第4章 数控铣床及加工中心编程

第4章数控铣床及加工中心编程4.1数控铣床及加工中心编程基础4.2FANUC系统加工中心编程原理4.3加工中心程序编制实例4.4宏程序编制4.1数控铣床及加工中心编程基础4.1.1数控铣床及加工中心概述数控铣床是一种用途广泛的机床，有立式、卧式及龙门铣3种。加工中心（MachiningCenter）是一种集成化的数控加工机床，是在数控铣床的发展基础上衍化而成的，它集铣削、钻削、铰削、镗削及螺纹切削等工艺于一体，通常称镗铣类加工中心，习惯称加工中心。1．加工中心的工艺特点（1）加工精度高（2）表面质量好（3）加工生产率高（4）工艺适应性强（5）劳动强度低、劳动条件好（6）良好的经济效益（7）有利于生产管理的现代化2．加工中心的分类（1）按照机床形态及主轴布局形式分类①立式加工中心②卧式加工中心③龙门式加工中心④复合加工中心（2）按加工中心的换刀形式分类①带刀库、机械手的加工中心②无机械手的加工中心③一般在小型加工中心上采用转塔刀库形式，主要以孔加工为主。3．加工中心主要结构部件及其功能加工中心类型繁多，结构各异，但总体来看主要由基础部件、主轴部件、数控系统、自动换刀装置和辅助装置等几部分组成。4.1.2数控铣床及加工中心坐标系统1．加工中心运动部件运动方向的规定（1）z轴坐标运动规定与主轴线平行的坐标轴为z坐标（z轴），并取刀具远离工件的方向为正方向。当机床有几根主轴时，则选取一个垂直于工件装夹表面的主轴为z轴（如龙门铣床）。（2）x轴坐标运动x轴规定为水平平行于工件装夹表面。（3）y轴坐标运动y坐标轴垂直于x、z坐标轴。当x轴、z轴确定之后，按笛卡儿直角坐标系右手定则法判断，y轴方向就惟一地被确定了。（4）旋转运动A、B和C旋转运动用A、B和C表示，规定其分别为绕x、y和z轴旋转的运动。A、B和C的正方向，相应地表示在x、y和z坐标轴的正方向上，按右手螺旋前进方向。2．加工中心机械原点及工作坐标系（1）加工中心机械原点机床坐标系的原点也称机械原点、参考点或零点。而机床坐标系的原点是三维面的交点，无法直接感觉和测量，只有通过各坐标轴的零点，做相应的平行切面，这些切面的交点，即为机床坐标系的原点（机械原点），这个原点是机床一经设计和制造出来，就已经确定下来的。（2）加工中心工作坐标系编程时一般选择工件上的某一点作为程序原点，并以这个原点作为坐标系的原点，建立一个新的坐标系，这个新的坐标系就是工作坐标系（编程坐标系）。（3）绝对坐标与增量坐标4.2FANUC系统加工中心编程原理4.2.1程序结构1．程序号程序号作为程序的标记需要预先设定，一个程序号必须在字母“O”后面紧接最多8个阿拉伯数字。2．程序段号程序段号是每个程序功能段的参考代码，一个程序段号必须在字母“N”后紧接最多5个阿拉伯数字。3．程序段一个程序段能完成某一个功能，程序段中含有执行一个工序所需的全部数据，程序段由若干个字及段结束符“LF”组成。/N10G03X10.0Y30.0CR=25.0F100；（注释）LF其中：“/”表示程序段在执行过程中可以被跳过；“N10”表示程序段号，主程序段中可以有字符；“”表示中间间隔（可以省略）；“G03”表示程序段具体指令；“（注释）”表示对程序段进行必要的说明；“LF”表示程序段结束。4．坐标字用于在轴方向移动和设置坐标系的命令称为坐标字，坐标字包括轴的地址符及代表移动量的数值，其基本构成见表4-1。4.2.2准备功能指令——G代码1．尺寸数据输入方式G90/G912．英制/公制选择G20/G21G20设定为英制尺寸、G21设定为公制尺寸，这两个指令均为模态指令。3．快速点定位G00指令格式：G00X（U）Z(W)；4．直线插补G01指令格式：G01X（U）Z(W)F；5．平面选择G17～G19在计算刀具长度补偿和刀具半径补偿时必须首先确定一个平面，即确定一个两坐标轴的坐标平面，在此平面中可以进行刀具半径补偿，G17到G19各自的含义见表4-3。