数控技术 数控编程

nullnull第3章数控铣削加工编程 任务一 数控铣床基础知识 任务二 平面轮廓加工编程 任务三 孔类加工编程 任务四 固定循环编制孔加工程序 任务五 综合编程实例 思考题中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cn任务一 任务一 数控铣床基础知识一、数控铣床的类型 二、数控铣床坐标系 二、基本功能指令与程序调试中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull (1) 数控仿形铣床。通过数控装置将靠模移动量数字化后，可得到高的加工精度，可进行较高速度的仿形加工。进给速度仅受刀具和材料的影响。 (2) 数控摇臂铣床。摇臂铣床采用数控装置可提高效率和加工精度，可以加工手动铣床难以加工的零件。 (3) 数控万能工具铣床。采用数控装置的万能工具铣床有手动指令简易数控型、直线点位系统数控型和曲线轨迹系统数控型。操作方便，便于调试和维修。当然，这类机床基本都具有钻、镗加工的能力。 一、数控铣床的类型null (4) 数控龙门铣床。工作台宽度在630 mm以上的数控铣床，多采用龙门式布局。其功能向加工中心靠近，用于大工件、大平面的加工。 此外，若按照主轴放置方式可有卧式数控铣床和立式数控铣床之分。对立式数控铣床而言，若按Z轴方向运动的实现形式又可有工作台升降式和刀具升降式(固定工作台)。立式升降台数控铣床由于受工作台本身重量的影响，使得采用不能自锁的滚珠丝杠导轨有一定的技术难度，故一般多用于垂直工作行程较大的场合。当垂直工作行程较小时，则常用刀具升降的固定工作台式数控铣床，刀具主轴在小范围内运动，其刚性较容易保证。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 若按数控装置控制的轴数，可有两坐标联动和三坐标联动之分。若有特定要求，还可考虑加进一个回转的A坐标或C坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台。这时机床应相应地配制成四坐标控制系统。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cn二 机床坐标系统的设定二 机床坐标系统的设定 1．参考点与机床坐标系 有关数控铣床坐标轴方向的确定已在第1章进行过说明，本节仅就ZJK7532－1型数控钻铣床稍作说明。 该铣床是一立式铣床，XY平面内的运动是由工作台拖板移动实现的，Z轴方向则是由刀具主轴上下移动来实现的。当按压+X轴方向键时，产生的运动是工作台拖板向左移动；按压+Y轴方向键时，所产生的运动是工作台拖板向前移动，亦相当于是刀具相对工作台(工件)向后移动。按压+Z轴方向键时，产生的运动就是刀具主轴向上移动(远离工作台面)。各轴行程极限由挡铁及其行程开关位置确定。null 大多数数控铣床都将参考点设定在各轴正向行程极限处，通常位于行程极限开关的内侧。但参考点位置的设定并没有统一的标准，各厂家可根据需要将其设定在某一固定位置。比如，XK5040A型数控铣床的参考点就设在各轴向行程中间的位置上；ZJK7532－1型数控钻铣床的Y、Z轴向参考点均设在对应轴的正向行程极限处；而X轴向参考点的位置则有的设在正向行程极限处，有的却设在负向行程极限处。然而，不管厂家怎样设置，参考点的位置在出厂时就应已调整并固定好，用户不得随意改动；否则，加工运行精度将无法保证。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 当经过手动回参考点后，屏幕即显示此时机床原点的坐标(0，0，0)，即该铣床的参考点与机床原点重合。(当然在实际机床中，也有的参考点与机床原点并不重合，此类机床在参考点处的机床坐标显示就不是0。)对参考点为正向行程极限的机床而言，工作区内的刀位点在机床坐标系的坐标均为负值；对参考点为负向行程极限的轴来说，正常工作区内的点在机床坐标系中该轴对应的坐标均为正值。 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 2．工件坐标系 机床的工件坐标系各坐标轴的方向和机床坐标系一致，工件坐标系可通过执行程序指令G92 X...Y...Z...来建立或用G54～G59指令来预置。 1) 用G92指令建立工件坐标系 格式：G92 X...Y...Z... G92指令的意义就是声明当前刀具刀位点在工件坐标系中的坐标，以此作参照来确立工件原点的位置。null 若已将各轴移到工作区内某位置，其屏幕显示当前刀具在机床坐标系中坐标为(x1, y1, z1)。此时，如果用MDI操作方式执行程序指令G92 X0 Y0 Z0，就会在系统内部建立工件坐标系，屏幕上将显示出工件原点在机床坐标系中的坐标为(x1，y1，z1)，按F9键显示方式→坐标系→工件坐标系，将正文区切换到显示工件坐标系，则显示当前刀具在工件坐标系中的坐标为(0，0，0)；如果执行程序指令G92 Xx2 Yy2 Zz2，则显示出工件原点在机床坐标系中的坐标为(x1−x2，y1−y2，z1−z2)；如切换到工件坐标系显示，则显示当前刀具在工件坐标系中的坐标为(x2，y2，z2)。在整个程序运行时，执行G92指令的结果和此一样；再执行G92指令时又将建立新的工件坐标系。如前所述，在执行含G92指令的程序前，必须进行对刀操作，确保由G92指令建立的工件坐标系原点的位置和编程时设定的程序原点的位置一致。 null 2) 用G54～G59来预置设定工件坐标系 在机床控制系统中，还可用G54～G59指令在6个预定的工件坐标系中选择当前工件坐标系。