第八章数控铣床及加工中心程序的编制.doc

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第八章：数控铣床及加工中心程序的编制
第一节 编程基础
教学目的

要 求
一. 了解零件加工程序的编制方法
二。 了解零件加工中的三个标准坐标系
三．选择工件坐标系的注意事项
教学重点
了解并会运用零件加工中的三个标准坐标系
教学难点
灵活运用零件加工中的三个标准坐标系
主要教具
设 备
材 料
教材、教学课件、多媒体设备、数控机床设备
课后记

第七章 数控铣床及加工中心程序的编制

第一节 编程基础

一、零件加工程序的编制方法
1、直接编程法
(1）代码编程
(2）用户宏程序编程
（3）会话编程
2、CAM辅助编程

二、标准坐标系
1、坐标系及坐标方向机床坐标系各坐标轴的关系符合右手笛卡儿坐标系准则 。
2、机床坐标系
机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系；是机床本身所固有的坐标系；是机床生产厂家设计时自定的，其位置由机械挡块决定，不能随意改变。
3、工件坐标系
工件坐标系是编程人员在编写程序时,在工件上建立的坐标系。工件坐标系的原点位置为工件零点。理论上工件零点设置是任意的，但实际上,它是编程人员根据零件特点为了编程方便以及尺寸的直观性而设定的。

选择工件坐标系时应注意：
（1）工件零点应选在零件的尺寸基准上，这样便于坐标值的计算,并减少错误；
(2)工件零点尽量选在精度较高的工件表面,以提高被加工零件的加工精度；
（3)对于对称零件，工件零点设在对称中心上；
（4）对于一般零件，工件零点设在工件轮廓某一角上；
(5)Z轴方向上零点一般设在工件表面;
（6）对于卧式加工中心最好把工件零点设在回转中心上，即设置在工作台回转中心与Z轴连线适当位置上；
（7）编程时，应将刀具起点和程序原点设在同一处，这样可以简化程序，便于计算.
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第八章 第二节：基本编程指令
教学目的

要 求
一．熟悉数控编程的基本指令
二．掌握并能正确运用数控基本指令进行编程
教学重点
数控编程基本指令的正确运用
教学难点
准备功能指令的熟练掌握
主要教具
设 备
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课后记

第二节　基本编程指令

一、准备功能用地址Ｇ后接数值表示,规定其所在程序段指令的意义。按其运行性质，有以下两种:
(1）一次性Ｇ代码
只在被指令的程序段有效。

（2）模态Ｇ代码
一旦指令，则一直有效，直到被同组的其他Ｇ代码取代为止.

二、插补功能
1、 快速定位(G00）
用G00指令点定位，命令刀具以点位控制方式，从刀具所在点以最快的速度移动到目标点。
三轴联动时的程序格式：G00 X Y Z
其中X、Y、Z轴也可单独移动或任意组合
由于是快速，所以只用于空程,不能用于切削。
2、 直线插补（G01)
刀具以直线插补的方式按照该程序段中指定的速度作进给运动，用于加工直线轨迹。
三轴联动的程序格式：
G01 X＿Y Z＿F＿
X＿Y Z 为目标点坐标值，F 为进给速度，各轴实际进给速度是F在该轴
3、 圆弧插补（G02、G03)
圆弧插补指令可以自动加工圆弧曲线,G02为顺时针圆弧插补，G03为逆时针圆弧插补，圆弧顺逆方向的判断方法以及用矢量I、J、K表示圆心的编程方法与数控铣床圆弧插补的判断方法相同。本系统还可以采用另外一种圆弧插补方法—-半径法。
半径法是用圆弧半径R代替矢量法的圆心I、J、K.
程序格式：
G17 G02（G03） X Y＿R＿F＿
G19 G02（G03) Y Z＿R＿F＿

说明： （1）G17、G18、G19表示选择圆弧插补平面，分别表示选择在XY、ZX、YZ平面进行圆弧插补；
(2)X、Y、Z表示圆弧的终点坐标,其坐标值采用绝对坐标还是增量坐标，取决于G90或G91的状态，G91状态下终点坐标为相对圆弧起点的增量值；
(3）R为圆弧半径值.

