毕业设计论文数控铣床编程指令研究

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1、常州技师学院毕业设计(论文)题 目 数控铣床编程指令研究 姓 名 学 号 12 班 级 机加工与数控0217班 指导教师 职 称 日 期 2008年6月 目 录引言 数控铣床的主要功能一数控系统简介 二尺寸系统指令 三基本运动指令 四子程序 五固定循环指令 六 小结 参 考 文 献 引言、数控铣床的主要功能1点位控制功能利用这一功能，数控铣床可以进行只需要作点位控制的钻孔、扩孔、绞孔和镗孔等加工。2连续轮廓控制功能数控铣床通过直线插补和圆弧插补，可以实现对刀具运动轨迹的连续轮廓控制，加工出有直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓工件。对非圆曲线构成的平面轮廓，在经过直线和圆弧逼近后也可以加工。除

2、此之外，还可以加工一些空间曲面。 3刀具半径自动补偿功能1)按工件实际轮廓形状进行编程，加工中使刀具中心自动偏离工件轮廓一个刀具半径，加工出符合要求的轮廓表面。2通过改变刀具半径补偿量弥补铣刀制造的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用范围和刀具返修刃磨的允许误差。3)利用改变刀具半径补偿值，以同一加工程序实现分层铣削和粗、精加工，或者用于提高加工精度。 4)改变刀具半径补偿值的正负号，可用同一加工程序加工某些需要相互配合的工件，如相互配合的凹凸模等。 4镜像加工功能镜像加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一半形状的加工程序就可完成全部加工了。5固定循环功能利用数

3、控铣床对孔进行钻、扩、铰和镗加工时，加工的基本动作是相同的，对于这种典型化动作，可以专门设计一段程序，在需要的时候进行调用来实现上述加工循环。在利用数控铣床的连续轮廓控制功能时，也常常遇到一些典型化的动作，如铣整圆、方槽等，也可以实现循环加工。 关键词：数控铣床、编程指令一、数控系统简介1国外主要数控系统：日本FANUC、德国SIEMENS、美国A-B公司和西班牙FAGOR生产的为主。2国内主要数控系统：华中数控、北京数控和广州数控。3华中数控系统简述：武汉华中数控股份有限公司与华中理工大学联合研制开发的。目前主要的型号有：华中I 型(HNC-1)和华中世纪星(HNC-21M)。 4 辅助及其

4、它功能铣削系统能控制的M、S功能和车床基本相同。F功能也一样具有mm / min还是mm / r两种单位，但由G94、G95两指令分别控制。 1M 代 码 功 能 表 2准备功能G指令 二、尺寸系统指令 1加工平面选择G17、G18、G19平面选择指铣削过程中指定刀具插补平面和刀具补偿平面。说明如下： 1)该指令选择一个平面，在此平面中进行圆弧插补和刀具半径补偿。G17选择XY平面，G18选择ZX平面，G19选择YZ平面。2)移动指令与平面选择无关，不管选用哪个平面，各坐标轴的移动指令，均会执行。例如在规定了G17 Z_时，Z轴照样会移动。 3)G17、G18、G19为模态功能，可相互注销，G

5、17为缺省值。 2绝对值编程G91和增量值编程G90程序格式：G90 G X Y Z F ； G91 G X Y Z F ； G90为绝对值编程，每个轴上的编程值是相对于固定的编程原点（工件原点）的。G91为相对值编程，每个轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。G90、G91为模态功能，G90为缺省值。 下图给出了刀具由原点按顺序向1、2、3点移动时两种不同指令的区别3有关单位的设定1)尺寸单位选择G20，G21，G22格式： G20 英制 G21 公制 尺寸输入制式 G22 脉冲当量必须在程序的开头坐标系设定之前用单独的程序段指令或通过系统参数设定。程序运行中途不能切换

