第4章 数控铣床与加工中心编程

第四章第4章数控铣床编程数控铣床加工的特点数控铣加工的刀具补偿及其他功能指令固定循环数控铣加工编程实例一、数控铣床加工的对象4.1程序编制的基础加工平面轮廓的零件；指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。第4章数控铣床编程图4-1a)轮廓面Ab)轮廓面Bc)轮廓面C一、数控铣床加工的对象4.1程序编制的基础加工曲面轮廓的零件；加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等；可以对零件进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工。第4章数控铣床编程4.1程序编制的基础二、数控铣床加工的特点零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具、壳体类零件等能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工零件加工精度高、加工质量稳定可靠生产自动化程序高生产效率高第4章数控铣床编程4.1程序编制的基础第4章数控铣床编程不同档次的数控铣床的功能有较大的差别，但都具备以下主要功能特点：(1)铣削加工。数控铣床一般应具有三坐标以上的联动功能，能够进行直线插补和圆弧插补，自动控制旋转的铣刀相对于工件运动进行铣削加工。坐标联动轴数越多，对工件的装夹要求就越低，定位和安装次数就越少，所以加工工艺范围就越大。(2)孔加工及螺纹加工。可以采用孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工；也可以采用铣刀铣削不同尺寸的孔。在数控铣床上可采用丝锥加工螺纹孔，也可采用螺纹铣刀铣削内螺纹和外螺纹，这种方法比传统的丝锥加工效率要高很多。三数控铣床主要功能4.1程序编制的基础第4章数控铣床编程(3)刀具半径自动补偿功能。使用这一功能，在编程时可以很方便地按工件实际轮廓形状和尺寸进行编程计算，而加工中可以使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半径，从而加工出符合要求的轮廓表面。也可以利用该功能，通过改变刀具半径补偿量的方法来弥补铣刀造成的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用范围及刀具返修刃磨的允许误差，还可以利用改变刀具半径补偿值的方法，用同一加工程序实现分层铣削和粗、精加工或用于提高加工精度。此外，通过改变刀具半径补偿值的正、负号，还可以用同一加工程序加工某些需要相互配合的工件(如相互配合的凹凸模等)。(4)刀具长度补偿功能。利用该功能可以自动改变切削平面高度，同时可以降低在制造与返修时对刀具长度尺寸的精度要求，还可以弥补轴向对刀误差。第4章数控铣床编程(5)固定循环功能。利用数控铣床对孔进行钻、扩、铰和镗加工时，加工的基本动作是：刀具中心无切削快速到达孔位中心—慢速切削进给—快速退回。对于这种典型化动作，系统有相应的循环指令，也可以专门设计一段程序(子程序)，在需要的时候进行调用来实现上述加工循环。特别是在加工许多相同的孔时，应用固定循环功能可以大大简化程序。利用数控铣床的连续轮廓控制功能时，也常常遇到一些典型化的动作，如铣整圆、方槽等，也可以实现循环加工。对于大小不等的同类几何形状(圆、矩形、三角形、平行四边形等)，也可以用参数方式编制出加工各种几何形状的子程序，在加工中按需要调用，并对子程序中设定的参数随时赋值，就可以加工出大小不同或形状不同的工件轮廓及孔径、孔深不同的孔，这种程序也叫做宏程序。目前，已有不少数控铣床的数控系统附带有各种已经编制好的子程序库，并可以进行多重嵌套，用户可以直接加以调用，使得编程更加方便第4章数控铣床编程(6)镜像加工功能。镜像加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一半形状的加工程序就可完成全部加工。数控铣床一般还有缩放功能，对于完全相似的轮廓也可以通过调用子程序的方法完成加工。(7)子程序功能。