第八章 加工中心的编程

第8章加工中心的编程重点内容：数控加工中心的编程坐标系；机床参考点；数控加工中心的基本编程方法。一般理解与掌握的内容有：数控加工中心的结构组成，数控加工中心的加工特点，用户宏的应用。

8.1加工中心8.1.1概述加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工作各加工表面自动进行铣（车）、钻、扩、铰、镗、攻螺纹等多种工序的加工；应用：加工凸轮、箱体、支架、盖板、模具等各种复杂型面的零件除换刀程序外，加工中心的编程方法与加工中心相似。加工中心的加工工艺加工中心的主要加工对象一、既有平面又有孔系的零件箱体类零件、盘、套、板类零件二、结构形状复杂，普通机床难加工的零件凸轮类（盘形、圆柱形、圆锥形、端面凸轮）叶轮、模具三、异形零件支架、拨叉四、新产品试制8.1.2自动换刀装置用途：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带刀库的自动装置（由刀库和机械手组成）2.刀库的形式刀库有鼓轮式和链式刀库两种8.1.2自动换刀装置换刀过程（由选刀和换刀两部分组成）选刀即是刀库按照选刀命令（或信息）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；换刀即是把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。4．刀具的选择方法数控机床常用的选刀方式有顺序选刀方式和任选方式两种。顺序选刀方式是将加工所需要的刀具，按照预先确定的加工顺序依次安装在刀座中，换刀时，刀库按顺序转位。这种方式的控制及刀库运动简单，但刀库中刀具排列的顺序不能错。任选方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。它可分为刀具编码和刀座编码两种方式8.2加工中心编程基础8.2.1数控系统的功能1．准备功能G代码请参阅8-1节表8-3。2．辅助功能M代码:请参阅8-1节表8-33．F,S,T,D/H功能关于F,S,T功能请参阅8-1节。H为刀具长度补偿量代码，表示刀具长度补偿存储器地址。D为刀具半径补偿量代码，表示刀具半径补偿存储器地址8.2.2工作坐标系和参考点1．工件坐标系一个零件根据需要可建立1一6个坐标系。(1)坐标轴(2)坐标原点2．参考点参考点是机床上一固定点，也称机床零点，与加工程序无关，XHK716机床指定X轴负向、Y轴正向、Z轴正向的极限点为参考点。8.3基本编程方法1．建立工作坐标系G92指令2．变更工件坐标系G10指令3．存储行程极限G22,G23指令避免程序错误造成刀具与机床部件或其它附件相撞.两种行程极限:由机床行程范围决定的最大行程范围，另一种行程极限的限制区可以用参数设定，用G22指令来指定，用G23指令来取消。行程极限上限行程极限下限点4．补偿功能刀具长度补偿G43、G44指令刀具半径补偿G41、G42、G40指令刀具位置偏移G45一G48指令G45一G48指令可以使程序中被指令轴的位移量沿其移动方向扩大或缩小一倍或两倍偏置量。G45扩大一个偏置量（沿指令轴移动方向）G46缩小一个偏置量（沿指令轴移动方向）G47扩大两倍偏置量（沿指令轴移动方向）G48缩小两倍偏置量（沿指令轴移动方向）偏置量用H或D代码设定，4.1刀具长度正补偿G43指令、刀具长度负补偿G44指令和取消刀具长度补偿G49指令当刀具磨损时，可在程序中使用刀具补偿指令补偿刀具尺寸的变化，而不必重新调整刀具和重新对刀。在G17的情况下，刀具补偿G43和G44只用于Z轴的补偿，而对X轴和Y轴无效。格式中的z值是指程序中的指令值。H为补偿功能代号，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址字。1)刀具半径左补偿G41指令和刀具半径右补偿G42指令格式中的X和Y表示刀具移至终点时，轮廓曲线（编程轨迹）上点的坐标值；H为刀具半径补偿寄存器地址字，在寄存器中存有刀具半径补偿值。设置刀具补偿量操作者只需用面板上的光标键(CURSOR)，将光标移至所选的偏置号上，键入刀具补偿值，将其输入到偏置号后面的偏移量（OFFSETDATA）位置上即可。为了保证刀具从无半径补偿运动到所希望的刀具半径补偿始点须用一直线程序段G00或G01指令来建立刀具半径补偿。直线情况时（图5-11）圆弧情况时（图5-12）2)取消刀具半径补偿G40指令3)偏移状态的转换4）刀具偏移量的改变，5)偏移量正负与刀具中心轨迹的位置关系：G41和G42可以互相取代G41+-G42+-6)拐角偏移圆弧插补G39指令(1)对于刀具半径补偿C功能

