加工中心编程技巧和安全措施(1)

加工中心编程技巧和安全措施(1)
加工中心编程技巧和安全措施
内容摘要: 随着科技的发展和社会的进步，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。

数控机床应用已得到一定程度的普及，而高性能高效率的加工中心也逐渐成为社会所需。

从而使越来越多的学校购买数控机床，开展数控机床的教学。

通过几年的加工中心实际应用和教学实践及摸索，笔者将一些积累的经验和读者分享，如有不当之处，请批评指出。

随着科技的发展和社会的进步，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。

数控机床应用已得到一定程度的普及，而高性能高效率的加工中心也逐渐成为社会所需。

从而使越来越多的学校购买数控机床，开展数控机床的教学。

通过几年的加工中心实际应用和教学实践及摸索，笔者将一些积累的经验和读者分享，如有不当之处，请批评指出。

一、加工中心几个常用指令的编程技巧
1、M00、M01、M02和M30的区别与联系
学生在初学加工中心编程时，对以上几个M代码容易混淆，主要原因是学生对加工中心加工缺乏认识，加上个别教材叙述不详细。

它们的区别与联系如下：
M00为程序暂停指令。

程序执行到此进给停止，主轴停转。

重新按启动按钮后，再继续执行后面的程序段。

主要用于编程者想在加工中使机床暂停（检验工件、调整、排屑等）。

M01为程序选择性暂停指令。

程序执行时控制面板上“选择停止”键处于“ON”状态时此功能才能有效，否则该指令无效。

执行后的效果与M00相同，常用于关键尺寸的检验或临时暂停。

M02为主程序结束指令。

执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关闭。

但程序光标停在程序末尾。

M30为主程序结束指令。

功能同M02，不同之处是，光标返回程序头位置，不管
M30后是否还有其它程序段。

2、刀具补偿参数地址D、H的应用
在部分数控系统（如FAUNC）中，刀具补偿参数D、H具有相同的功能，可以任意互换，它们都表示数控系统中补偿寄存器的地址名称，但具体补偿值是多少，关键是由它们后面补偿号地址中的数值来决定。

所以在加工中心中，为了防止出错，一般人为规定H为刀具长度补偿地址，补偿号从1～20号，D为刀具半径补偿地址，补偿号从21号开始（20把刀的刀库）。

例如：G00G43H1Z60.0;
G01G41D21X30.0Y45.0F150;
3、G92与G54～G59的应用
G54～G59是调用加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系，用了G54～G59就没有必要再使用G92，否则G54～G59会被替换，应当避免。

注意：（1）一旦使用了G92设定坐标系，再使用G54～G59不起任何作用，除非断电重新启动系统，或接着用G92设定所需新的工件坐标系。

（2）使用G92的程序结束后，若机床没有回到G92设定的原点，就再次启动此程序，机床当前所在位置就成为新的工件坐标原点，易发生事故。

所以，一定要慎用。

4、暂停指令
G04X_/P_ 是指刀具暂停时间（进给停止，主轴不停止），地址P或X后的数值是暂停时间。

X后面的数值要带小数点，否则以此数值的千分之一计算，以秒（s）为单位，P后面数值不能带小数点（即整数表示），以毫秒（ms）为单位。

例如，G04 X2.0;或G04 X2000;暂停2秒
G04 P2000;
但在某些孔系加工指令中（如G82、G88及G89），为了保证孔底的粗糙度，当刀具加工至孔底时需有暂停时间，此时只能用地址P表示，若用地址X表示，则控制系统认为X是X轴坐标值进行执行。

例如，G82X80.0Y60.0Z-20.0R5.0F200P2000;
钻孔（80.0，60.0）至孔底暂停2秒
G82X80.0Y60.0Z-20.0R5.0F200X2.0；
钻孔（2.0，60.0）至孔底不会暂停。