用半径法编写圆弧加工程序时应注意,在使用同一半径R的情况下，从起点A到终点B的圆弧可能有两个（图7—1）,即圆弧a与圆弧b，编程时它们的起始点及半径都一样，为区分二者，规定圆弧所对应的圆心角小于180°时（圆弧段a）用“＋R”表示半径，圆心角大于180°时（圆弧段b）用“-R”表示半径。圆心角等于180°时用“＋R”或“—R”均可。

图8-1

三、进给功能
1、快速进给速度
快速进给用于指令（G00）进行快速移动时的移动速度.快速进给的速度由参数设定，在程序中不必指令.
2、切削进给速度（G94、G95)
(1）每分钟进给速度( G94 ）
单位: mm/min
（2)每转进给速度（ G95 ）
单位： mm/r

四、自动返回参考点
1、返回参考点校验G27
程序格式：
G27 X Y Z
指令中X Y＿Z 代表参考点在工件坐标系中的坐标值。执行该指令后，如果刀具可以定位到参考点上，则相应轴的参考点指示灯就亮。

2、自动返回参考点G28
执行G28指令,可以使刀具以点位方式经中间点快速返回到参考点，中间点的位置由该指令后面的X＿Y＿Z 坐标值决定。
程序格式：
G28 X Y Z
坐标值所指令的位置，中间点的坐标值由前面的G28所规定。因此这条指令须和G28成对使用,但在使用G28之后，这条指令不是必须的，使用G00定位有时更方便。

4、自动返回第二、三、四参考点（G30）
当自动换刀(ATC）位置不在G28指令的参考点上时，通常用G30指令。返回参考点后,相应轴的参考点返回指示灯亮.
指令格式：
G30 Pｎ X_Y_Z_；
n=2、3、4，表示选择第二、三、四参考点.若不写则表示选择第二参考点。

五、坐标系
1、机床坐标系（G53）
以机床零点为原点的坐标系叫机床坐标系

2、工件坐标系设定（G92、G54～G59）
（1)G92指令设定工件坐标系
指令格式:G90 G92 X_Y_Z_ ;
（2)用G54~G59选择工件坐标系
在绝对值移动时，与刀具位置无关，不需操作者修改程序.当再次使用时，程序也不需修改，程序与工件安装的位置无关，也与刀具的位置无关,在加工中被广泛应用.

(3）、工件坐标系的扩充
对有些机床，6个工件坐标系若不够用,此时，可扩充至48个或150个,并将扩充的工件坐标系的工件原点偏置值设定到相应的偏置量存储区中.
指令格式:G54 Pn；（n=1～48）

3、局部坐标系(G52）
在工件坐标系中编程时，对某些图形若用另一个坐标系描述更简便,如不想将原坐标系偏移时，可用局部坐标系设定指令。
指令格式：G52 X_Y_Z_ ；
它适合于所有的工件坐标系1～6。因是局部坐标系，只在指令的工件坐标系内有效，而不影响其余的工件坐标系。因其使用方便而被广泛使用。

六、坐标尺寸指令
1、绝对值、增量值方式（G90、G91)
在G90方式下,刀具运动的终点坐标一律用该点在工作坐标系下相对于坐标原点的坐标值表示；在G91方式下，刀具运动的终点坐标是执行本程序段时刀具终点相对于起点的增量值，G90、G91均为模态代码。

2、极坐标指令（G15、G16）
数控加工程序可以用极坐标输入
终点的坐标值（半径和角度）。
指令格式为：G15；极坐标系指令取消
G16；极坐标系指令有效
。

3、尺寸单位选择G20、G21
G20英制输人,G21公制制输人.
这两个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指令.
说明：
（1）接通电源时为公制单位;
（2）G20、G21不能在程序的中途切换

七、主轴速度功能（S功能）
主轴功能也称主轴转速功能或S功能，它是定义主轴转速的功能。主轴功能由S及后面的数字组成，单位为r／min。
如S1000表示主轴转速为1000r／min.
编程时除了用S功能指定主轴转速外，还要用M功能指定主轴的转向及停止，即M03、M04、M05分别表示主轴正转、反转和主轴停止.