CNC系统可以自动实现零件廓形各种拐角组合形式的折线型尖角过渡。注意事项：在G41或G42至G40指令程序段之间的程序段不能有任何一个刀具不移动的指令出现；在XY平面中执行刀具半径补偿时，也不能出现连续两个Z轴移动的指令，否则G41或G42指令无效。在使用G41或G42指令的程序段中只能用G00或G01指令．不能用G02或G03指令。在实际应用中很少像上例那样使用G45-G48指令，因为它不如G41、G42指令简便。通常G45-G48指令用于程序零点至参考点的距离不确定的情况，这样可避免修改程序，而只需更改偏置量即可.如图6-8所示，(H01)=150mm，(H02)=200mm，加工程序为：G91G45X0H01(或G91G00X150.0)G46Y0H02；(或G00Y-200.0)5.返回参考点校验G27指令、自动返回参考点G28指令和从参考点返回G29指令请参阅5．3节。8.准停检验G09指令含有G09指令的程序段在终点处进给速度减速到零，然后再执行下一程序段，用此指令可使加工零件在尖角处形成尖锐的棱角。

G09为非模态指令，仅在所在程序段有效7．极坐标指令G15极坐标系指令取消；

G16极坐标系指令,(1)指定XY平面G17时，+X轴为极轴，程序中坐标字X指令极径，Y指令极角。(2)指定ZX平面G18时，+Z轴为极轴，程序中坐标字Z指令极径，X指令极角。(3)指定YZ平面G19时，+Y轴为极轴，程序中坐标字Y指令极径,Z指令极角。如图6一9所示钻孔循环N1G17G90G16N2G81X100.0Y30.0Z-20.0；

R-5.0F200.0；N3X100.0Y150.0N4X100.0Y270.0N5G15G801）G53指令（G90)G53X＿Y＿Z＿机床坐标系是机床固有的坐标系，由机床来确定。当执行该指令时，刀具移到机床坐标系中坐标值为x.y.Z的点上。G53是非模态指令，仅在它所在的程序段中和绝对值指令G90时有效；在增量值指令G91时无效。12．机床坐标系选择G53指令和加工坐标系选择G54一G59指令当刀具要移动到机床上某一预选点（如换刀点）时，则使用该指令。注意，当执行G53指令时，应取消刀具半径补偿、刀具长度补偿、刀具位置偏置，机床坐标系必须在G53指令执行前建立，即在电源接通后，至少回过一次参考点（手动或自动）。2）G54一G59指令若在工作台上同时加工多个相同零件时，可以设定不同的程序零点。G54一G59指令可使其后的坐标值视为用加工坐标系1一6表示的绝对坐标值。加工坐标系设定：一这6个加工坐标系程序零点的位置可通过在程序中编入变更加工坐标系G10指令来设定；也可直接在CRT/MDI操作面板上用OFFSET来设定，即将程序零点相对于机床坐标系的坐标值（零点偏移值）置入相应项中即可。在使用G54一G59加工坐标系时，就不再用G92指令；若再用G92指令时，原来的坐标系统和加工坐标系将平移，产生一个新的工件坐标系。13.加工坐标系偏移6个加工坐标系可用一个指定值（外部工件零点偏移值）实现坐标系偏移，见图5—25。外部工件零点偏移值EXOFS可用下述三种方法改变：(1)直接在CRT/MDI操作面板上输入零点偏移值。(2)在程序中编入变更加工坐标系G10指令。

