1、机床数控技术,黑龙江大学机电工程学院刘国华,第三章 数控加工程序的编制,第一节 数控车床的程序编制第二节 数控铣床与加工中心的程序编制第三节 自动编程简介,立式数控铣床,一、数控铣床简介,1.立式数控铣床,第二节 数控铣床的程序编制,立式数控铣床在数量上占据数控铣床大多数，应用范围最广，主要用于机械零件类的平面、内外轮廓、孔、攻螺纹等以及各类模具加工。目前多为3坐标立铣，可进行3坐标联动加工，也有部分机床只能进行3个坐标中任意两个坐标联动加工(2.5坐标加工)。,第二节 数控铣床的程序编制,2.卧式数控铣床,卧式数控铣床,主轴轴线平行于水平面。为扩大加工范围，通常采用数控转盘实现4、5坐标加工
2、。可以加工工件侧面上连续回转轮廓，可以实现一次安装中，通过转盘改变工位， “四面加工”。主要适用于箱体类零件加工。,3.龙门数控铣床,大型数控铣床，如工作台宽度在630 mm以上，考虑扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门式结构。 铣床主轴可以在龙门架的横向与竖向溜板上运动，床身沿导轨或龙门架沿床身作纵向运动。功能向加工中心靠近，用于大工件、大平面、大型机械零件及大型模具加工。,第二节 数控铣床的程序编制,二、数控铣削的特点,1.平面轮廓加工,两轴联动数控铣床,平面轮廓加工,2.挖槽加工,两轴联动数控铣床,挖槽加工,第二节 数控铣床的程序编制,3.空间曲面类零件加工,三轴联动数控
3、铣床和球头铣刀,空间曲面零件加工,第二节 数控铣床的程序编制,4.孔系加工,第二节 数控铣床的程序编制,三、数控铣床的坐标系统,1.机床坐标系,第二节 数控铣床的程序编制,2.工件坐标系 注意事项：工件零点应选在零件的尺寸基准上，便于坐标值的计算；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； 对于对称零件，工件零点设在对称中心上；对于一般零件，工件零点可设在工件轮廓某一角上； Z轴方向上零点一般设在工件表面。,第二节 数控铣床的程序编制,3.工件坐标系设定(1) G92指令格式：G92 X_ Y_ Z_ X、Y、Z为当前刀位点在工件坐标系中的坐标 G92指令通过设定刀具起点
4、相对于工件坐标系原点的位置建立坐标系，在使用G92之前必须保证刀具处于对刀点，执行该程序段只建立工件坐标系，并不产生坐标轴移动； 坐标系一旦建立起来，后序的绝对值指令坐标位置都是此工件坐标系中的坐标值。 G92建立的工件坐标系在机床重开机时消失。,第二节 数控铣床的程序编制,G92 设置工件坐标系,G92 X X2 Y Y2 Z Z2 则将工件原点设定到距刀具起始点距离为X= -X2，Y= -Y2 ，Z= -Z2 的位置上。,第二节 数控铣床的程序编制,(2) 工件坐标系选择指令 G54-G59,第二节 数控铣床的程序编制,预置工件坐标系 G54G59 具有参考点设定功能的机床可用工件零点预置
5、G54G59指令来代替G92建立工件坐标系。先测定出欲设置的工件原点相对于机床原点的偏置值，并把偏置值存储在机床参数中，该值无论断电与否都将一直被系统记忆，直到重新设置为止。当工件原点预置后，便可用指令让刀具移到预置工件坐标系中任意指定位置。 G54 G00 X_ Z_； 不需测定刀具起刀点相对于工件原点的坐标，也不需要再使用G92指令。多数数控系统都提供G54G59指令，完成预置六个工件原点的功能。,工件坐标系设定,工件坐标系与机床坐标系间关系,原点,G54G59为系统预置六个坐标系，根据需要选用，各坐标系原点在机床坐标系中坐标值可用MDI方式输入，系统自动记忆;指令执行后，坐标值都是选定的
6、坐标系中位置; 使用G54G59建立工件坐标系，指令可单独指定，也可与其它指令同段指定，如果程序段中有移动指令（G00/G01），即在设定坐标系中运动； 使用该组指令前，必须先回参考点， 建立工件坐标系在机床重新开机后并不消失，且与刀具起始位置无关； G54G59为模态指令，可相互注销，且该组指令不要与G92指令混用。,第二节 数控铣床的程序编制,4.对刀问题,第二节 数控铣床的程序编制,数控铣床的对刀内容包括基准刀具的对刀和各个刀具相对偏差的测定两部分。对刀时，先从加工所用到众多刀具中选取一把作为基准刀具，进行对刀操作；再分别测出其他刀具与基准刀具刀位点的位置偏差值，如长度、直径等，从而不必
