数控编程常用指令

1.数控车床的编程步骤

拿到一张零件图纸后,首先应对零件图纸分析,确定加工工艺过程,即确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等),加工路线(如进给路线、对刀点、换刀点等)及工艺参数(如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等)。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能,只需计算轮廓相邻几何元素的交点(或切点)的坐标值,得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后,根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作,结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式,逐段编写零件加工程序单,并输入CNC装置的存储器中。

2.数控车床加工工艺路线制订

数控车床加工过程中,由于加工对象复杂多样,特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化,加上材料、批量不同等多方面因素的影响,具体在确定加工方案时,可按先粗后精、先近后远、刀具集中、程序段少、走刀路线最短等原则综合考虑。下面就其中几点作简要介绍。

(1)先粗后精。粗加工完成后,接着进行半精加工和精加工,安排半精加工的目的是:当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时,可安排半精加工作为过渡性工序,以便使精加工余量小而均匀。

精加工时,零件的轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时,加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当,尽量沿轮廓的切线方向切入和切出,以免因切削力突然变化而造成弹性变形,致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。

对既有内孔,又有外圆的回转体零件,在安排其加工顺序时,应先进行内外表面粗加工,后进行内外表面精加工。切不可将内表面或外表面加工完成后,再加工其他表面。

(2)先近后远。这里所说的远与近,是按加工部位相对于刀点的距离大小而言的。通常在粗加工时,离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以缩短刀具移动距离,减少空行程时间。对于车削加工,先近后远还有利于保持毛坯件或半成品件的刚性,改善其切削条件。

(3)刀具集中。即用一把刀加工完成相应各部分,再换另一把刀,加工相应的其他部分,以减少空行程和换刀时间。

3.数控程序结构

为运动机床而送到CNC的一组指令称为程序。程序是由一系列的程序段组成的。

(1)程序号。在数控装置中,程序的记录是由程序号来辩别的,调用或编辑某个程序可通过程序号来调出。程序号用地址码及4位数(1～9999)表示。不同的数控系统程序号地址码也有差别,通常FANUC系统用“O”,如:O0001;SINUMERIC系统用“%”。编程时一定要按机床说明书的规定进行。

(2)程序段。程序段由程序段顺序号和各种功能指令构成:

N_G_X(U)_Z(W)_F_M_S_T_;

其中:

N_为程序段顺序号;用地址N及1～9999中任意数字表示;

G_为准备功能;

X(U)_Z(W)_为工件坐标系中X、Z轴移动终点位置;

F_为进给功能指令;

M_为辅助功能指令;

S_为主轴功能指令;

T_为刀具功能指令。

4.数控系统功能指令代码

(1)准备功能G指令:由字母(地址符)G和两位数字组成,从G00～G99共100种。主要用于控制刀具对工件进行切削加工,由于国内外数控系统实际使用的功能指令标准化程度较低,因此必须遵照所用数控机床的使用说明书编写加工程序。FUNAC0imate-TC系统G代码见表10-1。

表10-1 常用准备功能G代码表

G代码分为模态功能G代码和非模态功能G代码。00组的G代码属于非模态功能G代码,只限定在被指定的程序段中有效,其余组G代码属于模态功能G代码,具有连续性,在后续程序段中,只要同组其他属于非模态功能G代码未出现则一直有效。不同的属于非模态功能G代码在同一程序段中可指定多个。如果在同一程序中指定了多个属于同一组的属于非模态功能G代码时,只有最后面那个属于非模态功能G代码有效。

(2)辅助功能M指令:由字母(地址符)M和其后的两位数字组成。从M00～M99共有100种,这种指令主要由于机床加工操作时的工艺性指令,常用的M代码如表10-2所示。

表10-2 辅助功能指令

(3)进给功能F指令:分为每转进给量和每分钟进给量。

1)G99:每转进给量。

格式:G99 F_;

G99使进给量F的单位为mm/r。

2)G98:每分钟进给量。

格式:G98 F_;

G98使进给量F的单位为mm/min。

说明:数控车床当接入电源时,机床进给方式默认为G99。

(4)主轴转动功能S指令:

1)G50:设定主轴最高转速

该指令可防止因主轴转数过高,离心力太大,产生危险及影响机床寿命。

格式:G50 S_;其中S指令给出主轴最高转速。

2)G96:设定主轴转速恒线速度

格式:G96S_;

设定主轴线速度,即切削速度恒定(m/min)。该指令在切削端面或工件直径变化较大时使用,转速与线速度的转换关系为

式中,v——线速度,m/min;

d——已加工表面的直径,mm;

n——主轴转速,r/min。

3)G97:设定主轴恒转速。

格式:G97 S_;设定主轴转速恒定(r/min)。

(5)刀具功能T指令:用于指定刀具号及刀具补偿号。

格式:TXX XX;

T指令后,前两位表示刀具号,后两位表示刀具补偿号。

说明:1)刀具序号尽量与刀塔上的刀位号相对应;

2)刀具补偿包括几何补偿和磨损补偿;

3)为使用方便,尽量使刀具序号和刀具补偿号保持一致;

4)取消刀具补偿,T指令格式为:TXX 00。

3.指令具体的使用说明

(1)G00快速点定位指令

该指令使刀具以系统预先设定的速度移动定位到指定的位置。

格式:G00X_(U_)Z_(W_);

其中:X_(U_)、Z_(W_)分别为终点的绝对坐标(增量坐标)值。

(2)G01直线插补指令

该指令使刀具以指定的进给速度移动定位到指定的位置。用于直线或斜线运动,可沿X轴、Z轴方向执行单轴运动,也可沿XZ平面内任意斜率的直线运动。

格式:G01X_(U_)Z_(W_)F_;

其中:X_(U_)、Z_(W_)分别为终点绝对坐标(增量坐标)。

G01指令除了作直线切削外,还可以作自动倒角、倒圆加工。

1)自动倒角指令

格式:G01Z(W)_I(C)_;

或G01X(U)_K(C)_;

其中Z(W)、X(U)分别为终点绝对坐标(增量坐标),I(C)、K(C)为倒角起点到终点在X、Z方向的增量,若终点坐标大于起点坐标时,该值为正,反之为负。具体用法见表10-3所示。

2)自动倒圆指令

格式:G01Z(W)_R_;

或 G01X(U)_R_;

其中:Z(W)、X(U)分别为终点绝对坐标(增量坐标),R值若终点坐标大于起点坐标时,该值为正,反之为负。具体用法见表10-3所示。

表10-3 倒角与倒圆的用法

(3)G02/G03:圆弧插补指令

1)G02为顺时针圆弧插补指令;

格式:G02X(U)_Z(W)_I_K_F_;

或 G02X(U)_Z(W)_R_F_;

2)G03为逆时针圆弧插补指令。

格式:G03X(U)_Z(W)_I_K_F_;

或 G03X(U)_Z(W)_R_F_;

3)参数说明

1.X(U),Z(W)为圆弧终点位置坐标。

2.K为圆弧起点到圆心在X,Z轴方向上的增量(I、K方向与X、Z轴方向相同时取正,否则取负值);R为圆弧的半径值,当圆弧≤180°时,R取正值;当圆弧＞180°时,不能用R指定;当I、K和R同时被指定时,R指令优先,I、K值无效,如图10-11所示。

图10-11 I,K圆弧起点到圆心在X,Z轴方向上的增量

(4)G04暂停指令:该指令控制系统按指定时间暂时停止执行后续程序段。暂停时间结束则继续执行。

格式:G04X_;

G04U_;

G04P_;

注:使用P不能有小数点。

(5)G32螺纹切削指令:该指令可用于切削圆柱螺纹,圆锥螺纹及端面螺纹。

格式:圆柱螺纹G32Z(W)_F_;

圆锥螺纹G32X(U)_Z(W)_F_;

其中X(U),Z(W)为圆弧终点绝对坐标(增量坐标),F为螺纹的导程。

如图10-12所示,图中δ1和δ2分别表示进刀段和退刀段。伺服系统的延迟而产生的不完全螺纹,处于进刀段和退刀段,会降低延迟产生的螺纹误差。一般的依据经验有

式中,n——主轴转速(r/min);

