數(shù)控銑床編程基礎教學講義

1、 第三章 數(shù)控銑床編程基礎一. 數(shù)控銑床的坐標系1.機床坐標系 數(shù)控銑床是以主軸軸線方向為z軸方向，刀具遠離工件的方向為z軸正方向x軸位于與工件安裝面平行的水平面內(nèi)。以立式銑床為例，人面對主軸，主軸右側方向為x軸正方向。y軸方向可根據(jù)z.x按右手直角坐標系來判定。 機床原點有兩種設置方法。一種設在機床的最大加工范圍下平面的左前角，目前應用最多的是使機床原點與機床參考點重合。 機床啟動后，首先要將機床“回零”，即執(zhí)行手動返回參考點，使各軸都移動到機床原點.在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部建立一個以機床原點為坐標原點的機床坐標系。crt上顯示此時主軸端面中心在機床坐標系中的坐標值均為零。2.工件坐標系用機床坐標系進

2、行編程很不方便，通常用工件坐標系來編程。工件坐標系的原點稱為工件原點。也稱為工件零點和程序原點。工件原點的位置是任意的，它是由編程人員在編制程序時根據(jù)零件的特點選定的。在選擇工件原點時應遵循的原則：工件原點應選在零件圖的尺寸基準上，這樣便于坐標值的計算，并減少錯誤；對于對于對稱的零件，工件原點應選在對稱中心上；對于一般零件，工件原點可設在工件外輪廓某一角上；z軸方向上的工件原點，一般設在工件表面；工件原點應盡量選在精度較高的表面，以提高被加工零件的加工精度。 當工件安裝在銑床上進行加工之前，首先必須建立工件坐標系，建立工件坐標系方法有下：（1） 進入手動（jog）狀態(tài)，以低速進給使刀具輕微接觸

3、工件左側?？捎靡粡埣堎N在工件表面來回抽動，當?shù)毒咧饾u向工件移動，如果感覺抽不動紙，則說明刀具與工件間隙很小了，這時把手動脈沖進給倍率開關旋到10um或1um，利用0.02的塞尺在刀具與工件之間試塞，如果能通過，則把刀具往工件方向移動0.02，直至塞尺通不過為止。記下此時crt屏幕上x的坐標值（負值）。用同樣的方法使刀具輕微接觸工件前部，記下此時動態(tài)坐標y值（負值）。然后把x.y值分別加上刀具半徑值，則可得到工件原點在機床坐標系中的坐標值（xo,yo）。（2） 使主軸低速旋轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，刀具自上而下輕微接觸工件上平面（可同樣采取上述墊紙的方法），記下動態(tài)坐標z值（負值）。 工件原點坐標值（xo,yo

4、，zo）可由下式計算：xo=-x+r；yo=-y+r；zo= zo 其中r為刀具半徑二.fanuc（omd）系統(tǒng)的基本編程指令。1.絕對/增量尺寸編程指令g90/g91絕對/增量尺寸編程指令g90/g91的程序段格式為：g90/g91 xyz執(zhí)行g90之后，其后所有程序段中的尺寸均是以工件原點為基準的絕對尺寸。例如上圖，刀具由起始點a直線插補到目標點b，用g90指令編程時程序為：g90 g01 x30.0 y 60.0 f100；執(zhí)行g91指令之后，程序段中的尺寸均是以前一個位置為基準的增量尺寸，如用g91指令編程，則程序為：g91 g01 x-40.0 y30.0 f100；2坐標平面選擇指

5、令g17/g18/g19。直角坐標系的三個互相垂直的軸x，y，z分別構成三個平面，即xy平面、xz平面、yz平面。對于三軸的數(shù)控銑床和加工中心，常用這些指令確定機床在哪個平面內(nèi)進行插補運動。 用g17指令表示在xy平面內(nèi)加工，用g18指令表示在xz平面內(nèi)加工，用g19指令表示在yz平面內(nèi)加工3.快速點定位指令g00g00指令的程序段格式為：g00 x yz ；快快速點定位指令g00命令刀具相對與工件分別以各軸快速移動速度由當前點快速移動到目標點定位。4.直線插補指令g01g01指令的程序段格式為：g01 x yz f；直線插補g01指令為刀具相對于工件以f指令的進給速度從當前點向目標點進行直線

