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第 4 章 数控铣床的编程与操作

第 4 章 数控铣床的编程与操作. （时间： 4 次课， 8 学时）. 第 4 章 数控铣床的编程与操作. 教学目标： 数控铣是数控技术的典型应用，数控铣的编程指令和方法非常丰富。本章以三轴数控铣床为对象介绍数控铣的加工指令、循环指令和简化编程的指令，并通过实例介绍适用的编程技巧，使读者掌握完整的手工编程方法，为解决更复杂的铣削加工问题建立基础。 本章的一系列操作实例与主要知识点相对应，指导读者同步掌握数控铣床的操作方法及步骤，在提高技能素质的同时，加深对各种指令功能和用法的理解。. 第 4 章 数控铣床的编程与操作. 教学重点和难点： 简单循环类指令。

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第 4 章 数控铣床的编程与操作

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  1. 第4章 数控铣床的编程与操作 （时间：4次课，8学时）

  2. 第4章 数控铣床的编程与操作 • 教学目标： • 数控铣是数控技术的典型应用，数控铣的编程指令和方法非常丰富。本章以三轴数控铣床为对象介绍数控铣的加工指令、循环指令和简化编程的指令，并通过实例介绍适用的编程技巧，使读者掌握完整的手工编程方法，为解决更复杂的铣削加工问题建立基础。 本章的一系列操作实例与主要知识点相对应，指导读者同步掌握数控铣床的操作方法及步骤，在提高技能素质的同时，加深对各种指令功能和用法的理解。

  3. 第4章 数控铣床的编程与操作 • 教学重点和难点： • 简单循环类指令。 • 简化编程指令。 • 刀具补偿类指令。 • 子程序编程。 • 宏程序。 • 华中世纪星数控铣床功能与操作方法。

  4. 第4章 数控铣床的编程与操作 • 4.1 数控铣床程序的编制特点 • 4.2 数控铣床的程序指令 • 4.3 数控铣床基本操作 • 4.4 实训 • 4.5 习 题

  5. 4.1 数控铣床程序的编制特点 • 铣削是机械加工最常用的方法之一，它包括轮廓铣削和平面铣削。使用数控铣床的目的在于解决复杂的和难以加工工件的加工问题，或是把一些通用机床可以加工、但效率不高的工件采用数控铣床加工，以提高加工效率。数控铣床功能各异，规格繁多。编程选择要考虑如何最大限度地发挥数控机床的特点。两坐标联动数控铣床用于加工平面零件轮廓，三坐标以上的数控铣床用于复杂工件的立体轮廓加工。 • 数控铣床的数控系统有多种插补方法，一般都具有直线插补和圆弧插补功能。有的还具有极坐标插补、抛物线插补、螺旋线插补等多种插补功能。编程时要充分合理选用这些功能，以提高加工精度和效率。 • 程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿、刀具半径补偿、刀具长度补偿和固定循环、对称加工等多种任选功能。 • 直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理一般比较简单。非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削的数学处理比较复杂，一般要采用计算机辅助计算和自动编程。

  6. 4.2 数控铣床的程序指令 • 4.2.1 加工准备类指令 • 4.2.2 加工类指令 • 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 4.2.5 刀具补偿类指令 • 4.2.6 子程序编程 • 4.2.7 宏程序

  7. 4.2 数控铣床的程序指令 • 数控铣床配备的数控系统种类很多，本章以华中HNC-21M型数控系统为例，介绍它的各功能指令的用法。

  8. 4.2.1 加工准备类指令 • 1. 准备功能G指令 • 华中HNC-21M型数控系统G功能指令见表4.1。

  9. 4.2.1 加工准备类指令

  10. 4.2.1 加工准备类指令

  11. 4.2.1 加工准备类指令 • 2. 辅助功能M代码 • 华中HNC-21M型数控系统M指令功能见表4.2。

  12. 4.2.1 加工准备类指令 表4.2 M功能指令

  13. 4.2.1 加工准备类指令 • 3. 数控铣床的主轴功能S • 主轴功能S用来控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度(由于铣床的刀具安装在主轴上，主轴转速即为刀具转速)，单位为转/分钟(r/min)。 • S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时才有效。

