数控加工技术 第六章.docx

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数控加工技术第六章

第6章数控铣床编程

【教学目标】通过本章节的教学：

使学生掌握数控铣床加工程序的编制方法；数控铣加工的特点；刀具补偿的设置及其他指令代码；固定循环代码。

【教学重点】编程方法、刀具补偿与固定循环

【教学难点】刀具补偿与固定循环

【教学时数】理论6学时，实验4学时

【课程类型】理论与实验课程

【教学方法】理论联系实际，讲、例、练三结合

【教学内容】

　数控铣床加工的特点

　数控铣床加工的对象

数控铣床主要用于加工平面和曲面轮廓的零件，还可以加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等。

同时也可以对零件进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工。

数控铣削机床的加工对象与数控机床的结构配置有很大关系。

立式结构的铣床一般适应用于加工盘、套、板类零件，一次装夹后，可对上表面进行铣、钻、扩、镗、锪、攻螺纹等工序以及侧面的轮廓加工；

卧式结构的铣床一般都带有回转工作台，一次装平后可完成除安装面和顶面以外的其余四个面的各种工序加工，适宜于箱体类零件加工；

万能式数控铣床，主轴可以旋转90°或工作台带着工件旋转90°，一次装夹后可以完成对工件五个表面的加工；

龙门式铣床适用于大型零件的加工。

数控铣床加工的特点

数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：

1、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，如模具类零件、壳体类零件等。

2、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。

3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。

4、加工精度高、加工质量稳定可靠。

5、生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。

有利于生产管理自动化。

6、生产效率高。

一

7、从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。

在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。

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。

数控铣加工的刀具补偿及其他功能指令

刀具半径补偿G40，G41，G42

刀具半径补偿指令格式如下：

G17G41（或G42）G00（或G01）XYD

或G18G41（或G42）G00（或G01）XZD

或G19G41（或G42）G00（或G01）YZD；

G40

（a）（b）

图刀具补偿方向

G41是相对于刀具前进方向左侧进行补偿，称为左刀补。

如图所示。

这时相当于顺铣。

G42是相对于刀具前进方向右侧进行补偿，称为右刀补。

如图所示。

这时相当于逆铣。

从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言，顺铣效果较好，因此G41使用较多。

D是刀补号地址，是系统中记录刀具半径的存储器地址，后面跟的数值是刀具号，用来调用内存中刀具半径补偿的数值。

刀补号地址可以有D01-D99共100个地址。

其中的值可以用MDI方式预先输入在内存刀具表中相应的刀具号位置上。

进行刀具补偿时，要用G17/G18/G19选择刀补平面，缺省状态是XY平面。

G40是取消刀具半径补偿功能，所有平面上取消刀具半径补偿的指令均为G40。

G40，G41，G42是模态代码，它们可以互相注销。

使用刀具补偿功能的优越性在于：

·在编程时可以不考虑刀具的半径，直接按图样所给尺寸进行编程，只要在实际加工时输入刀具的半径值即可。

·可以使粗加工的程序简化。

利用有意识的改变刀具半径补偿量，则可用同一刀具、同一程序、不同的切削余量完成加工。

下面结合图来介绍刀补的运动。

图刀补动作

按增量方式编程：

O0001

N10G54G91G17G00M03G17指定刀补平面（XOY平面）

N20G41D01建立刀补（刀补号为01）

N30G01F200

N40

N50

N60

N70G00G40M05解除刀补

N80M02

按绝对方式编程：

O0002

N10G54G90G17G00M03G17指定刀补平面（XOY平面）

N20G41D01建立刀补（刀补号为01）

N30G01F200

N40

N50

N60

N70G00G40X0Y0M05解除刀补

N80M02

刀补动作为：

1、启动阶段

2、刀补状态

3、取消刀补

这里特别提醒要注意的是，在启动阶段开始后的刀补状态中，如果存在有两段以上的没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段，则可能产生进刀不足或进刀超差。

其原因是因为进入刀具状态后，只能读出连续的两段，这两段都没有进给，也就作不出矢量，确定不了前进的方向。

刀具长度补偿G43、G44、G49

刀具长度补偿指令格式如下：

格式：

G43（G44）ZH

其中：

Z为补偿轴的终点值。

H为刀具长度偏移量的存储器地址。

把编程时假定的理想刀具长度与实际使用的刀具长度之差作为偏置设定在偏置存储器中，该指令不改变程序就可以实现对Z轴（或X、Y轴）运动指令的终点位置进行正向或负向补偿。