6、2)进给速度单位的设定格式：G94 F_ 每分钟进给； G95 F_ 每转进给 G94为每分钟进给，F的单位依G20/G21/G22的设定而分别为mm/min，in/min或脉冲当量/min。此外，G94 F_可以指定旋转轴的速度，旋转轴的速度单位为度/min或脉冲当量/min。G95为每转进给，在F之后，直接指定刀具在主轴转一转的进给量，单位依G20/G21/G22的设定而定。这个功能必须在主轴装有编码器时才能使用。G94、G95为模态功能，可相互注销，G94为缺省值。进给速度单位也可通过系统参数设定。 4工件坐标系指令1)工件坐标系设定（G92）指令 程序格式：G92 X Y Z ； X、

7、Y、Z、为当前刀位点在工件坐标系中的坐标。 G92指令通过设定刀具起点相对于工件坐标原点(工件零点)的位置建立坐标系。采用G92指令时，编程员要预先确定刀具相对于工件原点的坐标值，并编入程序中，加工时，操作从员必须严格按照工件坐标系规定的刀具位置对刀。 1)工件坐标系设定（G92）指令 说明： 1)一旦执行G92指令建立坐标系，后序的绝对值指令坐标位置都是此工件坐标系中的坐标值。 2)G92指令必须跟坐标地址字，因此须单独一个程序段指定。 3)执行此指令不会产生机械位移，只是让系统内部用新的坐标值取代旧的坐标值，从而建立新的坐标系 4)执行此指令之前必须保证刀位点与程序起点（对刀点）符合。 5

8、)该指令为非模态指令2)预置工件坐标系用G54G59设定工件坐标系时，必须通过偏置页面，预先将G54G59设置在寄存器中，编程中再用程序指定。因此，也叫工件坐标系的偏置。 工件坐标系选择格式说明： 1)G54G59是系统预置的六个坐标系，可根据需要选用。 2)G54G59建立的工件坐标原点是相对于机床原点而言的，在程序运行前已设定好，在程序运行中是无法重置的。 3)G54G59预置建立的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值可用MDI方式输入，系统自动记忆。 4)使用该组指令前，必须先回参考点。5)G54G59为模态指令，可相互注销。 采用增量值编程时不必设定工件坐标系，只需在加工前把刀具移到工件

9、坐标系的原点即可。三、基本运动指令1快速定位指令G00用G00指定定位点，命令刀具以点位控制方式，从刀具所在点以最快的速度，移动到下一个目标点，程序格式如下：G00 X Y Z ; 其中，X、Y、Z、为快速定位终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为终点相对于起点的位移量。说明如下： 1)G00指令刀具相对于工件从当前位置以各轴预先设定的快移进给速度移动到程序段所指定的下一个定位点。2)G00指令中的快进速度由机床参数对各轴分别设定，不能用程序规定。由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹并不总是直线。3)快移速度可由面板上的快速修调旋钮修正。

10、4)G00一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。5)G00为模态功能，可由G01、G02、G03或G33功能注销。6)当Z轴指令远离工作台时，先Z轴移动，再X、Y轴运动。当Z轴指令接近工作台时，先X、Y轴运动，再Z轴运动； 2直线插补指令G01 用G01指令直线插补，其作用是指令两个坐标（或三个坐标）以联动的方式，按指令的进给速度F，插补加工出任意斜率的平面（或空间）直线。程序格式如下： G01 X Y Z F 其中，X、Y、Z为终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为终点相对于起点的位移量。说明：1) G01指令刀具从当前位置以联动的方式，按程序段中F指令规定的合成进给速度

11、，按合成的直线轨迹移动到程序段所指定的终点。2)实际进给速度等于指令速度F与进给速度修调倍率的乘积。3)G01和F都是模态代码，如果后续的程序段不改变加工的线型和进给速度，可以不再书写这些代码。4)G01可由G00、G02、G03或G33功能注销。3圆弧插补指令指令G02（顺时针）、G03（逆时针）使机床在各坐标平面内加工圆弧轮廓。其程序格式如下： 其中用G17代码进行XY平面的指定，省略时就被默认为是G17，但当在ZX（G18）和YZ（G19）平面上编程时，平面指定代码不能省略。 1)G02/G03的判断G02为顺时针方向圆弧插补，G03为逆时针方向圆弧插补。顺时针或逆时针是从垂直于圆弧加工

