第4章 数控铣床的编程与.ppt

1、第4章 数控铣床的编程与操作,数控铣是数控技术的典型应用，数控铣的编程指令和方法非常丰富 本章以三轴数控铣床为对象介绍数控铣的加工指令、循环指令和简化编程的指令，并通过实例介绍适用的编程技巧，使读者掌握完整的手工编程方法，为解决更复杂的铣削加工问题建立基础。 华中世纪星数控铣床功能与操作方法,4.1 数控铣床程序的编制特点,铣削是机械加工最常用的方法之一，它包括轮廓铣削和平面铣削。 使用数控铣床的目的在于解决复杂的和难以加工工件的加工问题，或是把一些普通机床可以加工、但效率不高的工件采用数控铣床加工，以提高加工效率。 两坐标联动数控铣床用于加工平面零件轮廓，三坐标以上的数控铣床用于复杂工件的立

2、体轮廓加工。 数控铣床的数控系统有多种插补方法，一般都具有直线插补和圆弧插补功能。有的还具有抛物线插补、螺旋线插补等插补功能。编程时要充分选用这些功能，提高加工精度和效率。 程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿、刀具半径补偿、刀具长度补偿和固定循环、对称加工等多种任选功能。 直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理一般比较简单。非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削的数学处理比较复杂，一般要采用计算机辅助计算和自动编程。,4.2 数控铣床的程序指令,4.2.1 加工准备类指令 1.准备功能G指令 华中HNC-21M型数控系统G功能指令如表4.1所示。 2.辅助功能M代码 华中HNC

3、-21M型数控系统M指令功能如表4.2所示。,（1）程序结束指令M02、M30 M02和M30是程序结束指令，他们编在程序的最后一个程序段中（二者任选其一）。当程序运行到M02、M30指令时，机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束，并使系统复位。 M30指令还兼有控制返回到零件程序头（%）的作用，所以使用M30的程序段结束后，若再次按循环启动键，将从程序的第一段重新执行。而使用M02的程序段结束后，若要重新执行该程序就得再进行调用。 M02、M30为非模态后作用M功能。,（2）主轴控制指令M03、M04、M05 M03启动主轴以程序中编制的主轴速度顺时针方向（从Z轴正向向Z轴负向看）旋转。

4、 M04启动主轴以程序中编制的主轴速度逆时针方向（从Z轴正向向Z轴负向看）旋转。 M05使用主轴停止旋转。 M03、M04为模态、前作用M功能。M05为非模态、后作用M功能，M05为缺省功能。 M03、M04、M05可相互注销。 （3）换刀指令M06 M06功能用于加工中心上调用一个欲安装在主轴上的刀具。 刀具将被自动地安装在主轴上。 M06为非模态后作用M功能。 （4）冷却液打开、停止指令M07、M09 M07指令将打开冷却液管道。 M09指令将关闭冷却液管道。 M07为模态前作用M功能。09模态后作用M功能，它为缺省功能。,3.数控铣的主轴功能S 主轴功能S用来控制住轴转速，其后的数值表示

5、主轴速度（由于铣床的刀具安装在主轴上，主轴转速即为刀具转速），单位为转/分钟（r/min）。 S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时才有效。 4.数控铣的进给速度F F指令用来控制加工工件时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G94（每分钟给进量，单位为mm/min）或G95(每转进给量，单位为mm/r)。 当工作在G01、G02或G03方式时，编程的F值一直有效，直到被新的F值所取代为止。当工作在G00、G60方式时，快速定位的速度是各轴的最高速度，与所指定的F值无关。 借助操作面板上的倍率选择开关，F值可在一定范围内进行倍率修调。当执行攻丝循环G84、螺纹切削G33时，倍率开关

6、失效，进给倍率固定在100%。,5.数控铣床与加工中心的刀具功能T T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号，T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。在加工中心执行T指令时，首先刀库转动并选择所需的刀具，然后等待，直到M06指令作用时自动完成换刀。 T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值（刀补长度和刀补半径）。T指令为非模态指令，但被调用得刀补值一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。,4.2.2 加工类指令,（1）数控铣的主要加工指令有线性进给指令G01，圆弧进给指令G02、G03。 编程实例4-1：使用G02/G03对图4.1所示整圆编程。,从A点顺时针转一周时： G90G02X30Y0I30