6、插補。g01與f都是續(xù)效指令，應用第一個g01指令時，程序中必須含有f指令，若無f指令則認為進給速度為零。5.圓弧插補指令g02/g03（1）xy平面內(nèi)圓弧程序段格式為：g17 g02/g03 xyrf；（2）xz平面內(nèi)圓弧程序段格式為：g18 g02/g03 xzrf；（3）yz平面內(nèi)圓弧程序段格式為：g19 g02/g03 yzrfg02表示順時針圓弧插補；g03表示逆時針圓弧插補。圓弧的順逆時針方向即觀察者沿垂直于圓弧所在平面的另一個坐標的負方向看去，順時針方向為g02，逆時針方向為g03。說明： x、y、z為圓弧終點坐標值，可以用絕對尺寸，也可以用增量尺寸。由g90和g91決定。在增量

7、尺寸方式下x、y、z為圓弧終點相對于圓弧起點的增量值。 r是圓弧半徑，當圓弧所對應的圓心角為0°180°時，r取正值；當心角為180°360°時，r取負值。例：采用g90/g91指令編制圖中兩段圓弧的加工程序。采用g90指令時：n10 g90 g00 x200.0 y40.0； 快速進到a點n20 g03 x140.0 y100.0 r60.0 f200； 逆圓插補abn30 g02 x120.0 y60.0 r50.0 ； 順圓插補bc采用g91指令時:n10 g90 g00 x200.0 y40.0；n20 g91 g03 x-60.0 y60.0.

8、0 r60.0 f200；n30 g02 x-20.0 y-40.0 r50.0 ；6.整圓編程. 上圖為一整圓，現(xiàn)設起刀點在坐標原點o，加工時從o快速移動至a逆時針加工整圓。n10 g90 g00 x50.0 y0；n15 g03 i-50.0 j0 f100；n20 g00 x0 y0；7.暫停指令g04g04指令的程序段格式為：g04 x；或g04 p；g04指令可使刀具做無進給光整加工。8.米制和英制輸入指令g21/g20。g21和g20指令是兩個互相取代的g指令，一般機床出廠時，將米制輸入指令g21設定為缺省狀態(tài)。在編制加工程序時，可不再指定g21指令；如在程序中使用英制數(shù)據(jù)時，則必

9、須在程序中設定g20指令。8.刀具長度補償指令g43/g44。g43/g44指令的程序段格式為：g43（g44） z h；刀具長度補償指令一般用于刀具軸向（z方向）的補償，它使刀具在z方向的實際位移量比程序給定值增加或減少一個偏置量。這樣當?shù)毒咴陂L度方向上的尺寸發(fā)生變化時，可以在不改變程序的情況下，通過改變偏置量，加工出所要求的工件尺寸。有了刀具長度補償功能，編程人員可以在不知道刀具長度的情況下，按假定的標準刀具編程，即編程不必考慮刀具的長度，實際用刀與標準刀長度不一時，可用刀具長度補償功能進行補償。當加工中刀具因磨損、重磨、換新刀而使刀具發(fā)生變化時，也可不必修改程序中的坐標值，只要修改刀具參

10、數(shù)庫中的長度補償值即可。其次，如加工一個工件需用幾把刀，各刀的長短不一，編程時也不必考慮刀具長短對坐標值的影響。只要把其中一把刀設為標準刀，其余各刀相對標準刀設置長度補償值即可。格式中的z值是程序中的指令值。h為補償功能的代號，它后面的數(shù)字是刀具補償寄存器的地址字，如h01是指01號寄存器，在該寄存器中存放刀具長度的補償值。執(zhí)行g43指令時：z實際值 = z指令值 + h；執(zhí)行g44指令時：z實際值 = z指令值 - h；用取消刀具長度補償指令g49，或用g43（g44） h00也可以撤消補償指令。9.刀具半徑補償指令g41/g42（1）刀具半徑補償?shù)哪康脑阢姶采线M行輪廓加工時，因為銑刀具有一

