第4章数控铣床编程

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1、第四章 数控铣床编程教学提示 了解数控铣床程序编制的基本方法，掌握数控铣床的主要功能及工艺性分析，掌握坐标系的设定，刀具的长度与半径补偿，子程序，镜像等编程指令。教学目标 了解局部坐标系G52指令、熟悉工件坐标系设定指令G92，掌握工件坐标系建立指令G54G59，直线插补指令G01，圆弧插补指令G02 、G03，刀具半径补偿指令（G41、G42、G40），刀具长度补偿指令（G43、G44、G49）；熟悉参考点返回指令G27、G28、G29；子程序调用。 数控铣床是数控加工中最常见、也最常用的数控加工设备，它可以进行平面轮廓曲线加工和空间三维曲面加工，而且换上孔加工刀具，能同样方便地进行数控钻、

2、镗、锪、铰及攻螺纹等孔加工操作。数控铣床操作简单，维修方便，价格较加工中心要低得多，同时由于数控铣床没有刀具库，不具有自动换刀功能，所以其加工程序的编制比较简单：通常数值计算量不大的平面轮廓加工或孔加工可直接手工编程；本章主要介绍数控铣床的功能、分类和基本结构等知识，并介绍FANUC-0i系统简单加工程序的手工编程编制方法。4.1 数控铣床概述 数控铣床是由普通铣床发展而来，是发展较早的一种数控机床。4.1.1 数控铣床的主要功能及加工对象1.数控铣床的主要功能 点位控制功能；连续轮廓控制功能；刀具半径补偿功能；刀具长度补偿功能；比例及镜像加工功能；旋转功能；子程序调用功能；宏程序功能。2.数

3、控铣床的工艺装备1)夹具 数控机床主要用于加工形状复杂的零件，但所使用夹具的结构往往并不复杂，数控铣床夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。2)刀具 数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。3.数控铣床的主要加工对象1)平面类零件2)变斜角类零件3)曲面类零件 4.1.2 数控铣床的分类 数控铣床通常分为立式数控铣床、卧式数控铣床和复合式数控铣床。 1.立式数控铣床 立式数控铣床的主轴垂直于工作台所在的水平面，最适合加工高度相对较小的零件，如板材类、壳体类零件。分为工作台升降式、主轴头升降式和龙门式

4、三种。2.卧式数控铣床 卧式数控铣床的主轴平行与工作台所在的水平面，它的工作台大多是回转式的，工件经过一次装夹后，通过回转工作台改变工位，可实现除安装面和顶面以外的四个面的加工。适合箱体类零件的加工。与立式数控铣床相比，卧式数控铣床的结构复杂，占地面积大，价格也较高，且试切时不易观察，生产时不易监视，装夹及测量不方便；但加工时排屑容易，对加工有利。3.复合式数控铣床 这类数控铣床的主轴方向可任意转换，能做到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，由于具备了上述两种机床的功能，其使用范围更广、功能更强。若采用数控回转工作台，还能对工件进行除定位面外的五面加工。4.2 数控铣床常用编程

5、指令 数控铣床的编程指令随控制系统的不同而不同，但一些常用的指令，如某些准备功能、辅助功能，还是符合IS0标准的。4.2.1 快速定位和直线插补 以配置FANUC 0i-MA系统为例，介绍数控铣床的常用编程指令和编程方法。1.快速定位（G00）快速定位指令的一般格式为：G00 X Y Z执行该指令时，机床以自身设定的最大移动速度移向指定位置。2.直线插补（G01）直线插补指令的一般格式为：G01 X Y Z F【例4.1】编制加工如图4.1所示的轮廓加工程序，工件的厚度为5mm。设起刀具点相对工件的坐标为(-10, -10, 300)。按ABCD顺序编程。N01 G90 G92 X-10 Y-

6、10 Z300设定起刀点的位置N02 G00 X8 Y8 Z2快速移动至A点的上方N03 S1000 M03起动主轴N04 G01 Z-6 F50下刀至切削厚度N05 G17 X40铣AB段N06 X32 Y28铣BC段N07 X16铣CD段N08 X8 Y8铣DA段N09 G00 Z20 M05抬刀且主轴停N010 X-10 Y-10 Z300返回起刀点N011 M02 程序结束4.2.2 圆弧插补1.插补指令（G02/G03）1）圆弧在 XY 面上G17 G02 ( G03 ) G90 ( G91 ) XYIJ或R F 2）圆弧在 XZ 面上G18 G02 ( G03 ) G90 ( G9