对于需要多次重复的加工动作或加工区域，可以将其编成子程序，在主程序需要的时候调用它，并且可以实现子程序的多级嵌套，以简化程序的编写。第4章数控铣床编程(8)数据输入/输出及DNC功能。数控铣床一般通过RS232C接口进行数据的输入及输出，包括加工程序和机床参数等，可以在机床与机床之间、机床与计算机之间进行(一般也叫做脱线编程)，以减少编程占机时间。(9)自诊断功能。自诊断是数控系统在运转中的自我诊断。当数控系统一旦发生故障，系统即出现报警，并有相应报警信息出现。借助系统的自诊断功能，往往可以迅速、准确地查明原因并确定故障部位。它是数控系统的一项重要功能，对数控机床的维修具有重要作用。第4章数控铣床编程四数控铣床编程时应注意的问题＊了解数控系统的功能及规格。不同的数控系统在编写数控加工程序时，在格式及指令上是不完全相同的。＊熟悉零件的加工工艺。＊合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液。＊编程尽量使用子程序。＊程序零点的选择要使数据计算的简单。4.1程序编制的基础第4章数控铣床编程4.2.1数控铣床及加工中心编程基本指令4.2数控铣床及加工中心编程指令一、尺寸系统指令1、加工平面的指令（模态代码）G17G18G19XY平面XZ平面YZ平面2、绝对和增量方式编程指令（模态代码）G90G91绝对方式增量方式第4章数控铣床编程指令格式G90G91指令功能设定坐标输入方式指令说明1、G90指令建立绝对坐标输入方式，移动指令目标点的坐标值X、Y、Z，表示刀具离开工件坐标系原点的距离；2、G91指令建立增量坐标输入方式，移动指令目标点的坐标值X、Y、Z，表示刀具离开当前点的坐标增量。2、绝对和增量方式编程指令第4章数控铣床编程G21G20公制尺寸英制尺寸4、工件坐标系的确定指令格式G92X__Y__Z__1、在机床上建立工件坐标系（也称编程坐标系）；2、坐标值X、Y、Z为刀具刀位点在工件坐标系中的坐标值（也称起刀点或换刀点）；3、公制和英制尺寸指令功能设定工件坐标系指令说明第4章数控铣床编程2．工作坐标系的原点设置选择指令G54～G59G55XYOOG54如图所示，铣凸台时用G54设置原点，铣槽用G55设置原点，编程时比较方便。工件可设置G54～G59共六个工作坐标系原点。工作原点数据值可通过对刀操作后，预先输入机床的偏置寄存器中，编程时不体现。图4-1坐标选择指令应用第4章数控铣床编程4.2.1数控铣床及加工中心编程基本指令4.2数控铣床及加工中心编程指令1、快速点定位G00指令指令格式：G00X__Y__Z__指令说明：1刀具以各轴内定的速度由始点（当前点）快速移动到目标点；2刀具运动轨迹与各轴快速移动速度有关；3刀具在起始点开始加速至预定的速度，到达目标点前减速定位二、基本运动指令指令功能：快速点定位第4章数控铣床编程指令格式：G01X__Y__Z__F__指令功能：直线插补运动指令说明：刀具按照F指令所规定的进给速度直线插补至目标点；F代码是模态代码，在没有新的F代码替代前一直有效；各轴实际的进给速度是F速度在该轴方向上的投影分量；用G90或G91可以分别按绝对坐标方式或增量坐标方式编程。2、直线插补G01指令第4章数控铣床编程3、圆弧插补指令(G02G03)指令格式G17XYIJG90G91G18G19G02G03ZXZYKIJK()RF从圆弧所在平面的垂直坐标轴的负方向看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03；F规定了沿圆弧切向的进给速度；X、Y、Z为圆弧终点坐标值，如果采用增量坐标方式G91，X、Y、Z表示圆弧终点相对于圆弧起点在各坐标轴方向上的增量；I、J、K表示圆弧圆心相对于圆弧起点在各坐标轴方向上的增量，与G90或G91的定义无关；R是圆弧半径，当圆弧所对应的圆心角为0°～180°时，R取正值；圆心角为180°～360°时，R取负值；I、J、K的值为零时可以省略.指令说明第4章数控铣床编程指令功能刀具作短暂的无进给光整加工指令说明1地址码X可用小数，单位为S；2地址码P只能用整数，单位为ms。3G04程序段必须单独在一段中，该段中不允许有其他指令。