5、同一条程序段中，相同指令（相同地址符）或同一组指令，后出现的起作用。

例如：G01G90Z30.0Z20.0F200; 执行的是Z20.0，Z轴直接到达Z20.0，而不是Z30.0。

G01G00X30.0Y20.0F200; 执行的是G00（虽有F值，但也不执行G01）。

但不同一组的指令代码，在同一程序段中互换先后顺序执行效果相同。

例如：G90G54G00X0Y0Z60.0;和G00G90G54X0Y0Z60.0;相同。

6、程序段顺序号
程序段顺序号，用地址N表示。

一般数控装置本身存储器空间有限（64K），为了节省存储空间，程序段顺序号都省略不要。

N只表示程序段标号，可以方便查找编辑程序，对加工过程不起任何作用，顺序号可以递增也可递减，也不要求数值有连续性。

但在使用某些循环指令，跳转指令，调用子程序及镜像指令时不可以省略。

数控机床的加工过程中，有一点至关重要，那就是在编制程序和操作加工时，一定要避免使机床发生碰撞。

因为数控机床的价格非常昂贵，少则几十万元，多则上百万元，
维修难度大且费用高。

但是，碰撞的发生是有一定规律可循的，是能够避免的，可以总结为以下几点。

1、利用计算机模拟仿真系统
随着计算机技术的发展，数控加工教学的不断扩大，数控加工模拟仿真系统越来越多，其功能日趋完善。

因此可用于初步检查程序，观察刀具的运动，以确定是否有可能碰撞。

2、利用机床自带的模拟显示功能
一般较为先进的数控机床图形显示功能。

当输入程序后，可以调用图形模拟显示功能，详细地观察刀具的运动轨迹，以便检查刀具与工件或夹具是否有可能碰撞。

3、利用机床的空运行功能
利用机床的空运行功能可以检查走刀轨迹的正确性。

当程序输入机床后，可以装上刀具或工件，然后按下空运行按钮，此时主轴不转，工作台按程序轨迹自动运行，此时便可以发现刀具是否有可能与工件或夹具相碰。

但是，在这种情况下必须要保证装有工件时，不能装刀具；装刀具时，就不能装工件，否则会发生碰撞。

4、利用机床的锁定功能
一般的数控机床都具有锁定功能（全锁或单轴锁）。

当输入程序后，锁定Z轴，可通过Z轴的坐标值判断是否会发生碰撞。

此功能的应用应避开换刀等运作，否则无法程序通过。

5、坐标系、刀补的设置必须正确
在启动机床时，一定要设置机床参考点。

机床工作坐标系应与编程时保持一致，尤其是Z轴方向，如果出错，铣刀与工件相碰的可能性就非常大。

此外，刀具长度补偿的设置必须正确，否则，要么是空加工，要么是发生碰撞。

6、提高编程技巧
程序编制是数控加工至关重要的环节，提高编程技巧可以在很大程度上避免一些不必要的碰撞。

例如：铣削工件内腔，当铣削完成时，需要铣刀快速退回至工件上方100mm处，如果用N50 G00 X0 Y0 Z100 编程，这时机床将三轴联动，，则铣刀有可能会与工件发生碰撞，造成刀具与工件损坏，严重影响机床精度，这时可采用下列程序
N40 G00 Z100; N50 X0 Y0;即刀具先退至工件上方 100mm处，然后再返回编程零点，这样便不会碰撞。

总之，掌握加工中心的编程技巧，能够更好地提高加工效率、加工质量，避免加工中出现不必要的错误。

这需要我们在实践中不断总结经验，不断提高，从而使编程、加工能力进一步加强，为数控加工事业的发展作贡献。

轿车的塑料零部件如线圈骨架、基座、保险丝盒、灯座、片式熔断器、中央配电盒、护套、推动架、簧片排组件及外罩等大都采用注射成型，由于这些塑料件本身具有较高的设计精度，使得对这些塑料件不能采用常规的注射成型，而必须采用精密注射成型工艺技术。