当工件尺寸很多且相对具有多个不同的标注基准时，可将其中几个基准点在机床坐标系中的坐标值，通过MDI方式预先输入到系统中，作为G54～G59的坐标原点，系统将自动记忆这些点。一旦程序执行到G54～G59指令之一时，则该工件坐标系原点即为当前程序原点，后续程序段中的绝对坐标均为相对此程序原点的值。例如，图3-13所示从A－B－C－D行走路线，可编程如下：中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnullN10 G54 G00 G90 X30.0 Y40.0 快速移到G54中的A点 N15 G59 将G59置为当前工件坐标系 N20 G00 X30.0 Y30.0 移到G59中的B点 N25 G52 X45.0 Y15.0 在当前工件坐标系G59中，建立局部坐标系G52 N30 G00 G90 X35.0 Y20.0 移到G52中的C点 N35 G53 X35.0 Y35.0 移到G53(机械坐标系)中的D点 ...中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-13 工件坐标系设定null 执行N10程序段时，系统会先选定G54坐标系作为当前工件坐标系；然后，再执行G00移动到该坐标系中的A点。执行N15程序段时，系统又会选择G59坐标系作为当前工件坐标系。执行N20时，机床就会移到刚指定的G59坐标系中的B点。执行N25时，将在当前工件坐标系G59中建立局部坐标系G52，G52后所跟的坐标值，是G52的原点在当前坐标系中的坐标。执行N30时，刀具将移到局部坐标系G52中的C点。G53是直接按机床坐标系编程。执行N35时，工具将移到机床坐标系中的D点。但G53指令只对本程序段有效，后续程序段如不指定其他坐标系的话，当前有效坐标系还是属于G59中的局部坐标系G52。 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 预置工件坐标系G54～G59的设定，可在MDI方式菜单中选按“坐标系F3”，切换到工件坐标系G54设定屏幕。如果欲将当前位置点设为G54的零点，可根据屏幕右上角显示的当前点在机床坐标系中的坐标值数据，在MDI命令行输入该数值后回车，则屏幕显示如图3-14所示。如要预置G55～G59，可使用翻页键切换到相应的页面，再在MDI命令行输入其原点坐标即可。工件原点预置好后，可按“F5重新对刀”，系统自动切换到MDI操作屏，键入G54后按循环启动执行，则当前工件坐标系就切换到了G54。同样，可以将G55、G56～G59等置为当前工件坐标系，右下部“工件坐标零点”处也将随着显示当前工件原点在机床坐标系中的坐标。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 关于G54～G59指令与G92指令在使用上的差别，在2.2.2节中已有介绍，一般地，G92不要和G54～G59混用。 如果需要察看当前刀具的坐标位置数据，可随时按F9键弹出显示方式选择的上托菜单，从中选择“坐标系”项，回车后再选择所需要的坐标方式(机床坐标/工件坐标/相对坐标)并回车，则在屏幕右上部的坐标数据显示区就可看到所需的结果。若正文区已处于大字符坐标数据显示方式，则其坐标数据方式也同样随着改变。如果按F9键后选择的是“坐标值”项，则还可获得“指令位置/实际位置/剩余进给/跟踪误差/负载电流”等数据内容显示的选择。null图3-14 预置工件坐标系的设定null 3．图形跟踪显示 在实际加工和程序空运行校验时，常常希望看到加工轨迹的跟踪显示，这也可按F9功能键进行选择。在弹出菜单中，选择“显示模式”菜单项并回车后，可按需要选择“三维图形/XY平面/ZX平面/YZ平面/图形联合显示”等。图3-15所示是图形联合跟踪显示的效果。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-15 图形跟踪显示效果null二 基本功能指令与程序调试1. 程序中用到的各功能字 1）G功能 格式：G2，G后可跟2位数。 数控铣床中常用的G功能指令如表3-2所示。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull表3-2 数控铣床的G功能指令null 2）M功能 格式：M2，M后可跟2位数。 铣削中常用的M功能指令和车削基本相同。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 3）F、S功能 F功能是用于控制刀具相对于工件的进给速度。速度指令范围为F0～24 000，采用直接数值指定法，可由G94、G95分别指定F的单位是mm / min还是mm / r。注意：实际进给速度还受操作面板上进给速度修调倍率的控制。 S功能用于控制带动刀具旋转的主轴的转速，其后可跟4位数。由于ZJK7532－1数控钻铣床的主轴变速是在停机状态下人工进行的，因此，写在程序中的S代码事实上是用于保证程序完整性的，实际主轴转速并不受其控制。null2.坐标系统与尺寸编程 1）绝对编程G90/增量编程G91 当图面尺寸从同一个尺寸基准引出，则可以采用坐标值相对于编程原点来表示的方法，即G90; 当图面尺寸采用连续标注的方法，则可以采用坐标值为相对于上一坐标点来表示的方法，即G91中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull2）直径编程G23/半径编程G22 车削对象主要是回转体，回转体零件的径向尺寸表示方法一般都采用直径标注。 当尺寸标注为直径时，则采用直径值来表示X值，用G23； 当尺寸标注为半径时，则采用半径值来表示X值，用G22。