五轴数控加工编程续

令格式为Ｇ００Ｘ Ｙ Ｚ Ｂ Ｃ。其中，Ｇ００是快速进给运动的Ｇ代码指令，其后的五个字
母分别指的是快速进给目标点的五个坐标轴的坐标大小。在这条指令中是看不出主轴的
状态的，这就决定于前面主轴的状态，如果前面主轴是静止的，那么现在的快速进给就
是主轴不转的快速进给。如果主轴是处于旋转的状态，那么现在的快速进给就是主轴在
Ｇ功能用来指令机床的运动，使机床刀具相对于机床平台有一定位移的指令，尽管 可能刀具没有切割工件，但是只要刀具相对于平台存在位移的指令就归为运动指令。机 床运动指令对应着ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件中机床运动事件，ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件中机床运动
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事件有快速进给事件与切割事件两大
Ｙ Ｉ
弋、＼卜、ｊ一 ／ Ａ‘一
ｏ 一
Ｘ
１０
２０
６０
图Hale Waihona Puke Baidu．２直线切割运动图
Ｎ１００Ｇ０１Ｘ１１Ｙ４０Ｆ２００Ｍ０３
（指定起点坐标（１０，４０））
ＮＩ ｌＯＧ９ｌｘ２０Ｙ－１５
（用Ｇ９１表示增量坐标，下一点增量坐标值为（２０，一１５））
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Ｎ１２０Ｇ９０Ｘ６０Ｙ１５（Ｐｆｌ Ｃ００表示绝对坐标，终点绝对坐标值为（６０，１５）） 直线切割也可以有几种情况，其一是在同一平面上直线切割，就是说切割的起始点
下半部分走的是顺时针方向，对应的ＮＣ代码为Ｇ０２。上面的讲述实际上涉及到一个圆
弧切割运动方向判别问题。在ＣＭＳＰＰ软件中，我们专门编写了一个程序用来负责接受
和判定输出什么方向的圆弧切割代码问题，并且设定Ｇ０２代表顺时针切割，Ｇ０３代表逆
时针切割。
３．钻孔循环指令
在数控加工中，一般一个动作就要编制一条加工程序。但有一些典型的加工工序，
直线切割指切割时刀具切割点从工件加工的当前点沿着直线切割到下一目标点，当 前点即为上一个加工操作中的目标点。直线切割运动用代码Ｇ０１驱动。
下面的例子就表示了直线切割时ＦＩＤＩＡ．Ｃ２０ＸＰｏｗｅｒ数控系统数控代码的格式。直 线切割运动：从Ａ点（１０，４０）经过Ｂ点（３０，２５）到达Ｃ点（６０，１５），其运动图如 图５．２。
是指刀具切割点沿着圆弧进行切割，走出的轨迹是
（一５０．６５．２０）
一个圆弧，那么加工出来的形状也是圆弧。圆弧切 割按照切割的方向不同分为顺时针切割与逆时针
（＿５０．５０．２０）
切割。顺时针切割就是指切割轨迹相对于刀轴方向
（右手坐标系）是顺时针的，而逆时针切割就是指
切割轨迹相对于刀轴方向是逆时针的。在ＣＡＴＩＡ
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第５章ＣＭＳＰＰ软件对数控代码的编程规则
ＣＭＳＰＰ是专门为ＭＯＤＩＭＩＬＬ ４Ｌ机床定制的后置处理软件，由于ＭＯＤＩＭＩＬＬ ４Ｌ 机床采用的数控系统是意大利菲迪亚公司提供的ＦＩＤＩＡ－Ｃ２０ ＸＰｏｗｅｒ，因此ＣＭＳＰＰ软件 的中心处理模块就要保证其转化得到的数控代码是完全符合ＦＩＤＩＡ－Ｃ２０ ＸＰｏｗｃｒ的编程 规则。而ＦＩＤＩＡ－Ｃ２０ ＸＰｏｗｃｒ的这些规则是通过一条条简洁的功能代码指令来体现的， 每一条代码指令都描述了机床一个独立的操作，机床在接收到这条代码指令后，就会执 行相应的机床操作。由于机床的每一个操作都是和ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件中一个信息块相 对应，因此本章在介绍这些功能代码指令格式的同时会把这些指令按照ＣＭＳＰＰ软件处 理的顺序和刀轨文件中的事件对应起来。对于ＣＭＳＰＰ软件来说，后处理模块是负责代 码转化的核心部分，但是后处理模块转化后的代码都是从代码生成器得到的，代码生成 器不仅提供了描述ＦＩＤＩＡ－Ｃ２０ ＸＰｏｗｅｒ规则的变量，同时可以根据传递过来的控制变量 来决定输出哪一条操作代码指令。本章在介绍这些指令时会同时阐述代码生成器如何处 理这些指令。
转的快速进给。而主轴状态的设定在机床中可以通过Ｍ０３或Ｍ０４代码指定。
在ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ刀位文件中代表快速进给事件的数据为如下形式：