八、刀具功能（ T功能）
T功能是用来进行选择刀具的功能，它是把指令了刀号的刀具转换到换刀位置，为下次换刀做好准备。T功能指令用T xx（xx表示刀具号)表示，T xx是为下次换刀使用的，本次所用刀具应在前面程序段中写出。
刀具交换是指刀库上正位于换刀位置的刀具与主轴上的刀具进行自动换刀,这一动作是通过换刀指令M06来实现的,有些机床则不需要指定M06也可实现换刀动作。

九、辅助功能（M功能）
辅助功能也称M功能，是指令机床辅助动作的功能
1、M00——程序停止
执行完含有该指令的程序后，主轴的转动、进给、切削液都将停止,以便进行某一手动操动。
2、M0l——计划停止(选择性停止）
M01与M00功能基本相似，不同的是只有在按下选择性停止键后，M01才有效,否则机床继续执行后面的程序段。
3、M02——程序结束
该指令编在最后一个程序段中，它表示执行完程序内所有指令后,主轴停止、进给停止、切削液关闭。
4、M30——程序结束
M30除具有M02功能外,并返回到程序头，准备下一个工件的加工。
5、M06--自动换刀
主轴刀具与刀库上位于换刀位置的刀具交换，执行时先完成主轴准停的动作,然后才执行换刀动作。
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第八章 第三节：固定循环和补偿功能
教学目的

要 求
一。 了解固定循环指令的基本内容
二. 了解刀具补偿功能的基本内容
三. 掌握并能运用固定循环和刀具补偿功能
教学重点
熟练掌握并能正确运用固定循环和刀具补偿功能
教学难点
熟练掌握并能正确运用钻孔加工循环和刀具半径补偿功能
主要教具
设 备
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课后记

第三节、固定循环和补偿功能

一、固定循环指令
在数控加工中,某些加工动作已经典型化，例如钻孔、镗孔的动作顺序是孔位平面定位,快速引进、工作进给、快速退回等,这一系列动作已经预先编好程序，存储在内存中,可用包含Ｇ代码的一个程序调用，从而简化了编程工作,这种包含了典型动作循环的Ｇ代码称为循环指令。
1、高速深孔往复排屑钻G73
程序格式：
G73 X＿Y Z＿R＿Q＿F
G73指令用于深孔加工，该固定循环用于Z轴方向的间歇进给，使深孔加工时可以较容易地实现断屑和排屑，减少退刀量，进行高效率的加工.Q值为每次的背吃刀量(增量值且用正值表示）,必须保证Q〉d，退刀用快速,退刀量“d”由参数设定
2、深孔往复排屑钻G83
程序格式：
G83 X＿Y Z＿R＿Q＿F
G83指令同样用于深孔加工,孔加工动作如图7—2b所示，与G73略有不同的是每次刀具间歇进给后退至R点平面,此处的“d”表示刀具间歇进给每次下降时由快进转为工进的那一点至前一次切削进给下降的点之间的距离，距离由参数来设定.

图8-2
3、钻孔G81和锪孔G82
程序格式:
G81 X＿Y＿Z＿R＿F＿
G82 X＿Y＿Z＿R＿P＿F＿
G8l指令的动作循环为,X、Y坐标定位、快进、工进和快速返回等动作.如图7—3所示。
G82与G81动作相似，唯一不同之处是G82在孔底增加了暂停,因而适用于盲孔、锪孔或镗阶梯孔的加工，以提高孔底表面加工精度，而G81 只适用于一般孔的加工。

4、攻右旋螺纹G84与左旋螺纹G74
程序格式： 图8-3
G84 X Y＿Z＿R＿F＿
G74 X Y＿Z R＿F＿
G84指令使主轴从R点至Z点时，刀具正向进给，主轴正转，到孔底时主轴反转，返回到R点平面后主轴恢复正转.
G74指令使主轴攻螺纹时反转，到孔底正转，返回到R点时恢复反转。