7、1 ) XZ IK或RF3）圆弧在 YZ 面上G19 G02 ( G03 ) G90 ( G91 ) YZJ K或RF 其中G17指令表示XY平面，G18指令表示XZ平面，G19指令表示YZ平面。G02、G03分别表示顺时针、逆时针螺旋线插补。 I, J, K为圆心坐标，圆弧半径R。 XYZ表示圆弧终点位置，在G 90绝对输入方式下为圆弧终点在工件坐标系中的实际坐标值，在G 9 1增量输入方式下为圆弧终点相对于圆弧起点的增量值；IJK为圆心相对于圆弧起点的增量值，不论是在G90下还是在G 9 1下都是如此。另外，圆心的位置也可以用圆弧的半径R表示。当圆弧所对应的圆心角超过1800时，半径R用负

8、值表示；正好为1800时，正负均可。但用R时不能用IJK，程序中R与I、J、K二不能混用。还应该注意的是，整圆编程时不能使用R，。而只能用I、J、K。 2.说明I指圆弧起点指向圆心的连线在X轴上的投影矢量与X轴方向一致为正，相反为负。J指圆弧起点指向圆心的连线在Y轴上的投影矢量与Y轴方向一致为正，相反为负。K指圆弧起点指向圆心的连线在Z轴上的投影矢量与Z轴方向一致为正，相反为负。【例4.3】用数控铣床加工图4.3所示的轮廓ABCDEA。分别用绝对坐标和相对坐标方式编写加工程序。1. 绝对坐标程序 G92 X-10 Y-10N01 G90 G17 G00 X10 Y10 LFN02 G01 X3

9、0 F100 LFN03 G03 X40 Y20 I0 J10 LFN04 G02 X30 Y30 I0 J10 LFN05 G01 X10 Y20 LFN06 Y10 LFN07 G00 X-10 Y-10 M02 LFG92 X-10 Y-10：设定机床坐标系与工件编程坐标系的关系，给出机床坐标原点O机相对编程原点O工的坐标值。N01 G90 G17 G00 X10 Y10 LFG90绝对坐标指令，G17 XY平面内的加工指令，G00快速定位指定， X10 Y10 指A点在工件坐标系内的坐标值。该段程序的含义是指令刀具相对于工件由起刀点O机快速移动到A点。N02 G01 X30 F100

10、LFG01直线插补指令， F100进给速度为100mm/min该程序段的含义是以直线插补和进给速度100mm/min的方式从点A向点B加工直线AB段。N03 G03 X40 Y20 I0 J10 LFG03逆时针圆弧插补指令； X40 Y20圆弧的终点相对于工件坐标原点的坐标值； I0 J10 为圆弧的圆心相对于的起点坐标。该段程序的含义是以逆时针圆弧插补的方式从点B到点C加工BC圆弧段。N04 G02 X30 Y30 I0 J10 LFG02顺时针圆弧插补指令； X30 Y30圆弧的终点相对 于工件坐标原点的坐标值； I0 J10 为圆弧的圆心相对于起点的坐标。该段程序的含义是以顺时针圆弧插

11、补的方式从点C到点D加工CD圆弧段。N05 G01 X10 Y20 LF该程序段的含义是以直线插补的方式从点D向点E加工直线DE段。N06 Y10 LF该程序段的含义是以直线插补的方式从点E向点A加工直线EA段。N07 G00 X-10 Y-10 M02 LFG00快速定位指定， X-10 Y-10 指O机点在工件坐标系内的坐标值，M02程序结束指令。2. 相对坐标程序N01 G91 G17 G00 X20 Y20 LFN02 G01 X20 F100 LFN03 G03 X10 Y10 I0 J10 LFN04 G02 X-10 Y10 I0 10 LFN05 G01 X-20 Y-10 L

12、FN06 Y-10 LFN07 G00 X-20 Y-20 M02 LF4.2.3 刀具半径补偿 （G40，G41，G42）1. 刀具半径补偿指令格式刀补指令的程序段格式： 1）G00G01 G41G42 D X Y F 2）G00G01 G40 X Y G40：取消刀具半径补偿；G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)，如图 4.4(a)；G42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)，如图4.4 (b)； 1）中的D为刀具半径补偿地址，地址中存放的是刀具半径的补偿量；X Y为由非刀补状态进入刀具半径补偿状态的起始位置。 2）中的X Y为由刀补状态过渡到非刀补状态的终点位置，这里的X Y即为刀具中