  14. 4.2.1 加工准备类指令 • 4. 数控铣床的进给速度F • F指令用来控制加工工件时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G94(每分钟给进量，单位为mm/min)或G95(每转进给量，单位为mm/r)。 • 当工作在G01、G02或G03方式时，编程的F值一直有效，直到被新的F值所取代为止。当工作在G00、G60方式时，快速定位的速度是各轴的最高速度，与所指定的F值 无关。 • 借助操作面板上的倍率选择开关，F值可在一定范围内进行倍率修调。当执行攻丝循环G84、螺纹切削G33时，倍率选择开关失效，进给倍率固定在100%。

  15. 4.2.1 加工准备类指令 • 5. 数控铣床与加工中心的刀具功能T • T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号，T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。在加工中心执行T指令时，首先刀库转动并选择所需的刀具，然后等待，直到M06指令作用时自动完成换刀。 • T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值(刀补长度和刀补半径)。T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。

  16. 4.2.2 加工类指令 • (1) 数控铣的主要加工指令有线性进给指令G01，圆弧进给指令G02、G03。 • 编程实例4-1：使用G02/G03对如图4.1所示的整圆编程。 • 从A点顺时针转一周时： • G90G02X30Y0I-30J0F300 • G91G02X30Y0I-30J0F300 • 从B点逆时针转一周时： • G90 G03 X0 Y-30 I0 J30 F300 • G91 G03 X0 Y0 I0 J30 F300

  17. 4.2.2 加工类指令 图4.1 整圆编程 图4.1 整圆编程

  18. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 在数控加工中，某些加工动作循环已经典型化。例如，钻孔、镗孔的动作是由孔位平面定位、快速进给、工作进给、快速退回等组成，这样一系列典型的加工动作可以预先编好程序，存储在内存中，可用称为固定循环的一个G代码程序段调用，从而简化编程工作。 • 孔加工固定循环指令有G73、G74、G76、G80～G89，通常由下述6个动作构成(如图4.2所示)。通常，带箭头实线表示切削进给，带箭头虚线表示快速移动。 • ① X、Y轴定位。 • ② 定位到R点(定位方式取决于上次是G00还是G01)。 • ③ 孔加工。 • ④ 在孔底的动作。 • ⑤ 退回到R点(参考点)。 • ⑥ 快速返回到初始点。

  19. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 固定循环的数据表达形式可以用绝对坐标(G90)和相对坐标(G91)表示。如图4.3所示，其中图4.3(a)是采用G90的表示，图4.3(b)是采用G91的表示。 • 固定循环的程序格式包括数据形式、返回点平面、孔加工方式、孔位置数据、孔加工数据和循环次数。数据形式 (G90或G91)在程序开始时就已指定，因此，在固定循环程序格式中可不注出。固定循环的程序格式如下。 • 格式：G98(G99)G＿X＿Y＿Z＿R＿Q＿P＿I＿J__K__F__L__ • 说明：该组指令用于控制孔加工固定循环。 • G98为返回初始平面； • G99为返回R点平面； • G为固定循环代码G73、G74、G76和G81～G89中之一； • X、Y在G91时为加工起点到孔位的距离，在G90时为孔位坐标； • R在G91时为初始点到R点的距离，在G90时为R点的坐标； • Z在G91时为R点到孔底的距离，在G90时为孔底坐标； • Q为每次进给深度(G73/G83)； • I、J为刀具在轴反向的位移增量(G76/G87)； • P为刀具在孔底的暂停时间； • K指定每次退刀(G73或G83时)刀具位移增量，K≥0； • F为切削进给速度； • L为固定循环的次数。 • G73、G74、G76和G81～G89是同组的模态指令。其中定义的Z、R、P、F、Q、I、J、K地址在各个指令中是模态值，改变指令后需重新定义。G80、G01－G03等代码可以取消固定循环。