7、J0F300 G91G02X0Y0I30J0F300 从B点逆时针转一周时： G90 G03 X0 Y-30 I0 J30 F300 G91 G03 X0 Y0 I0 J30 F300,注意：顺时针或逆时针是指从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向；整圆编程时不可以使用R，只能用I、J、K；当同时编入R和I、J、K时，R有效。 （2）暂停指令G04，可使刀具作短暂停留，以获得圆整而光滑的表面。在对不通孔作深度控制时，在刀具进给到规定深度后，用暂停指令使刀具作非进给光切削，然后退刀，以保证孔底平整。 格式：G04P 说明： P为暂停时间，单位为s； 在执行含G04指令的程序段时，先执

8、行暂停功能； G04为非模态指令，仅在其被规定的程序段中有效。,4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令,孔加工固定循环指令有G73、G74、G76、G80G89，通常由下述6个动作构成。实线表示切削进给，虚线表示快速移动。 X、Y轴定位。 定位到R点（定位方式取决于上次是G00还是G01）。 孔加工。 在孔底的动作。 退回到R点（参考点）。 快速返回到初始点。,固定循环的程序格式如下。格式：G98（G99）GXYZRQPIJ_K_F_L_说明：该组指令用于控制孔加工固定循环。G98为返回初始平面；G99为返回R点平面；G为固定循环代码G73、G74、G76和G81G89中之一；X、Y在G91时

9、为加工起点到孔位的距离，在G90时为孔位坐标；R在G91时为初始点到R点的距离，在G90时为R点的坐标；Z在G91时为R点到孔底的距离，在G90时为孔底坐标；Q为每次进给深度（G73/G83）;I、J为刀具在轴反向的位移增量（G76/G87）;P为刀具在孔底的暂停时间；K指定每次退刀（G73或G83时）刀具位移增量，K0；F为切削进给速度；L为固定循环的次数。G73、G74、G76和G81G89是同组的模态指令。其中定义的Z、R、P、F、Q、I、J、K地址在各个指令中是模态值，改变指令后需重新定义。G80、G01G03等代码可以取消固定循环。,1.高速深孔加工循环G73,格式：G98（G99）

10、G73XYZRQPK_F_L_ 说明：G73用于高速深孔加工循环，其指令动作循环见图4.4。 Q为每次进给深度； K为每次退刀距离。 注意： G73用于Z轴的间歇进给，使深孔加工时容易排屑，减少退刀量，可以进行高效率的加工； 当Z、K、Q移动量为零时，该指令不执行。,编程实例4-2：使用G73指令编制如图4.4所示的深孔加工程序。设刀具起点距工件上表面42mm，距孔底80mm，在距工件上表面2mm处（R点）由快进转换为工进，每次进给深度10mm，每次退刀距离5mm。 %0073 G92X0Y0Z80 G00G90G98M03S600 G73X100R40P2Q10K5Z0F200 G00X0Y

11、0Z80 M05 M30,2.反攻丝循环G74,格式：G98（G99）G74XYZRPF_L_ 说明：G74用于反攻丝循环，其指令动作循环见图4.5。 注意： （1）G74攻反螺纹时主轴反转，到孔底时主轴正转，然后退回。 （2）攻丝时速度倍率、进给保持均不起作用； （3）R点应选在距工件表面7mm以上的地方； （4）如果Z的移动量为零，该指令不执行。 编程实例4-3：使用G74指令编制如图4.5所示反螺纹攻丝加工程序。设刀具起点距工件上表面48mm、距孔底60mm，在距工件上表面8mm处（R点）由快进转换为工进。,%0074 G92X0Y0Z60 G91G00F200M04S500 G98G7

12、4X100R40P4Z-20 G90 G0X0Y0Z60 M05 M30,3.精镗循环G76,格式：G98（G99）G76XYZRPIJ_K_F_L_ 说明： G76用于精镗循环，其指令动作循环见图4.6。 I为X轴刀尖反向位移量； J为Y轴刀尖反向位移量。 注意： （1）采用G76精镗时，主轴在孔底定向停止后，它会向刀尖反方向移动，然后快速退刀。这种带有让刀的退刀不会划伤已加工平面，保证了镗孔精度。 （2）如果Z的移动量为零，该指令不执行。,编程实例4-4：使用G76指令编制如图4.6所示精镗加工程序。设刀具起点距工件上表面42mm、距孔底50mm，在距工件上表面2mm处（R点）由快进转换为