使用G43指令时，实现正向偏置；用G44指令时，实现负向偏置。

无论是绝对指令还是增量指令，由H代码指定的已存入偏置存储器中的偏置值在G43时加，在G44时则是从Z轴（或X、Y轴）运动指令的终点坐标值中减去。

计算后的坐标值成为终点。

取消长度补偿指令格式：

G49Z（或X或Y）

实际上，它和指令G44/G43ZH00的功能是一样的。

G43、G44、G49为模态指令，它们可以相互注销。

下面是一包含刀具长度补偿指令的程序，其刀具运动过程如图所示。

图刀具长度补偿加工

H01=（偏移值）

N10G91G00M03S500；

N20G43H01；

N30G01F1000；

N40G04P2000；

N50G00；

N60；

N70G01；

N80G00；

N90；

N100G01；

N110G04P2000；

N120G00H00；

N130M05M03；

由于偏置号的改变而造成偏置值的改变时，新的偏置值并不加到旧偏置值上。

例如，H01的偏置值为，H02的偏置值为时

G90G43H01Z将达到

G90G43H02Z将达到

刀具长度补偿同时只能加在一个轴上，下面的指令将出现报警。

在必须进行刀具长度补偿轴的切换时，要取消一次刀具长度补偿。

G43ZH

G43XH

其他功能指令

1、段间过渡方式指令G09，G61，G64。

（1）准停检验指令G09，G61，G64。

格式：

G09；

一个包括G09的程序段在继续执行下个程序段前，准确停止在本程序段的终点。

该功能用于加工尖锐的棱角。

G09仅在其被规定的程序段中有效。

（2）精确停止检验G61。

格式：

G61。

在G61后的各程序段的移动指令都要准确停止在该程序段的终点，然后再继续执行下个程序段。

此时，编辑轮廓与实际轮廓相符。

G61与G09的区别在于G61为模态指令。

G61可由G64注销。

（3）连续切削方式G64。

格式：

G64：

2、简化编程的指令

（1）镜像功能指令G24，G25。

格式：

G24XYZ

M98P

G25XYZ

例：

如图所示的镜像功能程序

图镜像功能

％0003主程序

N10G91G17M03；

N20M98P100；加工①

N30G24X0；Y轴镜像，镜像位置为X=0

N40M98P100；加工②

N50G24X0Y0；X轴、Y轴镜像，镜像位置为（0，0）

N60M98P100；加工③

N70G25X0；取消Y轴镜像

N80G24Y0；X轴镜像

N90M98P100；加工④

N100G25Y0；取消镜像

N110M05；

N120M30；

子程序（①的加工程序）：

％100

N200G41G00D01；

N210

N220；

N230G01F100；

N240；

N250；

N260G03；

N270G01；

N280；

N290G00；

N300G40；

N310M99；

（2）缩放功能指令G50、G51

格式：

G51XYZP

M98P

G50

例：

如图所示的三角形ABC，顶点为A（30，40），B（70，40），C（50，80），若D（50，50）为中心，放大2倍，则缩放程序为

G51X50Y50P2

图缩放功能

执行该程序，将自动计算出A＇、B＇、C＇三点坐标数据为A＇（10，30），B＇（90，30），C＇（50，110）从而获得放大一倍的

A＇B＇C＇。

缩放不能用于补偿量，并且对A、B、C、U、V、W轴无效。

（3）旋转变换指令G68，G69

G68为坐标旋转功能指令，G69为取消坐标旋转功能指令。

在XY平面：

格式：

G68XYP

G69；

例：

如图所示的旋转变换功能程序。

图旋转变换功能

%1主程序

N10G90G17M03；

N20M98P100；加工

N30G68X0Y0P45；旋转45°

N40M98P100;加工②

N50G69；取消旋转

N60G68X0Y0P90；旋转则90°

M70M98P100；加工③

N80G69M05M30；取消旋转

子程序（①的加工程序）

%100

N100G90G01X20Y0F100；

N110G02X30Y015；

N120G03X40Y015；

N130X20Y0-10；

N140G00X0Y0；

N150M99；

固定循环

概述

孔加工固定循环指令有G73，G74，G76，G80～G89,通常由下述6个动作构成，如图所示，图中实线表示切削进给，虚线表示快速进给。

动作1：

X、Y轴定位；

动作2：

快速运动到R点（参考点）；

动作3：

孔加工；

动作4：

在孔底的动作；

动作5：

退回到R点（参考点）；

动作6：

快速返回到初始点。

固定循环的程序格式包括数据表达形式、返回点平面、孔加工方式、孔位置数据、孔加工数据和循环次数。

其中数据表达形式可以用绝对坐标G90和增量坐标G91表示。

如图所示，其中图（a）是采用G90的表达形式，图（b）是采用G91的表达形式。

图孔加工固定循环图固定循环数据形式

固定循环的程序格式如下：

G98（或G99）G73（或G74或G76或G80～G89）XYZRQPIJKFL

式中第一个G代码（G98或G99）指定返回点平面，G98为返回初始平面，G99为返回R点平面。

第二个G代码为孔加工方式，即固定循环代码G73，G74，G76和G81～G89中的任一个。

固定循环的数据表达形式可以用绝对坐标（G90）和相对坐标（G91）表示，分别如图（a）和图（b）所示。

数据形式（G90或G91）在程序开始时就已指定，因此，在固定循环程序格式中可不写出。

X、Y为孔位数据，指被加工孔的位置；Z为R点到孔底的距离（G91时）或孔底坐标（G90时）；R为初始点到R点的距离（G91时）或R点的坐标值（G90时）；Q指定每次进给深度（G73或G83时）或指定刀具位移增量（G76或G87时）；P指定刀具在孔底的暂停时间；I、J指定刀尖向反方向的移动量；K指定每次退刀（G76或G87时）刀具位移增量；F为切削进给速度；L指定固定循环的次数。