12、平面的第三轴的正方向看到的回转方向。 (1)I，J，K分别表示X，Y，Z 轴圆心的坐标减去圆弧起点的坐标，如下图所示。某项为零时可以省略。2)当圆弧圆心角小于180时，R为正值，当圆弧圆心角大于180时,R为负值，(3)整圆编程时不可以使用R，只能用I、J、K；(4)F为编程的两个轴的合成进给速度。4参考点控制指令1)自动返回参考点G28格式 G28 X_Y_Z_X、Y、Z 为指定的中间点位置。 说明： (1)执行G28指令时，各轴先以G00的速度快移到程序指令的中间点位置，然后自动返回参考点。在使用上经常将XY和Z分开来用。先用G28 Z 提刀并回Z轴参考点位置，然后再用G28 X Y 回到

13、XY方向的参考点。 (2)在G90时为指定点在工件坐标系中的坐标；在G91时为指令点相对于起点的位移量 (3)G28指令前要求机床在通电后必须 (手动) 返回过一次参考点。 (4)使用G28指令时，必须预先取消刀具补偿。 (5) G28为非模态指令。 2)自动从参考点返回G29格式： G29 X Y Z ；其中，X、Y、Z 为指令的定位终点位置。说明如下： 1执行G29指令时，各轴先以G00的速度快移到由前段G28指令定义的中间点位置，然后再向程序指令的目标点快速定位。2通常该指令紧跟在一个G28指令之后。在使用上经常将 XY 和 Z 分开来用。3在G90时X、Z 为终点在工件坐标系中的坐标；

14、在G91时为终点相对于中间点的位移量。4 G28为非模态指令。 O0001G92 X150.0 Y160.0 Z120.0 G90 G00 X100.0 Y60.0 Z-2.0 S100 M03 G01 X75.0 F100 X35.0 G02 X15.0 R10.0 G01 Y70.0 G03 X-15.0 R15.0 G01 Y60.0 G02 X-35.0 R10.0 G01 X-75.0 Y0 X45.0 X75.0 Y20.0 Y65.0 主程序号建立工件坐标系，编程零点w 快进到X=100，Y=60Z轴快移到 Z= -2，主轴直线插补至 X= 75，Y= 60，直线插补至 X= 3

15、5，Y= 60顺圆插补至 X=15，Y=60直线插补至 X=15，Y=70 逆圆插补至 X= -15，Y=70 直线插补至 X= -15，Y=60顺圆插补至 X= -35，Y=60直线插补至 X= -75，Y=60直线插补至 X= -75，Y=0处直线插补至 X= 45，Y=45直线插补至 X= 75，Y=20直线插补至 X=75，Y=65，轮廓完 程序单2 G00 X100.0 Y60.0Z120.0 X150.0 Y160.0 M05 M30 快速退至 X=100，Y=60的下刀处快速抬刀至 Z=120的对刀点平面快速退刀至对刀点程序结束，复位。 5刀具补偿1)刀具长度补偿补偿刀具长度差值

16、，一般用于刀具轴向(Z方向)的补偿，它使刀具在Z方向上的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏置量，当实际使用刀具与编程时估计的刀具长度有出入时，或刀具磨损后刀具长度变短时，不需重新改动程序或重新进行对刀调整，仅只需改变刀具数据库中刀具长度补偿量即可。 利用该功能，还可在加工深度方向上进行分层铣削，即通过改变刀具长度补偿值的大小，通过多次运行程序而实现。 刀具长度补偿指令G49，G43，G44，其格式： G43刀具长度正补偿； G44刀具长度负补偿；G49取消刀长补偿 其中Z为指令终点位置，H为刀补号地址，用H00H99来指定，它用来调用内存中刀具长度补偿的数值。G43、G44、G49均为模态