5、精镗孔G76
程序格式：
C76 X＿Y＿Z＿R＿Q＿P F
孔加工的动作如图7-4所示，图中P表示在孔底有暂停，0SS表示主轴有准停，Q表示刀具移动量.精镗时为了不使刀具在退刀过程中划伤孔的表面，可以使用精镗循环G76指令。机床执行G76时,刀具从初始点移至R点，并开始进行精镗切削，直至孔底主轴停止，向刀尖反方向移动(偏移一个Q值），然后快速退刀，刀具复位,Q值总是为正值，若使用负值，负号将被忽略。偏移时刀头移动的方向预先由参数设定。

6、精镗孔G85与精镗阶梯孔G89
程序格式: 图8—4
G85 X＿Y＿Z＿R＿F＿
G89 X Y＿Z R＿P＿F＿
这两种孔的加工方式，刀具是以切削进给方式加工到孔底，然后又以切削进给方式返回到R点平面,因此适用于精镗孔,G89在孔底有暂停。

7、镗孔G86
程序格式：
G86 X＿Y＿Z＿R＿F＿
该指令是指刀具加工到孔底后，主轴停止,快速返回到R平面或初始平面后，主轴再重新启动.采用这种加工方式时，如果连续加工的孔问距较小可能出现刀具已经定位到下一个孔的加工位置而主轴尚未达到规定的转速.显然加工中不允许出现这种现象,为此可以在各孔动作之间加入暂停指令G04，以使主轴达到规定转速。G74与G84指令也有类似情况，应注意避免。

8、反镗孔G87
程序格式：
G87 X＿Y Z＿R＿Q＿F
反镗孔动作如图7-5所示,X轴和Y轴定位后,主轴定向停止，然后向刀尖的反方向移动Q值，并快速定位到孔底.接着刀具向刀尖方向移动Q值，主轴正转,沿Z轴向上加工到Z点，这时主轴又定向停止,再次向原刀尖反方向位移Q值，然后快速移动到初始点（只能用G98）后刀尖返回一个原位移量，主轴正转，进行下一个程序段动作.采用这种循环方式时，只能让刀具返回到初始平面而不能返回到R点平面,因为R点平面低于Z平面，本指令参数设定与G76相同。

9、镗孔循环G88 图8—5
程序格式：
G88 X Y＿Z R＿P＿F＿
刀具到达孔底时延时，主轴停止，进入进给保持状态，在此情况下可以执行手动操作。但为了安全起见应先把刀具从孔中退出,以便再启动加工，刀具快速返回到R点或初始点，主轴正转，如图7—6所示。

10、取消固定循环G80
G80用来取消固定循环，也可用G00、G01、G02、G03取消固定循环，其效果与G80一样。
应用固定循环时的注意问题：
（1）指定固定循环之前，必须用辅助功能M03使主轴正转,当使用了主轴停止转动指令M05 图8-6
之后，一定要重新使主轴旋转后，再指定固定循环;
（2）指定固定循环状态时,必须给出X、Y、Z、R中的每一个数据，固定循环才能执行；
（3）操作时，若利用复位或急停按钮使数控装置停止，固定循环加工和加工数据仍然存在,所以再次加工时,应该使固定循环剩余动作进行到结束；

二、刀具补偿功能
1、刀具长度补偿（G43、G44、G49）
刀具长度补偿可以分为正向补偿和负向补偿，G43指令为正向刀补,G44指令为负向刀补。
刀具长度补偿编程格式：
G43 Z＿H 刀具正向补偿。
G44 Z＿H 刀具负向补偿。
G49指令是刀具长度补偿取消指令.当程序段中调用G49时,则G43和G44均从该程序段起被取消。H00也可以作为G43和G44的取消指令。

2、半径补偿（G40、G41、G42 )
在编制轮廓切削加工的场合，一般以工件的轮廓尺寸为编程轨迹，这样编制加工程序比较简单，即假设刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的，而实际的刀具运动轨迹要与工件轮廓有一个偏移量（刀具半径）。利用刀具半径补偿功能可以方便的实现这一转变，简化程序的编制,机床可以自动判别补偿的方向和补偿值的大小，自动计算出实际刀具中心轨迹,并按刀心轨迹运动。