G73、G74、G76和G81～G89、Z、R、P、F、Q、I、J都是模态指令。

G80、G01～G03等代码可以取消循环固定循环。

在固定循环中，定位速度由前面的指令速度决定。

钻孔循环

1、高速深孔加工循环G73

该固定循环用于Z轴的间歇进给，使深孔加工时容易排屑，减少退刀量，提高加工效率。

Q值为每次的进给深度，退刀用快速，其值K为每次的退刀量。

G73指令动作循环如图所示。

图G73指令动作

%0073

N10G92X0Y0Z80

N20G00

N30G98G73G90X100G90R40P2Q-10K5G90Z0L2F200

N40G00X0Y0Z80

N50M02

注意：

如果Z、K、Q移动量为零时，该指令不执行。

2、钻孔循环（钻中心孔）G81

G81指令的循环动作如图所示，包括X、Y坐标定位、快进、工进和快速返回等动作。

图G81指令循环动作

例：

钻孔的程序如下

％0081

N10G92X0Y0Z80

N15G00

N20G99G81G90X100G90R40G90Z0P2F200I2

N30G90G00X0Y0Z80

N40M02

注意：

如果Z的移动位置为零，该指令不执行。

3、带停顿的钻孔循环G82

该指令除了要在孔底暂停外，其它动作与G81相同。

暂停时间由地址P给出。

此指令主要用于加工盲孔，以提高孔深精度。

%082

N10G92X0Y0Z80

N15G00

N20G99G82G90X100G90R40P2G90Z0F200I2

N30G90G00X0Y0Z80

N40M02

4、深孔加工循环G83

深孔加工指令G83的循环动作如图所示，每次进刀量用地址Q给出，其值q为增量值。

每次进给时，应在距已加工面d（mm）处将快速进给转换为切削进给，d是由参数确定的。

图G83指令循环动作

例：

加工某深孔的程序如下

％0083

N10G92X0Y0Z80

N15G00

N20G99G83G91X100G90R40P2Q-10K5Z0F200I2；

N30G90G00X0Y0Z80

N40M02

注意：

如果Z、Q、K的移动量为零，该指令不执行。

镗孔循环

1、精镗循环G76

G76指令的循环动作如图所示。

精镗时，主轴在孔底定向停止后，向刀尖反方向移动，然后快速退刀，退刀位置由G98和G99决定。

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。

刀尖反向位移量用地址Q指定，其值只能为正值。

Q值是模态的，位移方向由MDI设定，可为±X、±Y中的任一个。

例：

精镗孔的程序如下

图G76指令循环动作

％0076

N10G92X0Y0Z80

N15G00

N20G99G76G91X100G91R-40P2I-20G91Z-40I2F200

N30G00X0Y0Z80

N40M02

注意：

如果Z、Q、K移动量为零，该指令不执行。

2、镗孔循环G86

G86指令与G81相同，但在孔底时主轴停止，然后快速退回。

％0086

N10G92X0Y0Z80

N15G00

N20G98G86G90X100G90R40Q-10K5P2G90Z0F200I2

N30G90G00X0Y0Z80

N40M02

注意：

如果Z的移动位置为零，该指令不执行。

攻螺纹

图G84指令循环动作

取消固定循环

取消固定循环G80。

该指令能取消固定循环，同时R点和Z点也被取消。

使用固定循环指令时应注意以下几点：

①在固定循环中，定位速度由前面的指令决定。

②固定循环指令前应使用M03或M04指令使主轴回转。

③各固定循环指令中的参数均为非模态值，因此每句指令的各项参数应写全。

在固定循环程序段中，X、Y、Z、R数据应至少指令一个才能进行孔加工。

④控制主轴回转的固定循环（G74、G84、G86）中，如果连续加工一些孔间距较小，或者初始平面到R点平面的距离比较短的孔时，会出现在进入孔的切削动作前主轴还没有达到正常转速的情况，遇到这种情况时，应在各孔的加工动作之间插入G04指令，以获得时间。

