《数控机床及编程》

《数控机床及编程》 天津滨海职业学院陈天祥 Made:Chen Tianxiang

第六章数控铣床编程 6-1 数控铣削编程基础 • 数控铣削编程的工艺基础 • 数控铣床的坐标轴及其正方向 • 绝对坐标及增量尺寸编程 6-2 数控铣削编程指令介绍 • 直线和圆弧插补指令 • 插补平面选择指令 • 自动返回参考点指令 6-3 刀具补偿及补偿指令 • 刀具半径补偿 • 刀具长度补偿 6-4 循环加工指令介绍 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于平面类零件、直纹曲面类零件和立体曲面类零件的加工。 1、工艺分析（1）熟悉零件在产品中的位置、作用、装配关系和工作条件，明确各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响。（2）分析零件图的尺寸标注方法。（3）分析零件图的完整性和正确性。（4）分析零件的技术要求。 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 2、数控机床工件装夹定位及夹具选用（1）机床夹具概述在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品；可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备。机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。（2）夹具的组成定位装置：作用是使工件在夹具中占据正确的位置。夹紧装置：作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用时不离开已经占据的正确位置。夹具的组成夹具体：将夹具上的所有组成部分，联接成为一个整体的基础件。其它装置或元件：包含对刀元件、导向元件、分度装置、连接元件等。 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 （3）夹具的分类 1）按适用机床分类车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具 2）按用途分类通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具（4）组合夹具的选用优点：使用组合夹具可节省夹具的材料费、设计费、制造费，方便库存保管；另外，其组合时间短，能够缩短生产周期，反复拆装，不受零件尺寸改动限制，可以随时更换夹具定位易磨损件；缺点：组合夹具需要经常拆卸和组装；其结构与专用夹具相比显得复杂、笨重；对于定型产品大批量生产时，组合夹具的生产效率不如专用夹具生产效率高。适用范围：a) 组合夹具适用于新产品研制，单件、小批量生产，适用于产品品种多，生产周期短的产品结构。b) 机床设备适用于钻床、加工中心、镗床、铣床、磨床，也可以组合成装配工装、检查的检具和焊接夹具。 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 孔系组合夹具应用实例孔系组合夹具 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 槽系组合夹具 l一长方形基础板； 2一方形支撑件； 3一菱形定位盘； 4一快换钻套； 5一叉形压板； 6一螺栓； 7一手柄杆； 8一分度合件槽系组合夹具槽系组合夹具应用实例 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 （5）通用具夹的选用通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧。液压三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡正弦平口钳，通过钳身上的孔及滑槽来改变角度，可用于斜面零件的装夹上一页下一页 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 （6）专用夹具专用夹具：指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产连杆加工专用夹具：该夹具靠工作台T形槽和夹具体上定位键确定其在数控铣床上的位置，并用T形螺栓紧固。连杆加工专用铣槽夹具结构夹具 l一夹具体；2一压板；3、7一螺母；4、5一垫圈：6一螺栓；8一弹簧；9一定位键；10一菱形销；11一圆柱销上一页下一页 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 刀具轨迹刀具轨迹工件工件入刀轨迹刀具的进、退刀方式出刀出刀入刀轨迹刀具刀具 (a) 侧向进刀 (b) 圆弧进刀 Z G00 起始高度 G00 安全高度 G01 X 切削底部 Y X 距离应大于刀具半径刀具下刀方式 3、加工路线的确定（1）铣削轮廓表面在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削。对于二维轮廓加工，通常采用的加工路线为：从起刀点下刀到下刀点→沿切向切入工件→轮廓切削→刀具向上抬刀，退离工件→返回起刀点 Made:Chen Tianxiang

数控铣削编程工艺基础 逆铣顺铣（2）顺铣和逆铣对加工影响　　在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。逆铣时切削力F的水平分力Fx的方向与进给运动Vf方向相反，顺铣时切削力F的水平分力FX的方向与进给运动Vf的方向相同。为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，尽量采用顺铣加工。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，这时采用逆铣较为合理。通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性就优于逆铣。 Made:Chen Tianxiang

数控铣床的坐标轴及其正方向 1、机床坐标系机床坐标系是机床本身所固有的坐标系，各坐标轴的关系符合右手笛卡儿坐标系准则。机床坐标系是机床生产厂家设计时自定的，其位置机械挡块决定，不能随意改变。机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系。 Made:Chen Tianxiang

2、工件坐标系 （１）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。（２）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。数控铣床的坐标轴及其正方向 Made:Chen Tianxiang

