第4章(精简)数控铣床及加工中心的程序编制

第4章数控铣床及加工中心的程序编制

4.1 概述

1．数控镗铣床和加工中心(MC，Machine Center)区别主要在于数控镗铣床没有自动刀具交换装置( ATC , Automatic Toos Changer )及刀具库。

2．数控铣床与加工中心工艺特点P.102

加工中心是一种功能较全的数控机床，它集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹于一身。

出现的新问题：

如，刀具应具有更高的强度、硬度和耐磨性和良好的刚性；易造成切屑堆积，会缠绕在工件或刀具上，影响加工顺利进行，需要采取断屑措施和及时清理切屑；加工中心机床价格高，一次性投资大，机床的加工台时费用高，零件的加工成本高。

3．数控铣床与加工中心分类及主要加工对象

4.2 数控铣床及加工中心工艺处理

数控铣削需要考虑机床的运动过程、工件的加工工艺过程、刀具的选择、切削用量的选择、走刀路线等多方面的工艺问题。

1．数控刀具的选择

●车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等

●铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等

●钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等

●镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等

2. 加工路线的确定P.117

确定走刀路线的一般原则是：

（1）保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。

（2）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。

（3）方便数值计算，减少编程工作量。

（4）尽量减少程序段数。

孔和内螺纹加工p.119

孔加工的方法比较多，有钻削、扩削、铰削、铣削和镗削等。

对于直径大于φ30mm的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗→半精镗→孔口倒角→精镗的加工方案，孔径较大的可采用立铣刀粗铣—精铣加工方案。孔内的退刀槽可用锯片铣刀在孔半精镗之后、精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行单刀镗削，但单刀镗削效率较低。

对于直径小于φ30mm无底孔的孔加工，通常采用锪平端面→打中心孔→钻→扩→孔口倒角→铰加工方案，对有同轴度要求的小孔，需采用锪平端面→打中心孔→钻→半精镗→孔口倒角→精镗（或铰）加工方案。为提高孔的位置精度，在钻孔工步前需安排打中心孔工步。孔口倒角一般安排在半精加工之后、精加工之前，以防孔内产生毛刺。

内螺纹的加工根据孔径的大小，一般情况下，M6～M20之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。M20以上的内螺纹，可采用铣削（或镗削）加工。另外，还可铣外螺纹。

3. 切削用量的选择

切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。具体的选择原则与普通铣削相同。

合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大，这在实际加工中往往是很难掌握的，必须要有丰富的实践经验才能够掌握好切削用量的选择。因此，在编程时只能根据一般情况，根据加工条件大致选择切削用量。在实际加工中，根据具体加工情况进行调整。

4.3数控铣床及加工中心编程指令

4．3．1 轮廓指令

1．G00

2．G01 有F 单位：mm/min

3．G02&G03 P.55

G02 X Y R F

G02 X Y I J F

X、Y—表示圆弧终点坐标。

I、J—表示圆心相对于圆弧起点坐标在X、Y轴上的坐标增量

I=圆心X—起点X J= 圆心Y—起点Y

M指令

M01 M02 M03、M04、M05 M06 M07、M08、M09 M30

举例

1）如图所示，已知材料为45＃钢，毛坯50×50 ×14 ，编写铣上表面的加工程序。

2）铣不等边五边形槽。键槽刀

3）铣工件上的“S”字，深3mm。

T01 M06

G54 G90 S1000 M03

M08

G00 X40 Y35

G43 H01 G00 Z10

G01 Z-3 F80

G03 X35 Y40 I-5 J0 F100

G91 G01 X-20 Y0

G03 X-5 Y-5 I 0 J-5

G01 X0 Y-5

G03 X5 Y-5 I5 J0

G01 X20 Y0

G02 X5 Y-5 I0 J-5

G01 X0 Y-5

G02 X-5 Y-5 I-5 J0

G01 X-20 Y0

G02 X-5 Y5 I0 J5

G01 Z13 F200

G00 Z153 M09

M05 M30

4．G04 （同车削）

5．G41、G42＆G40

●命令格式G01/G00 G41/G42/G40 D

●左、右补偿的判断:刀具方向

●半径补偿的三步,切线进入和切出

●应用

●左、右补偿与顺、逆铣的关系

G41选择在刀具左侧进行补偿，即沿刀具运动轨迹看去，刀具中心在零件轮廓的左侧。铣削时对于工件产生顺铣效果，故常用于精铣。

G42选择在刀具右侧进行补偿，亦沿刀具运动轨迹看去，刀具中心在零件轮廓的右侧。铣削时对于工件产生逆铣效果，故常用于粗铣。

刀具半径补偿的过程分为三步：

建立刀补、执行刀补、取消刀补

G40必须和G41或G42成对使用。在建立刀补与取消刀补的过程中，必须注意刀具与工件之间的相互位置，避免撞刀。

刀具半径补偿的应用：

1）编程时直接按工件轮廓尺寸编程。刀具在磨损、重磨或更换后直径会发生

变化，但不必修改程序，只需改变半径补偿参数。

2）刀具半径补偿值不一定等于刀具半径值，同一加工程序，采用同一刀具可通过修改刀补的办法实现对工件轮廓的粗、精加工；同时也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度。