17、指令 ，可相互注销。 说明：1)执行G43时，Z实际值= Z指令值（Hxx）2)执行G44时，Z实际值= Z指令值（Hxx） 其中（Hxx）是指xx寄存器中的补偿量，其值可以是正值或者是负值。当刀长补偿量取负值时，G43和G44的功效将互换。设（H02）= 200 mm 时 N1 G92 X0 Y0 Z0 设定当前点O为程序零点N2 G90 G44 G00 Z10.0 H02 指定点A，实到点B N3 G01 Z-20.0 实到点C N4 Z10.0 实际返回点B N5 G00 G49 Z0 实际返回点O 使用G43、G44相当于平移了Z轴原点，即将坐标原点O平移到了O点处，后续程序中的Z坐标

18、均相对于O进行计算。使用G49时则又将Z轴原点平移回到了O点。 使用G43、G44相当于平移了Z轴原点，即将坐标O平移到了O点处，后续程序中的Z坐标均相对于O进行计算。使用G49时则又将Z轴原点平移回到了O点。 在机床上有时可用提高Z轴位置的方法校验运行程序。 2)刀具半径自动偏移补偿 (1)刀具半径补偿的过程： 刀补的建立：刀具从起点接近工件时，刀心轨迹从与编程轨迹重合过度到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。 刀补进行：刀具中心始终与变成轨迹相距一个偏置量直到刀补取消。 刀补取消：刀具离开工件，刀心轨迹要过渡到与编程轨迹重合的过程。 (2)刀具半径补偿指令G40，G41，G42 格式：D为刀补

19、号地址，用D00D99来指定，它用来调用内存中刀具半径补偿的数值。G41、G42、G40均为模态指令，可相互注销。 刀具半径补偿说明 G41刀径左补偿，G42刀径右补偿，刀补位置的左右应是顺着编程轨迹前进的方向进行判断的。G40为取消刀补。进行刀径补偿前，必用G17或G18、G19指定刀径补偿是在哪个平面上进行。在多轴联动控制中，投影到补偿平面上的刀具轨迹受到补偿。平面选择的切换须在补偿取消的方式下进行，否则将产生报警。 刀补的引入和取消要求必须在G00或G01程序段，不应在G02/G03程序段上进行。当刀补数据为负值时，则G41、G42功效互换。G41、G42指令不要重复规定，否则产生一种特

20、殊的补偿。G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。 刀具半径补偿图示 刀补编程举例 %0004G92 X150.0 Y160.0 Z120.0 G90 G00 X100.0 Y60.0 G43 Z-2.0 H01 S100 M03G42 G01 X75.0 D01 F100 X35.0 G02 X15.0 R10.0 G01 Y70.0 G03 X-15.0 R15.0 G01 Y60.0 G02 X-35.0 R10.0 G01 X-75.0 Y0 X45.0 X75.0 Y20.0 Y65.0 G40 G00 X100.0 Y60.0G49 Z120.0 X150.0 Y160.0

21、 M05 M30O0010;N0010 S1000 M03;N0015 G56 G90;N0020 G00 X0 Y0 G41 D01;N0022 Z5;N0025 G01 Z-5 F100;N0030 G01 X40 Y40 F300;N0035 G03 X60 Y40 I10;N0040 G01 X70;N0045 G02 X80 Y30 J-10;N0050 G01 Y0;N0055 X-5;N0060 G00Z15;N0065 G00 X0 Y-30 G40;N0070 M05; N0075 M30; 用绝对值编程方式加工O0020;N0010 S1000 M03;N0015 G56

22、G90;N0020 G00 X0 Y20 G41 D5;N0022 Z5;N0025 G01 Z-3 F100;N0030 Y40 F300;N0035 G02 X80 Y40 R40;N0040 G01 Y20; N0045 X50; N0050 G03 X30 Y20 R-15; N0055 G01X-5; N060 Z5; N0065 X0 Y0 G40; N0070 M05;N0075 M30; 用相对值编程方式加工移动刀具使刀尖位于工件平面上O点,采用刀具半径补偿(H05J是偏移号,事先用MDI把H05对应的刀具半径值输入到偏置寄存器中.) 6简化编程指令1)镜像功能G24，G25