11、定的半徑，所以刀具中心軌跡和工件的輪廓不重合。若數(shù)控裝置不具備刀具半徑自動補償功能，則只能按刀具中心軌跡中的點畫線進行編程。其數(shù)控計算有時相當復雜，尤其當?shù)毒吣p或換新刀而導致刀具直徑變化時，必須重新計算刀心軌跡、修改程序，即繁瑣，又不容易保證加工精度。當數(shù)控系統(tǒng)具有刀具半徑補償功能時，編程只需按照工件的輪廓進行。數(shù)控系統(tǒng)可以自動計算刀心軌跡坐標，使刀具偏離工件輪廓一個半徑值，進行半徑補償。（2）刀具半徑補償?shù)姆椒ㄔ诓僮髅姘逯休斎氡谎a償?shù)毒叩陌霃窖a償量，使其存儲在刀具數(shù)據(jù)庫里。刀具半徑補償?shù)某绦蚨胃袷綖椋篻17 g41 g01 x y d；g18 g42 x z h；g19 g40 g00 y

12、 z h； g41指令為刀具左補償指令（左刀補），順著刀具前進的方向看，刀具位于工件輪廓（編程軌跡）的左邊，稱左刀補，g42指令為刀具右補償指令（右刀補），順著刀具前進方向看，刀具位于工件輪廓（編程軌跡）的右邊，稱右刀補，g40指令為取消刀具補償指令。例：圖中所表示的ab輪廓線，如用直徑為20的立銑刀從o點開始移動，其加工程序為：n10 g90 g17 g41 g00 x18.0 y24.0 ； oan20 g02 x74.0 y32.0 r40.0 f180; abn30 g40 g00 x84.0 y0 ; bcn40 g00 x0 ; ca（3）刀具半徑補償功能的特點可直接使用零件的輪廓

13、尺寸進行編程，而不必計算刀具中心軌跡。 刀具因磨損、重磨、換新刀而引起半徑的改變后，不必修改程序，只需在刀具參數(shù)設置界面中修改刀具半徑補償量。 在同一個程序中，利用同一尺寸的刀具，可分別進行粗、精加工。設刀具半徑為r，精加工余量為，粗加工時，輸入刀具半徑補償量=r+，則加工出虛線輪廓；精加工時，用同一程序、同一刀具，但輸入刀具半徑補償量為r，則加工出實線輪廓。例 加工下圖的外輪廓面，用刀具補償指令編程。程序：n10 g90 g54 g00 x0 y0 z50.0； 建立工件坐標系n20 m03 s800； 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 為800轉(zhuǎn)/分n30 g00 z2.0； 快進至離工件表 面2n40 g

14、01 z-3.0 f100； 工作進給到z-3n50 g41 g01 x20.0 y14.0 h01 f100； 直線插補到x20.0 y14.0，刀具半徑左補 償h01=10，進給速 度100/分n60 g01 y62.0 f100； 加工abn70 g02 x44.0 y86.0 r24.0 f100； 加工bc圓弧n80 g01 x96.0； 加工cdn90 g03 x120.0 y62.0 r24.0； 加工de圓弧n100 g01 y40.0； 加工efn110 g01 x100.0 y14.0； 加工fgn120 g01 x20.0； 加工gan130 g00 g40 x0 y0

15、； 快進到工件原點,取消刀補n140 g00 z50.0 ； 快速退刀,離開工件表面50 n150 m05； 主軸停轉(zhuǎn)n160 m30； 程序結束10.選擇工件坐標系(零點偏移)指令g54g59程序段格式: g54 g90 g01/g00 x y z編程人員在編寫程序時，需要確定工件坐標系與機床坐標系之間的關系。為了編程方便，系統(tǒng)允許編程人員使用6個特殊的工件坐標系。這6個工件坐標系可以預先通過crt/mdi操作面板在參數(shù)設置方式下設定，并在程序中用g54g59來調(diào)用它們。g54g59實際上是機床坐標系的平移指令。它將欲設置的工件原點在機床坐標系的坐標值輸入到機床的參數(shù)設置頁面中去，在程序中直