为了保证轿车精密塑料件的性能、质量与可靠性，注射成型出质量较高、符合产品设计要求的塑料制品，必须对塑料材料、注塑设备与模具及注塑工艺不断进行改进。

1影响精密注塑的主要因素判定精密注塑的依据是注塑制品的精度，即制品的尺寸公差、
形位公差和表面粗糙度。

要进行精密注塑必须有许多相关的条件，而最本质的是塑料材料、注塑模具、注塑工艺和注塑设备这四项基本因素。

轿车的塑料零部件如线圈骨架、基座、保险丝盒、灯座、片式熔断器、中央配电盒、护套、推动架、簧片排组件及外罩等大都采用注射成型，由于这些塑料件本身具有较高的设计精度，使得对这些塑料件不能采用常规的注射成型，而必须采用精密注射成型工艺技术。

为了保证轿车精密塑料件的性能、质量与可靠性，注射成型出质量较高、符合产品设计要求的塑料制品，必须对塑料材料、注塑设备与模具及注塑工艺不断进行改进。

1 影响精密注塑的主要因素
判定精密注塑的依据是注塑制品的精度，即制品的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。

要进行精密注塑必须有许多相关的条件，而最本质的是塑料材料、注塑模具、注塑工艺和注塑设备这四项基本因素。

设计塑料制品时，应首先选定工程塑料材料，而能进行精密注塑的工程塑料又必须选用那些力学性能高、尺寸稳定、抗蠕变性能好、耐环境应力开裂的材料。

其次应根据所选择的塑料材料、成品尺寸精度、件重、质量要求以及预想的模具结构选用适用的注塑机。

在加工过程中，影响精密注塑制品的因素主要来自模具的精度、注塑收缩，以及制品的环境温度和湿度变化幅度等方面。

在精密注塑中，模具是用以取得符合质量要求的精密塑料制品的关键之一，精密注塑用的模具应切实符合制品尺寸、精度及形状的要求。

但即使模具的精度、尺寸一致，其模塑的塑料制品之实际尺寸也会因收缩量差异而不一致。

因此，有效地控制塑料制品的收缩率在精密注塑技术中就显得十分重要。

模具设计得合理与否会直接影响塑料制品的收缩率，由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收缩率求得的，而收缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值，它不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的形状、尺寸、到浇口的距离及位置有关。

影响塑料收缩率的主要有热收缩、相变收缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等因素，而这些影响因素与精密注塑制品的成型条件或操作条件有关。

因此，在设计模具时必须考虑这些影响因素与注塑条件的关系及其表观因素，如注塑压力与模腔压力及充模速度、注射熔体温度与模具温度、模具结构及浇口形式与分布，以及浇口截面积、制品壁厚、塑料材料中增强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响。

上述因素的影响也因塑料材料不同、其它成型条件如温度、湿度、继续结晶化、成型后的内应力、注塑机的变化而不同。

由于注塑过程是把塑料从固态(粉料或粒料)向液态(熔体)又向固态(制品)转变的过程。

从粒料到熔体，再由熔体到制品，中间要经过温度场、应力场、流场以及密度场等的作用，在这些场的共同作用下，不同的塑料(热固性或热塑性、结晶性或非结晶性、增强型或非增强型等)具有不同的聚合物结构形态和流变性能。

凡是影响到上述"场"的因素必将会影响到塑料制品的物理力学性能、尺寸、形状、精度与外观质量。

这样，工艺因素与聚合物的性能、结构形态和塑料制品之间的内在联系会通过
塑料制品表现出来。

分析清楚这些内在的联系，对合理地拟定注塑加工工艺、合理地设计并按图纸制造模具、乃至合理选择注塑加工设备都有重要意义。

精密注塑与普通注塑在注塑压力和注射速率上也有区别，精密注塑常采用高压或超高压注射、高速注射以获得较小的成型收缩率。

综合上述各种原因，设计精密注塑模具时除考虑一般模具的设计要素外，还须考虑以下几点：①采用适当的模具尺寸公差；②防止产生成型收缩率误差；
③防止发生注塑变形；④防止发生脱模变形；⑤使模具制造误差降至最小；⑥防止模具精度的误差；⑦保持模具精度。