7、对每把刀具都去做对刀操作。,在实际操作中，当需要用多把刀具加工同一工件时，也可以在不装刀具的情况下进行对刀。这时，常以刀座底面中心为基准刀具的刀位点先进行对刀；然后，分别测出各刀具实际刀位点相对于刀座底面中心的位置偏差，填入刀具数据库即可；执行程序时由刀具补偿指令功能来实现各刀具位置的自动调整。,装夹工件，安装对刀工具；机床回参考点，确认机床坐标系；刀具X、Y向对刀。用寻边器找毛坯对称中心，寻边器触头与金属工件接触时，寻边器指示灯被点亮，即可定位到工件表面位置处。先后定位工件两侧表面，记下对应X1、X2、Y1、Y2值，则对称中心在机床坐标系中的坐标为(X1+X2)/2，(Y1+Y2)/2)。刀
8、具Z向对刀。X、Y向对刀完成后，取下对刀工具，换上基准刀。Z向对刀点通常以工件的上下表面为基准，可利用Z向设定器进行对刀。若以工件上表面为Z=0点，则刀具下表面与Z向设定器接触致指示灯亮时，刀具在工件坐标系中的坐标应为Z=100。,对刀操作,寻边器找对称中心,第二节 数控铣床的程序编制,Z向对刀设定,第二节 数控铣床的程序编制,数控铣床上刀具按切削工艺可分为三种：(1) 钻削刀具。可分为小孔钻头、短孔钻头、深孔钻头和枪钻、丝锥、铰刀等。(2) 镗削刀具。主要是镗孔刀等。(3) 铣削刀具。主要为面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。,第二节 数控铣床的程序编制,四、钻铣刀具,大部分钻铣用刀具需要通过标准
9、刀柄夹持转接后与主轴锥孔联接，刀具系统通常由拉钉、刀柄和钻铣刀具等组成。,铰刀,钻头,丝锥,钻削刀具,面铣刀,方肩铣刀,仿形铣刀,三面刃和螺纹铣刀,整体硬质合金铣刀,常用铣刀,面铣刀,球头立铣刀,方肩铣刀,数控铣床加工平面主要采用端铣刀和立铣刀。粗铣尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT1113,Ra6.325;精铣尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT810,Ra1.66.3。铣削曲面时,常用球头刀进行加工。,主要由两部分组成：一是刀具部分，二是刀柄部分、接杆(接柄)和夹头等装夹部分。,面铣刀刀柄,整体钻夹头刀柄,镗刀柄,钻铣常用刀具构成,第二节 数控铣床的程序编制,第二节 数控铣床的程序编制,五、刀具
10、补偿,半径补偿、刀具长度补偿,1.刀具半径补偿 G41是刀具半径左补偿指令，即沿着刀具前进方向，刀具始终位于工件的左侧；G42是刀具半径右补偿指令，即沿着刀具前进方向，刀具始终位于工件的右侧。,第二节 数控铣床的程序编制,2.刀具长度补偿 G43：刀具长度正向补偿指令，也称离开工件补偿指令； G44：刀具长度负向补偿指令，也称趋向工件补偿指令。,a情况：设定H01=2，则G43 H01c情况：设定H01=2，则G44 H02。,第二节 数控铣床的程序编制,六、固定循环功能,固定循环的基本动作固定循环指令通式固定循环指令介绍钻孔循环指令镗孔循环指令螺纹循环指令取消固定循环指令,第二节 数控铣床的
11、程序编制,1.固定循环的基本动作,动作1x轴和y轴定位：刀具快速定位到孔 加工位置。动作2快进到R点：刀具自起始点快速进给到R点。动作3孔加工：以切削进给的方式执行孔 加工的动作。(Z点）动作4孔底动作：包括暂停、主轴准停、 刀具移动等动作。动作5返回到R点：继续加工其它孔时， 安全移动刀具。动作6返回起始点：孔加工完成后一般应 返回起始点。,第二节 数控铣床的程序编制,2.固定循环指令通用格式,式中：G98指令使刀具返回初始点B点；G99指令使刀具返回R点平面。G孔加工固定循环（G73G89）。X、Y孔在xoy面坐标位置（绝对值或增量值）。Z孔底Z坐标值（绝对值或增量值,增量时相对于R点）
12、。RR点Z坐标值（绝对值或增量，增量时相对于起始点） 。Q每次进给深度（G73、G83）；刀具位移量（G76、G87）。P暂停时间，ms。F切削进给的进给量，mm/min。L固定循环的重复次数。只循环一次时L可不指定。,第二节 数控铣床的程序编制,3.固定循环指令分类,钻孔类,攻螺纹类,镗孔类,一般钻孔,钻深孔（L/D3）,右旋攻螺纹,左旋攻螺纹,粗镗孔,精镗孔,反镗孔,第二节 数控铣床的程序编制,G73：高速深孔加工循环,说明：Q：每次进给深度；k：每次退刀距离。高速深孔加工循环指令用于Z 轴的间歇进给，使深孔加工时容易排屑，减少退刀量，可以进行高效率的加工。,第二节 数控铣床的程序编制,G
