1、第6章 数控铣削技术,6.1 数控铣削基础 6.2 编程指令介绍 6.3 编程实例 6.4 用户宏程序,6.1 数控铣削基础,6.1.1 概述 数控铣床及加工中心的类型及特点 主要类型有立式数控铣床和卧式数控铣床。以主轴位于垂直方向的立式数控铣床最为常见，如图6-1所示。 铣削加工中心是在数控铣床的基础上增加厂刀库和换刀机构，即自动刀具交换装(ATC)，主要类型有立式加工中心(如图6-2所示)和卧式加工中心。 数控铣削的工艺特点 平面轮廓铣削是数控铣削加工中最简单的一种，如图6-3所示。 曲面轮廓铣削是指立体曲面类零件的加工，零件的加工面为空间曲面，不能展开成平面，一般在加工中心上采用两轴半、
2、三轴或多轴联动控制，使用球头铣刀进行切削，加工面与铣刀始终为点接触。主要有“行切法”和三轴(或多轴)联动加工两种。,下一页,返回,6.1 数控铣削基础,6.1.2 数控铣削编程特点 数控铣削编程方法及内容 数控铣削编程，在建立编程坐标系后，即按工件静止不动，刀具绕工件运动的思路，确定走刀轨迹和编写程序，其编程的步骤与数控车削编程类似。 主要内容包括:分析零件图样，确定加工工艺过程，图形的数学处理，编写数控加工程序，最后进行程序的校验。 数控铣削编程点的确定及进退刀方式 加工时的进刀点应选在工件实体之外，以免在下刀过程中损坏刀具;退刀点也选在工件实体之外，使零件表面能全部加工完毕。一般的加工过程
3、如图6-7所示。,下一页,上一页,返回,6.1 数控铣削基础,进刀、退刀方式有如下几种 沿坐标轴的Z轴方向直接进行进刀、退刀。 沿曲面的切矢方向以直线进刀、退刀(如图6-8所示)。 沿圆弧段方向进刀、退刀(如图6-9所示)。 顺铣与逆铣 顺铣法:铣刀的旋转切人方向和工件的进给方向相同(顺向)，如图6-10(a)所示。 逆铣法:铣刀的旋转切人方向和工件的进给方向相反(逆向)，如图6-10(b)所示。,下一页,上一页,返回,6.1 数控铣削基础,6.1.3 数控铣床的对刀 对刀的作用 对刀的过程就是确定工件坐标系在机床坐标系中的位置的过程。 对刀的方法 数控铣床一般使用手动对刀，常用的对刀工具有刀
4、具、标准芯棒、块规、百分表(千分表)等，也可运用寻边器和z向设定器进行对刀。 数控铣床加工可以控制X, Y,Z三个坐标轴方向的运动，因此对刀操作要分别确定这3个坐标值。,上一页,返回,下一页,6.1 数控铣削基础,对刀步骤 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。 从某零件加工所用到的众多刀具中选取一把作为基准刀具，进行对刀操作 分别测出其他各个刀具与基准刀具刀位点的位置偏差值存人刀具数据库 书中以基准刀具的对刀操作进行说明。,返回,上一页,6.2 编程指令介绍,本章介绍基本的数控铣削编程指令及其应用 6.2.1参考点G27 G28 G29 G30 返回参考点检测G
5、27 在程序中使用该指令，用于检查机床是否已准确返回参考点。 指令格式：G90(G91) G27 X_Y_Z_ G90是绝对坐标编程方式，其后的X, Y, Z值指机床参考点在工件坐标系中的绝对坐标。 G91是增量坐标编程方式，其后的X, Y, Z值指机床参考点相对刀具当前位置的增量坐标。,返回,下一页,6.2 编程指令介绍,下一页,返回,返回参考点G28 在程序中使用该指令，可使刀具经由一个中间点(或直接)返回到参考点，一般用于加工中心的自动换刀。 指令格式：G90(G91) G28 X_Y_Z_ X, Y, Z值指返回参考点时所经过的中间点的坐标 从参考点返回G29 在程序中使用该指令，可使
6、刀具经过中间点快速移动到指定日标点，一般在G28或G30指令后使用，这样，经过的中间点坐标就是由G28或G30指令所指定的中间点。 指令格式：G29 X_Y_Z_ X, Y, Z值指从参考点返回后日标点的坐标,上一页,6.2 编程指令介绍,返回第2, 3, 4参考点G30 在程序中使用该指令，可使刀具经由一个中间点返回到第2、3、4参考点，与G28的差别在于，G28只是返回第1参考点。 指令格式：G30 P1 X_Y_Z_;G30 P2 X_Y_Z_;G30 P3 X_Y_Z_; P2、P3, P4分别表示选择第2、第3、第4参考点; X,Y,Z值是指返回参考点途径的中间点坐标。,上一页,下一