⑤用G00～G03指令之一注销固定循环时，若G00～G03指令之一和固定循环出现在同一程序段，且程序格式为

G00（G02，G03）GXYZRQPIJFL时，按G00（或G02，G03）进行X、Y移动。

⑥在固定循环程序段中，如果指定了辅助功能M，则在最初定位时送出M信号，等待M信号完成，才能进行加工循环。

⑦固定循环中定位方式取决于上次是G00还是G01，因此如果希望快速定位则在上一程序段或本程序段加G00。

数控铣加工编程实例

例加工如图所示孔的钻孔循环程序（设Z轴开始点距工作表面100mm处，切削深度为20mm）。

％0001

N10G91G00S300M03相对坐标编程

N20G99G81F200用G99指令抬刀到R点

N30G99G81Z-22R-98

N40G99G81Z-22R-98

N50G99G81Z-22R-98

N60G98G81Z-22R-98G98指令刀具返回初始点

N70G80M05；G80取消固定循环

回0点只移动不加工

N80M02

例加工如图所示螺纹孔的加工程序（设Z轴开始点距工作表面100mm处，切削深度为20mm）。

①先用G81钻孔

％0101

N10G91G00M03

N20C98G81F100

N30G98G81R-98L3

N40G98G81R-98

N50G98G81R-98L3

N60G80M05

N70M02

②再用G84攻螺纹

％0102

N100G91G00M03

N110G99G84F280

N120G99G84R93L3

N130G99G98Z-27R-93

N140G99G84R-93L3

N150G80N81M05

N160M02

图钻孔循环图螺纹加工循环

例如图所示为某企业生产的自动扶梯的链轮轮廓的示意简图。

链轮由24个齿均布，由图所示的局部放大图中可见，链轮的每一个齿廓都由6个不同曲率半径的拐点相接而成。

（a）（b）

图链轮

工艺分析：

链轮分成24齿均布，则两齿间的夹角为15°，一个齿形的终点是下一个齿形的起点。

在实际加工中，每铣一个齿后，将坐标系旋转一定的角度，再继续铣削，降低了编程的工作量。

为使程序简化，使用相对坐标指令G91来旋转坐标系，可以省略每一齿调用子程序的编写。

编程时，以加工一个齿形为基准，一个齿形加工程序的终点作为下一齿形加工的起点，如此循环24次，完成链轮的加工。

使用ф10mm的硬质合金立铣刀进行加工。

数据计算：

从图可以看出，用手工计算节点是不现实的，可以使用AutoCAD绘制。

在AutoCAD中使用偏移指令，将链轮正上方的一个齿的轮廓线偏移一个刀具半径值5mm（这样可以不使用刀具半径补偿），得到如图中双点划线所示图形。

标注各交点的坐标和各段圆弧半径，如图所示。

图链轮节点计算

加工坐标原点：

X：

链轮的圆心

Y：

链轮的圆心

Z：

链轮的下表面

加工程序：

（略）

实验七：

数控铣削的基本编程及加工

一、实验目的

通过对凸轮轮廓的实际编程与加工操作，掌握基本的G代码与M代码的使用，学习手工编程求取各节点的数字处理方法，熟悉数控机床的编程与操作。

二、实验设备

配HNC-21M数控系统的铣床。

三、实验的组织筹划

1、实验前，要求学生预习相关的知识内容，并作相关的实验准备。

2、为保证实验效果，将全班学生分为五组，每组3人，每组安排一名组长负责设备的维护及登记领用工具原材料，清理现场等。

3、实验完成后，要求写出实验总结并完成实验报告。