解释顺铣和逆铣的区别

6．G43、G44＆G49 p.125

其中：G43表示长度正补偿，G44表示长度负补偿；Z指令Z轴移动坐标值；H指令长度补偿号。

注意：⑴G43、G44是续效代码，如欲取消刀补，可以用G49、H00、G28、M30和RESET键，这里H00的偏置量固定为0。

⑵建立长度补偿时，必须伴随着运动，且只能有Z轴方向的运动，若有其它轴运动机床会报警。

长度补偿量的确定

（1）事先通过对刀仪测量出刀具长度（图中的H01和H02），作为刀具长度补偿值（该值为正），输入到对应的刀具补偿参数中。

（2）先将工件坐标系（G54~G59）中的Z值偏置值设定为零，即Z向的工件原点与机床原点重合，通过机内对刀测量出刀具Z轴返回机床原点时刀位点相对工件基准面的距离，作为刀具长度补偿值。

（3）先将其中一把刀具作为基准刀，其长度补偿值为零，其它刀具的长度补偿值为与基准刀的长度差值（可通过对刀仪测量）。此时应先通过机内对刀法测量出基准刀在Z轴返回机床原点时刀位点相对于工件基准面的距离，并输入到工件坐标系中的Z值的偏置参数中。

7．G90&G91

8．G17、G18、G19

9．子程序调用

M98 P_ L_

子程序返回M99

10．G92：坐标系设定指令，确定起刀点在坐标系中的位置。

11．基准点的定义和返回

返回参考点检查G27

指令格式：G27 X(U)_ Z(W)_

式中：X、Z—是机床参考点在工件坐标系中的绝对坐标；

U、W—是机床参考点相对于刀具目前所在的位置增量坐标。

说明：

（1）该指令用于检查刀具是否能够正确返回到参考点。执行G27指令的前提是机床在通电后刀具返回过一次参考点（手动返回或自动返回）。

（2）使用该指令前，如果先前用G41或G42指令建立了刀具半径补偿，必须用G40指令取消刀具半径补偿，方可使用G27指令。

自动返回参考点G28

指令格式：G28 X(U)_ Z(W)_

式中:X、Z—是指刀具经过中间点的绝对坐标；

U、W—是指刀具经过的中间点相对于起点的增量坐标。

说明：

执行该指令时，刀具先快速移动到指令指定的中间点位置，然后自动返回到参考点，到达参考点后，相应坐标方向的指示灯亮。

车床：G28 X40，Z50 表示刀具快速从当前点，经过中间点（40，50），移动到参考点。

铣床：G91 G28 Z0 刀具快速从当前点移动到Z方向参考点

G28 X0 Y0 刀具快速从当前点移动到X,Y方向参考点从参考点返回G29

指令格式：G29 X _ Z _

式中：X、Z—是返回点的坐标值；

说明：该指令使刀具由参考点经过中间点（在前面由G28指定的中间点）返回指定点，

例1 加工平面凸轮零件。

应用三角、几何及解析几何的数学方法，求出图形中各几何元素相交或相切的基点坐标值，并按确定的走刀路线计算出P1、P2、…、P10各点的坐标。

P1(-50，160)

P2(-10，130)

P3(0，130)

P4(46.351，98.750)

P5(74.162，30)

P6(74.162，-30)

P7(46.35l，-98.750)