13、工进。 %0076 G92X0Y0Z50 G00G91G99M03S600 G76X100R40P2I6Z10F200 G00X0Y0Z40 M05 M30,4.孔循环（中心钻）G81,格式：G98（G99）G81XYZRF_L_ 说明：G81用于钻孔循环，其指令动作循环见图4.7。 注意： （1）G81钻孔动作循环，包括X、Y坐标定位，快进、工进和快速回等动作。 （2）如果Z的移动量为零，该指令不执行。,编程实例4-5：使用G81指令编制如图4.7所示钻孔加工程序。设刀具起点距工件上表面42mm、距孔底50mm，在距工件上表面2mm处（R点）由快进转换为工进。 %0081 G92X0Y0Z5

14、0 G00G90M03S600 G99G81X100R10Z0F200 G90G00X0Y0Z50 M05 M30,G82 G83 G84 G85 G86,编程实例4-10：使用G84指令编制如图4.12所示的螺纹加工程序。设刀具起点距工件表面100mm、切削深度为10mm。 先用G81钻孔 %1000 G92X0Y0Z0 G91M03 S600 G90 G99G81X40Y40R98Z110F200 G91G81 X40Y0 R0 Z0 L3 Y50 X40L3 G90G00 G80X0Y0Z0M05 M30,再用G84攻丝 %2000 G92X0Y0Z0 G91G00M03 S600 G9

15、9G84X40Y40G90R93Z110F100 G91X40L3 Y50 X40L3 G90G80X0Y0Z0M05 M30,4.2.4 简化编程指令及其他指令,1.镜像功能G24、G25 格式：G24XYZ M98P G25XYZ 说明：该组指令用于建立/取消镜像。 G24为建立镜像； G25为取消镜像； X、Y、Z为镜像位置的参数。 注意：（1）当工件相对于某一轴具有对称形状时，可以利用镜像功能和子程序。只对工件的一部分进行编程，而能加工出工件的对称部分，就称为镜像功能。 （2）当某一轴的镜像有效时，该轴执行与编程方向相反的运动。 （3）G24、G25为模态指令，可相互注销，G25为缺省

16、值。,编程实例4-11：使用镜像功能编制如图4.13所示轮廓的加工程序。设刀具起点距工件上表面100，切削深度5。,%0024 ；主程序 G92X0Y0Z0 G91G17M03S600 M98P100 ；加工 G24X0 ；Y轴镜像，镜像位置为X=0 M98P100 ；加工 G24Y0 ；X、Y轴镜像，镜像位置为（0，0） M98P100 ；加工 G25X0 ；X轴镜像继续有效，取消Y轴镜像 M98P100 ；加工 G25Y0 ；取消镜像 M30 %100 ；子程序 N100G41G00X10Y4D01 N120G43Z98H01 N130G01Z7F300 N140G91 Y26 N150X

17、10 N160G03X10Y10I10J0 N170G01Y10 N180X25 N185G49G00Z105 N200G40X5Y10 N210M99,2.缩放功能G50、G51,格式：G51XYZP M98P G50 说明：该组指令用于建立/取消缩放。 G51为建立缩放； G50为取消缩放； X、Y、Z为缩放中心的坐标值。 P为缩放倍数。 G51既可指定平面缩放，也可指定空间缩放。 注意：（1）在G51后，运动指令的坐标值以（X，Y，Z）为缩放中心，按P 规定的缩放比例进行计算。 （2）在有刀具补偿的情况下，先进行缩放，然后才进行刀具半径补偿、刀具长度补偿。 （3）G51、G50为模态指令

18、，可相互注销，G50为缺省值。,编程实例4-12：使用缩放功能编制如图4.14所示轮廓的加工程序。已知三角形ABC的顶点为A（10，30）、B（90,30）、C（50,110），三角形ABC是缩放后的图形，其中缩放中心为D（50,50），缩放系数为0.5倍，设刀具起点距工件上表面50。,%0051 ；主程序 G92X0Y0Z60 G91G17M03S600 F300 G43 G00 X50 Z-46 H01 # 51=14 M98P100 ；加工三角形ABC # 51=8 G51 X50 Y50 P0.5 ；缩放中心（50，50），缩放系数0.5 M98P100 ；加工三角形ABC G50 ；

