《数控编程与加工技术（第2版）》 课件 模块2数控铣床编程与加工技术2-3 平面图形的编程与加工技术

模块2数控铣床编程与加工技术项目2.3平面图形的编程与加工技术2.3.1平面加工技术2.3.2直线图形编程2.3.3圆弧图形编程2.3平面图形的编程与加工技术2.3.1平面加工技术1.确定进给路线的原则进给路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括工步的内容，也反映出工步顺序。确定进给路线时，要在保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量的前提下，力求计算容易，走刀路线短，空刀时间少。进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有关。具体地说，确定进给路线主要考虑以下几个方面：2.3平面图形的编程与加工技术1）应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高。2）应使数值的计算简单，以减少编程工作量。3）铣削零件表面时，要正确选用铣削方式。4）应使加工路线最短，减少程序段和空刀时间，以减少加工时间。5）铣轮廓曲线时应使刀具以圆弧的方式切入和离开工件。6）先加工外轮廓，后加工内轮廓。2.3平面图形的编程与加工技术2.平面铣削工艺路径当铣削平面的宽度大于铣刀（面铣刀或立铣刀）直径时，一次进给不能完成全部平面的加工，要进行多次进给，进给路径一般有单相平行切削路径、往复平行切削路径、环切切削路径三种。2.3平面图形的编程与加工技术3.铣削曲面的进给路线处理曲面轮廓的加工工艺比平面轮廓复杂得多，要根据曲面形状、刀具形状以及零件的精度要求，选择合理的进给路线。加工曲面时，常用球头刀采用直线行切法、曲线行切法、环切法等三种方法进行加工。2.3平面图形的编程与加工技术4.FANUC数控系统常用功能（1）准备功能2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术（2）辅助功能数控铣床辅助功能也称为M功能或M指令，它是指令机床做一些些辅助动作的代码。辅助功能有两类型，辅助功能M代码用于指定主轴起动，主轴停止，程序结束等等。而第二辅助功能B代码，用于指定分度工作台定位。数控铣床所用的辅助功能指令与数控车床基本相同，这里不再介绍。2.3平面图形的编程与加工技术5.选择工件坐标系(零点偏移)指令G54～G59批量加工工件时，通常使用与机床参考点位置固定的绝对工件坐标系，分别通过坐标系偏置G54～G59这6个指令来选择调用对应的工件坐标系。这6个工件坐标系是通过运行程序前，输入每个工件坐标系的原点到机床参考点的偏置值而建立的。如图3-55所示，用CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系：G54：X-50.0Y-50.0Z-10.0；G55：X-100.0Y-100.0Z-20.0；2.3平面图形的编程与加工技术5.选择工件坐标系(零点偏移)指令G54～G59批量加工工件时，通常使用与机床参考点位置固定的绝对工件坐标系，分别通过坐标系偏置G54～G59这6个指令来选择调用对应的工件坐标系。这6个工件坐标系是通过运行程序前，输入每个工件坐标系的原点到机床参考点的偏置值而建立的。2.3平面图形的编程与加工技术说明：1）如果在工作台上同时加工多个相同零件或不同的零件，它们都有各自的尺寸基准，在编程过程中，有时为了避免尺寸计算，可以建立6个工件坐标系，其坐标原点设在便于编程的某一固定点上，当加工某个零件时，只要选择相应的工件坐标系编制加工程序。2）G54～G59和G92指令都是设定工件坐标系的，但G92指令所设定的工件原点与当前刀具所处的位置有关。G54～G59设定的工件原点在机床坐标系中的位置是不变的，在系统断电后也不破坏，再次开机后仍有效，并与刀具的当前位置无关。2.3平面图形的编程与加工技术3）利用G92指令建立工件坐标系，需要在加工零件前，操作者在程序段中给出预置寄存的坐标数据；而利用G54～G59指令建立工件坐标系，是通过CRT/MDI操作面板在设置参数下设定实现的。操作者在安装工件后，测量工件原点相对于机床原点的偏移量，并把工件坐标系在各轴方向上相对于机床坐标系的位置便移量写入工件在坐标偏置储存器中，在执行程序时,就可以按工件坐标系中的坐标值来运动了。4）使用G54～G59指令设置工件坐标系时，就不能再用G92指令，否则原来的坐标系和加工坐标系将平移。