13、心的位置。1）只能在G00或G01指令下建立刀具半径补偿状态及取消刀具半径补偿状态。注意：2）在建立刀补时，必须有连续两段的平面位移指令。这是因为，在建立刀补时，控制系统要连续读人两段平面位移指令，才能正确计算出进入刀补状态时刀具中心的偏置位置。否则，将无法正确建立刀补状态。2.刀具半径补偿编程举例1）【例4.4】如图4.5所示：按增量方式编程：O0001N10 G54 G91 G17 G00 M03 G17指定刀补平面（XOY平面）N20 G41 X20.0 Y10.0 D01 建立刀补（刀补号为01）N30 G01 Y40.0 F200N40 X30.0N50 Y-30.0N60 X-40

14、.0N70 G00 G40 X-10.0 Y-20.0 M05 解除刀补N80 M022）【例4.5】某零件的外形轮廓如图4.6所示，厚度为6mm。刀具：直径为 12mm的立铣刀进刀、退刀方式：安全平面距离零件上表面 10mm，轮廓外形的延长线切入切出。要求：用刀具半径补偿功能手工编制精加工程序。 参考程序如下 (程序段2中D01指令调用的0l号刀的半径值为6mm，该值应在运行程序前设置在刀具表中)。 1000 N01 G92 X20 Y-20 Z10 N02 G90 G00 G41 D0l X0 N03 G01 Z-6 F200 M03 S600 N04 Y50 N05 G02 X-50 Y

15、100 R50 N06 G0l X-100 N07 X-110 Y40 N08 X-130 N09 G03 X-130 Y0 R20 N10 G0l X20 Nll Z10 N12 G40 G00 X20 Y-20 M05 N13 M30 4.2.4 刀具长度补偿 （G43，G44，G49）1. 刀具长度补偿指令格式 刀具县长度补偿的建立、执行与撤消使用刀具长度补偿功能，在编程时可以不考虑刀具在机床主轴上装夹的实际长度，而只需在程序中给出刀具端刃的Z坐标，具体的刀具长度由Z向对刀来协调。G00或G01 G43 Z_ H_ G00或G01 G44 Z_ H_G00或G01 G49 Z_G43：刀

16、具长度补偿正补偿及H代码；G44：刀具长度负补偿及H代码；G49：取消刀具长度补偿用。H后跟两位数指定偏置号，在每个偏置号输入需要偏置的量。如图4.7刀具长度补偿。a情况：设定H01=2，则G44 H01；c情况：设定H01=-2，则G43 H02。【例4.6】应用刀具长度补偿指令编程的实例，如图4.8中A点为程序的起点，加工路线为1-2-9。 相对坐标程序： 刀具以顺时针100r/min旋转，并快速奔向点(70,35)N02 G43 D01 Z-22 LF 刀具正向补偿D01=e，并向下进给22mmN03 G01 Z-18 F500 LF 刀具直线插补以500mm/min的速度向下进给18m

17、mN04 G04 P20 LF 刀具暂停进给20ms，以达到修光孔壁的目的N05 G00 Z18 LF 刀具快速上移18mmN06 X30 Y-20 LF 刀具在XY平面上向点(30, -20)快速移动N07 G01 Z-33 F500 LF 刀具以直线插补和进给速度500mm/min的方式向下钻孔 N08 G00 D00 Z55 刀具快速向上移动55mm，并撤消刀长补偿指令N09 X-100 Y-15 M05 M02 LF 刀具在XY平面上向点(-100,15)快速移动，到位后程序运行结束4.2.5 子程序1. 子程序指令格式编程时，为了简化程序的编制，当一个工件上有相同的加工内容时，常用调

18、子程序的方法进行编程。调用子程序的程序叫做主程序。子程序的编号与一般程序基本相同，只是程序结束字为M99表示子程序结束，并返回到调用子程序的主程序中。调用子程序的编程格式：M98 P程序号 L调用次数O10 子程序程序号N01 子程序体N0n M99 子程序结束并返回主程序使用子程序时应注意：1）主程序可以调用子程序，子程序也可以调用其他子程序，但子程序不能调用主程序和自身。 2）主程序中模态代码可被子程序中同一组的其他代码所更改。 3）最好不要在刀具补偿状态下的主程序中调用子程序。2. 子程序编程举例 【例4.7】编制如图4.9所示零件的程序，零件上4个方槽的尺寸、形状相同，槽深2mm，槽宽