19、取消缩放 G49 Z46 M05 M30 %100 ；子程序（三角形ABC的加工程序） G42 G00 X-44 Y-20 D01 Z-#51 G01 X84 X-40 Y80 X-44 Y-88 Z#51 G40 G00 X44 Y28 M99,3.旋转变换G68、G69,格式：G17G68XYP（G18G68XYPG19 G68XYP） M98P G69 说明：该组指令用于建立/取消旋转变换。 G68为建立旋转变换； G69为取消旋转变换； X、Y、Z为旋转中心的坐标值。 P为旋转角度，单位是“”，0P360。 注意：（1）在有刀具补偿的情况下，先旋转变换后进行刀补（刀具半径补偿、长度补偿

20、）；在有缩放功能的情况下，先缩放变换后旋转变换。 （2）G68、G69为模态指令，可相互注销，G69为缺省值。,编程实例4-13：使用旋转功能编制如图4.15所示轮廓的加工程序。设刀具起点距工件上表面50，切削深度5。,%0068 ；主程序 G92X0Y0Z50 G90G17M03S600 G43Z5H02 M98P200 ；加工 G68X0Y0P45 ；旋转45o M98P200 ；加工 G68X0Y0P90 ；旋转90o M98P200 ；加工 G49Z50 G69M05M30 ；取消旋转 %200 ；子程序 G41G01X20Y5D02F300 Y0 G02X40I10 X30I5 G0

21、3X20I5 G00Y6 G40X0Y0 M99,4.2.5 刀具补偿类指令,1.刀具半径补偿G40 G41 G42 （1）刀具半径补偿的目的 在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时。由于刀具半径的存在，刀具中心(刀心)轨迹和工件轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具的中心轨迹(如图4.16所示的点划线轨迹)，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行(如图4.16中的粗实线轨迹)，数控系统会自动计

22、算刀心轨迹，位刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。,（2）刀具半径补偿的方法 刀具半径补偿是通过G41、G42、G40代码及D代码指定的刀具半径补偿号，建立或取消半径补偿。 格式： G17（G18、G19）G40（G41、G42）G01（G00）X_Y_Z_D_ 说明： 刀补号地址D后跟的数值是刀具号，它用来调用内存中刀具半径补偿的数值， 如D01就是调用在刀具表中第一号刀具的半径值。这一半径值是预先输入在内存表中的01号位置上的。刀具半径补偿号地址数有100个，即D00D99。 G40是取消刀具半径补偿功能。 G41是在相对于刀具前进方向左侧进行补偿，称为左刀补，图4.17（a）

23、。 G42是在相对于刀具前进方向右侧进行补偿，称为右刀补，图4.17（b）,注意： 在进行刀具半径补偿前，必须用G17或G18、G19指定补偿是在哪个平面上进行的。 必须与指定平面中的轴相对应。在多轴联动控制中，投影到补偿平面上的刀具轨迹受到补偿，平面选择的切换必须在补偿取消方式时进行；若在补偿方式进行，则报警。 X、Y、Z为G00或G01的参数，即刀补建立或取消的终点（注：投影到补偿平面上的刀具轨迹受到的补偿）； D为G41或G42的参数，即刀补号码（D00D99），它代表了刀补表中对应的半径补偿值。偏置量（刀具半径）预先设置在D01指定的存储器中。 G40、G41、G42都是模态代码，可相

24、互注销。 例如，G90 G41 G01 X50 Y40 F100 D01 或 G90 G41 G00 X50 Y40 D01。 G41、G40、D均为续效代码。,刀具半径补偿的起始，如图4.18所示。刀具由起刀点(位于零件轮廓及零件毛坯之外，距离加工零件轮廓切入点较近的刀具位置)以进给速度接近工件，刀具半径补偿偏置方向由以G41(左补偿)或G42(右补偿)确定，起始段的实际轨迹如图4.18所示。在图中，建立刀具半径左补偿的程序段如下： N10 G90 G92 X-50.0 Y-50.0 Z0； 定义程序原点，起始点坐标为-50.0，-50.0) N20 S1000 M03； 启动主轴 N30

25、G17 G01 G41 X0 Y0 F100 D01； 建立左补偿，刀具半径偏置寄存器号D01 N40 Y100.0； 定义首段零件轮廓 ,刀具半径补偿的取消，刀具撤离工件，回到退刀点。取消刀具半径补偿与建立刀具半径补偿过程类似，退刀点也应位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓退出点较近，可与起点相同，也可以不相同。 如图所示，假如退刀点与起刀点相同的话，其刀具半径补偿取消过程的命令如下： N150 G01 X0 Y0； 定义末段轮廓 N160 G01 G40 X-50.0 Y-50.0； 取消刀具半径补偿，退回到退刀点 ,（4）刀具半径补偿功能的应用 因磨损、重磨或换新刀而引起刀具直径改变后，不

