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加工中心编程 CNCTECH CNCTECH 第一节加工中心概述 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床 其特点 数控系统能控制机床自动地更换刀具 连续地对工件各加工表面自动进行钻削 扩孔 铰孔 镗孔 攻丝 铣削等多种工序的加工 一 加工中心的分类1 按机床主轴和结构分 立式加工中心 卧式加工中心 龙门式加工中心 2 按联动轴数分 三轴联动加工中心 四轴联动加工中心 五轴联动加工轴心 CNCTECH 立式加工中心 CNCTECH 卧式加工中心 CNCTECH 龙门式加工中心 CNCTECH CNCTECH 二 加工中心的工艺特点 1 高度自动化 2 高效 高精度 3 多工位 工序集中 4 制造柔性化 5 适应中小批量生产 加工中心上常见的加工件 CNCTECH 第二节加工中心的刀具 一 加工中心常用刀具 CNCTECH 二 加工中心的刀具夹持装置 拉钉 直束筒夹 强力刀柄 CNCTECH 加工中心自动换刀装置 换刀装置的用途是按照加工需要 自动地更换装在主轴上的刀具 自动换刀装置是一套独立 完整的部件 自动换刀装置的形式 回转刀架 车削中心带刀库的自动换刀装置 应用广泛 鼓轮式刀库 结构简单 紧凑 应用广链式刀库 刀库容量大 刀库形式 刀库形式 链式刀库 鼓轮式刀库的几种形式a 径向取刀b 轴向取刀c 径向布置d 角度布置 换刀过程 自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成 当执行到Txx指令即选刀指令后 刀库自动将要用的刀具移动到换刀位置 完成选刀过程 为下面换刀做好准备 当执行到M06指令时即开始自动换刀 把主轴上用过的刀具取下 将选好的刀具安装在主轴上 选刀方式 顺序选刀方式任选方式 多用 换刀方式 机械手换刀刀库 主轴运动换刀 第三节工艺方案确定原则 1 确定采用加工中心的加工内容 确定工件的安装基面 加工基面 加工余量等 2 以充分发挥加工中心效率为目的来安排加工工序 有些工序可选用其它机床 3 对于复杂零件来说 由于加工过程中会产生热变形 淬火后会产生内应力 零件卡压后也会变形等多种原因 故全部工序很难在一次装夹后完成 这时可以考虑两次或多次 4 当加工工件批量较大 工序又不太长时 可在工作台上一次安装多个工件同时加工 以减少换刀次数 5 安排加工工序时应本着由粗渐精的原则 建议参考以下工序顺序 铣大平面 粗镗孔 半粗镗孔 立铣刀加工 打中心孔 钻孔 攻螺纹 精加工 铰 镗 精铣等 6 采用大流量的冷却方式 在机床选用上 应了解各类加工中心的规格 最佳使用范围和功能特点 卧式加工中心最适宜的零件如箱体 泵体 阀体 壳体等 适合多面加工 多次更换夹具和工艺基准的零件 立式加工中心最适宜的是板类零件如箱盖 盖板 壳体 平面凸轮等单面加工零件 适合工件装夹次数较少的零件 工艺方案确定原则 CNCTECH 第四节立式加工中心的坐标系统 一 立式加工中心的坐标系 CNCTECH 二 立式加工中心的坐标系统 1 机床坐标系2 工件坐标系 编程坐标系 预置工件坐标系 指令 工件坐标系选择G54 G59 1 G54 G59是系统预置的六个坐标系 可根据需要选用 2 G54 G59建立的工件坐标原点是相对于机床原点而言的 在程序运行前已设定好 在程序运行中是无法重置的 3 G54 G59预置建立的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值可用MDI方式输入 系统自动记忆 4 使用该组指令前 必须先回参考点 5 G54 G59为模态指令 可相互注销 格式 说明 CNCTECH G54 G59 G10L2P1 6G54 1P1 P48 G10L20P1 48刀长刀补 G10L10P R L10 刀具长度补正L11 刀具长度磨耗L12 刀具半径补正L13 刀具半径磨耗 