2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：如图所示，用CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系：G54：X-50.0Y-50.0Z-10.0；G55：X-100.0Y-100.0Z-20.0；2.3平面图形的编程与加工技术6.绝对编程指令G90和增量编程指令G91绝对值编程指定运动终点在当前坐标系中的坐标值，是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法。采用绝对值编程时，首先要指出编程原点的位置。绝对编程指令G90编入程序时，其后所有编入的坐标值均以编程原点为基准。在编程时一般采用绝对值编程。增量值编程指定各轴运动的距离和方向，是根据前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法，即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。增量编程指令G91编入程序时，以后所有编入的坐标值均以前一个坐标位置作为起始点来计算运动的位置矢量。2.3平面图形的编程与加工技术7.快速点定位指令G00G00指令是命令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到目标位置，它是快速定位，没有运动轨迹要求。G00指令是摸态指令，其指令格式：G00XY__Z__；说明：1）“X

Y__Z__”代表目标点的坐标值。用绝对值指令G90时，是终点在工件坐标系中的坐标值；用增量值指令G91时，是刀具移动的距离。“；”代表一个程序段的结束。2.3平面图形的编程与加工技术2）该指令所作的就是使刀具以高速率移动到“X

Y__Z__”指定的位置，被指令的各轴之间的运动互不相关，也就是说刀具移动的轨迹不一定是一条直线。所以，在使用G00指令时要注意刀具是否和工件及夹具发生干涉，以免发生意外。3）G00指令下，快速倍率为100%时，X、Y、Z各轴的运动速度均不受当前F值的控制。当各轴运动到达运动终点并发出位置到达信号后，CNC认为该程序段已经结束，并转向下一程序段。2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：如图所示，使用G90和G91指令编程。要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点。2.3平面图形的编程与加工技术1）G90方式编程：N10M03S650；N20G54G90G00X20.0Y15.0；N30X40.0Y50.0N40X60.0Y25.0；N50M30；2）G91指令编程：N10M03S650；N20G54G91G00X20.0Y15.0；N30X20.0Y30.0；N40X20.0Y-20.0；N50M30；2.3平面图形的编程与加工技术7.直线插补指令G01G01指令是命令刀具在两坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动。G01指令是摸态指令，其指令格式：G01XY__Z__F；说明：1）G01指令使刀具按地址F下编程的进给速度从当前位置移动到程序段指令的终点。2）“X

Y__Z__”代表目标点的坐标值。用绝对值指令G90时，是终点在工件坐标系中的坐标值；用增量值G91编程时，是刀具移动的距离。2.3平面图形的编程与加工技术3）“F

”为合成进给速度（进给量），当两个坐标轴同时移动时，为两轴的合成速度。当程序中使用指令“G94”时，进给速度的单位为mm/min（每分进给方式）；使用指令“G95”时，进给速度的单位是mm/r（每转进给方式）。如图所示，使用G01指令编程，要求刀具从A点线性进给到B点。采用G90指令编程：G90G01X100.0Y55.0F100；采用G91指令编程：G91G01X75.0Y30.0F100；2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：如图所示路径，要求用G01编程，坐标系原点O是程序起始点，要求刀具中心由O点快速移动到A点，然后沿AB、BC、CD、DA实现直线插补，再由A点快速返回程序起始点O，请用G01指令编写相应的程序段。2.3平面图形的编程与加工技术1）按绝对坐标指令G90编程：N10M03S600；N20G90G54G00X10.0Y12.0；N30G01Y28.0F100；N40X42.0；N50Y12.0；N60X10.0；N70G00X0Y0；N80M30；2.3平面图形的编程与加工技术2）按增量坐标指令G91编程：N10S600M03；N20G91G54G00X10.0Y12.0；N30G01Y16.0F100；N40X32.0；N50Y-16.0；N60X-32.0；N70G00X-10.0Y-12.0；N80M30；2.3平面图形的编程与加工技术例2-1采用

