程方法比例缩放在数控编程中，有时坐标轴上的值是按固定的比例系数进行放大或缩小的，这时，为了编程方便，可采用比例缩放指令来进行编程。指令格式下一页上一页返回4.2加工中心编程方法坐标旋转对于某些围绕中心旋转得到的特殊轮廓加工，如果根据旋转后的实际加工轨迹进行编程，就可能使坐标计算的工作量大大增加。而通过图形旋转功能，可以大大简化编程的工作量指令格式下一页上一页返回4.2加工中心编程方法宏程序功能指令应用用户宏功能是提高数控机床性能的一种特殊功能。使用中，通常把能完成某一功能的一系列指令像子程序一样存入存储器，然后用一个总指令代表它们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能宏程序的特点:宏程序可使用变量，可用变量执行相应操作;实际变量值可由宏程序指令赋给变量。宏程序的简单调用格式宏程序的简单调用是指在主程序中宏程序可以被单个程序段单次调用。调用指令格式:G65P(宏程序号)L(重复次数)(变量分配)下一页上一页返回4.2加工中心编程方法宏程序的编写格式宏程序的编写格式与子程序相同。其格式为:下一