26、必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具直径，即可适用于同一程序； 同一程序中，对同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗、精加工。例如，刀具半径为R，精加工余量为A。粗加工时，输入刀具半径偏置量D=(R+A)。精加工时，用同一程序，同一刀具，但输入刀具半径偏置量DR，则加工出要求的轮廓。,（5）刀具半径补偿编程实例,编程实例4-14：根据图4.19零件制定加工工艺、编写零件轮廓加工程序。 （1）工艺分析 技术要求。用刀具半径补偿功能完成一次零件的精加工，刀具半径补偿值6mm。 加工工艺的确定。装夹定位的确定：用螺栓及两块压板在蜡模的两侧固定，使蜡模始终处于工作台中心位置。,刀具加工

27、起点及工艺路线的确定，如图形4.20所示。刀具加工起点位置应在工件上方，不接触工件，但不能使空走刀行程太长。由于铣削零件平面轮廓时用铣刀的侧刃，为了避免在零件轮廓的切入点和切出点处留下刀痕，应沿轮廓外形的延长线切入和切出。切入和切出点一般选在零件轮廓两几何元素的交点处。此外，应避免在零件垂直表面的方向上下刀，否则会留下划痕，影响零件的粗糙度。所以刀具加工起点（P）点位置可选为刀具底部在Z向距工件蜡模上表面10mm处，刀具中心在X向距蜡模右侧面20mm的位置；Y向距蜡模前侧面20mm的位置，即P点坐标为（20，20，10）。采用逆铣方向，从A点切入，沿零件轮廓ABCCDEFGA，通过建立左刀补，

28、调用刀具半径补偿偏置量，完成精加工，从A点切出；最后取消刀补，刀具回到起点位置。 加工刀具的确定：圆柱铣刀（12mm）。 切削用量：主轴转速为600r/min,进给速度为160r/min。,（2）数学计算 以A点为程序原点，建立工件坐标系。计算各基点的绝对坐标值，基点就是构成零件轮廓的各相邻几何元素之间的交点，如两直线的交点、直线与圆弧的交点等。基点的坐标根据图样给定的尺寸，利用一般的解析几何或三角函数关系求得。 在图4.20建立的工件坐标系中，求得各点的坐标值为：A（0，0）；B（0，50）；C（50，100）；D（100，100）；E（130，40）；F（-150，40）G（150，0）。

29、 （3）参考程序如下（程序段2中D01指令调用的01号刀的半径值为6mm，该值应在运行程序前设置在刀具表中）。 %1000； N005 G92 X20 Y-20 Z10； N010 G90 G00 G42 D01 X0； N015 G01 Z-16 F160 M03 S600； N020 Y70； N025 G02 X-50 Y100 R50； N030 G01 X-100； N035 X-110 Y40； N040 X-130； N045 G03 X-150 Y0 R20； N050 G01 X20； N055 Z10； N060 G40 G00 X20 Y-20 M05； N065 M02

30、；,2.刀具长度补偿G43、G44、G49 4.2.6 子程序编程 当同样的一组程序需重复使用多次时，为了简化编程，可以把重复的程序段编成子程序，在主程序不同的地方通过一定的调用格式多次调用。 （1）子程序格式 子程序由子程序名、子程序体和子程序结束指令组成。例如： % Oxxxx 子程序名， %后跟程序号。 子程序体，每段程序以“Enter”（回车键）结束。 M99 子程序结束。 在子程序开头，必须规定子程序号。在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。,（2）子程序调用的格式 M98PL M98是主程序调用子程序的指令。指令中，P后跟被调用的子程序号，L后跟重复调用次数。当L1时可省略L。 M98用来调用子程序，M99指令表示子程序结束。当主程序执行M98时，控制系统将转到子程序去执行，子程序执行到M99返回到主程序断点处。 一个子程序还可以调另一个子程序。在主程序呼调一个子程序的时候，是一重呼调，而多重子程序的呼调的执行情况如图4.25所示。,一次装夹加工多个相同零件或一个零件有重复加工部分的情况下可使用子程序。 编程实例4-16 ：如图4.26所示，一次装卡，加工两个相同的工件。z轴开始点为工件上方10mm处，切深10mm。编主程序和子程序。,主程序 O0001； N10 G90 G5