G10L2P＿X＿Y＿Z＿(3)外部加工坐标系偏移G52指令

G52X＿Y＿Z＿14．固定循环指令1)固定循环常由6个动作顺序组成（图5—26)2）定位平面及钻孔轴选择定位平面决定于平面选择指令G17、G18,G19；其相应的钻孔轴分别平行于Z轴、Y轴和X轴。对于立式加工中心，定位平面只能是XY平面，钻孔轴平行于Z轴。它与平面选择指令无关。下面只讨论立式铣床固定循环指令。3)固定循环指令格式其中，GXX为孔加工方式，对应于固定循环指令；X、Y为孔位数据；Z、R、Q、P、F为孔加工数据；L为重复次数。(1)孔加工方式(2)孔位数据X、Y刀具以快速进给的方式到达（X、Y）点(3)返回点平面选择G98指令返回到初始平面B点，G99指令返回到R点平面。见图5一27。(4)孔加工数上述孔加工数据，不一定全部都写，根据需要可省去若干地址和数据。固定循环指令是模态指令，一旦指定，就一直保持有效，直到用G80撤消指令为止：此外，G00,G01,G02,G03也起撤消固定循环指令的作用。例如，要钻出孔位在(50,30)、(60,10)、(-10,10)的孔，孔深为Z=20.0mm，程序如下：例如，要钻出孔位在(50,30)、(60,10)、(-10,10)的孔，孔深为Z=20.0mm，程序如下：4)各种孔加工方式说明(1)G73高速深孔钻削见图5—29。(2)G74左旋攻螺纹(3)G76精镗P表示暂停；OSS表示主轴定向停止；表示刀具移动。刀具的偏移量由地址Q来规定(5)G82钻孔、镗孔该指令使刀具在孔底暂停，暂停时间用P来指定。(6)G83深孔钻削G83与G73的区别是：G83指令在每次进刀q距离后返回R点，这样对深孔钻削时排屑有利。(7)G84右旋攻螺纹G84指令和G74指令中的主轴旋向相反，其它均与G74指令相同。(8)G85镗孔(9)G86镗孔该指令在E点使主轴停止，然后快速返回原点或R点。(10）G87镗孔／反镗根据参数设定值的不同，可有固定循环1和2两种不同的动作。固定循环1见图5-37，固定循环2见图5-38。(11)G88镗孔G88——镗孔。如图所示，加工到孔底后暂停，主轴停止转动，自动转换为手动状态，用手动将刀具从孔中退出到返回点平面后，主轴正转，再转入下一个程序段自动加工。(12)G89镗孔G89-----镗孔。此指令与G86相同。但在孔底有暂停。在使用固定循环指令前，必须使用M03或M04指令启动主轴；在程序格式段中，X、Y、Z或R指令数据应至少有一个才能进行孔的加工；在使用带控制主轴回转的固定循环(如G74、G84、G86等)中，如果连续加工的孔间距较小，或初始平面到R平面的距离比较短时，会出现进入孔正式加工前，主轴转速还没有达到正常的转速的情况，影响加工效果。因此，遇到这种情况，应在各孔加工动作间插入G04指令，以获得时间，让主轴能恢复到正常的转速。5）重复固定循环可用地址L规定重复次数。例如可用来加工等距孔。L最大值为9999，L只在其存在的程序段中有效。例如，钻削图5一41中的五个孔，加工程序为：6)固定循环注意事项(1)指固定循环前，必须用M代码规定主轴转动.(2)在固定循环方式中，其程序段必须有x、y、z轴(包括R)的位置数据，否则不执行固定循环。(3)撤消固定循环指令除了G80外，G00,G01,G02,G03也能起撤消作用。(4)在固定循环方式中，刀具偏移指令(G45一G48)不起作用。(5)固定循环方式中，G43、G44仍起刀具长度补偿作用。刀具长度补偿及固定循环指令应用举例：刀具长度补偿及固定循环指令应用举例：15．子程序1)调用子程序M98指令