23、在加工工件时，常遇到所加工工件上的图形是对称的，此时可采用镜像加工。 格式：G24 X_Y_Z_ M98 P_ G25 X_Y_Z_ G24建立镜像，由指令坐标轴后的坐标值指定镜像位置（对称轴、线、点）。 G25指令用于取消镜像。G24、G25为模态指令，可相互注销，G25为缺省。注：有刀补时，先镜像，然后进行刀具长度补偿、半径补偿。 主程序 %0008G92 X0 Y0 Z25.0G90 G00 Z5.0 M03M98 P1000G24 y0M98 P100G24 x0M98 P100G24 y0M98 P1000G25 x0G00 Z25.0M05M30 子程序%1000G41 X10.0

24、 Y4.0 D01Y10.0G01 Z-28.0 F200Y30.0X20.0G03 X30.0 Y20.0 I10.0G01 Y10.0X5.0G00 Z5.0G40 X0 Y0M99 2)缩放功能G50，G51 格式： G51 X_Y_Z_P_ 缩放开 M98 P_ G50 缩放关 其中，G51中的X、Y、Z给出缩放中心的坐标值，P后跟缩放倍数。G51既可指定平面缩放，也可指定空间缩放。 使用G51指令可用一个程序加工出形状相同，尺寸不同的工件。G51、G50为模态指令，可相互注销，G50为缺省值。 注： 有刀补时，先缩放，然后进行刀具长度补偿、半径补偿。 四、子程序在一个加工程序中，若有

25、几个一连串的程序段完全相同(即一个零件中有几处形状相同，或刀具运动轨迹重复)或相近，在编程时，为了缩短程序，可把重复的程序段单独抽出，编成“子程序”，存储在CNC系统内，反复调用。其格式如下： M98 P L ； 式中M98-子程序调用指令； P-子程序号；L-程序重复调用次数。 子程序返回主程序用指令M99，表示子程序结束，并返回到主程序。 子程序调用下级子程序，称为子程序嵌套。 举例4-9：采用M98 P 调用子程序指令编程（书P111）工件坐标系G56由O点在机床坐标系的位置预先设定 主程序O0008G56 S1000 M03G90 G17 G00 Y-10 Z5 G01 Z-3 F10

26、0;M98 P1000G01 Z-6.5 F100M98 P1000G00 Z5M05M30 子程序O1000G41 G01 X0 Y0 D01 F300Y20G02 X60 Y20 R30G01 Y0X45G03 X15 Y0 R15G01 X-10G40 Y-10 M99 五、固定循环指令1固定循环指令含义数控加工中，某些加工动作循环已经典型化。例如，钻孔、镗孔的动作是孔位平面定位、快速引进、工作进给、快速退回等一系列典型的加工动作，这样就可以预先编好程序，存储在内存中，并可用一个G 代码程序段调用，称为固定循环，以简化编程工作。孔加工固定循环指令有G73、G74、G76、G80G89。

27、2固定循环动作组成X、Y轴快速定位到孔中心位置Z轴快速运行到靠近孔上方的安 全高度平面R点(参考点)孔加工（工作进给）在孔底做需要的动作退回到安全平面高度或初始平 面高度注意：孔加工循环与平面选择指令无关，即不管选择哪个平面，孔加工都是在XY平面上定位并在Z轴方向上钻孔。 3固定循环的动作示意图由G98或G99决定刀具在返回时到达的平面 4固定循环的数据形式指令中 R与Z的数据指定与G90或G91的方式有关 5固定循环功能表6固定循环指令格式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

28、程序格式中可不注出。固定循环的程序格式如下： G98（G99）G_X_Y_Z_R_Q_P_I_J_K_F_L_ 式中第一个G代码（G98或者G99）为返回点平面G代码，G98为返回初始平面，G99为返回R点平面 第二个G代码为孔加工方式， 即固定循环代码G73，G74，G76和G81 G89中的任一个 固定循环指令参数说明X、Y为孔位数据，指被加工孔的位置Z为R点到孔底的距离(G91时)或孔底坐标(G90时)R为初始点到R点的距离(G91时)或R点的坐标值(G90时)Q指定每次切削进给的深度(G73或G83时)，是增量值, Q0I、J指定刀尖向反方向的移动量（分别在X、Y轴向上）P指定刀具在孔