ＲＡＰＩＤ
ＧＯＴＯ／一３２．１２８２０，－０．９７５３０，３２．０２０７６，０．０８４３７１，０．２６５０３１，０．９６０５４２
上面两行语句中，ＲＡＰＩＤ这个指令表示了刀具的状态就是快速进给运动，但是具体 主轴是否在转还处决于前面主轴的状态。由于ＣＭＳＰＰ后处理是以关键字的形式对机床 运动事件进行数据转换的。这样，当我们把“ＲＡＰＩＤ”设置为快速进给运动关键字后，
．０．９７５３０．３２．０２０７６．０．０８４３７１，０．２６５０３１．Ｏ．９６０５４２。ＣＭＳＰＰ软件后置处理模块在接收到
ＧＯＴＯ事件后会把后面的坐标值传递给坐标数据转化模块来进行转化计算，并把计算的
结果组合成Ｇ０１格式的直线切割ＮＣ代码。
２．圆弧切割运动指令 圆弧切割是机床切割方式中最主要的一种，它
五轴数控加工中心的优势之一就在于能够高精度地加工复杂的曲面，这些曲面完全 可以通过组合直线切割以及圆弧切割来完成。五轴加工中心机床之所以高精度的加工曲 面是因为在五轴机床加工时刀具中心是垂至于加工平面的，也就是说随着切割的进行， 刀具的轴中心线矢量是不断变化的。刀轴矢量不变的曲面加工与刀轴矢量变化的曲面切 割比较如图５．１所示。
与目标点在Ｘ平面或者Ｙ平面或者Ｚ平面。这样的切割使切割的初始点与目标点的坐
标有一个是不变的。另一种情况就是切割的轨迹不在ｘ平面或者Ｙ平面或者ｚ平面上
而是空间段，这个时候的坐标值是都要变化的。在ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件中直线切割的信
息是以ＧＯＴＯ语句来输出的，语句后面的数据就是目标点的坐标值，如ＧＯＴＯ／－３２．１２８２０，
在数控机床加工中，一个完整的加工程序由若干程序段组成，而程序段是由一个或 若干功能字组成，每个功能字是由字母和数字数据组成。这些功能字又称功能指令或功 能代码。常用的主要功能代码有准备功能Ｇ代码和辅助功能Ｍ代码，另外，还有进给 功能Ｆ代码，主轴速度功能Ｓ代码，刀具功能Ｔ代码等，用以描述工艺过程的各种操作 和运动。
刀轴矢量的数值可以从ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件中的机床运动事件数据中得到。例如：
ＧＯＴＯ／－３２．１２８２０， －Ｏ．９７５３０， ３２．０２０７６，０．０８４３７１，０．２６５０３１，０．９６０５４２
在上面这一行语句中，ＧＯＴＯ后面的六个数值依次表示刀具中心的ＸＹＺ坐标值和刀 轴矢量值。上面这六个数值经过坐标模型数据转化后，我们就可以得到实际加工时机床 加工的五个坐标值Ｘ－３２．１２８２ Ｙ－０．９７５３ Ｚ３２．０２０８ Ｂ１６．１４９１ Ｃ７２．３４１５。 Ｉ．直线切割运动指令
ＴＬＯＮ，ＧＯＦＷＤ／（ＣＩＲＣＬＥ／
一５０．０００００，
５０．０００００，
２０。０００００，￥
１５．ｏｏｏｏｏ），ＯＮ，（ＬＩＮＥ／
一５０．０００００，
５０．０００００，
２０．０００００，￥
一６５．０００００，
５０．０００００，
２０．ｏｏｏｏｏ）
，／（上面三行表示圆弧圆心坐标和圆弧终点坐标） 上面五行语句构成了ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件的一个ＣＩＲＣＬＥ事件（圆弧切割事件），在
进
给
指 －－ｔ主轴不转快速进给指令
令
切 割
－－ｔ直线切割指令
●—。
廷
动 —一圆弧切割指令
指
令
图５．１机床运动指令分类
能够在不同的加工位置进行高效率的随意切换，保证加工效率。同时快速进给也给一些
操作如换刀等提供了方便。快速进给的时候，主轴可以是不转的也可以是转动的。主轴
不转的快速进给一般主要用在程序开始与程序尾。在程序开始的时候，刀具从参考点到
徽
ＸＹ聋
·快速定位到被编程点ＸＹＺ；
羹
·快速定位到Ｒ值：
·以加工进给Ｆ定位到Ｅ值被达到；
·暂停，如果在程序中编入了此功能（功能Ｈ）；
如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削等，其需要完成的动作十分典型。如孔加工通常由下述
６个动作构成，如图５．４所示。
（１）快速移动至（ｘ，Ｙ，ｚ）坐标； （２）沿Ｚ轴定位到Ｒ点（定位方式取决于上次是 Ｇ００还是Ｇ０１）： （３）孔加工（或切削进给加工）； （４）在孔底的动作； （５）返回到Ｒ点（参考点）； （６）快速返回到初始点。 上面动作过程可见图５．４。