2 防止产生成型收缩率误差
由于收缩率会因注塑压力而发生变化，因此，对于单型腔模具，型腔内的模腔压力应尽量一致；至于多型腔模具，型腔之间的模腔压力应相差很小。

在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下，必须以相同的注塑压力注射，使型腔压力一致。

为此，必须确保使浇口位置均衡。

为了使型腔内的模腔压力一致，最好使浇口入口处的压力保持一致。

浇口处压力的均衡与流道中的流动阻力有关。

所以，在浇口压力达到均衡之前，应先使流通均衡。

由于熔体温度和模具温度对实际收缩率产生影响，因此在设计精密注塑模具型腔时，为了便于确定成型条件，必须注意型腔的排列。

因为熔融塑料把热量带入模具，而模具的温度梯度分布一般是围绕在型腔的周围，呈以主流道为中心的同心圆形状。

因此，流道均衡、型腔排列和以主流道为中心的同心圆状排列等设计措施，对减小各型腔之间的收缩率误差、扩大成型条件的允许范围以及降低成本都是必要的。

精密注塑模具的型腔排列方式应满足流道均衡和以主流道为中心排列两方面的要求，且必须采用以主流道为对称线的型腔排列方式，否则会造成各型腔的收缩率差异。

由于模具温度对成型收缩率的影响很大，同时也直接影响注塑制品的力学性能，还会引起制品表面发花等各种成型缺陷，因此必须使摸具保持在规定的温度范围内，而且还要使模具温度不随时间变化而变化。

多型腔模具的各型腔之间的温差也不得发生变化。

为此，在模具设计中必须采取对模具加热或冷却的温度控制措施，且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小，必须注意温控-冷却回路的设计。