16mm立铣刀加工如图所示零件，已知毛坯为55mm×45mm×15mm六方体，材料为硬铝。要求在数控铣床上加工3个台阶面，编写数控加工程序。2.3平面图形的编程与加工技术1.工艺分析1）加工路线为：铣上表面去掉1mm余量→铣第二个台阶→铣第三个台阶。2）该零件要加工的部位为中小平面，采用

16mm立铣刀加工，由于硬铝切削性能良好，3个台阶面精度要求不高，主轴转速取400r/min，进给速度取200mm/min，切削深度从上到下依次取1mm、3mm、2mm。毛坯为规则六方体，采用平口钳装夹，走刀切削进给方向为X方向往复切削，使进给方向垂直于钳口，将零件装到平口钳上时，应在毛坯下垫两块等高平行垫铁，并使毛坯高出钳口7～9mm。2.3平面图形的编程与加工技术2.计算各基点坐标2.3平面图形的编程与加工技术3.编制程序2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术1.选择机床坐标系指令G53当刀具要移动到机床坐标系的某一点时，则使用该指令。其指令格式：G90G53X__Y__Z__；说明：1）G53是非模态指令，它仅在指定机床坐标系的程序段有效。2）G53在绝对坐标指令G90模态下有效，在增量坐标指令G91模态下无效。3）X、Y、Z为刀具在机床坐标系中的坐标值。3.3.2直线图形编程2.3平面图形的编程与加工技术编程举例：G90G53X-100.0Y-100.0Z-20.0；执行完该程序段指令之后，刀具在机床坐标系中的位置如图所示。2.3平面图形的编程与加工技术2.建立工件坐标系指令G92工件坐标系的原点与机床坐标系的原点（机床原点）之间的距离用G92（EIA代码中用G50）指令进行设定，即确定起刀点与工件坐标系原点的相对距离，也就是确定刀具起始点的坐标值，并把这个设定值存于程序存储器中，作为零件所有加工尺寸的基准点。其指令格式：G92X__Y__Z__；2.3平面图形的编程与加工技术说明：1）G92指令的作用是将工件坐标系原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上，X、Y、Z指令后的坐标值实质上就是当前刀具在所设定的工件坐标系中的坐标值。2）G92指令与数控车床坐标系设定指令G50相同，当刀具起始点的位置发生变化时，工件坐标系原点的位置也会随之发生变化。3）工件坐标系建立后，一般不能将机床锁定后测试运行程序。4）用G92指令建立工件坐标系后，如果关机，建立的工件坐标系将丢失，重新开机后必须再次对刀以建立工件坐标系。2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：加工开始前，把刀具置于一个合适的起始点，其程序为：G92X20.0Y10.0Z10.0；则建立了如图所示的工件坐标系。2.3平面图形的编程与加工技术3.局部坐标系指令G52在工件坐标系中编制程序时，为方便编程，可以在工件坐标系中设置子坐标系。坐标系又称为局部坐标系。其编程格式：G52X__Y__Z__；（设定局部坐标系）……G52X0Y0Z0；（取消局部坐标系）2.3平面图形的编程与加工技术说明：1）用G52X__Y__Z__指令可以在工件坐标系G54～G59中设定局部坐标系。X、Y、Z为局部坐标系原点在工件坐标系中的坐标值。G52中没有指定的坐标原点不变。2）在局部坐标系设定后，以绝对值方式（G90）编程的坐标值是在此局部坐标系中的坐标值，系统界面显示的绝对坐标值也是局部坐标系中的坐标值。3）G52指令为非模态指令，但其设定的局部坐标系在被取代或注销前一直有效。G52暂时清除刀具半径补偿中的偏置。2.3平面图形的编程与加工技术4）设定局部坐标系后，工件坐标系和机床坐标系保持不变。在工件坐标系中指定局部坐标系新的零点，可以改变局部坐标系。指定新的局部坐标系时不需要取消原来的局部坐标系，但在指定新的坐标系时，其指令G52X__Y__Z__中的X__Y__Z__值是原来工件坐标系下的坐标值，而不是上一个局部坐标系下的坐标值。5）为了取消局部坐标系并在工件坐标系中指定坐标值，应使用局部坐标系取消指令，使局部坐标系零点与工件坐标系零点一致。当一个轴用手动返回参考点功能返回参考点时，该轴的局部坐标系零点与工件坐标系零点一致（局部坐标取消）。2.3平面图形的编程与加工技术4.尺寸单位选择指令G20和G21编程指令：G20（G21）；说明：1）G20指令为英制输入；G21指令为公制输入，接通电源时，默认为公制输入。