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 3．输入数据单位设定G20、G21、G22 使用G20、G21、G22可分别选择设定数据输入单位为英制、公制或脉冲当量。这三个G代码必须在程序的开头，坐标系设定之前，用单独的程序段来指定。如不指定，默认为G21公制单位。任务二任务二平面轮廓加工编程一、直线运动指令 二、圆弧插补指令 三、刀具半径补偿中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull一、快速定位指令G00和直线进给指令G01 格式：G90 (G91) G00 X...Y... Z... G90 (G91) G01 X...Y... Z... F... 如图3-16所示，空间直线移动从A到B。其编程计算方法如下： 绝对：G90 G00 Xxb Yyb Zzb 增量：G91G00 X(xb−xa) Y(yb−ya) Z(zb−za) 绝对：G90 G01 Xxb Yyb Zzb F f 增量：G91 G01 X(xb−xa) Y(yb−ya) Z(zb−za) Ff null图3-16 空间直线移动null 说明： (1) G00时X、Y、Z三轴同时以各轴的快进速度从当前点开始向目标点移动。一般各轴不能同时到达终点，其行走路线可能为折线。 (2) G00时轴移动速度不能由F代码来指定，只受快速修调倍率的影响。一般地，G00代码段只能用于工件外部的空程行走，不能用于切削行程中。 (3) G01时，刀具以F指令的进给速度由A向B进行切削运动, 并且控制装置还需要进行插补运算，合理地分配各轴的移动速度，以保证其合成运动方向与直线重合。G01时的实际进给速度等于F指令速度与进给速度修调倍率的乘积。null二、 圆弧插补指令G02、G03 前述G00、G01移动指令既可在平面内进行，也可实现三轴联动，而圆弧插补只能在某平面内进行，因此，若要在某平面内进行圆弧插补加工，必须用G17、G18、G19指令事先将该平面设置为当前加工平面；否则将会产生错误警告。事实上，空间圆弧曲面的加工都是转化为一段段的空间直线(或平面圆弧)而进行的。 格式：G17G90 (G91) G02(G03) X... Y... R... (I... J...) F... 或 G18G90 (G91) G02(G03) X... Z... R... (I... K...) F... G19G90 (G91) G02(G03) Y... Z... R... (J... K...) F...null图3-17 平面圆弧插补null图3-17(a)所示为XY平面内的圆弧AB，编程计算方法如下： 绝对：G17G90 G02 X xb Y yb R r1 F f －R 编程 或 G17G90 G02 X xb Y yb I(x1−xa) J (y1−ya) Ff 增量：G91G02 X (xb−xa)Y(yb−ya) R r1 F f 或 G91G02 X(xb−xa)Y(yb−ya)I(x1−xa)J(y1−ya)Ff 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 图(b)所示弧BC，如果前面已有G17平面设置指令，则编程计算方法如下： 绝对：G90G03 X xc Y yc R r2 Ff －R编程 或 G90G03 X xc Y yc I(x2−xb) J(y2−yb) Ff 增量：G91 G03 X(xc−xb) Y(yc−yb)R r2 Ff 或 G91 G03 X(xc−xb) Y(yc−yb) I(x2−xb) J(y2−yb) Ff null 说明： (1) 在G02、G03指令时，刀具相对工件以F指令的进给速度从当前点向终点进行插补加工，G02为顺时针方向圆弧插补，G03为逆时针方向圆弧插补。圆弧走向的顺逆应是从垂直于圆弧加工平面的第三轴的正方向看到的回转方向，如图3-17(c)所示。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull (2) 圆弧插补既可用圆弧半径R指令编程，也可用I、J、K指令编程。在同一程序段中，I、J、K、R同时指令时，R优先，I、J、K指令无效。当用R指令编程时，如果加工圆弧段所对的圆心角为0°～180°，R取正值；如果圆心角为180°～360°，R则取负值。如图3-17(b)所示的两段圆弧，其半径、端点、走向都相同，但所对的圆心角却不同，在程序上则仅表现为R值的正负区别。 小圆弧段：G90 G03 X 0 Y 25.0 R 25.0 或：G91 G03 X−25.0 Y 25.0 R 25.0 大圆弧段：G90 G03 X 0 Y 25.0 R−25.0 或：G91 G03 X−25.0 Y 25.0 R−25.0 null (3) X、Y、Z同时省略时，表示起、终点重合；若用I、J、K指令圆心，相当于指令了360°的弧；若用R编程时，则表示指令为0°的弧。 G02 (G03) I... 整圆 G02 (G03) R... 不动 (4) 无论用绝对还是用相对编程方式，I、J、K都为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，为零时可省略。(也有的机床厂家指令I、J、K为起点相对于圆心的坐标增量。)中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull (5) 机床启动时默认的加工平面是G17。