F——螺纹导程(mm)。

不同的数控系统车螺纹时推荐不同的主轴转速范围,大多数经济型数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下:

式中:P——螺纹螺距(mm);

图10-12 进刀段和退刀段

k——保险系数,一般为80。

普通螺纹切削的进给次数与吃刀量见表10-4。

表10-4 普通螺纹切削的进给次数与吃刀量

(6)G28:自动返回参考点指令。该指令使刀具从当前位置以快速定位(G00)移动方式,经过中间点回到机械原点。指定中间点目的是使刀具沿着一条安全路径回到参考点。

格式:G28X(U)_Z(W)_;

其中,X(U),Z(W)为中间点坐标;

该指令以G00的速度运动。

(7)G50:工件坐标系的设定。该指令是规定刀具起刀点至工件原点的距离,建立工件坐标系。

格式:G50X(A)Z(B);

指令中A,B指刀尖距工件坐标系原点的距离,如图10-13所示。

图10-13 工件坐标系的设定

用G50指令建立的坐标系,是一个以工件原点为坐标系原点,确定刀具当前所在位置的一个坐标系。

(8)单一固定循环指令

1)G90:轴向切削循环指令。该指令可用于圆柱面或圆锥面车削循环。

格式:切削圆柱面——G90X(U)_Z(W)_(F_);

切削圆锥面——G90X(U)_Z(W)_R_(F_);

其中,X(U),Z(W)为切削终点绝对(增量)坐标,R为循环终点与起点的半径差,若锥面起点坐标大于终点坐标时,该值为正,反之为负。

2)G94:端面切削循环指令。该指令可用于直端面或锥端面车削循环。

格式:直端面车削循环——G94X(U)_Z(W)_(F_);

锥端面车削循环——G94X(U)_Z(W)_R_(F_);

其中,——各地址码的含义与G90同。

3)G92:螺纹切削循环指令。该指令可用于圆柱螺纹或锥螺纹的循环车削。

格式:圆柱螺纹——G92X(U)_Z(W)_F_;

锥螺纹——G92X(U)_Z(W)_R_F_;

其中,X(U),Z(W)为螺纹切削终点坐标;R为锥螺纹循环终点与起点的半径差,其正负判断与G90相同;F为螺纹导程;

(9)复合固定循环指令

1)G71:轴向粗加工循环指令。该指令适用于圆柱棒料粗车阶梯轴的外圆或内孔需切除较多余量时的情况。

格式:G71U;

G71(F_S_T_);

其中,Δd为每次切削背吃刀量(半径值,一定为正值);e为每次切削结束的退刀量;ns为精加工程序开始程序段的顺序号;nf为精加工程序结束程序段的顺序号;Δu为X轴向的精加工余量(直径值,外圆加工为正,内孔为负);Δw为Z轴向的精加工余量。

注:顺序号ns第一步程序不能有Z轴移动指令。

G71循环指令的刀具切削路径,如图10-14所示。

图10-14 G71轴向粗加工循环

2)G72:径向粗加工循环指令。该指令适用于当直径方向的切除量比轴向切除量大时。

格式:G72W;

G72P(F_S_T_);

其中,Δd为每次Z向切削深度(一定为正值);e为每次切削结束的退刀量;ns为精加工程序开始程序段的顺序号;nf为精加工程序结束程序段的顺序号;Δu为X轴向的精加工余量;Δw为Z轴向的精加工余量。

注:顺序号ns第一步程序不能有X轴移动指令。

G72循环指令的刀具切削路径,如图10-15所示。

图10-15 G72径向粗加工循环

3)G73:仿形粗车循环指令。该指令用于零件毛坯已基本成型的铸件或锻件的加工。铸件或锻件的形状与零件轮廓相近,这时若仍使用G71或G72指令,则会产生许多无效切削而浪费加工时间。

格式::G73UΔiWΔkRd;

G73Pns Qnf U ΔuWΔw(F_S_T_);