13、76：精镗循环指令,说明：I：X 轴刀尖反向位移量；J：Y 轴刀尖反向位移量。G76 精镗时，主轴在孔底定向停止后，向刀尖反方向移动，然后快速退刀。这种带有让刀的退刀不会划伤已加工平面，保证了镗孔精度。G76 指令动作循环见图。,采用固定循环方式加工图示各孔。工件材料为HT300，使用刀具T01为镗孔刀，T02为13钻头，T03为锪钻。,孔加工编程示例,X,Y,X,Z,O,第二节 数控铣床的程序编制,N10 T01；N20 M06；N30 G90 G00 G54 X0 Y0 ；N40 G43 H01 Z20 M03 S500 F30；N50 G98 G85 X0 Y0 R3 Z-45；N60
14、G80 G28 G49 Z0 M06；N70 G00 X-60 Y50 T02；N80 G43 H02 Z10 M03 S600；,N90 G98 G73 X-60 Y0 R-15 Z-48 Q4 F40；N100 X60；N110 G80 G28 G49 Z0 M06；N120 G00 X-60 Y0 T03；N130 G43 H03 Z10 M03 S350；N140 G98 G82 X-60 Y0 R-15 Z-30 P100 F25；N150 X60；N160 G80 G28 G49 Z0 M05；N170 G91 G28 X0 Y0 M30；,固定循环中的重复次数的使用方法,在固定循
15、环指令最后，用K地址指定重复次数。在增量方式（G91）时，如果有孔距相同的若干相同孔，采用重复次数来编程是很方便的。在编程时要采用G91、G99方式。例如： 当指令为G91 G81 X50.0 Z-20.0 R-10.0 K6 F200时，其运动轨迹如图3-44所示。如果是在绝对值方式中，则不能钻出六个孔，仅仅在第一孔处往复钻六次，结果是一个孔。例 3-6 试采用重复固定循环方式加工图3-45所示各孔。刀具：T01为10mm的钻头，长度补偿号为H01。程序如下：%0010 N0010 G54 G17 G80 G90 G21 G49 T01N0020 M06；N0030 M03 S800；N00
16、40 G43 G00 Z20.0 H01 ；N0050 G00 X10.0 Y51.963 M08；,N0060 G91 G81 G99 X20.0 Z-18.0 R-17.0 K4；N0070 X10.0 Y-17.321；N0080 X-20.0 K4；N0090 X-10.0 Y-17.321；N0100 X20.0 K5；N0110 X10.0 Y-17.321；N0120 X-20.0 K6；N0130 X10.0 Y-17.321；N0140 X20.0 K5；N0160 X-20.0 K4；N0170 X10.0 Y-17.321；N0180 X20.0 K3；N0190 G80
17、 M09；N0200 G49 G90 G00 Z300.0；N0210 G28 X0 Y0 M05；N0220 M05；,主程序是零件加工程序主体部分，是一个完整零件加工程序。不同零件或不同加工要求，都有惟一主程序。 为简化编程，有时将一个程序或多个程序中重复动作编写为单独程序，并通过程序调用形式来执行，这种程序称为子程序。就程序结构和组成而言， 子程序和主程序无本质区别，但在使用上，子程序具有以下特点: 子程序可以被任何主程序或其他子程序调用，并且可以多次循环执行；被主程序调用的子程序，还可以调用其他子程序，这一功能称为子程序的嵌套；子程序执行结束，能自动返回到调用的程序中；子程序一般都不可
18、以作为独立的加工程序使用，只能通过调用来实现加工中局部动作。,什么是子程序？,主、子程序结构异同,相同：都是完整的程序。包括程序号、程序段、程序结束指令。,主程序：M02 或 M30,子程序：M99,不同：程序结束指令不同,子程序不能单独运行，由主程序或上层子程序调用执行。,子程序调用指令格式： M98 P 单次调用指令，P后跟被调用的子程序号。 M98 P L 重复调用子程序指令，L后跟重复调用的次数。子程序格式： 子程序号: 调用入口地址，必须和主程序中的子程序调用指令中所指向的程序号一致。在大多数数控系统中,子程序的程序号和主程序号的格式相同,即也用O后缀数字组成。 子程序结束：M99。