图５．２曲面切割刀轴矢量变化比较图
一３７—
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左图表示的是刀轴矢量不变时候加工一个弧的状况。图中虚线表示的是要加工的理 想弧，但实际上加工出的轨迹却是如图中梯形折线所示，很明显，这样加工出来的弧其 精度是比较低的；再看刀轴矢量不断变化时加工一个弧的情况，由于五轴加工中心的刀 轴矢量是可以完全变化的，因此在加工弧的时候就可以按照图５．１右图中实线的轨迹走 刀，加工出的实际轨迹就为图中实线所示。可以看出，刀轴矢量变化的加工轨迹精度要 远远高于刀轴矢量不变化的加工精度。
５．１玎Ｄ队．Ｃ２０ ＸＰｏｗｅｒ数控系统准备功能Ｇ代码规则
准备功能也称Ｇ功能（或称Ｇ代码），它是用来指令机床动作方式的功能，这类指 令直接驱动机床完成运动事件，也就是说机床在接收到这些指令后，将要执行的事件是 可以使机床刀具相对于工件有一定的位移。如ＣＯＯ指令是用来表示刀具的快速定位。关 于ＭＯＤＩＭＩＬＬ４Ｌ机床数控系统的Ｇ功能（代码）指令可见附录１。
这个ＣＩＲＣＬＥ事件中给出了圆弧切割的圆心坐标、圆弧中心轴的刀轴矢量方向以及圆弧
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的起始点坐标。其加工路线见图５．３上半部分所示。从图５．３中可以看出，在圆心坐标
和刀轴矢量方向相同情况下，当圆弧加工的起始点不同，即使终点坐标相同时，其走刀
路线也不同。很明显，图中上半部分走的是逆时针方向，对应的ＮＣ代码为Ｇ０３；图中
前置处理生成的ＡＰＴＳＯＵＲＣＥ文件中顺时针与逆 时针的信息是非常明确地给出的。例如：
Ｇｏ’Ｉ＇ｏ／ －５０．０００００， ６５．０００００， ２０．０００００
图５．３圆弧加工走刀路线
／／（圆弧起点坐标）
ＩＮＤＩＲＶ／ ．１．０００００。Ｏ．０００００，Ｏ．０００００／／（圆弧中心轴的刀轴矢量方向）
对于数控机床来讲，这些典型的动作已经预先编
／初擒氧
弋
Ｉ动作蕃
ｆ
ｌ动作５
Ｉ
动ｆ蚀
表示快速
衰示切削迸精
好并固化存储在机床控制系统的存储器中。需要的时图５．４孔加工固定循环的６个动作 候可直接用固定循环的Ｇ代码进行指令。在ＦＩＤＩＡ数
控系统中，钻孔循环指令格式为Ｇ８２）ＬＹ ｚ Ｒ Ｅ Ｆ。具体执行情况见下图５．５。
类，快速进给事件又可以分为主轴不转
快速进给和主轴转快速进给，切割事件 机
又可以分为直线切割事件与圆弧切割事 床 运
件。因此对应着这些事件，机床运动指 动
令分类可见图５．１。
指
令
５．１．１快速进给指令
快速进给事件是指机床不切割而以
高的速度使刀具相对于平台运行到某一
个坐标点的位置。快速进给事件使刀具
快
速 －－－ｔ主轴转快速进给指令
沈阳航空工业学院硕士学位论文 只要ＣＭＳＰＰ软件中心处理模块在读取到“ＲＡＰＩＤ”这个关键字信息后，就会自动转化 输出一个对应的Ｃ００代码指令。 ５．１．２切割运动指令
切割运动是机床所要完成的最核心的操作，因为机床所有的设置都是为了保证切割 运动的顺利实施而建立的，机床加工产品的质量也完全取决于切割运动的执行情况。对 于不同的机床，切割运动也可以分为不同的种类，比如车床主要完成的就是车削，而铣 床完成得主要是铣削运动，但是对于复杂的加工中心来讲，不仅可以完成某一独立的操 作甚至可以同时完成这些操作的组合。比如ＭＯＤＩＭＩＬＬ４Ｌ机床就可以支持铣镗铰等多 种切削方式。就是对于铣切割来讲，ＭＯＤＩＭＩＬＬ ４Ｌ机床又可以完成各种复杂的包括平 面铣，型腔铣等在内的铣切削运动。ＣＭＳＰＰ软件暂时还没有为镗铰建立指令模块，仅 建立了钻孔指令模块。一是因为在实际的操作中，这些操作往往是相对独立的而且数量 不多的操作，这些操作完全可以人工根据现场施工的情况而现场编程输入；另一原因是 不论多么复杂的铣操作都完全可以有直线切割运动和圆弧切割运动两种切割组合而成。 正因为如此，ＣＭＳＰＰ软件只是在这些运动中选择最基本的直线切割运动和圆弧切割运 动来进行处理，因为这两种切割几乎可以组合起来完成任意复杂曲面的切割。
初始点的运动就是快速进给运动；在程序结束的时候，刀具从最后一个加工点返回参考
点的运动也是快速进给运动。而主轴转的快速进给通常用于程序中间，刀具从一个切削
点转到另一个切削点或者两个不同的路径之间的切换都需要主轴转的快速进给。为了编
程方便，ＣＭＳＰＰ软件在后处理过程中，不管主轴状态如何，快速进给事件统一输出指