7、页,返回,6.2 编程指令介绍,6.2.2 工件坐标设定G92 G54 设定工件坐标系G92 G92指令用于建立工件坐标系，数控系统执行该指令程序段后，机床并不动作，只是通过给定数据间接找到工件坐标系原点。用该指令建立的工件坐标系，在机床重新开机时将消失。 指令格式：G92 X_Y_Z_; X, Y, Z值是当前刀具在工件坐标系中的坐标值。 选择第1工件坐标系G54,上一页,返回,下一页,6.2 编程指令介绍,6.2.3 进给设定G94 G95 进给运动控制有两种方式:每分进给(G94)和每转进给(G95)，一般在数控铣床上采用每分进给方式。 每分进给G94 指令格式：G94 F_; F后面的
8、数值表示每分钟刀具移动的距离，单位是mm/min。每分进给控制也被称为用进给速度控制刀具移动。 每转进给G95 指令格式：G95 F_; 其中:F后面的数值表示主轴每转刀具的进给量，单位是mm/r。每转进给控制也被称为进给量控制，是模态代码。,下一页,返回,上一页,6.2 编程指令介绍,6.2.4 刀具控制M06 换刀方式通常有两种，即机械手换刀和无机械手换刀。 其换刀指令如下： (G91 G28 Z0;) (回到机床参考点) M06 T04 (将4号刀装到主轴上) (G91 G28 Z0;)(回到机床参考点) M06 T02 (先卸下原来的4号刀，然后将2号刀装到主轴上),下一页,返回,上一
9、页,6.2 编程指令介绍,6.2.5 刀具半径补偿G41 G42 G40 刀具半径补偿的方法 铣削加工刀具半径补偿指令有:左侧刀具半径补偿(G41)、右侧刀具半径补偿( G42 )和刀具半径补偿取消(G40 )。如图6-23所示，G41属于顺铣方式加工，G42属于逆铣方式加工。 建立刀具半径补偿指令格式: G17(G18、G19) G00(G01) G41(G42) G17, G18, G19为走刀轨迹所在平面选择;为X, Y, Z三轴中配合平面选择(G17, G18、G19)的任意两轴; D为刀具半径补偿号码，以12位数字表示。,上一页,返回,下一页,6.2 编程指令介绍,返回,取消刀具半径
10、补偿指令格式: G01(G00) G40 使用时的注意事项 机床通电后，为取消刀具半径补偿状态。刀具半径补偿是在移动过程中进行的，并且只能在G00或G0l的程序段中使用，不能和G02 , G03写在同一程序段。 刀具半径补偿平面的切换，必须在补偿取消方式下进行。 建立刀具半径补偿后，不能出现连续两个刀具不移动的程序段(如辅助功能、暂停等)，否则将产生过切或欠切现象。 在补偿状态下，铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要大于或等于刀具半径，否则补偿时会产生干涉，系统在执行程序段时将会产生报警，停止执行。,上一页,下一页,6.2 编程指令介绍,返回,刀具半径补偿的应用 在程序中用G42指令建立右
11、刀补，铣削时对于工件将产生逆铣效果，故常用于粗铣;用G41指令建立左刀补，铣削时对于工件将产生顺铣效果，故常用于精铣。 一般刀具半径补偿量都设定为正值，如果补偿量为负，则G41和G42在功能上正好相互替换。利用这一特点，可以用同一个程序加工形状相同的内外两个型面。 具因磨损、重磨或换新刀，直径会发生改变，此时不需要修改程序，只需在刀具参数设置中输人变化后的刀具半径值即可。如图6-25所示 通过修改系统的半径补偿偏置量，可以利用一个程序，同一把刀具，实现零件轮廓的粗、精加工，也可以通过这一方法来获得需要的轮廓尺寸精度。如图6-26所示,上一页,下一页,6.2 编程指令介绍,6.2.6刀具长度补偿