可编程程序入口 局部坐标系 G52 在工件坐标系中编程时 对某些图形若用另一个坐标系描述更简便 如不想将原坐标系偏移时 可用局部坐标系设定指令 指令格式 G52IP 式中IP 指令局部坐标系原点在工件坐标系中的位置 它适合于所有的工件坐标系1 6 因是局部坐标系 只在指令的工件坐标系内有效 而不影响其余的工件坐标系 因其使用方便而被广泛使用 返回 有三个同样的轮廓1 2 3 且已知三者之间的位置关系 则采用下面的程序来加工更为方便 G90G52X6 0Y6 0 M98P100 加工W1 G90G52X10 5Y4 8 M98P100 加工W2 G90G52X14 5Y8 3 M98P100 加工W3 注 P100为加工图中轮廓的子程序 返回 CNCTECH 第五节 加工中心手动编程 一 加工中心程序编制的原则1 小数点的使用 NO 3401 0 DPI设为1时计算器型小数点输入 DPI设为0时为最小设定单位 2 绝对坐标编程与相对坐标编程 增量坐标编程 FANUC0i系统以G90模式表示绝对坐标编程方式 以G91表示相对坐标编程方式 西门子系统也一样 还可用AC 绝对 IC 相对 3 NO 3402 0 7为系统设置初始状态指令 CNCTECH 1 快速定位 G00X Y Z 绝对坐标编程 G90G00X70 Y50 相对坐标编程 G91G00X50 Y40 二 FANUCOI系统加工中心编程指令 CNCTECH 2 直线插补 G01X Y Z F O101 绝对坐标编程 N60G90G01X10 Y50 F100 N70X60 N80Y10 N90X10 CNCTECH 3 加工平面的选择G17 G18 G19 CNCTECH 4 圆弧插补G02 G03 CNCTECH 1 格式1 终点坐标 半径格式 G17G02 G03X Y R F G18G02 G03X Z R F G19G02 G03Y Z R F CNCTECH 2 格式2 终点坐标 分矢量 G17G02 G03X Y I J F G18G02 G03X Z I K F G19G02 G03Y Z J K F 5 暂停 G04 在程序段结束时暂停一定的时间 以推迟下一个程序段的执行 当指令的暂停时间达到时 系统自动开始执行下一个程序段 G04指令可使刀具作无进给短暂的光整加工 一般用于镗孔底平面 锪孔等场合 G04指令为非模态指令 仅在所出现的程序段中有效 暂停有两种格式 1 G04X使用X时 必须用小数点且单位为秒 如G04X30 表示在执行完上一程序段后 机床作30s无进给的加工后才执行下一程序段 2 G04P使用P时 不用小数点且单位为毫秒 如G04P100表示暂停0 1s 返回 6 极坐标指令 G15 G16 数控加工程序可以用极坐标输入终点的坐标值 半径和角度 指令格式为 G15 极坐标系指令取消G16 极坐标系指令有效极坐标的平面选择与圆弧插补的平面选择方法相同 即使用G17 G18 G19指令 如选择XY平面 则X表示半径 Y表示角度 规定沿X轴的逆时针方向为角度的正方向 顺时针方向为角度的负方向 如图中A点的坐标表示为X50 0Y30 0 半径和角度可以用绝对值指令 G90 也可用增量值指令 G91 当半径用绝对值指令时 局部坐标系原点为极坐标系中心 若用增量值指令时 当前点为极坐标系中心 返回 7 比例缩放 G50 G51 对加工程序指定的图形指令进行缩放 有两种指令格式 比例因子相等指令格式为 G51XYZP 式中XYZ为比例缩放中心 以绝对值指定 P为比例因子 指定范围为0 001 999 999倍 利用上述指令 由P指定的比例因子 X Y Z作为比例缩放中心 使下一个移动指令按比例缩放 如图所示ABCD为程序指令的图形 abcd为缩放后的图形 O为缩放中心 比例缩放方式由G50取消 指令格式 返回 G50 各轴比例因子单独指定通过对各轴指定不同的比例 可以按各自比例缩放各轴尺寸 指令格式 G51XYZIJK 式中XYZ为比例缩放中心 以绝对值指定 I J K为各轴 