编写程序单按程序格式编写凸轮零件加工程序单如下：

T01 M06

G54 G90 S1500 M03

M08

G00 X-160 Y-160

G43 H01 G00 Z100

G00 Z10

G01 Z-8 F80

G41 D01 G01 X-130 Y-160

G01 Y0

G02 X0 Y130 I130 J0

G02 X46.3512 Y98.75 I0 J-50 G01 X74.162 Y30

G02 X74.162 Y-30 R50

G01 X46.3512 Y-98.75

G02 X0 Y-130 I-46.3512 J18.75 G02 X-130 Y0 I0 J130

G01 X-130 Y160

G40 G01 X-160

G01 Z10 F300

G00 Z100 M05

M09

M30

例2 某连杆零件如图所示。试编写对连杆轮廓进行精铣数控加工的程序。

（1）刀具选择：φ16立铣刀

（2）安全面高度：10ｍｍ

（3）工艺路线安排：一致采用左刀补，由A点进刀，再由B点退出加工φ40的圆；由C点进刀，再由D点退出加工φ24的圆；最后由A点进刀，再由B点退出加工整个轮廓。

（4）关键点坐标计算：

点1（-82，0）；点2（0，0）；点3（-94，0）；

点4（-83.165，-11.943）；点5（-1.951，-19.905）；

点6（-1.951，19.905）；点7（-83.165，11.943）；点8（20，0）。

（5）程序如下：

O0001

G21

T01 M06

G54 G90 G00 X28 Y20 S1000 M03 M08

G43 H01 Z10

G01 Z-8 F200

G41 D01 X20 Y0 F100

G02 YO J-20 J0

G40 G01 X28 Y-20

G00 Z10

X-102 Y-20

G01 Z-8 F200

G41 D01 X-94 Y0 F100

G02 I12 J0

G40 G01 X102 Y20

G00 Z10

G00 X28 Y20

G01 Z-21 F200

G41 D01 Z20 Y0 F100

G02 X-1.951 Y-19.905 I-20 J0 G01 X-83.165 Y-11.943

G02 Y11.943 I1.165 J11.943 G01 X-1.951 Y19.905

G02 X20 Y0 I1.195 J19.905 G40 G01 X28 Y-20

G00 Z10 M05 M09

G91 G49 G28 Z0

G28 X0 Y0

M30

例3 已知某零件外形轮廓如图所示，厚5mm，要求精加工其外形轮廓，试编写精铣数控加工的程序。

（1）刀具选择：φ10立铣刀，刀具号02

（2）安全面高度：5ｍｍ

（3）工艺路线安排：采用顺时针加工，上平面为Z＝0

（4）程序如下：

4．3．2固定循环指令编程方法

掌握：1．孔加工命令格式、类型（钻、镗、铰、攻螺纹）、所用刀具2．加工过程共性：6个动作；特性：每个指令的动作。

孔加工用标准循环指令来编程可大大缩短程序段的数量。

1．G70～G89 完成钻孔、镗孔、锪孔和攻螺纹。归纳起来有六个动作：

1) 刀具在X、Y平面孔的加工位置定位（起始平面）。

2) 快速进给至R平面，工作进给由R平面开始。

1）孔加工操作，以进给速度进行孔的加工。

2）在孔底位置暂停，以光整孔底表面。

3）快速返回R平面。（G99）

4）快速返回至起始平面。（G98）

重复钻孔循环G81&G82 (一下钻到孔底)

G81 X Y Z R F

G82 X Y Z R P F 在孔底停留P ms的时间。

2．孔加工固定循环指令

1) 钻孔循环指令G81

格式：G81 X_ Y_ R_ Z_ F_

钻头快速定位于初始点，先快进至参考点R，然后以F进给速度进行钻削加工，到达加工终点Z后，再快速退回R点（用G99指令），完成一个孔的加工。然后再快速下一个孔的加工位置（R平面上），重新开始孔的加工循环。当加工完成同一平面上的所有同直径的孔后，才快速退回初始点（用G98指令），结束循环。

G80为孔加工固定循环的撤消指令。

G00、G01、G02、G03也都能起到与G80一样的作用。G80指令被执行后，除进给速度F以外的全部孔加工数据均被取消。

2) 带暂停的钻孔循环指令G82

格式：：G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

说明：

G82与G81的区别在于，当刀具到达加工终点Z后，钻头不是马上返回，而是在孔底暂停一段时间。此暂停能产生精切效果，因而适合于钻盲孔，锪端面镗阶梯孔等。

3) 一般深孔钻削循环G83

格式：G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

每当钻头前进到Q值时，都要快速退回至R平面。然后再快速进给到前一次的切削终点上方，再切削进给。如此反复循环，直到加工完成，钻头返回初始点。“d”是钻头每次下降时由快速进给转为切削进给的那一点至前一次切削终点的

距离，由参数（CYCD）来设定。最后一次进刀量Q可以是前面进刀若干个Q值后的剩余量。

4) 高速深孔加工循环G73

格式：G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

G73对孔的加工与G83相似，不同的是，G73在循环中，每当钻头进刀到编程Q值后，不是退回到R平面，而是退回一段距离d。可见G73的退刀距离比G83短，所以钻孔速度较快，但排屑效果稍差。d值由系统参数（CYCR）来设定。