  20. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.2 孔加工固定循环

  21. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.3 固定循环的数据形式

  22. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 1. 高速深孔加工循环指令G73 • 格式：G98(G99)G73X＿Y＿Z＿R＿Q＿P＿K__F__L__ • 说明：G73用于高速深孔加工循环，其指令动作循环如图4.4所示。 • Q为每次进给深度； • K为每次退刀距离。

  23. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.4 G73指令动作循环实例

  24. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 2. 反攻丝循环指令G74 • 格式：G98(G99) G74X＿Y＿Z＿R＿P＿F__L__ • 说明：G74用于反攻丝循环，其指令动作循环如图4.5所示。

  25. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.5 G74指令动作循环实例

  26. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 3. 精镗循环指令G76 • 格式：G98(G99) G76X＿Y＿Z＿R＿P＿I＿J__K__F__L__ • 说明：G76用于精镗循环，其指令动作循环如图4.6所示。 • I为X轴刀尖反向位移量； • J为Y轴刀尖反向位移量。

  27. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.6 G76指令动作循环实例

  28. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 4. 孔循环(中心钻)指令G81 • 格式：G98(G99) G81X＿Y＿Z＿R＿F__L__ • 说明：G81用于钻孔循环，其指令动作循环如图4.7所示。 • %0081 • G92X0Y0Z50 • G00G90M03S600 • G99G81X100R10Z0F200 • G90G00X0Y0Z50 • M05 • M30

  29. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 5. 带停顿的钻孔循环指令G82 • 格式：G98(G99) G82X＿Y＿Z＿R＿P＿F__L__ • 说明：G82用于带停顿的钻孔循环，其指令动作循环如图4.7所示。

  30. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.7 G81指令实例

  31. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 6. 孔加工循环指令G83 • 格式：G98(G99)G83X＿Y＿Z＿R＿Q＿P＿K__F__L__ • 说明：G83用于深孔加工循环，其指令动作循环如图4.8所示。

  32. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.8 G83指令实例

  33. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 7.攻丝循环指令G84 • 格式：G98(G99)G84X＿Y＿Z＿R＿P＿F__L__ • 说明：G84用于攻丝循环，其指令动作循环如图4.9所示。 • G84攻螺纹时从R点到Z点主轴正转，在孔底暂停后，主轴反转，然后退回。

  34. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.9 G84指令实例 图4.9 G84指令实例

  35. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 8. 孔循环指令G85 • G85指令与G84指令相同，但在孔底时主轴不反转。 • 9. 孔循环指令G86 • G86指令与G81指令相同，但在孔底时主轴停止，然后快速退回。

  36. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 10. 反镗循环指令G87 • 格式：G98(G99)G87X＿Y＿Z＿R＿P＿I＿J__F__L__ • 说明：G87用于精镗循环，其指令动作循环如图4.10所示。 • G87指令动作循环描述如下。 • ① 在X、Y轴定位。 • ② 主轴定向停止。 • ③ 在X、Y方向分别向刀尖方向移动I、J值。 • ④ 主轴正转。 • ⑤ 在Z轴正方向上加工至Z点。 • ⑥ 主轴定向停止。 • ⑦ 在X、Y方向分别向刀尖反方向移动I、J值。 • ⑧ 返回到初始点(只能用G98)。 • ⑨ 在X、Y方向分别向刀尖方向移动I、J值。 • ⑩ 主轴正转。

  37. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.10 G87指令实例

  38. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 11. 镗孔循环指令G88 • 格式：G98(G99)G88X＿Y＿Z＿R＿P＿F__L__ • 说明：G88指令动作循环如图4.11所示。动作循环描述如下。 • ① 在X、Y轴定位。 • ② 定位到R点。 • ③ 在Z轴方向上加工至Z点(孔底)。 • ④ 暂停后主轴停止。 • ⑤ 转换为手动状态，手动将刀具从孔中退出。 • ⑥ 返回到初始平面。 • ⑦ 主轴正转。