19、结束标记必须使用M99, 实现程序的自动返回。主-子程序结构书写:写在一个文件中主程序写在前子程序写在后两者之间空几行作分隔,主程序与子程序,可实现八层嵌套,逐层调用，逐层返回。,主程序,子程序,子程序,O,O,O,主子程序调用关系,1.镜像功能G24、G25,功能 利用镜像功能和子程序，只对工件的一部分进行编程，而能加工出工件的对称部分。,Y轴对称 X轴对称 原点对称,对称轴(或镜像轴)可以是X轴、Y轴或原点。,六、简化编程指令,第二节 数控铣床的程序编制,镜像功能G24、G25格式:,G24 X_Y_Z_； M98 P_； G25 X_Y_Z_；说明： G24指令建立镜像，G25指令取消镜
20、像。G24、G25为模态指令，可相互注销，G25为缺省值。 X、Y、Z为镜像位置。 M98调用的子程序为原像的刀具轨迹。,第二节 数控铣床的程序编制,镜像功能G24、G25注意事项：,镜像功能可改变沿任一坐标轴的运动方向，并能给出关于坐标原点的镜像运动。如果只有X或Y的镜像，将使刀具沿相反方向运动。此外，如果在圆弧加工中只有轴对称镜像，则G02与G03的作用会反过来，左右刀具半径补偿G41与G42也会反过来。,第二节 数控铣床的程序编制,例1,0803;N010G54 G90 G00 X0 Y0 Z100;N020G90 G17 M08 S600;N030M98 P0804 ; N040G24
21、 X0;N050M98 P0804; N060G24 Y0;N070M98 P0804; N080G25 X0;N090M98 P0804; N100G25 Y0;N110M30;,P0（80，60）,0804;N200G00 X80 Y60;N210Z-5;N220G00 G42 X50 Y40 D01;N230G91 G01 X-30 F50;N240Y-20;N250X30;N260Y10;N270G02 X-10 Y10 R10;N280 G90 G00 Z100;N290G00 G40 X80 Y60;N300M99;,第二节 数控铣床的程序编制,2. 缩放功能G50、G51,功能
22、使用图形比例变换功能可使原编程尺寸按各轴按相同比例缩放编程缩小或放大。 格式 G51 X_Y_Z_P_； M98 P_； G50； G51指令建立缩放，G50取消缩放。X、Y、Z为缩放中心的坐标值，P为缩放倍数。G51既可指定平面缩放，也可指定空间缩放。缩放加工以G51后的坐标值（X，Y，Z）为缩放中心，按P规定的缩放比例进行自动编程。,原像,放大像,G51 X0 Y0 Z0 P2,第二节 数控铣床的程序编制,3. 旋转变换G68、G69,功能: 当工件的某一部分可以通过工件的其他部分绕某坐标原点旋转一定角度来生成时，可以利用旋转变换功能和子程序只对工件的一部分进行编程，而能加工出工件的其它部
23、分。G68建立旋转，G69取消旋转，X、Y、Z为旋转中心的坐标值，P为旋转角度，单位是() ，0P360。在有缩放功能的情况下，先缩放后旋转。G68、G69为模态指令，G69为缺省值。 格式:G17 G68 X_Y_P_；（在XOY平面旋转）；G18 G68 X_Z_P_；（在XOZ平面旋转）；G19 G68 Y_Z_P_；（在YOZ平面旋转）；M98 P_；G69；,第二节 数控铣床的程序编制,例3,0808; N010G54 G90 G00 X0 Y0 Z100;N020G90 G17 M03 S600 M08;N030G43 Z-5 H02;N040M98 P0809;N050G68 X
24、0 Y0 P45;N060M98 P0809;N070G68 X0 Y0 P90;N080M98 P0809;N080G69;N090G00 G49 G00 X0 Y0 Z100;N100M05 M09;N110M30;,0809; N200G00 X60 Y-30;N210Z-5;N220G00 G42 X50 Y-20 D01;N230G01 X40 Y0 F50;N240G03 X20 R10;N250G02 X30 R5;N260G03 X40 R5;N270G01 Y20;N280G00 Z100;N290G00 G40 X0 Y0;N300M99;,第二节 数控铣床的程序编制,第二
25、节 数控铣床的程序编制,编写如图所示平面轮廓零件的加工程序。该零件的毛坯是一块180mm90mml2mm板料，要求铣削成图中粗实线所示的外形。（注意：尺寸数据以教材P63为准）,第二节 数控铣床的程序编制,1、工艺分析 各孔已加工完，各边留有5mm铣削余量。铣削时以底面和2-10H7孔定位，从60mm孔对工件进行压紧。编程时，工件坐标系原点定在工件左下角A点，以10mm立铣刀进行轮廓加工，对刀点在工件坐标系中的位置为(-25，10，40)，刀具切入点为B点，刀具中心走刀路线为:对刀点1 -下刀点2-b-c-c-下刀点2-对刀点1。,第二节 数控铣床的程序编制,2、坐标计算 按轮廓编程，根据零件