5) 右旋螺纹G84

指令格式：G84 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

说明：

（1）F=转速（r/min）×螺距；R点的选择要考虑螺距，不可离螺孔端面太近，一般可以取5倍螺距以上。

（2）动作过程如图4.20所示，刀具加工到孔底后，先执行暂停、主轴反转，然后刀具以切削进给速度返回R点，主轴再恢复正转。在攻螺纹时进给倍率不起作用。

6) 左旋螺纹G74

指令格式：G74 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

说明：G74的加工动作与G84相似，两者的区别在于主轴的转动方向不同。G84中，主轴在孔底由正转变为反转，G74正好相反，在孔底时正转，返回至R平面后恢复正转。

7) 一般镗孔循环G86

指令格式：G86 X_ Y_ Z_ R_ F_

说明：

执行G86指令时，主轴加工到孔底后，停止转动，再快速返回R平面或初始平面，然后主轴恢复转动（如图4.21所示）。

8）横向移动的精镗孔循环G76

格式：G76 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_

说明：

G76循环的加工动作如图4.24所示，刀具从R点加工到孔底后，主轴准停。这样可以保证退刀时刀具不划伤工件表面。

孔固定加工循环的一般格式：

孔加工固定循环的指令由数据给定方式、刀具返回平面、孔加工方式及加工数据三部分组成。其指令一般格式为：

G90/G91 G98/G99 G73～G89 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_

说明：

①固定循环指令中，孔的加工数据的给定方式有两种，即绝对值方式（G90）和增量值方式（G91）。在绝对值方式中，X_ Y_ 为孔在XY平面内的坐标值，R_ 和Z_分别为R平面与孔底平面的Z向坐标值；在增量方式中，X_ Y_ 是固定循环起点到初始点B的增量值，R是初始平面到R平面的增量值，Z是指R平面到孔底平面的增量值，如图4.16所示。

②刀具从孔底平面返回到目标平面由G98和G99决定。G98指令刀具返回初始平面，G99指令刀具返回R平面。通常，在孔系加工中，一个孔加工完成后，刀具返回到R平面，在继续加工下一个孔，可以节省时间，当最后一个孔加工完成后刀具才返回初始平面。

③孔加工方式指令为G73～G89，式中：

X、Y—孔的加工位置在XY平面上的坐标值（绝对值或增量值）；

Z、R—孔底平面、R平面的位置（绝对值或增量值）；

Q—在G73和G83方式中指定每次的加工深度，在G76和G87方式中指定位移量。Q值一律用增量值，与G90和G91方式无关；

P—指定刀具在孔底的暂停时间，用整数表示，单位ms；

F—指定刀具在孔加工中的切削进给速度，F为模态指令；

L—指定孔加工固定循环的重复次数。在G90方式下，刀具对原来的孔进行重复加工；在G91方式下，刀具能分别加工出分布均匀的若干个孔，此时L值为加工孔的个数。L为非模态指令。

图5.16 孔加工G90与 G91的区别

9）反镗孔循环G87

指令格式：G87 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_

说明：反镗孔时，如图4.22所示，刀具快速定位后主轴准停（OSS）。刀具向刀尖的反方向，按Q值给定的偏移量偏移，并快速下降至孔底（R平面）。此时刀具再向刀尖方向退回一个偏移量Q值。然后主轴正转沿Z轴方向加工到Z点后，主轴再次准停（OSS）。在Z平面上刀具再向刀尖的反向移动一个Q值。然后刀具从孔中退出返回初始平面，并向刀尖方向退回一个Q值。然后主轴正转，继续执行下一个程序段。

10）铰孔循环G85

指令格式：G86 X_ Y_ Z_ R_ F_

说明：精镗孔循环指令G85，在加工过程中，主轴连续回转，镗刀以切削进给速度F加工到孔底，又以同样的速度返回R平面。

11）带暂停的精镗孔循环G89

指令格式：G89 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_

说明：

G89的动作与G85基本相同，两者的区别在于G89在孔底有暂停，如图4.23所示，以使孔底光洁。图中P表示在孔底有暂停，暂停时间由程序中的P指定。

HAAS加工中心补充命令：

1）圆周上钻孔G70

格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_ L0

G70 I_ J_ L_

式中：I—基体圆的半径

J—起始角度

L—圆周上孔的数量

说明：

要取消此指令只需要Z向抬刀即可。

2）圆弧上钻孔G71

格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_ L0

G71 I_ J_ K_ L_

式中：K—孔的分度角度。其它符号意义与G70相同，要取消指令也只需Z向抬刀即可。

3）沿某一角度钻孔G72

格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_ L0

G72 I_ J_ L_

式中：I—孔间距

J—分度直线的角度

4.4 典型零件的加工工艺分析及实例

1．P.155图4-76

2. P.133 图4-55

3. P.145 图4-68

4．加工如图零件，在零件的孔系中，#l、#5、#7的孔径都是φ6mm，孔深都为l0mm，#2、#6、#8的孔径都是φ11mm，孔深为l0mm，#3、#9的孔径是φ6mm，为通孔，#4的孔径是φl1mm，为通孔。

上机三：综合练习