6．圆弧插补G02/G03圆弧插补指令G02/G03是圆弧运动指令。它是用来指令刀具在给定平面内以F进给的速度，作圆弧插补运动的指令。G02/G03是一种模态指令。（1）指令格式G02IJF；（G17）XYG03RF；在指令格式中，I、J为圆弧中心地址，R为圆弧半径，其他内容及字符的含义见表4-4。（2）顺、逆时针圆弧插补的判断在使用G02或G03指令之前需要判别刀具在加工零件时，是沿什么路径在作圆弧插补运动的，是按顺时针还是逆时针方向路线在前进的。其判别方法简述为：视线沿着垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察，刀具插补方向为顺时针即为G02，相反则为G03。7．暂停功能G04（1）按时间计的暂停指令：（G94）G04指令格式：G94G04X_或G94G04P_；在每分进给方式（G94）中，指定指令G04按设定的时间延迟了下一个程序段的执行，对于地址P，不能用小数点，否则将忽略小数点后的部分。编程规范如下：G04X500；暂停时间=0.5secG04X5000；暂停时间=5.0secG04X5.0；暂停时间=5.0secG04P5000；暂停时间=5.0secG04P12.345；暂停时间=0.012sec（2）按圈数计的暂停指令（G95）G04在每转进给方式（G95）下，推迟到主轴已经旋转了设定的圈数以后，才开始下一个程序的执行，对于地址P，不能用小数点，否则将忽略小数点之后的部分。编程规范如下：G04X500；暂停时间=0.5rG04X5000；暂停时间=5.0rG04X5.0；暂停时间=5.0rG04P5000；暂停时间=5.0rG04P12.345；暂停时间=0.012r8．刀具补偿功能（1）刀具长度补偿/取消：G43、G44/G49G43刀具长度正补偿；G44刀具长度负补偿；G49取消刀具长度补偿。（2）刀尖半径补偿/取消刀具补偿地址D中的半径补偿值必须与G41/G42一起执行方能生效。9．可设定的零点偏置G54~G59G54；第一可设定零点偏置G55；第二可设定零点偏置G56；第三可设定零点偏置G57；第四可设定零点偏置G58；第五可设定零点偏置G59；第六可设定零点偏置10．自动返回参考点G28指令格式：G91G28X…Y…Z…4.2.3主轴及辅助功能指令1．主轴功能指令指令格式：S_M03（M04）2．辅助功能指令（1）关于停止的辅助功能指令（M00、M01、M02、M30）M00：程序停止。在程序执行过程中，系统读取到M00指令时，无条件停止程序执行，待重启动后继续执行；M01：选择停止。在程序执行过程中，系统读取到M01指令时，有条件停止程序执行，待重启动后继续执行；M02：程序结束。程序执行完毕，光标定于程序结尾处；M30：程序结束。程序执行完毕，光标返回至程序开始处。（2）主轴旋转M代码（M03、M04、M05）M03——主轴正转；M04——主轴反转；M05——主轴停止旋转。（3）冷却控制M代码（M07、M08、M09）M07——冷却汽雾开；M08——冷却液开；M09——关闭冷却液、汽。（4）子程序功能M代码。M98——子程序调用M代码。指令格式：M98P…L…；在这条指令中，子程序程序号由P定义，并且执行L次。如L省略，执行次数为1次，子程序最多可重复4次。M99——子程序结束。4.2.4进给功能指令1．快速进给率每个轴的快速进给率能够分别设定，可设定的快速进给率的范围是从1mm/min到240000mm/min。快速进给率应用于G00，G27，G28，G29，G30和G60等指令。2．切削进给率F切削进给率必须用地址F和一个八位数字（F8直接指定）来指定。3．非同步/同步进给G94/G95进给运动速度指令字的单位由切削进给速度转换功能指令（G94/G95）定义，如：G94——定义分进给，即每分钟进给量（mm/min）。G95——定义转进给，即每转进给量（mm/r）。