16、接調(diào)用即可。 g54g59設定的工件原點在機床坐標系中的位置是不變的，在系統(tǒng)斷電后也不破壞，再次開機仍然有效，并與刀具的當前位置無關，除非再次通過crt/mdi方式更改。操作者在安裝工件后，測量工件原點相對于機床原點的偏移量，并把工件坐標系在各軸方向上相對于機床坐標系的偏移量，寫入工件坐標偏置存儲器中，其后系統(tǒng)在執(zhí)行程序時，就按照工件坐標系中的坐標值來運動了。11.子程序調(diào)用 編程時，為了簡化程序編制，當一個工件上有相同或相似的加工內(nèi)容時，可以把這些重復的程序段單獨列出，并按一定的格式編寫為子程序。在執(zhí)行過程中主程序如果需要某一個子程序，可通過調(diào)用指令來調(diào)用該子程序來進行編程。一個子程序也可以

17、調(diào)用另外一個子程序，這叫做子程序的嵌套。一個調(diào)用指令可以重復調(diào)用一個子程序達999次。子程序的編寫與一般程序基本相同，只是程序結束符為m99，表示子程序結束并返回到調(diào)用子程序的主程序中。調(diào)用子程序的格式為：m98 p；其中，地址字符p后面跟8位數(shù)字，前4位為調(diào)用次數(shù)，后4位為子程序的編號。例如：“m98 p00051002 ”表示調(diào)用1002號子程序5次。綜合編程舉例采用調(diào)用子程序編程的方法編制圖中工件的加工程序，z軸起刀點在工件上表面50，背吃刀量10程序（4次調(diào)用子程序）：o0001； 程序名（主程序）n10 g90 g17； 采用絕對尺寸編程，選xy平面n20 g54 g00 x0 y0

18、 z50.0； 建立工件坐標系，進刀。n30 s400 m03； 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分n40 m98 p0002 調(diào)用0002子程序。n50 g90 g00 x50.0 y0； 快速運動到c點n60 m98 p0002； 調(diào)用0002子程序n70 g90 g00 x0 y60.0； 快速運動到a點 n80 m98 p0002； 調(diào)用0002子程序n90 g90 g00 x50.0 y60.0； 快速運動到b點n100 m98 p0002； 調(diào)用0002子程序n110 g90 g00 x0 y0； 快速退刀回起刀點 n120 m05； 主軸停轉(zhuǎn)n130 m30； 主程序結束o0002；

19、程序名（子程序）n10 g91 g00 z-45.0； 采用增量尺寸編程，刀具快速進至離工件上表面5處。n20 g41 x20.0 y10.0 ho1； 采用g41左刀補n30 g01 z-15.0 f100； 切入工件表面深10n40 y30.0； 外形輪廓加工開始n50 g02 x30.0 y0 r15.0 f100； 加工圓弧n60 g01 y-20.0； 外形輪廓加工n70 x-40.0； 外形輪廓加工n70 g00 z60.0 ； 抬刀至z=50.0n80 g40 g00 x-10.0 y-20.0； 取消刀補n90 m99； 子程序結束12.孔加工固定循環(huán)指令（1）孔加工固定循環(huán)的

20、運動與動作。 對工件進行孔加工時，根據(jù)刀具的運動位置可以分為4個平面：初始平面、r平面、工件平面、和孔底平面。在孔加工動作過程中，刀具的運動由6個動作組成：動作1快速定位至初始點 （用x、y表示初始點在初始平面中的位置）動作2快進至r點 （刀具從初始點快速進給到r點）動作3孔加工 （以切削進給的方式執(zhí)行孔加工的動作）動作4在孔底部的相應動作 （包括暫停、主軸準停刀具移位、等動作）動作5返回到r點動作6快速返回到初始點 （孔加工完成后回到初始平面） 為了保證孔加工的加工質(zhì)量，有的孔加工固定循環(huán)指令需要主軸準停、刀具移位。 下圖表示了在孔加工固定循環(huán)中刀具的運動與動作，虛線表示快速進給，實線表示切

21、削進給。初始平面。 初始平面是為了安全操作而設定的用于刀具定位的平面。初始平面到零件表面的距離可以任意設定。r平面 r點的平面又稱為參考平面，這個平面表示刀具從快進轉(zhuǎn)為工進的轉(zhuǎn)折位置，r點平面距工件表面的距離主要考慮工件表面形狀的變化，一般可取25?？椎灼矫?。 用z表示孔底平面的位置，加工通孔時刀具伸出孔底平面一端距離，保證通孔全部加工到位，鉆盲孔時應考慮鉆頭鉆尖對孔深的影響。（2）孔加工固定循環(huán)指令的格式。格式： g73g99 x y zrqpfl；功能： 孔加工固定循環(huán)說明 x y指定要加工孔的位置。 z指定孔底平面的距離 r指定r平面的位置。 q在g73或g83指令中定義每次進刀的加工深