M98PXXXX

格式中XXXX为重复调用子程序的次数;P为要调用的子程序号。如图5一43所示，主程序可以调用两重子程序，即主程序调用一个子程序，而子程序又可以调用另一个子程序。2）子程序的格式 0（或：）XXXX ……M99其中O(或：)为子程序号，表示子程序开始；O是EIA代码，：是ISO代码。M99指令为子程序结束，并返回主程序M98P＿的下一程序段，继续执行主程序。3)M99的其它用法(1)若子程序结束用指令“M99P＿”时，表示执行完子程序后，返回主程序中由P指定的程序段。(2)若在主程序中插入“M99”程序段，则执行完该指令后，将返回主程序起点。(3)若在主程序中插入“M99P＿”程序段，则执行完该程序段后，将返回程序中地址P指定的程序段。5．4加工中心编程要点及举例1．切削条件选择切削条件选择是编程人员必须考虑的重要问题之一。影响切削条件的因素有：工艺系统的刚性，工件的尺寸精度、形位精度及表面质量、刀具耐用度及工件生产纲领、切削液，切削用量（表5一3、表5一4,表5一5）。2．工艺分析与刀具切削路径工艺分析是决定工艺路线的重要根据。工艺分析的顺序如下：(1)分析零件图。(2)将同一刀具的加工部位分类。(3)按零件结构特点选择程序零点。(4)列出使用的刀具表、程序分析表。(5)模拟或试车并修正。3．编程要点(1)了解数控系统功能及机床规格。(2)熟悉加工顺序。(3)合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液。(4)编程尽量使用子程序及宏指令。(5)注意小数点的使用。(6)程序零点要选择在易计算的确定位置。(7)换刀点选择在无换刀干涉的位置。4．编程举例例：如图8一44所示。立铣刀直径20mm，程序见表8一604008．螺旋切削9．假想轴切削如果设定螺旋切削中圆弧插补平面的某一个坐标轴为假想轴，则刀具在执行螺旋切削时，只沿另外两坐标轴移动，形成正铉函数曲线轨迹，而在假想轴方向，刀具并不移动。

G07X(或Y,Z)0；设定X(或Y、Z)轴为假想轴。

G07X(或Y,Z)1；假想轴取消10．螺纹切削G33 G33X＿Z＿F＿Q＿螺纹导程用F直接指令；Q指令螺纹切削开始角度（00-3600），对锥螺纹，其斜角。在450以下时，螺纹导程以Z轴方向的值指令；450以上至900时，以X轴方向的值指令。圆柱螺纹切削时，X指令省略，格式为：

G33Z＿F＿Q＿N主轴定向退刀11．缩放比例 G51I＿J＿K＿P＿i、j、k值为缩放比例中心的坐标值，P为倍率。G50指令取消缩放比例。如图6一14所示，12．坐标系旋转G17G68X＿Y＿R＿G18G68X＿Y＿R＿G19G68Y＿Z＿R＿见图6-15，X,Y,Z指令旋转中心的坐标值，R指令旋转角度，通常系统设定用绝对值指令，逆时针方向旋转为正，顺时针方向为负，G69指令旋转坐标系取消。8.4加工中心编程要点及举例8.4.1编程要点除换刀程序外，加工中心的编程方法和普通加工中心相同不同的数控机床，其换刀程序是不同的，通常选刀和换刀分开进行:换刀动作必须在主轴停转条件下进行。选刀动作可与机床的加工动作重合起来，换刀M06指令必须安排在用新刀具进行加工的程序段之前，而下一个选刀指令TXX常紧接安排在这次换刀指令之后。“换刀点”位置，换刀程序可采用两种方法设计例1：

1．分析图样，选择加工内容

该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由图可知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。2、选择加工中心

由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用国产XH714型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台尺寸为400mmx800mm，x轴行程为600mm，y轴行程为400mm，z轴行程为400mm,主轴至工作台台面距离为125—525mm，定位精度和重复定位精度分别为0．02mm和0．01mm，刀库