29、底的暂停时间，单位为毫秒F为切削进给速度L指定固定循环的次数(G90:刀具在原来孔的位置重复加工；G91:一个程序段可实现一条直线上若干个等距离孔的加工)G73、G74、G76和G81 G89是模态指令G80、G01G03等代码可以取消固定循环1)一般钻孔循环指令G81格式：G98（G99）G81X_Y_Z_R_F_L_刀具以进给速度向下运动钻孔，到达孔底位置后，快速退回（无孔底动作），用于一般定点钻。2)带停顿的钻孔循环指令G82格式：G98（G99）G82 X_Y_Z_R_P_ F_L_与G81指令唯一的区别是有孔底暂停动作，暂停时间由P指定。执行该指令使孔的表面更光滑，孔底平整。常用于做

30、沉头台阶孔。例:试用重复钻孔循环指令对下图编写加工程序N01 G90 G92 X0 Y0 ZI00;N02 G00 X-50 Y51.963 S800 M03;N03 Z20 M08;N04 G91 G81 G99 X20 Z-18 R-17 F60 L4;N05 Xl0 Y-17.321;N06 X-20 L4;N07 X-10 Y-17.321;N08 X20 L5;N09 Xl0 Y-17.321;N10 X-20 L6;Nil X10 Y-17.321;NI2 X20 L5;NI3 X-10 Y-17.321;NI4 X-20 L4;NI5 Xl0 Y-17.321;NI6 X20 L

31、3;N17 G80 M09;NI8 G90 G00 Z100;N19 X0 Y0 M05;N20 M02; 例：在图5-29所示零件上钻削16个10的孔,试应用子程序和钻孔循环指令编写加工程序3)高速深孔加工循环指令G73 G98（G99）G73X_Y_Z_R_Q_K_F_L_该固定循环用于Z轴的间歇进给，有利于断屑，适用于深孔加工，减少退刀量，可以进行高效率的加工。Q值为每次的进给深度(q)，指令中用q0.q的数值大于k。例:G98 G73 X10 Y20 Z-60 R5 Q-10 K5 F504)反攻丝循环指令G74 G98（G99）G74 X_ Y_ Z_ R_ F_ L_ 左旋攻螺纹时

32、主轴反转，到孔底时主轴正转，然后退回。注意：攻螺纹过程要求主轴转速与进给速度成严格的比例关系，因此攻丝时速度倍率不起作用。使用进给保持时，在全部动作结束前也不停止5)右旋攻螺纹循环G84 G98(G99)G84X_Y_Z_R_F_L_从R点到Z点攻丝时刀具正向进给，主轴正转。到孔底部时，主轴反转 ，刀具以反向进给速度退出.进给速度F =转速(r/min)螺矩 (mm)，R应选在距工件表面7mm以上的地方。G84指令中进给倍率不起作用，进给保持只能在返回动作结束后执行。6）使用循环指令注意事项1 各固定循环指令均为模态指令。为简化程序，若某些参数相同，则可不必重复。若为了程序看起来更清晰，不易出

33、错，则每句指令的各项参数应写全。2 固定循环中定位方式取决于上次是G00还是G01，因此如果希望快速定位，则在上一行或本语句开头加G00。3 固定循环指令前应使用M03或M04指令使主轴回转。4 在固定循环程序段中，X, Y, Z, R 数据应至少指令一个才能进行。使用循环指令注意事项5 孔加工在使用控制主轴回转的固定循环(G74、G84、G76)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时，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，以获得时间6 G80取消固定循环该指令能取消固定循环，同时R点和Z点也被取消。小结 随着社会生产和科学技术的迅速发展,对机械产品的要求日趋精密复杂,而且需要频繁改型,使人们对机械加工设备的要求也越来越高.数控机床在我国工业生产中应用已越来越多,是机械加工领域中高新技术有机优化综合的典型产品.它自动加工零部件,无需使用复杂和专用的工、模夹具,就能很好地解决多品种、小批量、高精度的零件加工.其中,数控铣床的应用非常有代表性。.参考文献