26、图计算各基点及圆心坐标如下：A(0,0)；B(0,40)；C(14.96,70)；D(43.54,70)；E(102,64)；F(150,40)；G(170,40)； H(170,0)；两圆弧圆心坐标(70,40)、(150,100)。,第二节 数控铣床的程序编制,3、编程O0001；N01 G92 X-25.0 Y10.0 Z40.0 ;N02 G90 G00 Z-16.0 S300 M03 ； 刀具快速下降N03 G41 G01 X0 Y40.0 D01 F100 M08 ；左刀补N04 X14.96 Y70.0 ；铣直线BCN05 X43.54 ；铣直线CD,N06 G02 X102.0
27、 Y64.0 I26.46 J-30.0 ；铣圆弧DEN07 G03 X150.0 Y40.0 I48.0 J36.0 ；铣圆弧EFN08 G01 X170.0 ；铣直线FGN09 Y0 ；铣直线GHN10 X0 ；铣直线HAN11 Y40.0 ；铣直线ABN12 G00 G40 X-25.0 Y10.0 Z40.0 M09 ；取消刀补，关冷却液N13 M30;,第二节 数控铣床的程序编制,4.1 数控加工中心及其组成,4.1.1 加工中心类型及其组成 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。其特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加
28、工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝和铣削等多种工序的加工，工序高度集中。这种机床一般具有刀库和自动换刀装置，有的还具有分度工作台或双工作台。适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板和模具等复杂型面的零件。,第三节 数控加工中心简介,1.按功能特征分类 (1) 镗铣加工中心。有一般立式、卧式镗铣加工中心和龙门式加工中心等。以镗铣为主，适用于加工箱体、壳体以及各种复杂零件的特殊曲线和曲面轮廓的多工序加工。适用于多品种小批量的生产方式。 (2) 钻削加工中心。它以钻削为主，刀库形式以转塔头形式为主。适用于中小零件的钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及连续轮廓铣削等多工序加工。 (3) 复合加工中心。它主要指五轴
29、复合加工，可自动回转主轴头，进行立/卧加工。在主轴自动回转后，在水平和垂直面实现刀具自动交换。,第三节 数控加工中心简介,加工中心自动换刀装置(ATC),自动换刀装置按照加工需要，自动地更换装在主轴上刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。,自动换刀装置形式,回转刀架：结构简单、刀具数 量有限、车削中心带刀库的自动换刀装置（应用广泛）,刀库形式 刀库的形式很多，结构各异。加工中心常用的刀库有鼓轮式刀库和链式刀库两种。 鼓轮式刀库结构简单、紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过32把。 链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库容量较大的数控机床。,第三节 数控加工中心简介,鼓轮式刀库(a) 径向取刀形式；(b) 轴向取刀形式；(c) 径向布置形式；(d) 角度布置形式,第三节 数控加工中心简介,链式刀库,第三节 数控加工中心简介,3. 换刀过程自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。选刀：当执行到Txx指令，即选刀指令后，刀库自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备。换刀：当执行到M06指令时，即开始自动换刀，把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。,第三节 数控加工中心简介,选刀和换刀方式：,链轮式自动换刀装置,转盘式自动换刀系统,