2）G20、G21彼此可以互相注销。2.3平面图形的编程与加工技术5.坐标平面的选择指令G17、G18、G19G17指令表示在XY平面内加工，G18指令表示在XZ平面内加工，G19指令表示在YZ平面内加工。G17、G18、G19指令为模态指令，可相互注销，G17指令是系统默认指令。2.3平面图形的编程与加工技术6.刀具长度补偿指令G43、G44、G49刀具长度补偿功能，是指当使用不同规格的刀具或刀具磨损后，可通过刀具长度补偿指令补偿刀具长度尺寸的变化，而不必修改程序或重新对刀，达到加工要求。刀具长度补偿指令G43、G44、G49的指令格式：G01（G00）G43Z__H__；刀具长度正补偿G01（G00）G44Z__H__；刀具长度负补偿G01（G00）G49Z__；刀具长度补偿取消其中Z为程序中的指令值；H为偏置号，H代码为刀具长度偏移量的存储器地址，H00～H99共100个，偏移量用MDI方式输入，偏移量与偏置号一一对应。2.3平面图形的编程与加工技术说明：1）G43为刀具正向长度补偿：Z轴的实际坐标值=Z轴的指令坐标+长度补偿值G44为刀具负向长度补偿：Z轴的实际坐标值=Z轴的指令坐标-长度补偿值Z为程序中的指令值；H为偏置号，H代码为刀具长度偏移量的存储器地址，后面带两位数字表示补偿号，H00～H99共100个，其中H00表示取消刀具长度补偿值，偏移量用MDI方式输入，偏移量与偏置号一一对应；G49为取消刀具长度补偿。不管选择的是绝对坐标值还是增量值，补偿后的坐标值表示补偿后的终点位置坐标。2.3平面图形的编程与加工技术2）在G17指令情况下，刀具补偿G43和G44是指用于Z轴的补偿。同理，在G18指令情况下，对Y轴补偿；在G19情况下，对X轴补偿。3）在设置补偿值时，使用（+/-）号。如果改变了（+/-）号，G43和G44在执行时会反向操作。4）G43、G44是模态指令，它们一直有效，直到指定同组的G代码为止。G43、G44、G49指令本身不能产生运动，刀具长度补偿值不能生效。长度补偿的建立与取消必须与G00（或G01）指令同时使用，且在Z轴方向上的位移量不为零。2.3平面图形的编程与加工技术5）刀具长度补偿输入时，按偏置键OFFSET/SETTING键，调出刀具补偿界面，并输入到刀补的相应位置。补偿值的确定一般有两种情况：一是有机外对刀仪时，以主轴轴端中心为对刀基准点，以刀具伸出轴端的长度作为H中的偏置量；二是无机外对刀仪时，若以标准刀的刀位点作为对刀基准，则刀具与标准刀的长度差值作为其偏置量。该值可以为正，也可以为负。6）有了刀具长度偏置功能，当加工中刀具因磨损、重磨、换新刀而长度发生变化时，不必修改程序中的坐标值，只需修改存放在寄存器中的刀具长度偏置值。2.3平面图形的编程与加工技术例2-1用φ6mm的铣刀铣削如图3-68所示的“X”、“Y”、“Z”三个字母，深度为1mm，已知所用刀具比标准对刀柄短10mm，试编写加工程序。2.3平面图形的编程与加工技术如图所示各基点的坐标值见表。2.3平面图形的编程与加工技术参考程序见表2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术1.返回参考点检查指令G27该指令用于加工过程中，检查是否准确地返回参考点。其指令格式：G27X__；X向参考点校验G27Z__；Z向参考点校验G27X__Y__Z__；参考点校验说明：1）该指令用于检查机床是否能准确返回参考点。为了提高数控机床加工的可靠性及保证零件的加工精度，可用G27指令来检查工件原点的正确性。2.3.3圆弧图形编程2.3平面图形的编程与加工技术2）执行G27指令的前提是机床在通电后必须返回过一次参考点（手动返回或用G28指令返回）。当执行G27指令后，返回各轴参考点指示灯分别点亮。在取消刀具补偿功能（用G40或G49）后，才能使用G27指令。3）若不要求每次执行程序时，都执行返回参考点的操作，应在该指令前加上“/”（程序跳转），以便在不需要检查时，跳过该程序段。4）若希望执行该程序段后让程序停止，应在该程序段后加上M00或M01指令，否则程序将不停止而继续执行后面的程序段。5）X、Y、Z分别代表参考点在工件坐标系中的坐标值。2.3平面图形的编程与加工技术2.返回参考点指令G28该指令可使刀具从当前点位置以快速定位方式经过中间点回到参考点。当返回参考点完成时，表示返回完成的指示灯亮。其指令格式：G28X__；X向回参考点G28Z__；Z向回参考点G28X__Y__Z__；主轴回参考点2.3平面图形的编程与加工技术说明：1）X、Y、Z坐标设定值为回参考点时经过的中间点（不是机床参考点），此中间点不能超过参考点，指定该点可以以绝对值（G90）方式，也可以以增量值（G91）方式，取决于当前的模态。