数控铣削程序编制实践

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：通常数控铣床的机床原点与参考点是重合的。在程序执行过程中，数控系统根据加工程序调用这些补偿值并自动计算实际的刀具中心运动轨迹，控制刀具完成零件的加工。

1.数控铣削编程的特点

1）数控铣床的数控装置具有多种插补方式，一般都具有直线插补和圆弧插补，有的还具有抛物线插补、极坐标插补和螺旋线插补等多种插补功能。编程时可充分合理地选择这些功能，以提高数控铣床的加工精度和效率。

2）程序编制时要充分利用数控铣床完善的功能，如刀具长度补偿、刀具半径补偿和固定循环、对称加工等功能。

3）由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单。非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，一般要采用计算机辅助自动编程。

2.加工程序代码标准

数控加工所编制的程序，要符合具体的数控系统的格式要求。当今世界上使用的数控系统有上百种，在我国所有的数控机床中，绝大部分都使用FANUC或SIEMENS数控系统，二者都符合ISO或EIA标准，但在具体格式上还有区别，见表5-4。

表5-4 FANUC和SIEMENS数控系统在程序格式上的区别

3.数控铣床坐标系与工件坐标系设定

（1）数控铣床坐标系设定在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，如图5-25中的O₁。机床参考点则是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置，它与机床原点的相对位置是固定的，机床参考点的位置是机床出厂之前由机床制造商在每个进给轴上用限位开关精确测量调整好的，参考点相对于机床原点的坐标值已存储到数控系统中。

机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点，数控机床开机时，首先要进行返回参考点的操作，以确认参考点，机床才能运行。通过参考点的确认，从而确定了机床原点。机床原点被确定后，刀具或工作台的移动就有了基准。通常数控铣床的机床原点与参考点是重合的。

图5-25 数控铣床坐标系

（2）工件坐标系设定

1）工件坐标系预置寄存指令G92。在采用绝对坐标指令编程时，必须先建立一坐标系，用来确定绝对坐标系原点（又称为编程原点）设在距对刀点的什么位置，从而确定工件坐标系与机床坐标系之间的位置逻辑关系，这可用G92实现，如图5-26所示。

格式：G92 Xa Yb Zc；

其中，a、b、c为对刀点在所设定的工件坐标系中的坐标值。

图5-26中，则为：

G92 X30.0 Y30.0 Z25.0；

注意，G92为一个非运动指令，它只有在绝对坐标编程时才有意义，只是设定工件坐标系原点，设定的坐标系在机床重开机时消失。

2）工件坐标系选择指令G54～G59。数控铣床除了可用G92指令建立工件坐标系以外，还可以用G54～G59指令来设定6个工件坐标系。该指令不像G92指令那样，需要在程序段中给出对刀点在工件坐标系中的坐标值，而是在数控程序执行前，测量出工件坐标系原点相对于机床坐标系原点在X、Y、Z各轴方向的偏置值，然后将其输入到数控系统的工件坐标系偏置值寄存器中。系统在执行数控程序时，则从寄存器中读取该偏置值，在设定好的工件坐标系中按照数控指令坐标值运动。

在图5-27中，用G54设定工件坐标系的程序段如下：

N5 G90 G54 G00 X100.0 Y50.0 Z200.0；

图5-26 G92指令

图5-27 工件坐标系选择指令

其中，G54为设定工件坐标系，其原点与机床坐标系原点的偏置值已输入到数控系统的寄存器中，其后执行G00 X100.0 Y50.0 Z200.0时，刀具就快速移动到G54所设定的工件坐标系中X100.0 Y50.0 Z200.0位置上。

4.刀具补偿

利用数控系统的刀具补偿功能，包括刀具半径及长度补偿，使编程时不需要考虑刀具的实际尺寸，而按照零件的轮廓计算坐标数据，有效简化了数控加工程序的编制。在实际加工前，将刀具的实际尺寸输入到数控系统的刀具补偿值寄存器中。在程序执行过程中，数控系统根据加工程序调用这些补偿值并自动计算实际的刀具中心运动轨迹，控制刀具完成零件的加工。当刀具半径或长度发生变化时，无需修改加工程序，只需修改刀具补偿值寄存器中的补偿值即可。

需要注意的是，绝大部分的数控系统的刀具半径补偿只能在一个坐标平面中进行，刀具长度补偿只能在刀具的长度方向（Z坐标方向）进行，在四轴半联动加工时，刀具半径补偿和刀具长度补偿是无效的。

（1）刀具半径补偿。铣削加工的刀具半径补偿分为刀具半径左补偿（G41）和刀具半径右补偿（G42），一般使用非零的D代码确定刀具半径补偿值寄存器号，用G40取消刀具半径补偿。刀具补偿有建立、执行及撤销的过程，有一定的规律性和格式要求。

图5-28 刀具补偿的建立、执行与撤销

1）刀具半径补偿的建立。如图5-28所示，刀具从位于工件轮廓外的开始点S以切削进给速度向工件运动并到切入点D，程序数据给出的是开始点S和工件轮廓上切入点O的坐标，而刀具实际是运动到距切入点一个刀具半径的点A，即到达正确的切削位置，建立刀具半径补偿。刀具半径补偿的运动指令使用G00或G01与G41或G42的组合，并指定刀具半径补偿值寄存器号。程序如下：

N1 G00 G90 X-20 Y-20；（刀具运动到开始点S）

N2 G17 G01 G41 X0 Y0 D01 F200；（在A点切入工件，建立刀具左补偿，刀具半径补偿值存储在01号寄存器中）

或

N2 G17 G01 G42 X0 Y0 D01 F200；（在E点建立刀具右补偿）

2）刀具半径补偿的执行。除非用G40取消，否则，一旦刀具半径补偿建立后就一直有效，刀具始终保持正确的刀具中心运动轨迹。程序如下：

3）刀具半径补偿的撤销。当工件轮廓加工完成，要从切出点E或A回到开始点S时，就要取消刀具半径补偿，恢复到未补偿的状态，程序如下：

N7 G01 G40 X-10 Y-10；

需要说明的是，G41或G42必须与G40成对使用，否则程序不能正确执行。

（2）刀具长度补偿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。

刀具长度补偿分为刀具长度正补偿（G43）和刀具长度负补偿（G44），使用非零的H代码确定刀具长度补偿值寄存器号。取消刀具长度补偿用G49。

刀具长度补偿也有刀具长度补偿的建立、执行和撤销三个过程，与刀具半径补偿的相类似。

（3）刀具补偿的运用当数控加工程序编制好后，可以灵活地利用刀具补偿值来适应加工中出现的各种情况。

一般情况下，刀具补偿值是刀具的实际尺寸，如铣刀的半径、铣刀的长度。如果需要在工件的轮廓方向或高度方向留余量，就可以在现有的刀具补偿值基础上加上余量作为新的刀具补偿值输入，重新执行程序即可。如图5-29所示，若将刀具半径加上2mm作为刀具补偿值，执行程序，则得到刀具中心轨迹1，即可在零件轮廓方向上留2mm的余量。如果再输入刀具半径值，执行同一程序，则得到刀具中心轨迹2，即将所留的2mm余量去除。