在型腔、型芯温控回路中，主要有串联冷却与并联冷却两种连接方式。

从热交换效率来看，冷却水的流动应呈紊流。

但是在并联冷却回路中，成为分流的一条回路中的流量比在串联冷却回路中的流量小，这样可能会形成层流，而且实际进入每条回路中的流量也不一定相同。

由于进入各回路的冷却水温度相同，各型腔的温度也应相同，但实际上因各回路中的流量不同，且每条回路的冷却能力也不相同，致使各模腔的温度也不可能一致。

采用串联冷却回路的缺点是冷却水的流动阻力大，最前面的型腔入口处的冷却水温度同最后型腔入口处的冷却水温度有明显的差别。

冷却水出入口的温差因流量的大小而变化。

对于加工轿车塑料件的小型精密注塑模具而言，一般从降低模具成本考虑，采用串联冷却回路较适宜。

如果所使用的模温调节控制仪(机)的性能能在2℃内控制冷却水的流量，则各型腔的温差最大也可保持在2℃范围内。

模具型腔和型芯应有各自的冷却水回路系统。

在冷却回路的设计上，由于从型腔和型芯上所摄取的热量不同，回路结构的热阻力也不一样，型腔与型芯入口处的水温会产生很大的温差。

若采用同一系统，冷却回路设计也较困难。

一般轿车塑料件用的小型注塑模具型芯都很小，采用冷却水系统有很大的困难。

如有可能，可以采用被青铜材
料制造型芯，对实心铍青铜型芯则可采用插入式冷却的方法。

另外，在对注塑制品采取防止翘曲的对策时，也希望型腔与型芯之间保持一定的温差。

因此设汁型腔与型芯的冷却回路时应能分别进行温度的调节和控制。

3 模具精度的保持
为了保持在注塑压力、锁模力下的模具精度，设计模具结构时必须考虑对型腔零件进行磨削、研磨和抛光等加工的可行性。

尽管型腔、型芯的加工已经达到高精度的要求，而且收缩率也同所预计的一样，但由于成型时的中心偏移，其所成型的制品内侧、外侧的相关尺寸都很难达到塑料零部件的设计要求。

为了保持动、定模型腔在分型面上的尺寸精度，除了设置常规模具所常用的导柱、导套定中心外，还必须加装锥形定位销或楔形块等定位副，以确保定位精度准确、可靠。

制作精密注塑模具的材料要选择力学性能高、热蠕变小的优质合金工具钢，制作型腔、浇道的模具材料要选择经过严格热处理的硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强、抗热变形的材料，同时还要考虑机械加工、电加工的难易性和经济性。

为防止发生时效变化而改变模具的尺寸精度，必须在设计模具时规定降低模具材料热处理的残存奥氏体组织的回火处理或低温处理。

对精密注塑模具的易损零件，尤其是型腔、型芯等易损件，要在设计时考虑修理的可能性，以保持模具维修后仍具有较高精度。

4 结语
精密注塑技术是轿车塑料零部件的主要和关键生产技术，而精密注塑模具的设计是这项生产技术的主要部分，合理地设计精密注塑模具是获得精密制品的基础和必要前提。

通过合理地确定模具的尺寸与公差、采取防止注塑制品产生收缩率误差、注塑变形、脱模变形、溢边等，以及确保模具精度等技术措施，并采用正确的精密注塑工艺、适用的工程塑料材料和精密的注塑设备，使之达到最佳的匹配，对于提高轿车精密塑料件的质量、可靠性和性能，降低生产成本，提高生产效率具有十分重要的意义。

一、系统概述：采用嵌入式计算机（EIP）技术的数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令。

加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。

二、系统原理：数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。

输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。

一、系统概述：
采用嵌入式计算机（EIP）技术的数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。

二、系统原理：
数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。

输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。

数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。

数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。

三、系统配置：
本文以某数控公司高性能数控系统为例，介绍研祥的EVOC系列嵌入式计算机（EIP）在数控系统中的应用。

I、数控单元：
1. 嵌入式计算机：
19’上架式标准结构，NEMA 4/12铝质防水、防尘前面板；
10.4’TFT彩色液晶显示器；
配置研祥586 嵌入式计算机主板；
研祥8槽工控机箱(含开关电源)；
两组薄膜键盘，配以接地金属网；
2.伺服控制串行通讯卡、六轴位置环控制卡、四轴数字伺服控制卡(任选)；
3. 内置式PLC输入卡(48通道/卡)、内置式PLC输出卡(48通道/卡)。

注：研祥586嵌入式计算机主板（HSC－1511CLDNA）的技术参数如下：
A、结构：ISA总线半长嵌入式主板
B、CPU：在板INTEL PENTIUM MMX 266 低功耗CPU
C、内存：在板一个144-pin DIMM插槽，最大支持256M内存
D、显示：SM712显示芯片+2M独立显存，支持CRT、24位LCD显示
E、接口：2个IDE，1个FDD，1并，2串，1个KB/MOUSE接口，2个USB。

F、SSD：支持DOC电子盘
G、PC-104接口：有
II、主轴系统：主轴驱动单元+主轴电机、变频器+主轴电机、变频器+异步电机。

III、进给系统：
HSV-11D交流永磁同步伺服驱动与伺服电机、国内外各类模拟式、数字式伺服系统、HC5801/5802系列步进电机驱动单元与电机、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驱动器与步进电机。

四、系统评价：
该系统采用研祥的EVOC系列嵌入式计算机（EIP）、TFT真彩色液晶显示器，具有多轴多通道控制能力和内装式PLC，可与多种伺服驱动单元配套使用。

具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的优点，是适合中国国情的新一代高性能、高档数控系统。