12、G43 G44 G49 刀具长度补偿一般是沿G轴方的长度补偿，指令种类有:正向刀具长度补偿(G43),负向刀具长度补偿(G44)和刀具长度补偿取消(G49)。机床通电后，为取消长度补偿(G49)状态，G43 , G44均为模态指令。 建立刀具长度补偿指令格式: G43 Z_H_ ; 正向长度补偿 G44 Z_H_ ; 负向长度补偿 其中Z后面的数值为刀具Z轴移动坐标值;H后面的数值(两位数字)为刀具长度补偿号;,上一页,下一页,返回,6.2 编程指令介绍,取消刀具长度补偿指令格式: G49;或H00; 其中：H00表示长度补偿值为0;刀具长度补偿的方式有以下两种: 用刀具实际长度作为补偿值 利
13、用机床刀具长度测量功能设置补偿值,上一页,下一页,返回,6.2 编程指令介绍,6.2.7孔加工循环G80G89 常用孔加工循环指令为09组的G80G89，其含义及动作特征见表6-3 孔加工循环由6个顺序的动作组成，如图6-30所示。 动作1快速定位到孔的正上方(初始点);动作2快速移动到参考点(R点);动作3进行孔加工到Z点;动作4加工到孔底后执行的动作;动作5返回参考点;动作6完成孔加工后，快速返回初始点。 返回的方式有两种，如图6-31所示。 G98方式为返回到初始点(包括了动作5和动作6), G99方式为返回到参考点(只有动作5)。 G99用于同一高度多个孔的第一个孔(以及最后一个孔之前
14、的孔)加工，G98用于多个孔的最后一个孔加工。,上一页,下一页,返回,6.2 编程指令介绍,孔加工循环指今格式 G90 (G91) G98 (G99) G81G89 X_Y_Z_R_Q_P_F_K; G90 (G91):G90绝对值编程，G91增量值编程; G98 (G99):钻至孔底后的返回方式; X_Y_:动作1的定位坐标值;Z_:动作3的终点(孔底)位置;R_:参考点(R点)位置;Q_:在G73 , G83中为每次切削进给的深度，在G76 , G87中为刀具偏移量;P_:孔加工至终点位置后的暂停时间，单位为毫秒(ms) ;F_:孔加工切削进给速度;K_:固定循环重复次数(需要时才指定)，
15、一般都省略，即默认为K1。对于Z值，G90时为孔底的G坐标值，G91时为孔底对R点的增量距离;对于R值，G90时为R点G坐标值，G91时为R点对初始点的增量距离。如图6-32所示,上一页,下一页,返回,6.2 编程指令介绍,固定循环取消G80 指令格式:G80 钻孔循环指令G81 指令格式：G98(G99) X_Y_Z_R_F_K_; 循环动作如图6-33所示 钻孔循环指令G82 指令格式：G98 (G99) G82 X_Y_Z_R_P_F_K_; 排屑钻孔循环G83 指令格式：G98 (G99) G83 X_Y_Z_R_Q_F_K_; 攻右螺纹循环G84 指令格式：G98 (G99) G84
16、 X_Y_Z_R_P_F_K;,上一页,下一页,返回,6.2 编程指令介绍,锁孔循环G85 指令格式：G98 (G99) G85 X_Y_Z_R_F_K_; 锁孔循环G86 指令格式：G98 (G99) G86 X_Y_Z_R_F_K_; 背锁循环G87 指令格式：G98 G87 X_Y_Z_R_Q_P_F_K_; 锁孔循环G88 指令格式:G98 G88 X_Y_Z_R_P_F_K_; 镗孔循环G89 指令格式：G98 G89 X_Y_Z_R_P_F_K_;,上一页,下一页,返回,6.2 编程指令介绍,6.2.8 旋转指令G68 G69 G68是建立坐标系旋转，G69是坐标系旋转取消. 指令
17、格式：G17(G18、G19) G68 G69; G17 (G18, Gl9)为旋转咚形所在平面选择。为旋转中心绝对坐标值，和选择平面的坐标轴相对应。如图形旋转平面为G17，则以X_Y_指定其旋转中心位置。 R_为旋转角度(逆时针转为正，顺时针转为负) 6.2.9 子程序M98 M99 有的零件上面有儿处待加工轮廓完全相同。此时可以将相同轮廓的加工编写成一个子程序，然后在主程序中多次调用这个子程序，这样可以简化编程，也使程序结构显得简单明了。,上一页,返回,6.3 编程实例,加工如图6-51所示的支座零件，已知材料为45号钢，底面及外轮廓已加工，生产性质为小批量生产。试进行数控加工工艺分析，确