4、暂停G04指令指令格式G04P__X__第4章数控铣床编程三、刀具补偿指令1、刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）指令格式X__Y__H(或D)__G01G42G41G00G18G17G19图4-2Ｇ41刀具左补偿（顺铣）图4-3Ｇ42刀具右补偿（逆铣）第4章数控铣床编程指令说明1H(或D)__为刀补号地址，为00～99，00意味着取消刀具补偿，刀具补偿值在加工或试运行之前须设定在刀具半径补偿存储器中。2通过G00或G01运动指令建立刀具半径补偿。3、使用刀具半径补偿时应避免过切削现象。这又包括以下三种情况：①使用刀具半径补偿和取消刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，移动距离应大于刀具补偿值。②加工半径小于刀具半径的内圆弧时，进行半径补偿将产生过切削，如图4-4所示。只有过渡圆角R≥刀具半径r＋精加工余量的情况下才能正常切削。③被铣削槽底宽小于刀具直径时将产生过切削，如图4-5所示。第4章数控铣床编程机床不停止会导致过切削图4-5刀具半径大于工件槽底宽度刀具轨迹程序轨迹报警停止机床不停止会导致过切削图4-4刀具半径大于工件内凹圆弧半径第4章数控铣床编程刀具半径补偿的作用刀具半径补偿除了方便编程外，还可以通过改变刀具半径补偿大小的方法，利用同一程序实现粗、精加工。其中：粗加工刀具半径补偿＝刀具半径＋精加工余量；精加工刀具半径补偿＝刀具半径＋修正量。利用刀具半径补偿并用同一把刀具进行粗、精加工时，刀具半径补偿原理如图4-6所示。第4章数控铣床编程精加工刀具半径补偿D11R粗加工刀具半径补偿D01R修正量精加工余量L－0.060图4-6利用刀具半径补偿进行粗、精加工第4章数控铣床编程例如，如图4-6所示，刀具为￠20立铣刀，现零件粗加工后给精加工留单边余量为1.0mm，则粗加工刀具半径补偿D01的值为R补＝R刀＋1.0＝10.0＋1.0＝11.0mm粗加工后实测尺寸为L＋0.08，则精加工刀具半径补偿D11的值应为0.060.0822R补＝11.0－＝10.945mm则加工后工件实际值为L－0.03。第4章数控铣床编程指令格式X__Y__G01G40G00指令说明1X__Y__表示刀具轨迹中取消刀具半径补偿点坐标值；2通过G00或G01运动指令取消刀具半径补偿；3G40必须和G41或G42成对使用。1、刀具半径取消指令G40第4章数控铣床编程按增量方式编程：%0001N10G54G90G00X0Y0Z-5G91G17G00M03;G17指定刀补平面（XOY平面）N20G41X20.0Y10.0D01建立刀补（刀补号为01）N30G01Y40.0F200N40X30.0N50Y-30.0N60X-40.0N70G00G40X-10.0Y-20.0M05解除刀补N80M30三、刀具补偿指令图4-7刀具补偿第4章数控铣床编程安装刀具时，以铣床的锥孔作为定位基准面，把刀柄的端面与主轴轴线的交点定为刀具的零点。刀头的端面到刀柄的端面(刀具零点)的距离叫刀具的长度，如图4-8所示。加工同一个零件可能需要多把刀具，相同或不同的刀具安装在刀柄上其长度不可能相等，因此要使用的每一把刀具都需要对刀操作。刀具的长度补偿非常重要，如果不使用，将发生严重的撞车事故。H01图4-8刀具长度三、刀具补偿指令2、刀具长度补偿指令第4章数控铣床编程图4-9刀具长度补偿原理Z0H01H021号刀2号刀主轴2、刀具长度补偿指令第4章数控铣床编程指令格式指令说明1、G43、G44、G49为同一组模态指令，G43是刀具长度正补偿，G44是刀具长度负补偿。因为刀具的长度补偿值可以是正值或负值，所以常用G43；2、X、Y、Z为补偿轴的终点值；3、H为刀具长度补偿代码，后面两位数字是刀具长度补偿寄存器的地址符。和刀具半径补偿一样，长度补偿的偏置存储器号有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。偏置号H00一般不用，或对应的偏移值设置为0。Y__H__G44G43X__H__Z__H__G49Z__（X__Y__）2、刀具长度补偿指令G43、G44、G