22、度，q是增量值，與g90或g91指令的選擇無關。 p指定刀具在孔底的暫停時間，用整數(shù)表示，單位為ms。 f指定孔加工的切削進給速度。該指令為續(xù)效指令，即使取消了固定循環(huán)，在其后的加工程序中仍然有效。 l指定孔加工的重復次數(shù)，如果僅執(zhí)行一次，則l可以省略。如果程序中用g90指令，刀具在原來孔的位置上重復加工；如果程序中用g91指令，則用 一個程序段對分布在一條直線上的若干個等距離的孔進行加工。l僅在被指定的程序段中有效。 固定循環(huán)功能表g代碼孔加工動作（-z方向 孔 底 動 作返回方式（+z方向） 用 途g73間歇進給 無快速進給高速深孔往復排屑 g74切削進給 暫停主軸正轉(zhuǎn)切削進給 攻左螺紋

23、g76切削進給主軸定向停止刀具移位快速進給 精鏜孔 g80取消固定循環(huán) g81切削進給 無快速進給 鉆孔 g82切削進給 暫?？焖龠M給 鏜沉孔 g83間歇進給 無快速進給 深孔往復排屑 g84切削進給暫停主軸反轉(zhuǎn)快速進給攻右螺紋 g85切削進給無切削進給精鏜孔 g86切削進給 主軸停止快速進給鏜 孔 g87切削進給主軸停止快速進給背 鏜 孔 g88切削進給暫停主軸停止手動操作鏜 孔 g89切削進給暫停切削進給精鏜沉孔注：孔加工方式指令以及指令中z，r，q，p等指令都是續(xù)效指令，因此，只要指定了這些指令，在后續(xù)的加工中不必重新設定。如果僅僅是某一加工數(shù)據(jù)發(fā)生變化，僅修改需要變化的數(shù)據(jù)即可。所以，

24、多孔加工時該指令只需指定一次，以后的程序段只給孔的位置即可。 選用絕對坐標方式g90指令，z表示孔底平面相對坐標原點的距離，r表示r點平面相對坐標原點的距離；若選用相對坐標方式g91指令，r表示初始點平面至r點平面的距離，z表示r點平面至孔底平面的距離。（3）各種孔加工方式說明：高速深孔往復排屑g73指令。格式： g73 x yzrqfl；孔加工的動作如上圖，g73指令用于深孔鉆，z軸方向間斷進給有利于深孔加工過程中的斷屑與排屑。q為每一次進給的加工深度（增量值且為負值一般為23），圖中的退刀距離“d”由數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設定（一般0.1）。深孔往復排屑g83指令。 與g73指令差別之處在于每次

25、刀具間歇進給后回退到r平面，這種退刀方式排屑暢通，適應加工深孔。鉆孔循環(huán)g81指令。格式：g81 x yzrfl； 本指令用于一般孔鉆削加工的固定循環(huán)指令。（4）孔加工固定循環(huán)編程注意事項：在使用孔加工固定循環(huán)編程時一定要在前面的程序段中設定m03或m04，使主軸啟動如果在固定循環(huán)程序段中同時指定了m代碼（如m05或m09），則該代碼并不是在循環(huán)指令執(zhí)行完成后才被執(zhí)行，而是執(zhí)行完循環(huán)指令的第一個動作（x，y軸向定位）后，即被執(zhí)行。因此，固定循環(huán)指令不能和m代碼出現(xiàn)在同一個程序段里。例如：g81 x100.0 y100.0 z-15.0 r5.0 f100 m30；當用g80指令取消了孔加工固定