18、定加工方案，并编制数控加工工艺文件。 6.3.1 工艺分析 分析图样，确定数控加工内容 确定机床和数控系统 如果在一道工序中加工以上部位，达到各项精度要求，需要进行钻扩孔、锪沉孔、铰孔、粗精铣、粗精锁、铣缺口和攻丝等加工方法，所需的刀具较多，分析各加工均可采用向下走刀，故加工设备应选择立式加工中心。,返回,下一页,6.3 编程实例,工件的安装和夹具的确定 该零件底部外形为长方形，上部为圆形，且底部及周边均已加工，零件标注无形位公差，故采用机用平口钳进行装夹。 刀具的确定 工件加工方案的确定 加工顺序按照先面后孔、先粗后精的原则，确定如下:粗铣顶面钻孔位眼钻各处通孔扩中间大孔粗铣凹槽及缺口钻螺纹
19、底孔粗锁中间孔扩螺钉孔惚沉孔孔口倒角精铣顶面精锁中间孔精铣凹槽及缺口铰销孔攻丝。,上一页,下一页,返回,6.3 编程实例,6.3.2 数值处理 编程原点的确定 本次加工零件的大多数构成要素为对称分布，所以将编程原点定在工件表面大孔中心位置，尺寸确定非常容易。 确定并绘制走刀路线 应重点考虑保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，同时要使走刀路线短，空刀时间少，数值计算简单，这样既可简化编程，又可提高加工效率。 起刀点、换刀点和对刀点的确定 各加工工步起刀点位置的确定，要注意保证不要与工件相干涉,上一页,下一页,返回,6.3 编程实例,6.3.3 编写数控加工技术文件 工序卡片的编制 刀具卡片的编
20、制 6.3.4 编写零件的数控加工程序,上一页,返回,6.4 用户宏程序,6.4.1 概述 用户宏程序是指用户为厂完成某一机能，采用变量、算术或逻辑运算和控制转移等命令编写的一种专用程序，加工程序通过宏程序调用指令，即可使用其定义的功能，从而简化程序的编制和提高编程效率。 变量的表示及引用 变量用变量符号(#)和后面的变量号表示，变量号可以是数字，如#12,#108等，也可以用一个带方括号的表达式指定变量号，如#5+#1-#2。当把变量用在指令地址符之后时，变量就是地址的指令值， 变量的类型。变量根据变量号可以分成4种类型，见表6-8。,下一页,返回,6.4 用户宏程序,自变量赋值。调用宏程序
21、时，自变量对局部变量赋值，有两种类型:自变量赋值和自变量赋值。 变量的运算。在变量之间或变量与常量之间，可以进行各种算术或逻辑运算，常用运算格式见表6-11。 控制转移。在程序中，使用某些语句可以改变程序的流向，有3种转移格式可供使用。 无条件转移(GOTO语句)。转移到标有顺序号n的程序段 语句格式：GOTO n； 条件转移(IF语句)。两种类型： IF条件表达式GOTO n； IF条件表达式THEN；,上一页,下一页,返回,6.4 用户宏程序,用户宏程序调用。 指令格式：G65 P_L_； P用于指定调用的宏程序号，如P9022表示调用的宏程序号为O9022。 L用于指定宏程序的重复调用次
22、数，如果省略，则表示只调用一次。 6.4.2用户宏程序实例 实例见书P174,上一页,返回,图6-1立式数控铁床外形,返回,图6-2 立式加工中心外形,返回,图6-3平面轮廓零件,返回,图6-7 一般的铁削加工过程,返回,图6-8 直线与轮廓相切的 进刀、退刀方式,返回,图6-9 圆弧使刀具与轮廓相切的 进刀、退刀方式,返回,图6-10 两种铣削方式(a),返回,图6-10 两种铣削方式(b),返回,图6-25修改半径补偿值继续加工,返回,图6-26利用半径补偿进行粗精加工,返回,表6-3 孔加工循环功能指令表,返回,图6-30 固定循环动作顺序,返回,图6-31两种从孔底返回的方式,返回,图6-32 G90/G91下移动距离的区别,返回,图6-8 变量的类型,返回,图6-51 编程零件图,返回,