  39. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.11 G88指令实例

  40. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 12. 镗孔循环指令G88 • G89指令与G86指令相同，但在孔底有暂停。

  41. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 • 13. 取消固定循环指令G80 • 该指令能取消固定循环，同时R点和Z点也被取消。 • 这一节我们讨论了固定循环，在使用固定循环指令时应注意以下几点。 • ① 在使用固定循环指令前应使用M03或M04指令使主轴旋转。 • ② 在固定循环程序段中，X、Y、Z、R数据应至少指定一个才能进行孔加工。 • ③ 在使用主轴回转的固定循环(G74、G84、G86)中，如果连续加工一些孔间距比较小或者初始平面到R点平面的距离比较短的孔时，会出现在进入孔的切削动作前，主轴还没有达到正常转速的情况。遇到这种情况时，应在各孔的加工动作之间插入G04指令，等待主轴转速上来。 • ④ 当用G00～G03指令注销固定循环时，若G00～G03指令和固定循环出现在同一程序段，则按后出现的指令运行。 • ⑤ 在固定循环程序段中，如果指定了M，则在最初定位时送出M信号，等待M信号完成，才能进行孔加工循环。 • 编程实例4-10：使用G88指令编制如图4.12所示的螺纹加工程序。设刀具起点距工件表面100mm、切削深度为10mm。

  42. 4.2.3 简单循环类指令及孔加工指令 图4.12 G88指令编程实例

  43. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 1. 镜像功能指令G24、G25 • 格式：G24X＿Y＿Z＿A＿ • M98P＿ • G25X＿Y＿Z＿A＿ • 说明：该组指令用于建立/取消镜像。 • G24为建立镜像；G25为取消镜像；X、Y、Z、A为镜像位置的参数。

  44. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 编程实例4-11：使用镜像功能编制如图4.13所示轮廓的加工程序。设刀具起点距工件上表面100mm，切削深度5mm。

  45. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 图4.13 G24、G25指令实例

  46. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 2. 缩放功能指令G50、G51 • 格式：G51X＿Y＿Z＿P＿ • M98P＿ • G50 • 说明：该组指令用于建立/取消缩放。 • G51为建立缩放；G50为取消缩放；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。

  47. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 编程实例4-12：使用缩放功能编制如图4.14所示轮廓的加工程序。已知三角形ABC的顶点为A(10，30)、B(90,30)、C(50,110)，三角形是缩放后的图形，其中缩放中心为D(50,50)，缩放系数为0.5倍，设刀具起点距工件上表面50mm。

  48. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 图4.14 G50、G51指令实例

  49. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 3. 旋转变换G68、G69 • 格式：G17G68X＿Y＿P＿ • G18G68X＿Y＿P＿ • G19G68X＿Y＿P＿ • M98P＿ • G69 • 说明：该组指令用于建立/取消旋转变换。 • G68为建立旋转变换；G69为取消旋转变换；X、Y、Z为旋转中心的坐标值；P为旋转角度，单位是“°”，0°≤P≤360°。

  50. 4.2.4 简化编程指令及其他指令 • 编程实例4-13：使用旋转功能编制如图4.15所示轮廓的加工程序。设刀具起点距工件上表面50mm，切削深度5mm。 • 编程： • %0068 ;主程序 • G92X0Y0Z50 • G90G17M03S600 • G43Z-5H02 • M98P200 ;加工 • G68X0Y0P45 ;旋转45o • M98P200 ;加工 • G68X0Y0P90 ;旋转90o • M98P200 ;加工 • G49Z50 • G69M05M30 ;取消旋转 • %200 ;子程序 • G41G01X20Y-5D02F300 • Y0 • G02X40I10 • X30I-5 • G03X20I-5 • G00Y-6 • G40X0Y0 • M99

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