直线图形加工

时间：2022-10-04 百科知识版权反馈

【摘要】：数控机床每个程序字表示一种功能，由程序字组成一个个程序段，完成数控机床某一预定动作。如图2-2-2所示，刀具空间快速运动至P点，数控程序为“G00X40 Y30Z5”。模态有效一经出现，则一直持续到同组指令取代为止; 程序段有效则只在本程序段中有效。最后把刀柄装入铣床或加工中心主轴。西门子系统空运行是指刀具不做移动仅用数控程序运行一遍，即与法那克系统机床锁住、辅助功能锁住功能相同，仅检查数控程序是否正确。

一、任务导入

数控程序控制机床的运动方式有直线运动，也有圆弧运动，图2-2-1所示为直线运动的一个典型例子，通过本例题的学习，希望能让大家学会直线图形加工方式。

图2-2-1 直线运动

(一) 任务描述

如图2-2-1所示，要完成该形状的加工，不考虑刀具直径问题，具体各角点的坐标可以通过计算获得，加工指令完全可以按照直线加工指令完成。

(二) 知识目标

(1) 掌握N、F、S、T、M、G等七大类程序字功能。

(2) 掌握G00、G01、M指令及应用。

(3) 会编制完整数控加工程序。

(4) 了解法那克系统与西门子系统常用G指令。

(三) 能力目标

(1) 熟练掌握试切法对刀。

(2) 会制定加工方案。

(3) 掌握空运行及单段加工方法。

二、知识准备

(一) 程序指令

1. 七大类数控机床程序字 (功能字)

数控机床每个程序字表示一种功能，由程序字组成一个个程序段，完成数控机床某一预定动作。程序字根据功能类别不同可分为七大类，分别为顺序号字、尺寸字、进给功能字、刀具功能字、主轴转速功能字、辅助功能字和准备功能字。

1) 顺序号字 (或程序段号)

地址: N (N1～N9999)，一般放在程序段首。

功能: 表示该程序段的号码，一般间隔5～10，在以后插入程序时不会改变程序段号的顺序。

如: N10…

N20…

指令使用说明: 顺序号字不代表数控机床执行顺序，可以不连续，一般由小到大排列，仅用于程序的校对和检索。

2) 尺寸字

地址: X Y Z (此外还有A、B、C，I、J、K等)。

功能: 表示机床上刀具运动到达的坐标位置或转角。如: “G00 X20 Y30 Z100;”表示刀具运动终点的坐标为 (20，30，100)。尺寸单位有公制、英制之分，公制一般用毫米(mm) 表示，英制用英寸 (in) 表示。

3) 进给功能字

地址: F。

功能: 表示刀具切削加工时进给速度的大小，数控铣床进给速度的单位一般为毫米/分钟 (mm/min)。如: “N10 G1 X20 Y10 F70”表示刀具进给时速度为70mm/min。

4) 主轴转速功能字

地址: S。

功能: 表示主轴的转速，单位为转/分钟 (r/min)。如: S1500表示主轴转速为1500 r/min。

5) 刀具功能字

地址: T。

功能: 表示指定加工时所选用的刀具号。如: T6表示选6号刀。

6) 辅助功能字

地址: M (M00～M99或M999)，前置的“0”可省略不写，如M02与M2、M03与M3可以互用。

功能: 表示数控机床辅助装置的接通和断开，一般由PLC (可编程序控制器) 控制，常用FANUC (法那克) 0i系统和SINUMERIK (西门子) 802S/C系统辅助指令含义，见表2-2-1。

表2-2-1 FANUC0i系统和SINUMERIK802S/C系统辅助指令及含义

7) 准备功能字 (G代码或G功能字)

地址: G (G00～G99或G999)，前置的“0”可以省略。如G00与G0、G01与G1等可以互用。

功能: 是建立机床或控制系统工作方式的一种命令。

指令使用说明:

不同数控系统G代码各不相同，同一数控系统中不同型号G代码也有变化，使用中应以数控机床使用说明书为准。

G代码有模态代码和非模态代码两种，模态代码一经使用持续有效，直至同组的G代码出现为止; 非模态代码仅在本程序段中有效，又称程序段有效代码。

FANUC0i系统与SINUMERIK802S/C系统常用G代码功能见表2-2-2。

表2-2-2 FANUC 0i系统与SINUMERIK 802S/C系统常用G代码功能

续表

程序段中功能字位置可以不固定，一般习惯顺序: N…G…X…Y…Z…F…S…T…D…M…

2. 快速点定位G00 (或G0) 指令

1) 指令功能

指刀具以机床规定的速度 (快速) 运动到目标点。

2) 指令格式

G00 X Y Z;

其中，X，Y，Z——目标点的坐标。

如图2-2-2所示，刀具空间快速运动至P点 (40，30，5)，数控程序为“G00X40 Y30Z5”。

3) 指令使用说明

用G00指令快速移动时，在地址F下编程的进给速度无效。

G00一经使用持续有效，直到同组G代码 (G1、G2、G3…) 取代为止。

G00指令刀具运动速度快，容易撞刀，只能使用在退刀及空中运行的场合。

向下运动时，不能以G00速度运动切入到工件上，一般应离工件有5～10mm的安全距离，也不能在移动过程中碰到机床、夹具等，如图2-2-3所示。

图2-2-2 G00运动方式

图2-2-3 G00运动方式

3. 直线插补G01 (或G1) 指令

1) 指令功能

刀具以给定的进给速度运动到目标点。

2) 指令格式

G01 X Y Z F;

其中，X，Y，Z——目标点的坐标，

F——刀具进给速度大小，单位一般为毫米/分钟 (mm/min)。

例: 如图2-2-4所示，刀具起点在P1点，直线加工至P2点，再直线加工至P3点，数控程序为:

N20G1X80Y90F70; 由P1直线插补至P2，进给速度为70mm/min

N30X120Y70; 由P2直线插补至P3(G1、F70为续效指令可不写)

图2-2-4 加工过程

3) 指令使用说明

用于直线切削加工，必须给定刀具进给速度。

G01为续效代码，一经使用持续有效，直到被同组G代码 (G0、G2、G3…) 取代为止。刀具空间运行或退刀时用此指令，则运动时间长、效率低。

(二) 加工工艺分析

1. 工、量、刃具选择

1) 工具选择

工件采用平口钳装夹，下用垫铁支撑，其他工具见表2-2-2。

2) 量具选择

加工尺寸精度要求不高，量具用0～150mm游标卡尺，另用百分表校正平口钳，具体规格、参数见表2-2-3。

3) 刀具选择

本题加工图形深度为1mm，加工材料为PVC板，铣刀直径为3mm，铣刀材料选用价格较低的普通高速钢，加工中需垂直下刀，故选用键槽铣刀为宜，见表2-2-3。

表2-2-3 直线图形加工工、量、刃具清单

2. 加工工艺方案

1) 加工工艺路线

不用分粗、精加工，一次垂直下刀至深度尺寸加工出图形。

2) 合理切削用量选择

加工材料为硬铝，硬度较低，切削力较小，主轴转速可选较高; 刀具直径较小，进给速度应选择较小; 深度为1mm，一次下刀至深度。具体如下:

主轴转速: 1200r/min;

进给速度: 垂直加工50mm/min; 表面加工70mm/min。

3. 参考程序编制

1) 工件坐标系建立

根据工件坐标系建立原则，Z坐标零点设置在工件上表面，X、Y坐标零点设置在设计基准上，此工件宜设置在工件左下侧顶点上 (见图2-2-1)。

2) 基点坐标计算

零件各几何要素之间的连接点称为基点，如零件轮廓上二条直线的交点。基点坐标是编程中需要的重要数据。

3) 程序编制

加工前必须做好各项准备工作，编程时这些准备工作的数控指令应编写在程序前面第一、第二段程序内，然后才开始编写加工程序，准备工作指令一般有:

(1) 将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点指令: G54、G55、G56、G57等。

(2) 主轴启动及转速指令: M03 (或M04反转很少用)、S指令代码等。

(3) 加工所用的刀具号: T指令代码，如T1、T2等。

(4) 切削液打开指令: M08 (如不用切削液，则可不编写)。

(5) 法那克系统初始状态设置指令，如取消刀具半径补偿 (G40)、取消长度补偿(G49)、绝对尺寸编程 (G90)、每分钟进给速度 (G94)、公制尺寸输入 (G21)、取消固定循环 (G80)、取消坐标系偏转 (G69)、XY平面选择 (G17) 等指令。西门子系统初始状态指令可不必编写。

(6) 刀具起点位置 (也可不设置刀具起点位置，但必须保证刀具运行时不发生撞刀)。

以上加工准备指令可写在同一程序段内，也可分别写在不同程序段内; 大多数加工程序第一段、第二段程序都差不多，不同的是工艺参数数值略有差异。如:

N10 G54 G40 G90 G94 M3 S1200 T01;

N20 M08 G0 X0 Y0 Z100;

法那克系统在第一、二段程序内还需编写其他初始状态设置指令。

准备工作做好后，就可编写其他加工程序段。

4) 参考程序

程序名: 法那克系统程序名“O0021”; 西门子系统程序名“XX0021.MPF”。本例法那克系统与西门子系统程序基本相同。具体见表2-2-4。

表2-2-4 参考程序

注: 法那克系统在第一段程序中一般还需添加G49 (取消长度补偿)、G21 (选择公制尺寸输入)、G80 (取消固定循环) 等指令，如第一段程序指令过多，则可把第一段程序分成两段编写; 西门子系统一般无须编写G71、G90、G40等初始状态指令。

(三) 拓展知识

(1) 数控机床程序字除常用的七大类功能字外，还有一些表示其他功能的字，一般由一字母及数字组成，法那克系统常见的其他字有: D表示刀具半径补偿号; H表示刀具长度补偿号; R表示圆弧半径; L表示重复次数等。西门子系统程序字还可包含多个字母，采用多个字母时，数值与字母间用“=”隔开，如CR=10。常用的程序字见表2-2-5。

表2-2-5 常用程序字

(2) 除准备功能指令分模态有效和程序段有效两种类型外，其他功能指令也分为模态有效和程序段有效两类。模态有效一经出现，则一直持续到同组指令取代为止; 程序段有效则只在本程序段中有效。如大多数尺寸指令、刀具指令、进给指令、辅助指令等都是模态有效指令。

三、方案设计

本例设计目标是复习程序输入，编辑与机床操作的基本方法，学习G00、G01的编程方法，利用机床加工图形。在练习时，要注意刀具的选择和工件的装夹。若以如图2-2-1所示T恤的形状，若要“加长”款，则学生可以自行修改坐标值，但要保证图形的形状对称。

四、任务实施

(一) 加工准备

(1) 检查毛坯尺寸。

(2) 开机、回参考点。

(3) 程序输入: 把编写好的程序通过数控面板输入数控机床。

(4) 工件装夹: 先把平口钳装夹在铣床工作台上，用百分表校正平口钳使钳口与铣床X方向平行。工件装夹在平口钳上，下用垫铁支撑，使工件放平并伸出钳口5～10mm，夹紧工件。

(5) 刀具装夹: 选用φ3mm键槽铣刀、2～4mm弹簧夹头，把弹簧夹头装入铣刀刀柄中，再装入铣刀并夹紧。最后把刀柄装入铣床或加工中心主轴。

(二) 对刀

X、Y、Z轴均采用试切法对刀并把操作得到的零偏值输入到G54等偏置寄存器中。

(三) 空运行

法那克系统空运行是指刀具按参数指定的速度运行而与程序中指定的进给速度无关，用来在机床不装工件时检查刀具的运动 (一般为避免撞刀常把基础坐标系中Z值提高50～100mm后运行程序)。西门子系统空运行是指刀具不做移动仅用数控程序运行一遍，即与法那克系统机床锁住、辅助功能锁住功能相同，仅检查数控程序是否正确。

1. 法那克系统

1) 空运行操作

(1) 按参数键(OFFSET)。