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1、第四章 FANUC-Oi-MD 系统数控铣床编程4.1 FANUC-Oi-MDFANUC-Oi-MD 数控系统概述数控系统概述数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control Syste m，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（ Hard NC），1970 年代以后， 硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控（ Computerized numerical control,简称 CNC）系统是用 计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。 CNC 系统根据计算机存储器中 存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱 动装置的专
2、用计算机系统。CNC 系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（ CNC 装 置）、可编程逻辑控制器（ PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置 （包括检测装置）等组成。CNC 系统的核心是 CNC 装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能 ，又用 PLC 代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性 、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并 具有与上位机连接及进行远程通信的功能。 一一、机机床床技技术术十十四四大大发发展展趋趋势势1、机床的高速化 随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制 造技术的重要发展趋势。高速加
3、工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面 质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的 数控系统、高速 电主轴和高速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化 。高速加工不仅是设备本身，而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技 术，以及人员素质的集成。高速化的最终目的是高效化，机床仅是实现高效 的关键之一，绝非全部，生产效率和效益在 “刀尖”上。 2、机床的精密化 按照加工精度，机床可分为普通机床、精密机床和超精机床，加工精度 大约每 8 年提高一倍。 数控机床的定位精度即将告别微米时代而进入亚微米 时代，超精密数控机床正在向纳米进军。在未来10 年，精密化与高速化、 智能化和
4、微型化汇合而成新一代机床。机床的精密化不仅是汽车、电子、医 疗器械等工业的迫切需求，还直接关系到航空航天、导弹卫星、新型武器等 国防工业的现代化。 3、从工序复合到完整加工 70 年代出现的加工中心开多工序集成之先河，现已发展到完整加工，即 在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成， 一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。由于减少装卡次数，提高了加工 精度，易于保证过程的高可靠性和实现零缺陷生产。此外，完整加工缩短了 加工过程链和辅助时间，减少了机床台数，简化了物料流，提高了生产设备 的柔性，生产总占地面积小，使投资更加有效。 4、机床的信息化 机床信息化的典型案例是
5、Mazak410H，该机床配备有信息塔，实现了工 作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调 度系统联网，下载工作指令和加工程序。工件试切时，可在屏幕上观察加工 过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度，并可以通过手机查询。信 息塔同时进行工作地数据统计分析和刀具寿命管理，以及故障报警显示、在 线帮助排除。机床操作权限需经指纹确认。 5、机床的智能化 -测量、监控和补偿 机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环 控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度，机床的圆周运动精度 和刀头点的空间位置，可以通过球杆仪和激光测量后，输入数控系统加以补
6、偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器，以监控切削力、振动、热变 形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工 作精度和稳定性。 6、机床的微型化 随着纳米技术和微机电系统的迅速进展，开发加工微型零件的机床已经 提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点，最小的微型机床可 以放在掌心之中，一个微型工厂可以放在手提箱中。操作者通过手柄和监视 屏幕控制整个工厂的运作。 7、新的并联机构原理 传统机床是按笛卡尔坐标将沿 3 个坐标轴线的移动 X、Y、Z 和绕 3 个 坐标轴线转动 A、B、C 依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动 机床是采用各种类型的杆机构在空
7、间移转主轴部件，形成所需的刀具运动轨 迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点， 应用前景广阔。 8、新的工艺过程 除了金属切削和锻压成形外，新的加工工艺方法和过程层出不穷，机床 的概念正在变化。 激光加工领域日益扩大，除 激光切割、激光焊接外，激 光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛 。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通 。9、新结构和新材料 机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化，以减少机床部件运 动惯量对加工精度的负面影响，大幅度提高机床的动态性能。例如，借助有 限元分析对机床构件进行拓扑优化，设计