4.2.5刀具功能指令指令格式：T03M06T00；调用刀位号为03的刀具刀具功能也叫T—代码功能。此功能用来选择刀具号，对此NC系统，T功能允许用地址T后跟三位数的指令选择最多1000个刀号（0到999）。可是，对本机床能够选择的刀号的最大数量仅为24。4.2.6固定循环切削功能指令1．点钻循环G81指令格式：G81[XxYy]RrZz；执行过程如图4-18所示。XxYy——点钻孔的坐标；Rr——点钻参考平面高度；Zz——孔的最后钻深。2．间歇钻循环G83G83[XxYy]RrZzQtzFfo[DdoKkoIioJjo（Bb0）]XxYy——点钻孔的坐标；Rr——点钻参考平面高度；Zz——孔的最后钻深；tz——每次进刀的切削深度；io——进给倍率的距离；do——快速进给停止的余量；jo(b0)——进给倍率（%）；ko——从R点到切削进给起点的距离；fo——进给率。3．高速间歇钻G73G73[XxYy]RrZz[Qtz][Ptc]Ffo[DdoKkoIioJjo（Bb0）]tz——每次进刀的切削深度；jo(bo)——进给倍率（%）；tc——停顿时间或主轴旋转的圈数；fo——进给率；do——返回距离；f1——加倍率后的进给率；ko——从R点到切削进给起点的距离；f2——返回速度（固定的）；io——进给倍率的距离。4．镗孔循环G76G76[XxYy]RrZz[PtcQq0]Ff1[DdoJjo（Bb0）]tc——停顿时间或主轴旋转的圈数；jo(b0)——如果设0或不设，则在结束加工之后，M03输出，如果设除了0以外的值，则在结束加工之后，M04输出；f1——进给率；q0——在xy平面上的让刀量；do——离R点的距离。5．铰孔循环G85G85[XxYy]RrZz[Ptz]Ffo[Ef1Ddo]执行过程如图4-24所示。tz——停顿时间或主轴旋转的圈数；do——离R点的距离；fo——进给率0；f1——进给率1。6．攻丝循环G84G84[XxYy]RrZz[Ptc]Ffo[Jjo（Bb0）DdoHhoKko]Tc——停留时间；d0——离R点的距离；f0——进给率；h0——同步/非同步攻丝的选择标志和在同步攻丝循环期间的返回速度倍率（%）：h0=0表示非同步攻丝循环h0表示同步攻丝循环jo(b0)——1．M04输出之前在孔底的停顿——2．M04输出之后在孔底的停顿——3．M03输出之前在R点的停顿k0——离R点的距离。4.2.7子程序在程序编写过程中，常把一些在程序执行时经常重复使用的程序段写成独立的一个程序，在适当时候利用一些指令直接调用，这样的独立程序即为子程序。4.3加工中心程序编制实例编程实例：利用LGMAZAKVTC-16A型加工中心加工如图4-27所示工件。工件毛坯材料为65×30mm的45钢，端面及外圆轮廓均要求铣削。1．刀具选择（1）端面加工选用65mm硬质合金机夹式端面铣刀；（2）外圆及轮廓铣削粗加工选用16mm两刃立铣刀；（3）外圆及轮廓铣削精加工选用8mm四刃立铣刀；（4）10孔粗加工选用5mm中心钻及9.8mm麻花钻；（5）10孔精加工选用10mm高速钢机用铰刀；2．工艺路线安排1）调用65mm硬质合金机夹式端面铣刀粗、精加工工件端面；2）调用16mm两刃立铣刀粗加工外圆及轮廓；3）调用5mm中心钻钻削10孔的中心孔；4）调用9.8mm麻花钻钻削10孔的铰孔基孔；5）调用8mm四刃立铣刀精铣外圆及轮廓；6）调用10mm高速钢机用铰刀铰削10+0.0150孔至尺寸。4.4宏程序编制1．宏程序概述在程序中使用变量，通过对变量进行赋值及处理的方法达到程序功能，这种有变量的程序叫宏程序。（1）宏程序的使用格式宏程序格式与子程序一样，结尾用M99返回主程序。O0100；主程序T01M06T00；G90G54G00……G65P8500（引数和引数值）；M30；O8500；宏程序…[变量][运算指令][控制指令]…M99（2）选择程序号程序在存储器中的位置决定了该程序