在G90时为中间点在工件坐标系中的坐标；在G91时为中间点相对于起点的位移量。指定中间点的目的是使刀具沿着一条安全的路径返回参考点。2）系统在执行G28X__Y__Z__；时，先使所有的编程轴都快速定位到中间点，然后再从中间点到达参考点。2.3平面图形的编程与加工技术3）G28指令一般用于自动换刀或者消除机械误差，所以使用G28指令时，应取消刀具半径补偿和刀具长度补偿。该指令也用于整个程序加工结束后使工件移出加工区，以便卸下加工完毕的工件并装夹待加工零件。4）在G28的程序段中不仅产生坐标轴移动指令，而且记忆了中间点坐标值，以供G29使用。5）G28指令仅在其被规定的程序段中有效（非模态）。6）在加工中心换刀之前，通常可用G28指令将主轴从当前位置返回参考点，实现定点换刀，其程序如下：G91G28Z0；G28X0Y0；……；2.3平面图形的编程与加工技术3.从参考点返回指令G29该指令可使刀具从参考点以快速定位方式经过中间点返回指定点，如图所示。其指令格式：G29X__Y__Z__；2.3平面图形的编程与加工技术4.从第2、3、4参考点返回指令G30该指令可使刀具由所在位置经过中间点回到参考点。与G28类似，差别在于G28是回归第一参考点，而G30是返回第2、3、4参考点。其指令格式为：G30P2X__Y__Z__；第二参考点返回，P2可省略G30P3X__Y__Z__；第三参考点返回G30P4X__Y__Z__；第四参考点返回2.3平面图形的编程与加工技术5.圆弧插补指令G02/G03G02、G03使刀具按给定进给速度沿圆弧方向进行切削加工，G02/G03指令是摸态指令，其指令格式：2.3平面图形的编程与加工技术说明：1）G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。X,Y,Z为圆弧终点的坐标，在G90时为圆弧终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。F为进给速度。2）第一种格式是用圆心相对于起点的位置进行编程，I、J、K为圆心相对于圆弧起点的偏移值，即圆心的坐标减去圆弧起点的坐标。I为圆心相对于起点的坐标在X轴上的分量，J为圆心相对于起点的坐标在Y轴上的分量，K为圆心相对于起点的坐标在Z轴上的分量，如图3-58所示。2.3平面图形的编程与加工技术3）第二种格式是用圆弧半径R进行编程，当圆弧圆心角小于180°时，R为正值，否则R为负值。2.3平面图形的编程与加工技术4）G02/G03指令方向的判别，是从不在圆弧平面的坐标轴正方向往负方向看，顺时针用G02指令，逆时针用G03指令，它们在各坐标平面内的方向判断如图3-61所示。5）圆弧插补是按照切削速度进刀的；圆弧插补自动过象限，过象限时自动进行反向间隙补偿。2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：如图所示，使用G02对劣弧a和优弧b编程。劣弧a的四种编程方法：G90G02X0.0Y30.0R30.0F100；G90G02X0.0Y30.0I30.0J0.0F100；G91G02X30.0Y30.0R30.0F100；G91G02X30.0Y30.0I30.0J0.0F100；优弧b的四种编程方法：G90G02X0.0Y30.0R-30.0F100；G90G02X0.0Y30.0I0.0J30.0F100；G91G02X30.0Y30.0R-30.0F100；G91G02X30.0Y30.0I0.0J30.0F100；2.3平面图形的编程与加工技术2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：如图所示，使用G02/G03对整圆编程。从A点顺时针转一周：G90G02X30.0Y0.0I-30.0J0.0F100；G91G02X0.0Y0.0I-30.0J0.0F100；从B点逆时针转一周：G90G03X0.0Y-30.0I0.0J30.0F100；G91G03X0.0Y0.0I0.0J30.0F100；2.3平面图形的编程与加工技术编程示例：根据如图所示走刀路线，用所学指令编写加工程序。2.3平面图形的编程与加工技术N10M03S600；N20G90G54G00X20.0Y15.0；N30G01Y80.0F100；N40G01X60.0；N50G02X80.0Y60.0R20.0F100；N60G01Y15.0；N70X70.0；N80Y60.0；N90G03X50.0R10.0F100；N100