如果程序中刚开始时所加工的圆弧属于XY平面，则G17可省略，一直到有其他平面内的圆弧加工时才指定相应的平面设置指令；再返回到XY平面内加工圆弧时，则必须指定G17。 G17、G18、G19主要用于指定圆弧插补时的加工平面，并不限制G00、G01的移动范围。如果当前加工平面设置为G17，同样可以在G00、G01中指定Z轴的移动。null 此外，有的机床还可用G02、G03实现空间螺旋线进给。其格式如下： G17G90 (G91) G02(G03) X... Y... R... ( I... J...) Z... F... 或 G18G90 (G91) G02(G03) X... Z... R... ( I... K... ) Y... F... G19G90 (G91) G02(G03) Y... Z... R... ( J... K... ) X... F... 即在原G02、G03指令格式程序段后部，再增加一个与加工平面相垂直的第三轴移动指令，这样在进行圆弧进给的同时还进行第三轴方向的进给，其合成轨迹就是一空间螺旋线，如图3-17(d)所示的轨迹。其程序应是： G91 G17 G03 X −30.0 Y 30.0 R 30.0 Z 10.0 F100 或 G90 G17 G03 X 0 Y 30.0 R 30.0 Z 10.0 F100 null3.3.3 其他常用指令 1．G04——暂停延时 格式：G04 P...，单位ms(毫秒)。 执行此指令时，加工进给将暂停P后所设定的时间，然后自动开始执行下一程序段。 机床在执行程序时，一般并不等到上一程序段减速到达终点后才开始执行下一个程序段，因此，可能导致刀具在拐角处的切削不完整。如果拐角精度要求很严，其轨迹必须是直角时，可在拐角处前后两程序段之间使用暂停指令。暂停动作是等到前一程序段的进给速度达到零之后才开始的。例如：欲停留1.5 s时，程序段为：G04 P1500。 null3.3.4 编程实例与上机调试 1．程序实例 实例1 外形轮廓的铣削。如图3-19(a)所示零件，以中间(30的孔定位加工外形轮廓，在不考虑刀具尺寸补偿的情况下。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-19 铣削加工零件图例null编程如下：null 实例2 铣槽与钻孔。如图3-19(b)所示零件，以外形定位，加工内槽和钻凸耳处的四个圆孔。 为保证钻孔质量，整个零件采用先铣槽后钻孔的顺序。内槽铣削使用(10 mm的铣刀，先采用行切方法(双向切削)去除大部分材料，整个周边留单边0.5 mm的余量；最后，采用环切的方法加工整个内槽周边。整个内槽铣切的位置点关系及路线安排如图3-20所示。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-20 铣槽路线安排null编程如下：nullnullnull中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnullnullnull中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull三、 刀具半径补偿 从上节的轮廓铣削编程加工调试实例可知，系统程序控制的总是让刀具刀位点行走在程序轨迹上。铣刀的刀位点通常是定在刀具中心上，若编程时直接按图纸上的零件轮廓线进行，又不考虑刀具半径补偿，则将是刀具中心(刀位点)行走轨迹和图纸上的零件轮廓轨迹重合，这样由刀具圆周刃口所切削出来的实际轮廓尺寸，就必然大于或小于图纸上的零件轮廓尺寸一个刀具半径值，因而造成过切或少切现象。null 为了确保铣削加工出的轮廓符合要求，就必须在图纸要求轮廓的基础上，整个周边向外或向内预先偏离一个刀具半径值，作出一个刀具刀位点的行走轨迹，求出新的节点坐标，然后按这个新的轨迹进行编程(如图3-23(a)所示)，这就是人工预刀补编程。上节的槽形铣削就是这样编程的。这种人工预先按所用刀具半径大小，求算实际刀具刀位点轨迹的编程方法虽然能够得到要求的轮廓，但很难直接按图纸提供的尺寸进行编程，计算繁杂，计算量大，并且必须预先确定刀具直径大小；当更换刀具或刀具磨损后又需重新编程，使用起来极不方便。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 现在很多数控机床的控制系统自身都提供自动进行刀具半径补偿的功能，只需要直接按零件图纸上的轮廓轨迹进行编程，在整个程序中只在少量的地方加上几个刀补开始及刀补解除的代码指令。这样无论刀具半径大小如何变换，无论刀位点定在何处，加工时都只需要使用同一个程序或稍作修改，你只需按照实际刀具使用情况将当前刀具半径值输入到刀具数据库中即可。在加工运行时，控制系统将根据程序中的刀补指令自动进行相应的刀具偏置，确保刀具刃口切削出符合要求的轮廓。利用这种机床自动刀补的方法，可大大简化计算及编程工作，并且还可以利用同一个程序、同一把刀具，通过设置不同大小的刀具补偿半径值而逐步减少切削余量的方法来达到粗、精加工的目的，如图3-23(b)所示。null图3-23 刀具半径补偿null 刀具半径补偿指令共有G41、G42、G40三个。其使用程序格式为： G90(G91)G17 G00(G01)G41(G42)X Y D G90(G91)G18 G00(G01)G41(G42)X Z D G90(G91)G19 G00(G01)G41(G42)Y Z D G90(G91)G17 G00(G01)G40 X Y G90(G91)G18 G00(G01)G40 X Z G90(G91)G19 G00(G01)G40 Y Z 在进行刀径补偿前，必须用G17或G18、G19指定刀径补偿是在哪个平面上进行。平面选择的切换必须在补偿取消的方式下进行，否则将产生报警。 