4、实验前，指导老师讲解本实验的要求及注意事项，并作示范操作，然后由学生按照实验指导书的要求完成该实验。

四、实验材料

石蜡

五、根据图一要求确定加工工艺

1、加工方式：

立铣。

2、加工刀具：

直径Φ12的立铣刀。

3、切削用量：

选择主轴转速600rpm，进给速度200mm/min。

4、工艺路线：

工艺路线如图二的箭头所示。

5、定位夹紧：

用压块将石蜡安装在工作台上。

六、加工程序的编制

1、确定工件坐标系

选择凸轮大圆的圆心为工件坐标系X、Y轴零点，工件表面为Z轴零点，建立工件坐标系。

2、数学处理

算得的基点坐标分别为F,，E（，）。

D（，），C（，）。

3、零件程序编制

七、加工操作

1、机床回参考点。

2、装夹Φ12的立铣刀。

3、将工件毛坯装夹在工作台上。

4、手动操作机床，在编程原点正上方35mm处对刀。

5、输入凸轮加工程序。

6、校验程序,若有错误，则修改程序使之完善。

7、运行程序直加工完毕。

特别注意事项：

开始加工时-Z方向下刀和加工完工后的＋Z方向提刀，要避免刀具与工件、夹具等相撞！

图一　　　　　　　　　　　　　　　　图二

实验八　数控铣削加工中刀具半径补偿功能的编程及加工

一、实验目的与要求

（1）了解数控铣床的切削控制机理。

（2）学习数控加工编程中的数值计算方法。

（3）学习数控加工编程中刀具半径补偿功能。

二、实验仪器与设备

（1）配备华中世纪星（HNC—21M）数控系统的ZK7532A立式钻铣床一台o

（2）蜡模或金属毛坯一块（长X宽X高）：

180mm×120mm×50mm。

（3）圆柱铣刀（ф12）一把。

三、实验的组织筹划

1、实验前，要求学生预习相关的知识内容，并作相关的实验准备。

2、为保证实验效果，将全班学生分为五组，每组3人，每组安排一名组长负责设备的维护及登记领用工具原材料，清理现场等。

3、实验完成后，要求写出实验总结并完成实验报告。

4、实验前，指导老师讲解本实验的要求及注意事项，并作示范操作，然后由学生按照实验指导书的要求完成该实验。

四、相关知识的概述

数控加工程序是根据零件轮廓编制的。

刀具在加工过程中根据程序进行移动。

刀具移动的轨迹是根据零件图按照已经确定的加工工艺、加工路线和允许的加工误差计算出来的。

数控加工编程中的数值计算主要用于手工编程时的轮廓加工。

在进行零件轮廓加工时，刀具中心轨迹相对于零件轮廓应让开一个刀具半径的距离，即刀具半径偏置或刀具半径补偿。

根据零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控系统能自动完成刀具半径补偿功能。

五、实验内容

1、根据HNC—21M数控系统的程序格式，编制如图一所示零件的外形精加工程序，深度为6mm。

2、根据上述加工零件制定加工工艺。

图一图二

（1）工艺分析。

①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6mmo

②加工工艺的确定。

装夹定位的确定：

用螺栓将两块压板固定蜡模的两侧，使蜡模始终处于工作台中心位置。

③加工刀具的确定：

圆柱铣刀（φ12）。

④切削用量：

主轴转速600r／min，进给速度200mm／min。

（2）以A点为程序原点，建立工件坐标系。

在图二建立的工件坐标系中，求得各点的X、Y坐标值为：

A（0，0），B（O，50），C（-50，100），D（-100，100），E（