数控铣床的坐标轴及其正方向 3、坐标系系统的设定（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指令设定加工坐标系，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。（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。 Made:Chen Tianxiang

绝对坐标与增量坐标编成 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。 Made:Chen Tianxiang

1、快速移动定位（G00） 用G00快速点定位指令，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。由于是快速移动，所以只用于空程，不能用于切削。直线和圆弧插补指令 Made:Chen Tianxiang

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＿YZ＿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在该轴投影分量。直线和圆弧插补指令 Made:Chen Tianxiang

直线和圆弧插补指令 R_ I_ J_ K_ I_ J_ K_ X_ Y_ Z_ X_ Y_ Z_ G17 G18 G19 G02 G03 F_ ；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。指令格式：说明： 1）G17、G18、G19表示选择圆弧插补平面，分别表示选择在XOY、ZOX、YOZ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。 Made:Chen Tianxiang

直线和圆弧插补指令 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b）用“-R”表示半径。圆心角等于180°时用“＋R”或“-R”均可。 Made:Chen Tianxiang

插补平面选择指令 X Y_ Z_ X_ Y_ Z_ G17 G18 G19 G41 G42 G00 G01 D__； Z X G17 Y G19 G18 钻削／铣削时的平面和坐标轴布置该组指令用于选择圆弧插补和刀具半径补偿平面，该组指令为模态指令，系统初始状态为G17状态，其中直线移动指令与平面选择无关。 Made:Chen Tianxiang

自动返回参考点 １、返回参考点校验G27 程序格式： G27 XYZ；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 程序格式： G28 XYZ；　　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。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＿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。 Made:Chen Tianxiang

自动返回参考点 返回机床Z轴机械原点中间点的确定 P 100 100 100 Made:Chen Tianxiang

刀具功能与换刀指令 1、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。 2、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。 Made:Chen Tianxiang

刀具补偿及补偿指令 没有引入刀具半径补偿铣外轮廓引入G41 主轴旋转方向铣内槽刀具前进方向刀具 G41的判定与选择刀具偏移方向偏移量顺铣与刀具 1、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。（1） G40 取消刀具半径补偿，G41 刀具左补偿（判别： 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） Made:Chen Tianxiang

刀具补偿及补偿指令 刀具偏移方向刀具前进方向主轴旋转方向偏移量逆铣与刀具没有引入刀具半径补偿铣外轮廓引入G42 刀具铣内槽 G42的判定与选择（2）G42 刀具右补偿（判别： G42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_ ； Made:Chen Tianxiang

刀具补偿及补偿指令 2、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。刀具长度补偿原理： Made:Chen Tianxiang

刀具补偿及补偿指令 G90 G54 G43 G00 Z120 H1； G90 G54 G43 G00 Z0 H1； 120+刀长 G90 G54 G00 Z0；刀长 120 Z0 正向补偿方法刀具长度补偿编程格式：（1）G43 Z＿H； (刀具正向补偿）（2）G44 Z＿H； (刀具负向补偿）　（3）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。 Made:Chen Tianxiang

循环指令介绍 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＿YZ＿ 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。 Made:Chen Tianxiang

高速深孔往复排屑钻G73 Made:Chen Tianxiang

深孔往复排屑钻G83 2、深孔往复排屑钻G83 格式：G83 X＿YZ＿R＿Q＿F G83指令同样用于深孔加工，孔加工动作如图所示，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。 Made:Chen Tianxiang

钻孔G81和锪孔G82 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。 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。 Made:Chen Tianxiang

攻右旋螺纹G84与左旋螺纹G74 4、攻右旋螺纹G84与左旋螺纹G74 程序格式： G84 XY＿Z＿R＿F＿； G74 XY＿ ZR＿ 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。 Made:Chen Tianxiang

5、精镗孔G76 程序格式： C76 X＿Y＿Z＿R＿Q＿PF；孔加工的动作如图所示，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。精镗孔G76 Made:Chen Tianxiang

精镗孔G85与精镗阶梯孔G89 6、精镗孔G85与精镗阶梯孔G89 程序格式： G85 X＿Y＿Z＿R＿F＿； G89 XY＿ZR＿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。 Made:Chen Tianxiang

镗孔G86 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。 Made:Chen Tianxiang

反镗孔G87和镗孔循环G88 8、反镗孔G87 程序格式： G87 X＿YZ＿R＿Q＿F 反镗孔动作，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 程序格式： G88 XY＿ZR＿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。 Made:Chen Tianxiang

应用固定循环时的注意问题 注意事项：（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； Made:Chen Tianxiang

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