null 刀径补偿指令程序就是在原G00或G01线性移动指令的格式上，加上了G41(G42、G40)...D...的指令代码。其中，G41为刀径左补偿，G42为刀径右补偿，G40为取消(解除)刀径补偿。D为刀具半径补偿寄存器的地址字，在补偿寄存器中存有刀具半径补偿值。刀径补偿有D00～D99共100个地址号可用。其中，D00已为系统留作取消刀径补偿专用。补偿值可在MDI方式下键入。X、Y及其坐标值还是按G00及G01的格式意义进行确定，和不考虑刀补时一样编程计算。所不同的是，无刀补指令时刀具中心是走在程序路线上；有刀径补偿指令时刀具中心是走在程序路线的一侧，刀具刃口走在程序路线上。(刀补引入和取消的程序段有所不同。)null 刀补位置的左右应是顺着编程轨迹前进的方向进行判断的，如图3-23(c)所示。当用G41指令时，刀具中心将走在编程轨迹前进方向的左侧；当用G42指令时，刀具中心将走在编程轨迹前进方向的右侧。实际编程应用时，应根据是加工外形还是加工内孔以及整个切削走向等进行确定。当将刀具半径设置为负值时，G41和G42的执行效果将互相替代。 刀径补偿在整个程序中的应用共分刀补引入(初次加载)，刀补方式进行中和刀补解除三个过程。刀补引入是一个从无到有的渐变过程，从线性轨迹段的起点处开始，刀具中心渐渐往预定的方向偏移，到达该线性轨迹段的终点处时，刀具中心相对于终点产生一刀具半径大小的法向偏移。null中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-24 刀补加载和解除的过程null 当程序运行到含刀补引入的程序段N2后，运算装置即同时先行读入N3、N4两段，在N2的终点(N3的起点)处，作出一个矢量，该矢量的方向是与下一段N3的前进方向垂直向左(G41)，大小等于刀补D01的值。刀具中心在执行这一段(N2段)时，就移向该矢量的终点。刀补引入指令只能在G00、G01的线性段中进行，不能用于G02、G03的圆弧段中。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 从N3程序段开始转入刀补方式行进状态。在此状态下，G00、G01、G02、G03都可使用。它也是每次都先行读入两段，在进行偏移计算后得到刀具中心在该段终点的坐标，刀具中心就移向这点。在刀补进行过程中，刀具中心的轨迹基本上就是编程轮廓轨迹的平行线，平行间距等于刀补D01的值。由于刀径补偿指令都是模态指令，因此对补偿进行中的程序段而言，如果刀补形式没有什么变化的话，可不需再书写刀补指令。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 早期的数控机床刀具补偿功能还不完善，其刀径补偿都是一段一段独立计算的，这时进行中的刀补路线都是从每一段线段起点的法向矢量走到该线段终点的法向矢量处，当两段线间呈尖角过渡时，这种刀补法的刀补路线将无法自动从前段线接续到下一段线，因而出现脱节现象。为此，有的控制系统要求预先对所有的尖角都进行倒圆处理，确保前后之间都能顺滑连接。有的控制系统则是在编程时对尖角处预先增加尖角处理指令，将前后两段线用合理的路线连接起来，比如，FANUC－3MA控制系统使用的B功能刀补，就是采用尖角圆弧插补G39指令来处理尖角的。null 现代数控机床的刀补功能已相当完善，如使用C功能刀补的机床基本上都是采用预先读入前后几段线，进行平行偏移计算，求解出刀具中心偏移线的交点，作为前段线的终点，同时又是下一段线的起点，从而得到刀补轨迹的。当偏移计算得出的交点与原轮廓转角尖点偏离太远时，则自动插入转折型刀具路径，如图3-25所示。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-25 尖角刀补处理null 刀补解除(取消)则是一个从有到无的渐变过程，从上一个具有正常偏移轨迹线段的终点的法向矢量处开始，刀具中心渐渐往本线性轨迹段的终点方向移动，到达该轨迹段的终点处时，刀具中心相对于终点的偏移矢量大小为零，即刀具中心就正好落在终点上。当刀径补偿号采用D00时，如使用G41(G42)G00(G01). . . D00 格式时，相当于使用了G40。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 需要注意的是，刀补的引入和取消要求必须在G00或G01路线段，但在刀补进行的中间轨迹线中，还是允许圆弧段轨迹的；在刀补进行中的程序段之间不能有任何一个刀具不移动的指令程序段出现；在指定刀补平面执行刀补时，也不能出现连续两个仅第三轴移动的指令，否则将可能产生刀补自动取消然后又重新启动的刀补过程，因而在继续运行程序时出现过切或少切现象。任务三任务三孔类零件加工编程一、孔类零件基本编程方法 二、刀具长度补偿 三、加工编程实例中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cn一、孔类零件基本编程方法一、孔类零件基本编程方法孔类零件加工编程的基本方法： G00将刀具移动到孔的正上方 G00快进到安全高度 G01下倒加工孔 孔底暂停 G00退刀null二、 刀具长度补偿 使用刀具长度补偿功能，可以在当实际使用刀具与编程时估计的刀具长度有出入时，或刀具磨损后刀具长度变短时，不需重新改动程序或重新进行对刀调整，仅只需改变刀具数据库中刀具长度补偿量即可。刀具长度补偿指令有G43、G44和G49三个，其使用格式如下： G43(G44)G00(G01)Z H 刀具长度正补偿G43、负补偿G44 G49 G00(G01)Z 取消刀具长度补偿 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 在G17的情况下，刀长补偿G43、G44只用于Z轴的补偿，而对X轴和Y轴无效。