G40 取消刀具半径补偿
G41 刀具左补偿
G42 刀具右补偿

G41左补偿指令是沿着刀具前进的方向观察,刀具在工件轮廓的左边，而G42则在工件的右边，G41、G42为续效指令。
建立和取消半径补偿需与G01或G00指令配合使用。
　 例如:G01 G41 X_ Y_ D_ F_；
　G01 G40 X_ Y_
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第八章 第四节：比例缩放功能
第五节：坐标系旋转功能
教学目的

要 求
一。了解比例缩放功能的内容
二。了解坐标系旋转功能的内容
教学重点
比例缩放功能和坐标系旋转功能的正确运用
教学难点
比例缩放功能和坐标系旋转功能的正确运用
主要教具
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第四节 比例缩放功能

一．比例缩放（G50、G51）
对加工程序指定的图形指令进行缩放,有两种指令格式。

1．比例因子相等
指令格式为：
G51 X Y Z P ;
式中X Y Z 为比例缩放中心,以绝对值指定。
P 为比例因子，指定范围为0。001~999.999倍。
利用上述指令，由P指定的比例因子，X、Y、Z作为比例缩放中心，使下一个移动指令按比例缩放。
如图7-7所示ABCD为程序指令的图形，a b c d为缩放后的图形，O为缩放中心。
图8-7
2．各轴比例因子单独指定
通过对各轴指定不同的比例，可以按各自比例缩放各轴指令。
指令格式：
G51 X Y Z I J K ；
式中X Y Z 为比例缩放中心，以绝对值指定。
I、J、K为各轴（X、Y、Z）比例因子,指定范围为:±0。001～±9。999比例缩放方式由G50取消。

注意：比例系数I、J、K不用小数点.
比例缩放方式由G50取消。

第五节 坐标系旋转功能

一．坐标系旋转功能（G68、G69）
使用坐标系旋转功能可以旋转一个编程图形,相当于实际位置相对于编程位置旋转了某一角度。当一个图形由若干个相同形状的图形组成，且分布在由一个图形旋转便可得到的位置上时，只要编这个形状的程序并进行旋转，就可以得到这个图形.这就是坐标系旋转功能。如图7—8所示1为程序指令的图形,2为旋转后的图形,O为旋转中心。

指令格式:
G68 X Y R ；
式中X Y 为旋转中心的坐标值，R 为旋转角度（单位：°）,指定范围为±360°“+”表示逆时针方向，“—"表示顺时针方向.可为绝对值，也可为增量值。
取消坐标系旋转用G69；

图8-8

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第八章 第六节：子程序
教学目的

要 求
一. 了解子程序的概念
二。 了解子程序的格式
三．掌握子程序的调用
教学重点
掌握子程序的格式及调用方法
教学难点
子程序的灵活应用
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第六节 子程序

一、子程序的概念
把程序中某些固定顺序和重复出现的程序单独抽出来，按一定格式编成一个程序供调用,这个程序就是常说的子程序，这样可以简化主程序的编制。子程序可以被主程序调用，同时子程序也可以调用另一个子程序。

二、子程序的格式
在子程序的开头,继“O" （EIA)或“：”（ISO）之后规定子程序号，子程序号由6位数字组成,前边的“O”可省略。M99为子程序结束指令.M99不一定要独立占用一个程序段，如G00 X Y＿Z＿M99也是可以的。

三、子程序的调用
调用子程序的格式为：
M98 Pxxxxxxxx
其中M98是调用子程序指令，地址P后面的4位数字为子程序号，前4 位为重复调用次数，若调用次数为“1”可省略不写，系统允许调用次数为9999次。
主程序调用某一子程序需要在M98后面写上子程序号，此时要改子程序Oxxxx为Pxxxx.

四、子程序的特殊调用方法
1．子程序中用P指令返回的地址
除子程序结束时用M99指令返回主程序外，还可以在M99程序段中加入Pxxxx,则子程序在返回时，将返回到主程序中顺序号为Pxxxx程序段。
2．自动返回到程序头
　 如果在主程序（或子程序)中执行M99,则程序将返回到程序开头位置并继续执行后面的程序。
3、自动从参考点返回G29
执行G29指令，可使刀具从参考点出发经过一个中间点到达由这个指令后面X＿Y＿Z。