19、10 2mm，未注圆角半径为R5，设起刀点为(0, 0, 200)。O1 (MAIN_PROGRAMM)N01 G90 G92 X0 Y0 Z200 设置起刀点的位置N02 G00 X30. Y15. Z5. 快速移至第一切削点上方N03 G91 S600 M03 相对坐标，主轴正转600r/minN004 M98 P10 调用子程序10O10 (SUB_PROGRAMM)N1 G01 Z-7. F50N2 X50. F150N3 Y30.N4 X-50. N5 Y-30.N6 G00 Z7 N07 G00 X-70. Y50.N08 M98 P10 N09 G00 X70. N010 M98

20、 P10.N011 M05N012 G90 G00 X0 Y0 Z200N013 M02 4.2.6 比例缩放指令1. 比例缩放指令格式1）各轴按相同比例编程G51 X_ Y_ Z_ P_X_ Y_ Z_ 为缩放中心标；P_ 缩放比例系数(千分之几 )G50取消比例缩放 2）各轴以不同比例编程G51 X_Y_Z_I_J_K_I、J、K对应X、Y、Z的比例系数。如图4.10所示。2.比例缩放编程举例【例4.8】如图4.11所示的三 角形ABC，顶点为A(30，40)，B(70，40)，C(50，80)，若D(50，50)为中心，放大2倍，则缩放程序为：G51 X50 Y50 P2执行该程序，将自

21、动计算出A、B、C三点坐标数据为A（10，30），B（90，30），C（50，110）从而获得放大一倍的ABC。缩放不能用于补偿量，并且对A、B、C、U、V、W轴无效。4.2.7 镜像编程指令1. 镜像编程指令格式在加工某些对称图形时，为了避免反复编制类似的程序段，缩短加工程序，可采用镜像加工功能。1）FANUC 11-MEA-4系统的镜像指令代码为：M21：关于X轴的镜像(对称于Y轴)M22：关于Y轴的镜像(对称于X轴)M23：取消镜像。2）FANUC 0i系统的镜像指令代码为：G24 XYZM98 PG25 XYZ G24：建立镜像 G25：取消镜像。 2. 镜像编程举例【例4.9】精铣如

22、图4.12所示的4个形状相同、高5mm的凸起。 设工件坐标原点位于工件上表面对称中心，刀具起始位置在工件坐标系(0, 0, 100)处， A(6.84, 18.794,0), B(17.101, 46.985, 0), C(46.985,17.101,0), D(18.794, 6.84, 0)，O1 (MAIN-PROGRAMM)N01 G90 G92 X0 Y0 Z100. 设置起刀点N02 G00 Z1. 刀具移至点 (0, 0, 1)N03 S200 M03 主轴正转200r/minN04 G01 Z-5. F50 刀具移至点 (0, 0, 1)N05 M98 P10 加工块1O10

23、(SUB-PROGRAMM) N1 G01 G41 D01 X6.84 Y18.794 F200 移至A点建刀补N2 X17.101 Y46.985 加工AB段N3 G02 X46.985 Y17.101 I-17.101 J-46.985加工BC段N4 G01 X18.794 Y6.84 加工CD段N5 G03 X0 Y20. I-18.794 J-46.985 加工DA段N6 G00 G40 X0 Y0 X轴镜像、加工块2N7 M99 N06 M21 M98 P10 加工块2N07 M22 M98 P10 Y轴镜像、加工块3N08 M23 取消镜像N09 M22 M98 P10 Y轴镜像、

24、加工块4 N010 M23 取消镜像N011 G90 G00 Z100N012 M05N013 M024.2.8 旋转镜像编程指令1. 旋转编程指令格式该指令可使编程图形按照指定旋转中心及旋转方向旋转一定的角度，G68表示开始坐标系旋转，G69用于撤消旋转功能。编程格式：G68 X Y R . G69 式中： G68为坐标旋转，G69取消坐标系旋转。X、Y为旋转中心的坐标值(可以是X、Y、Z中的任意两个，它们由当前平面选择指令G17、G18、G19中的一个确定)。当X、Y省略时，G68指令认为当前的位置即为旋转中心。R为旋转角度，逆时针旋转定义为正方向，顺时针旋转定义为负方向。 当程序在绝对方

25、式下时，G68程序段后的第一个程序段必须使用绝对方式移动指令，才能确定旋转中心。如果这一程序段为增量方式移动指令，那么系统将以当前位置为旋转中心，按G68给定的角度旋转坐标。2. 旋转编程举例【例4.10】如图4.13所示零件，用旋转编程指令编程。图4.13 旋转编程O0011;（主程序）G90 G54 G61 M03 S500 F150.0G00 X0.0 Y0.0Z10.0;G68 X0 Y0 R45.0;M98 P0012; G69;G68 X0 Y0 R90.0;M98 P0012;G69;G00 Z10.0; M30O0012; （子程序）G01 Z-2.0;G41 G01 X20.