26、循環(huán)后，那些在固定循環(huán)之前的插補模態(tài)（如g00，g01，g02，g03）恢復，m05指令也自動生效（g80指令可使主軸停轉(zhuǎn)）。在固定循環(huán)中，刀具半徑補償（g41，g42）無效。刀具長度補償（g43，g44）有效。例 加工下圖中的5個孔，用g81編程。加工程序（g90方式）：o0002；g90 g54 s200 m03； （絕對方式，建立工件坐標系，主軸正轉(zhuǎn)）g00 x0 y0 z100.0； （快速定位于工件原點上方）g81 x10.0 y-10.0 z-25.0 r5.0 f150； （加工孔1）y20.0； （加工孔2）x20.0 y10.0； （加工孔3）x30.0 ； （加工孔4）x4

27、0.0 y30.0； （加工孔5）g80 g00 x0 y0； （取消循環(huán)，刀具快速返回起點位置）m30； （程序結束）三.西門子802d系統(tǒng)的編程指令。 西門子802d系統(tǒng)有許多編程指令的功能，其指令格式與fanuc系統(tǒng)完全相同，如g00、g01、g90、g91、g17、g18、g19等。 與fanuc系統(tǒng)有區(qū)別的幾條編程指令為：1.圓弧插補指令g02/g03用圓弧終點坐標和圓弧半徑尺寸進行圓弧插補，程序段格式為：g17 g02/g03 x y cr= f用圓心坐標和圓弧終點坐標進行圓弧插補，程序段格式為：g17 g02/g03 x y i j f幾點說明：.x y為圓弧終點坐標值，在g90

28、狀態(tài)下，x，y為圓弧終點的絕對尺寸；在g91狀態(tài)下，x，y為圓弧終點相對于圓弧起點的增量尺寸。. i j為圓心相對于圓弧起點在x，y軸方向上的增量尺寸，與g90或g91無關。. cr是圓弧半徑，當圓弧所對應的圓心角為0°180°時，cr取正值；當圓心角為180°360°時，cr取負值。.由于圓弧插補的默認平面是xy平面，所以對于xy平面內(nèi)的圓弧插補，g17可以省略；而對于在xz和yz平面的圓弧插補，g18，g19絕對不可以省略。2.暫停指令g04g04指令的程序段格式為：g04 f 或 g04 s在兩個程序段之間插入g04指令的程序段，可使刀具作短暫的無

29、進給的光整加工。fanuc系統(tǒng)中用字符x或p指令暫停時間，而在西門子802d系統(tǒng)中，用f指令暫停時間（s），用s指令暫停主軸轉(zhuǎn)數(shù)，當然只有在主軸受控的情況下才有效。3.米制和英制輸入指令g70/g71fanuc系統(tǒng)中用g20，g21分別指令程序中輸入的數(shù)據(jù)為米制或英制。而在西門子系統(tǒng)中則用g70，g71來指令。出廠時將米制輸入指令g70設定為參數(shù)缺省狀態(tài)。用米制輸入程序時，可不再指定g70。但用英制輸入程序時，則必須在程序開始設定工件坐標系之前指定g71。4.刀具半徑補償指令g41/g42在銑床上進行輪廓加工時，只要按被加工工件的輪廓曲線編程，同時在程序中給出刀具半徑補償指令，就可以加工出具有

30、曲線輪廓的工件，其補償?shù)脑砗头椒ㄅcfanuc系統(tǒng)相同。例：加工下圖的外形輪廓，工件厚8，用刀具半徑補償指令編程。n1 t01 d01 選用1刀具，1刀補n2 g90 g17 g54 g00 x5.0 y55.0 z50.0 采用絕對尺寸編程，選xoy平面，刀具移動到起刀點上方n3 s400 m03 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分 n4 g00 z5.0 快進到離工件表面5處 n5 g01 z-10.0 f20 進刀，切入工件表面深10n10 g41 g01 x30.0 y60.0 f100 建立左刀具補償n20 g01 x40.0 y80.0 abn30 g02 x65.0 y55.0 cr=50.0 bcn40 g01 x95.0 cdn50 g02 x110.0 y70.0 cr=30.0 den60 g01 x105.0 y45.0 efn70 x110.0 y35.0 fgn80 x90.0 ghn90 x65.0 y15.0 hin100 x40.0 y40.0 ijn110 x30.0 y60.0 jan120 g40 g01 x5.0 y60.0 結束刀具補償，到n點n130