X Y Z 比例因子 指定范围为 0 001 9 999比例缩放方式由G50取消 注意 比例系数I J K不用小数点 返回 8 坐标系旋转指令 一 指令格式 G68X Y R G69 二 代码含义 G68坐标系旋转生效指令 G69坐标系旋转取消指令 其中X Y值为坐标系旋转中心 R为旋转角度 单位是度 例如 指令G68X0Y0R20 指令含义 以坐标原点为旋转中心 逆时针旋转20度 指令G68X0Y0R 20 指令含义 以坐标原点为旋转中心 顺时针旋转20度 三 注意事项 1 在有刀具补偿的情况下 先进行坐标旋转 然后才进行刀具半径补偿 刀具长度补偿 2 在有缩放功能的情况下 先进行缩放后再进行坐标系旋转 9 参考点控制指令 G28 G29 1 自动原点复归G28 或 30 格式 G28X Y 其中 X Y为指定的中间点位置 说明 1 执行G28指令时 各轴先以G00的速度快移到程序指令的中间点位置 然后自动返回原点 系统对中间点有记忆功能 2 在G90时为指定点在工件坐标系中的坐标 在G91时为指令点相对于起点的位移量 3 G28指令前要求机床在通电后必须 手动 返回过一次参考点 4 使用G28指令时 必须预先取消刀补量 5 G28为非模态指令 6 自动换刀 M06 之前 必须G30此指令 2 由原点 经中间点 自动返回指定点G29格式 G29X Y其中 X Y为指令的定位终点位置 说明 1 执行G29指令时 各轴先以G00的速度快移到由前段G28指令定义的中间点位置 然后再向程序指令的目标点快速定位 通常该指令紧跟在一个G28指令之后 2 在G90时X Z为终点在工件坐标系中的坐标 在G91时为终点相对于中间点的位移量 3 G29为非模态指令 只在指令的程序段有效 10 固定循环指令在数控加工中 某些加工动作已经典型化 例如钻孔 镗孔的动作顺序是孔位平面定位 快速引进 工作进给 快速退回等 这一系列动作已经预先编好程序 存储在内存中 可用包含G代码的一个程序调用 从而简化了编程工作 这种包含了典型动作循环的G代码称为循环指令 返回 1 固定循环的动作孔加工固定循环通常由6个动作组成 如图动作1 X Y轴定位 使刀具快速定位到孔加工位置 动作2 快速移到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 在孔底的动作 包括暂停 主轴准停 刀具移位等动作 动作5 返回R点 继续孔的加工而又可以安全移动刀具时选择R点 动作6 快速返回初始点 孔加工完成后一般应选择返回初始点 返回 1 初始平面初始平面是为安全下刀而规定的一个平面 初始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 如图1 10所示初始点所在平面 当使用同一把刀具加工若干孔时 只有孔之间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完了时 图3 7才使用C98功能使刀具返回到初始平面上的初始点 否则使用G99返回R点 2 R点R点所在平面又叫R点参考面 这个平面是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面 距工件的距离圭要考虑工件表面尺寸的变化 一般可取2 5mm 使用G99时 刀具将返回到该参考面上 返回 3 孔底平面加工盲孔时 孔底平面就是孔底Z轴的高度 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 钻削加工还应考虑钻尖对孔深的影响 孔加工循环与平面选择指令 G17 G18或G19 无关 即不管选择哪个平面 孔加工都是在XY平面上定位并在Z轴方向上钻孔 固定循环的动作顺序指定应当考虑三个问题 1 坐标数据是使用绝对值还是增量值方式 2 返回点平面是选在初始点所在平面还是R点所在平面 3 考虑采用什么样的孔加工循环方式 如下面将要介绍的G73 G89等循环加工指令 返回 选择返回平面 G98 G99 