26、0 Y0 F100.0 D01;G02 X40.0 Y0 I10.0;G02 X30.0 Y0 I-5.0;G03 X20.0 Y0 I-5.0;G00 Z2.0;G40 G00 X0 Y0;M99 4.3 数控铣床编程实例【例4.11】编写如图4.14所示零件内轮廓的精加工程序,刀具半径为8mm,编程原点建在工件中心上表面，用左刀补加工。00007N01 G90 G92 X0 Y0 Z100N02 T01N03 M03 S500N04 G00 G43 H01 Z5N05 G01 Z-5 F100N06 G41 G01 X40 Y0 D01 F200N07 Y30N08 X-40N09 Y-3

27、0N10 X40N11 Y2N12 G40 G01 X0 Y0N13 G49 G00 Z100 N14 M05N15 M30【例4.12】编写如图4.15所示零件的精加工程序,编程原点建在左下角的上表面,用左刀补。O0001N01 G90 G92 X-10 Y-10 Z50N02 T01N03 M03 S1000 F80N04 G43 H01 G00 Z-5N05 G41 G01 X20 Y0 D01N06 G01 Y62N07 G02 X44 Y86 R24N08 G01 X96N09 G03 X120 Y62 R24N10 G01 Y40N11 X100 Y14N12 X0N13 G40

28、G01 X-10 Y-10N14 G49 G00 Z50 N15 M05N16 M30【例4.13】用6的刀具铣如图4.16所示“X、Y、Z”三个字母，深度为2mm，试编程。工件坐标系如图所示，设程序启动时刀心位于工件坐标系的（0，0，100）处，下刀速度为50mm/min，切削速度为150mm/min，主轴转速为1000r/min，编程过程中不用刀具半径补偿功能。O0003N01 G90 G92 X0 Y0 Z100N02 T01N03 M03 S1000N04 G43 H01 G00 Z5N05 G00 X10 Y10N06 G01 Z-2 F50N07 G01 X30 Y40 F150N

29、08 Z2N09 G00 X10N10 G01 Z-2 F50N11 X30 Y10 F150N12 Z2N13 G00 X40 Y40N14 G01 Z-2 F50N15 X50 Y25 F150N16 Y10N17 Z2N18 G00 Y25N19 G01 Z-2 F50N20 X60 Y40 F150N21 Z2N22 G00 X70N23 G01 Z-2 F50N24 X90 F150N25 X70 Y10N26 X90N27 Z2N28 G00 X0 Y0N29G49 G00 Z100 N30 M05N31 M30思考与练习1.精铣图4.17和4.18所示的外轮廓。2.用8的立铣刀加

30、工图4.19和4.20所示零件,试编程。3.如图4.21所示，精铣内外轮廓面，试编程并进行加工。4.图4.22零件有六个形状、尺寸相同的凸台，高6mm，试用子程序编制程序。5.刀具半径补偿的作用是什么？使用刀具半径补偿有哪几步？在什么移动指令下才能建立和取消刀具半径补偿功能？6.根据所给图形读懂程序，在空白括弧中填写对应程序的注释。G92 X0 Y0 Z0-( )G90 G00 X-65.0 Y-95.0 Z300.0-( )G43 G01 Z-15.0 S800 M03 H01-( )G41 G01 X-45.0 Y-75.0 D05 F120.0-( )Y-40.0X-25.0G03 X-20.0 Y-15.0 I-16.0 J25.0-( )G02 X20.0 I20.0 J15.0G03 X25.0 Y-40.0 I65.0 J0G01 X45.0Y-75.0X0 Y-65.0X-45.0 Y-75.0G40 X-65.0 Y-95.0 Z300.0M02 7.利用子程序编写图4.23零件的程序。8.精铣图4.24、4.25所示的内部轮廓。图4.24内轮廓深4mm，用直径为8的铣刀。试编程。9.如图凸台高度为4mm，试用镜像指令编程。