格式中，Z值是属于G00或G01的程序指令值，同样有G90和G91两种编程方式。H为刀长补偿号，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址号，如H01是指01号寄存器，在该寄存器中存放刀具长度的补偿值。刀长补偿号可用H00～H99来指定。null图3-26 刀具长度补偿null 执行G43时，Z实际值 = Z指令值 + (H xx) 执行G44时，Z实际值 = Z指令值 − (H xx) 其中，(Hxx)是指xx寄存器中的补偿量，其值可以是正值或者是负值。当刀长补偿量取负值时，G43和G44的功效将互换。 刀具长度补偿指令通常用在下刀及提刀的直线段程序G00或G01中，使用多把刀具时，通常是每一把刀具对应一个刀长补偿号，下刀时使用G43或G44，该刀具加工结束后提刀时使用G49取消刀长补偿。如图3-27所示，编程如下： 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-27 刀长补偿实例 null设(H02)= 200 mm时： N1 G92 X0 Y0 Z0 设定当前点O为程序零点 N2 G90 G00 G44 Z10.0 H02 指定点A，实到点B N3 G01 Z−20.0 实到点C N4 Z10.0 实际返回点B N5 G00 G49 Z0 实际返回点O . . . 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull设(H02)= −200 mm时： N1 G92 X0 Y0 Z0 N2 G90 G00 G43 Z10.0 H02 N3 G91 G01 Z−30.0 N4 Z30.0 N5 G00 G49 Z−10.0 . . . 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 从上述程序例中可以看出，使用G43、G44相当于平移了Z轴原点，即将坐标原点O平移到了O'点处，后续程序中的Z坐标均相对于O'进行计算。使用G49时则又将Z轴原点平移回到了O点。 同样地，也可采用G43...H00或G44...H00来替代G49的取消刀具长度补偿功能。 刀长补偿数据的设定如图3-28所示，将多把刀具中最长或最短的刀具作为基准刀具，用Z向设定器对刀。在保持机床坐标值不变(刀座等高)的情况下，若分别测得各刀具到工件基准面的距离为A、B、C，以A为基准设定工件坐标系，则H01=0，H02=A−B，H03=A−C。 null图3-28 基准刀对刀时刀长补偿的设定null 在实际生产加工中，常常使用刀座底面进行对刀，按刀座底面到工件基准面的距离设定工件坐标系；编程时加上G43、G44指令；安装上刀具后，测出各刀尖相对于刀座底面的距离，将测量结果设置为刀长补偿值，如图3-29所示。 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-29 刀座对刀时刀长补偿的设定null 事实上，也可先在机床外，利用刀具预调仪精确测量每把刀具的轴向和径向尺寸，确定每把刀具的长度补偿值；然后，在机床上用其中最长或最短的一把刀具进行Z向对刀，确定工件坐标系。这种机外刀具预调+机上对刀的方法，对刀精度和效率高，便于工艺文件的编写和生产组织，但投资较大。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull3.4.4 刀补程序的编写与上机调试 例1 对前述轮廓铣削的零件，考虑刀具补偿情况再进行编程。 零件形状及刀补路线如图3-31所示，设对刀操作是采用刀座进行的，安装上(8 mm的刀具后，测得刀具伸出长度为45 mm，因此设置刀补地址数据为：(D01)= 4，(H01)= 45。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图3-31 刀补实例null编程如下：null 和前述不考虑刀补的轮廓铣削程序相比，可以看出：采用机床自动刀补的程序与不考虑刀补的程序并没有多大的不同，只是在原来的程序上增加了有关刀补指令而已。但考虑刀补后的程序适应性强，对不同长度、不同半径的刀具只需改变刀具补偿量即可。当然由于零件形状上的最小圆弧半径的限制，本零件的轮廓加工不可使用直径大于20 mm的铣刀。 由于使用了刀具补偿功能，可以使用同一把刀具，通过改变刀具补偿半径的方法，先设定较大的D01值，进行轮廓粗切，再逐步减小D01的值，重复运行程序，实现从粗切到精切的过程。在深度方向上，如果因深度较大，无法一次切削完成，则一样可以用实际长度固定而通过改变H01值的方法，先用较大的H01值，切削一部分深度的材料，再减小H01的值，切削深度方向剩余的材料，通过多次运行程序达到深度分次切削的效果。 null 在有刀具补偿的情况下，是先进行坐标旋转，然后才进行刀具半径补偿、刀具长度补偿。在有缩放功能的情况下，是先缩放，再旋转。 在有些数控机床中，缩放、镜像和旋转功能的实现是通过参数设定来进行的，不需要在程序中用指令代码来实现。这种处理方法表面上看，好像省却了编程的麻烦，事实上，它远不如程序指令实现来得灵活。要想在这类机床上实现上述几个例程的加工效果，虽然可以不需编写子程序，但却需要多次修改参数设定值后，重复运行程序，并且程序编写时在起点位置的安排上必须恰当。由于无法一次调试完成，因此出错的可能性较大。