由G98或G99决定刀具在返回时到达的平面如指令G98则自该程序段开始 刀具将返回到初始平面 如指令G99则返回到R点所在平面 如图3 9所示 通常加工一组相同的孔时加工第一个孔后用G99返回到R 加工最后一个孔后用G98返回到初始平面 返回 孔加工循环方式G73 G89孔加工循环方式指令一般格式如下 G73 G89XYZRQPFKX Y 平面定位点坐标值 可以用绝对值也可以用增量值 Z 指定孔底平面的位置 可以用绝对值也可以用增量值 R 指定R点所在平面的位置 可以用绝对值也可以用增量值 Q 在G73或G83方式中用来指定每次加工深度 在G76或G87方式中规定位移量 Q值一律取增量值 而与G91和G90的选择无关 返回 钻孔G81和锪孔G82程序格式 G81X Y Z R F G82X Y Z R P F G8l指令的动作循环为 X Y坐标定位 快进 工进和快速返回等动作 如图3 12所示 G82与G81动作相似 唯一不同之处是G82在孔底增加了暂停 因而适用于盲孔 锪孔或镗阶梯孔的加工 以提高孔底表面加工精度 而G81只适用于一般孔的加工 返回 攻右旋螺纹G84与左旋螺纹G741 普通攻螺纹循环程序格式 G84XY Z R F G74XY ZR F G84指令使主轴从R点至Z点时 刀具正向进给 主轴正转 到孔底时主轴反转 返回到R点平面后主轴恢复正转 G74指令使主轴攻螺纹时反转 到孔底正转 返回到R点时恢复反转 返回 2 刚性攻螺纹循环设定刚性方式 指令M29 此时 主轴停止 刚性方式有效 可以指定右旋或左旋攻螺纹循环 攻螺纹循环在下一个程序段中指定 M29为刚性攻螺纹准备辅助功能 指定G80可以清除刚性方式 其它固定循环G代码或01组G代码也可以清除刚性方式 刚性方式被关闭 此时 主轴停止 刚性方式也能用复位操作清除 复位键 但是要记住 固定循环不能用复位操作复位 指令格式 M29 G74 G84XY Z R F XY G80 返回 说明 F值根据主轴转速与螺纹螺距计算 螺距T F S 速度进给倍率开关无效 进给保持只能在该循环动作结束后执行 如果在程序段中指令暂停 则在刀具到达孔底和返回R点时先执行暂停的动作 使用刚性攻螺纹功能 机床必须有主轴编码器 返回 精镗孔G85与精镗阶梯孔G89程序格式 G85X Y Z R F G89XY ZR P F 这两种孔的加工方式 刀具是以切削进给方式加工到孔底 然后又以切削进给方式返回到R点平面 因此适用于精镗孔 G89在孔底有暂停 返回 镗孔G86程序格式 G86X Y Z R F 该指令是指刀具加工到孔底后 主轴停止 快速返回到R平面或初始平面后 主轴再重新启动 采用这种加工方式时 如果连续加工的孔问距较小可能出现刀具已经定位到下一个孔的加工位置而主轴尚未达到规定的转速 显然加工中不允许出现这种现象 为此可以在各孔动作之间加入暂停指令G04 以使主轴达到规定转速 G74与G84指令也有类似情况 应注意避免 返回 反镗孔G87程序格式 G87X YZ R Q F反镗孔动作如图3 13所示 X轴和Y轴定位后 主轴定向停止 然后向刀尖的反方向移动Q值 并快速定位到孔底 接着刀具向刀尖方向移动Q值 主轴正转 沿Z轴向上加工到Z点 这时主轴又定向停止 再次向原刀尖反方向位移Q值 然后快速移动到初始点 只能用G98 后刀尖返回一个原位移量 主轴正转 进行下一个程序段动作 采用这种循环方式时 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平面 本指令参数设定与G76相同 返回 镗孔循环G88程序格式 G88XY ZR P F 刀具到达孔底时延时 主轴停止 进入进给保持状态 在此情况下可以执行手动操作 但为了安全起见应先把刀具从孔中退出 以便再启动加工 刀具快速返回到R点或初始点 主轴正转 如图所示 返回 取消固定循环G80G80用来取消固定循环 也可用G00 G01 G02 G03取消固定循环 其效果与G80一样 应用固定循环时的注意问题 1 指定固定循环之