8、箱中箱结构，以及采用空心焊接结 构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。 10、新的设计方法和手段 我国机床设计和开发手段要尽快从甩图板的二维CAD 向三维 CAD 过渡 。三维建模和仿真是现代设计的基础，是企业技术优势的源泉。在此三维设 计基础上进行 CAD/CAM/CAE/PDM 的集成，加快新产品的开发速度，保证新产 品的顺利投产，并逐步实现产品生命周期管理。 11、直接驱动技术 在传统机床中，电动机和机床部件是借助耦合元件，如皮带、齿轮和联 轴节等加以连接，实现部件所需的移动或旋转，机和电是分家的。直接驱动 技术是将电动机与机械部件集成为一体，成为机电一体化的功能部件，如直 线电动机、
9、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。直接驱动技术简化了机床 结构，提高了机床的刚度和动态性能，运动速度和加工精度。 12、开放式数控系统 数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式：1）全 开放系统，即基于微机的数控系统，以微机作为平台，采用实时操作系统， 开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电动机的运动 。2）嵌入系统，即 CNC+PC，CNC 控制坐标轴电动机的运动， PC 作为人机界 面和网络通信。 3）融合系统，在 CNC 的基础上增加 PC 主板，提供键盘操 作，提高人机界面功能，如 Siemens840Di 和 Fanuc210i。 13、可重组制造系统
10、 随着产品更新换代速度的加快，专用机床的可重构性和制造系统的可重 组性日益重要。通过 数控加工单元和功能部件的模块化，可以对制造系统进 行快速重组和配置，以适应变型产品的生产需要。机械、电气和电子、液和 气、以及控制软件的接口规范化和标准化是实现可重组性的关键。 14、虚拟机床和虚拟制造 为了加快新机床的开发速度和质量，在设计阶段借助虚拟现实技术，可 以在机床还没有制造出来以前，就能够评价机床设计的正确性和使用性能， 在早期发现设计过程的各种失误，减少损失，提高新机床开发的质量。 二二、重重点点发发展展范范围围、高速、精密 数控车床，车削中心类及四轴以上联动的复合加工机床 。主要满足航天、航空
11、、仪器、仪表、电子信息和生物工程等产业的需要。、高速、高精度数控铣镗床及高速、高精度立卧式加工中心。主要满 足汽车发动机缸体缸盖及航天航空、高新技术等行业大型复杂结构支架、壳 体、箱体、轻金属材料零件和精密零件加工需求。、重型、超重型数控机床类：数控落地铣镗床、重型数控龙门镗铣床 和龙门加工中心 、重型数控卧式车床及立式车床，数控重型滚齿机等，该类 产品满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造、大型模具 加工、汽轮机缸体等行业零件加工需求。、数控磨床类：数控超精密磨床、高速高精度曲轴磨床和凸轮轴磨床 、各类高精高速专用磨床等，满足精密超精密加工需求。、数控电加工机床类：大型精密数控
12、电火 花成形机床、数控低速走丝电火花切割机床、精密小孔电加工机床等，主要 满足大型和精密模具加工、精密零件加工、锥孔或异型孔加工及航天、航空 等行业的特殊需求。、数控金属成形机床类（锻压设备）：数控高速精密板材冲压设备、 激光切割复合机、数控强力 旋压机等，主要满足汽车、摩托车、电子信息产 业、家电等行业板金批量高效生产需求及汽车轮毂及军工行业各种薄壁、高 强度、高精度回转型零件加工需求。、数控专用机床及生产线：柔性加工自动生产线（ ）及各种专用数控机床，该类生产线是针对汽车、家电等行业加工缸体、缸 盖、变速箱箱体等及多品种变批量壳体、箱体类零件加工需求。4.24.2 常用编程指令常用编程指令
13、一：准备功能（G 功能）准备功能 G 代码用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。数控加工常用的 G 功能代码见表 4-1.表 4-1G 代码组功能附注G00定位 (快速移动)模态G01直线插补模态G02顺时针方向圆弧插补模态G0301逆时针方向圆弧插补模态G0400停刀，准确停止非模态G17XY 平面选择模态G18XZ 平面选择模态G1902YZ 平面选择模态G2800机床返回参考点非模态G40取消刀具半径补偿模态G41刀具半径左补偿模态G4207刀具半径右补偿模态G43刀具长度正补偿模态G44刀具长度负补偿模态G4908取消刀具长度补偿模态
14、G50比例缩放取消模态G5111 比例缩放有效模态G50.122可编程镜像取消模态G51.1可编程镜像有效模态G5200局部坐标系设定非模态G5300选择机床坐标系非模态G54工件坐标系 1 选择模态G55工件坐标系 2 选择模态G56工件坐标系 3 选择模态G57工件坐标系 4 选择模态G58工件坐标系 5 选择模态G5914工件坐标系 6 选择模态G6500宏程序调用非模态G66宏程序模态调用模态G6712 宏程序模态调用取消模态G68坐标旋转模态G6916 坐标旋转取消模态G73排削钻孔循环模态G74左旋攻螺纹循环模态G76精镗循环模态G80取消固定循环模态G81钻孔循环模态G82反镗孔
15、循环模态G83深孔钻削循环模态G84攻螺纹循环模态G85镗孔循环模态G86镗孔循环模态G8709背镗循环模态G88镗孔循环模态G89镗孔循环模态G90绝对值编程模态G9103 增量值编程模态G9200设置工件坐标系非模态G94每分钟进给模态G9505 每转进给模态G98固定循环返回初始点模态G9910 固定循环返回 R 点模态二：辅助功能（M 代码）辅助功能代码用于指令数控机床辅助装置的接同和关断，如主轴转/停、切削液开/关，卡盘夹紧/松开、刀具更换等动作。常用 M 代码见表如下：代码功能 说明M00程序暂停当执行有 M00 指令的程序段后，主轴旋转、进给切削液都将停止，重新按下（循环启动）键
16、，继续执行后面程序段M01程序选择停止功能与 M00 相同，但只有在机床操作棉班上的（选择停止）键处于“ON”状态时，M01 才执行，否则跳过才执行M02程序结束防在程序的最后一段，执行该指令后，主轴停、切削液关、自动运行停，机床处于复位状态M30程序结束放在程序的最后一段，除了执行 M02 的内容外，还返回到程序的第一段，准备下一个工件的加工M03主轴正转用于主轴顺时针方向转动M04主轴反转用于主轴逆时针方向转动M05主轴停止用于主轴停止转动M06换刀用于加工中心的自动换刀M08切削液开用于切削液开M09切削液关用于切削液关M98调用子程序用于子程序M99子程序结束用于子程序结束并返回主程序4.34.3坐标系编程指令坐标系编程指令 一、有关坐标和坐标系的指令一、有关坐标和坐标系的指令 （1） 、工件坐标系设定 G92 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。 1、G92 指令通过设