其中,Δi为X轴方向退刀距离(半径值);Δk为Z轴退刀距离;d为切削次数;其余各项含义与G71相同。

G73循环指令的刀具切削路径,如图10-16所示。

图10-16 G73闭环切削循环

Δi及Δk为第一次车削时退离工件轮廓的距离及方向,确定该值时应参考毛坯的粗加工余量大小,以使第一次走刀切削时就有合理的切削深度,计算方法如下:

例如:若X轴方向粗加工余量为6mm,分三次走刀,每次切削深度为2mm,则:

Δi=6-2=4,d=3。

4)G70:精加工循环指令。G71、G72或G73粗加工后,该指令用于精加工。

格式:G70Pns Q nf ;

其中,——ns为精加工程序开始的程序段的顺序号;nf为精加工循环结束程序段的顺序号。

说明:

(1)在G71、G72程序段中的F、S、T指令都无效,只有在ns～nf之间的程序段中的F、S、T指令有效;

(2)G70切削后刀具会回到G71～G73的开始切削点;

(3)G71、G72循环切削之后必须使用G70指令执行精加工;

(4)在没有使用G71、G72指令时,G70指令不能使用。

5)G76:螺纹车削多次循环指令。该指令用于螺纹多次车削循环。

格式:G76Pmra QΔdmin Rd;

G76X(U)_Z(W)_Ri PkQΔd Ff;

其中

m:为精车削次数,必须用两位数表示,范围从01～99;

r为螺纹末端倒角量,必须用两位数表示,范围从00～99,例如r=10,则倒角量=10×0.1×导程=导程;

a:为刀具角度,有00°、29°、30°、55°、60°等几种,m、r、a都必须用两位数表示,同时由P指定,例如P021060表示精车两次,末端倒角量为一个螺距长,刀具角度为60°;

Δdmin:为最小切削深度,若自动计算而得的切削深度小于Δdmin时,以Δdmin为准,此数值不可用小数点方式表示,例如Δdmin=0.02mm,需写成Q20;

d:为精车余量;X(U)、Z(W)为螺纹终点坐标,X即螺纹的小径,Z即螺纹的长度;

i:为车锥螺纹时,终点B到起点A的向量值,若i=0或省略,则表示车削圆柱螺纹;k:为X轴方向螺纹深度,以半径值表示,Δd为第一刀切削深度,以半径值表示,该值不能用小数点方式表示,例如:Δd=0.6mm,需写成Q600;f为螺纹的螺距。

G76循环指令的刀具切削路径,如图10-17所示。

图10-17 G76螺纹车削多次循环

5.数控车床刀具补偿功能

在编程时,通常将车刀刀尖作为一点考虑(即假想刀尖位置),所指定的刀具轨迹就是假想刀尖的轨迹,但实际上刀尖部分是带有圆角的,如图10-18所示。

图10-18 刀尖半径与假想

图10-19 刀尖圆角R造成的少切和过切

在实际操作当中,以假想刀尖编程在加工端面或外圆、内孔等与Z轴平行的表面时,没有误差,但在进行倒角、斜面、圆弧面切削时就会产生少切或过切,造成零件加工精度误差如图10-19所示。

为了在不改变程序的情况下,使刀具切削路径与工件轮廓一致,加工出的工件尺寸符合要求,就必须使用刀尖圆弧半径补偿指令。

G40:取消刀具补偿,通常写在程序开始的第一个程序段及取消刀具半径补偿的程序段;

G41:刀具左补偿,在刀具运行前进方向上,刀具沿工件左侧进给,使用该指令;

G42:刀具右补偿,在刀具运行前进方向上,刀具沿工件右侧进给,使用该指令,如图10-20所示。

图10-20 G41、G42指令

图10-21 几种数控车床用刀具的假想刀尖位置

(a)右偏车刀 (b)左偏车刀 (c)右切刀 (d)左切刀 (e)镗孔刀
(f)球头镗刀 (g)内沟槽刀 (h)左偏镗刀

几种数控车床用刀具的假想刀尖位置,如图10-21所示。