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cn任务四任务四固定循环编制孔加工程序一、 固定循环的动作 二、 固定循环指令格式 三、 各循环方式说明 四、 加工编程实例null一、固定循环的动作组成 如图4-24所示，以立式数控机床加工为例，钻、镗固定循环动作顺序可分解为： (1) X和Y轴快速定位到孔中心的位置上。 (2) 快速运行到靠近孔上方的安全高度平面(R平面)。 (3) 钻、镗孔(工进)。 (4) 在孔底做需要的动作。 (5) 退回到安全平面高度或初始平面高度。 (6) 快速退回到初始点的位置。null图4-24 固定循环动作分解null二、 固定循环指令格式 G90(G91)G99(G98)G73(~G89)X... Y... Z... R... Q... P... F... S... L... 其中，G98、G99为孔加工完后的回退方式指令。G98指令是返回初始平面高度处，G99则是返回安全平面高度处。当某孔加工完后还有其他同类孔需要接续加工时，一般使用G99指令；只有当全部同类孔都加工完成后，或孔间有比较高的障碍需跳跃的时候，才使用G98指令，这样可节省抬刀时间。 G73～G89为孔加工方式指令，对应的固定循环功能见表4-5。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull表4-5 固定循环功能表中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull X、Y为孔位中心的坐标； Z为孔底的Z坐标(G90时为孔底的绝对Z值，G91时为R平面到孔底平面的Z坐标增量)。 R为安全平面的Z坐标(G90时为R平面的绝对Z值，G91时为从初始平面到R平面的Z坐标增量)。 Q在G73、G83间歇进给方式中，为每次加工的深度；在G76、G87方式中，为横移距离；在固定循环有效期间是模态值。 P为孔底暂停的时间，用整数表示，单位为ms。仅对G82、G88、G89有效。 F为进给速度。 L为重复循环的次数，L1可不写，L0将不执行加工，仅存储加工数据。 null三、 各循环方式说明 (1) G73--用于高速深孔钻削。如图4-25(a)所示，每次背吃刀量为q(用增量表示，在指令中给定)；退刀量为d，由NC系统内部通过参数设定。G73指令在钻孔时是间歇进给，有利于断屑、排屑，适用于深孔加工。 (2) G74--用于左旋攻螺纹。如图4-25(b)所示，执行过程中，主轴在R平面处开始反转直至孔底，到达后主轴自动转为正转，返回。 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull图4-25 各种钻镗固定循环图解null (3) G76——精镗。如图4-25(c)所示，加工到孔底时，主轴停止在定向位置上；然后，使刀头沿孔径向离开已加工内孔表面后抬刀退出，这样可以高精度、高效率地完成孔加工，退刀时不损伤已加工表面。刀具的横向偏移量由地址Q来给定，Q总是正值，移动方向由系统参数设定。 (4) G81--一般钻孔循环，用于定点钻，如图4-25(d)所示。 (5) G82——可用于钻孔、镗孔。动作过程和G81类似，但该指令将使刀具在孔底暂停，暂停时间由P指定。孔底暂停可确保孔底平整。常用于做锪孔、做沉头台阶孔。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull (6) G83——深孔钻削。如图4-25(e)所示，q、d与G73相同，G83和G73的区别是：G83指令在每次进刀q深度后都返回安全平面高度处，再下去作第二次进给，这样更有利于钻深孔时的排屑。 (7) G84——右旋攻螺纹。G84指令和G74指令中的主轴转向相反，其他和G74相同。 (8) G85——镗孔。动作过程和G81一样，G85进刀和退刀时都为工进速度，且回退时主轴照样旋转。 (9) G86——镗孔。动作过程和G81类似，但G86进刀到孔底后将使主轴停转，然后快速退回安全平面或初始平面。由于退刀前没有让刀动作，快速回退时可能划伤已加工表面，因此只用于粗镗。null (10) G87——反向镗孔。如图4-25(f)所示，执行时，X、Y轴定位后，主轴准停，刀具以反刀尖的方向偏移，并快速下行到孔底(此即其R平面高度)。在孔底处，顺时针启动主轴，刀具按原偏移量摆回加工位置，在Z轴方向上一直向上加工到孔终点(此即其孔底平面高度)。在这个位置上，主轴再次准停后刀具又进行反刀尖偏移，然后向孔的上方移出，返回原点后刀具按原偏移量摆正，主轴正转，继续执行下一程序段。 (11) G88——镗孔。如图4-25(g)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。 null (12) 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。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull四、加工编程实例 如图4-26(a)所示零件，共有13个孔，需要使用三把直径不同的刀具，其刀具号、刀具直径和刀杆长度如图(b)所示，分别按H11=200，H15=190，H31=150设置刀具长度补偿。全部都是钻、镗点位加工，不需使用刀径补偿，均采用钻镗固定循环编程。null图4-26 固定循环编程图例null其编程如下： null任务五 综合加工应用实例 如图3-38所示零件，设中间28的圆孔与外圆130已经加工完成，现需要在数控机床上铣出直径120～40、深5 mm的圆环槽和七个腰形通孔。 图3-38 综合加工图例null 根据工件的形状尺寸特点，确定以中心内孔和外形装夹定位，先加工圆环槽，再铣七个腰形通孔。 铣圆环槽方法：采用(20 mm左右的铣刀，按(120的圆形轨迹编程，采用逐步加大刀具补偿半径的方法，一直到铣出(40的圆为止。 铣腰形通孔方法：采用(8～(10 mm左右的铣刀(不超过(10)，以正右方的腰形槽为基本图形编程，并且在深度方向上分三次进刀切削，其余六个槽孔则通过旋转变换功能铣出。由于腰形槽孔宽度与刀具尺寸的关系，只需沿槽形周围切削一周即可全部完成，不需要再改变径向刀补重复进行。如图3-39所示，现已计算出正右方槽孔的主要节点的坐标分别为： A(34.128，7.766)、B(37.293，3.574)、C(42.024，15.296)、D(48.594，11.775)。null 对刀方法： (1) 先下刀到圆形工件的左侧，手动→步进调整机床至刀具接触工件左侧面，记下此时的坐标X1；手动沿Z向提刀，在保持Y坐标不变的情形下，移动刀具到工件右侧，同样通过手动→步进调整 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 ，使刀具接触工件右侧，记下此时的坐标X2；计算出X3=(X1+X2)/2的结果，手动提刀后，通过手动→步进调整过程，将刀具移到坐标X3处，此即X方向上的中心位置。对刀方式如图3-39所示。 null图3-39 对刀方式图null (2) 用同样的方法，移动调整到刀具接触前表面，记下坐标Y1；在保持X坐标不变的前提下，移动调整到刀具接触后表面，记下坐标Y2；最后，移动调整到刀具落在Y3=(Y1+Y2)/2的位置上，此即圆形工件圆心的位置。 (3) 用手动—步进方法沿Z方向移动调整至刀具接触工件上表面。 (4) 用MDI方法执行指令G92 X0 Y0 Z0；则当前点即为工件原点；然后，提刀至工件坐标高度Z=25.0的位置处，至此对刀完成。中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull按照上述思路，编程如下：nullnull中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull G69 G68 X0 Y0 P308.57 M98 P100 G69 G00 Z25.0 M05 M30null思考与练习题 1．数控铣床的类型有哪些？立式铣床的Z轴运动实现可有哪些形式？ 2．XK5032、ZJK7532－1型数控铣床各是什么性质的进给伺服控制系统？它们的Z轴运动分别是怎样实现的？XK5032的可调升降台能否实现Z轴的程序控制？ 3．数控铣床的三轴联动和两轴联动是一个什么样的概念？它们在加工应用上有什么差别？ 4．XK5032型数控铣床能否实现主轴转速的程序控制？其控制范围如何？ZJK7532－1型数控铣床的主轴变速是如何实现的？其主轴变速如何进行？null 5．如何进行回参考点的操作？回参考点有什么意义？自动回参考点有什么要求？ 6．ZJK7532－1型数控铣床的机床原点、参考点和工件原点之间有何区别？用图示表达出它们之间的相对位置关系。 7．ZJK7532－1型数控铣床的机床坐标系是怎样建立的？开机时屏幕上显示的(0,0,0)是指机床原点吗？此时若用MDI执行“G90 G00 X100.0 Y50.0 Z-20.0”后，屏幕上显示的是刀位点在机床坐标系中的坐标吗？ 8．ZJK7532－1型数控铣床的工件坐标系是怎样建立的？如果屏幕显示当前刀位点在机床坐标系中的坐标为(150，−100，−80)，用MDI执行“G92 X100.0 Y50.0 Z−20.0”后，工件原点在机床坐标系中的坐标是多少？ null 9．上题中若再用MDI执行“G90 X100.0 Y50.0 Z-20.0”后，屏幕上工件坐标系的显示坐标是多少?机床坐标系的显示坐标又是多少？若用MDI执行“G91 X100.0 Y50.0 Z-20.0”后，显示坐标又是多少？ 10．简要说明在ZJK7532－1型数控铣床上如何进行MDI操作？ 11．G54～G59指令的含意是什么？比较一下它们和G92之间的区别？如何预置G54～G59的值？ 12．常用的钻、镗、铣用刀具有哪些？画图表示出立铣刀的装夹及其基本组成。null 13．数控铣床的对刀内容包括哪些？以基准铣刀的对刀为例说明对一个圆形毛坯的对刀过程是如何进行的？ 14．数控铣床的圆弧插补编程有什么特点？圆弧的顺逆应如何判断？试写出在XY平面上铣切一个40的整圆的程序行。 15．操作面板上的“机械锁住”和“Z轴锁住”按键有什么用途？在ZJK7532－1型数控铣床的控制系统中，执行程序校验时，机械及程序在运行上有什么特征？如何进行程序校验？ 16．在ZJK7532－1型数控铣床上编写程序时，应注意些什么？ 中国数控信息网欢迎您 www.skxx.com.cnnull 17．G28指令中的坐标值指的是什么？试画图表示G28、G29的运行路线？G28、G29适用于什么场合？ 18．数控铣床上的刀具补偿内容有哪些？人工编程预刀补和机床自动刀补分别是如何进行的？机床自动刀补有哪些优势？ 19．画图表示刀具直径补偿的引入、引出过程。说说刀具直径补偿编程时应注意哪些问题？如何利用刀径补偿功能实现粗、精加工？ 20．C功能刀补和B功能刀补有什么不同？哪一种更好？ null 21．刀长补偿应用时，若所用刀具因多次使用磨损而变短了，应怎样设置刀补？若原来是按刀座对刀编程的，现装上了一把刀具，应怎样设置刀补？ 22．在ZJK7532－1型数控铣床上如何进行刀补数据的设定? 多把刀具的机外预调是怎样一回事？ 23．画图表示主、子程序及其嵌套调用关系？在ZJK7532－1型数控铣床上，子程序应如何编写？ 24．缩放、镜像和旋转编程有什么实用意义