数控铣床编程实例-.pdf

第五节数控铣床编程实例（参考程序请看超级链接）实例一毛坯为 70 70 18 板材，六面已粗加工过，要求数控铣出如图3-23 所示的槽，工件材料为45 钢。1根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线1）以已加工过的底面为定位基准，用通用台虎钳夹紧工件前后两侧面，台虎钳固定于铣床工作台上。2）工步顺序 铣刀先走两个圆轨迹，再用左刀具半径补偿加工50 50 四角倒圆的正方形。每次切深为2，分二次加工完。2选择机床设备根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用XKN7125型数控立式铣床。3选择刀具现采用 10 的平底立铣刀，定义为T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。4确定切削用量切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。5确定工件坐标系和对刀点在 XOY平面内确定以工件中心为工件原点，Z 方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图 2-23 所示。采用手动对刀方法（操作与前面介绍的数控铣床对刀方法相同）把点O作为对刀点。6编写程序按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。考虑到加工图示的槽，深为4，每次切深为2，分二次加工完，则为编程方便，同时减少指令条数，可采用子程序。该工件的加工程序如下（该程序用于XKN7125铣床）：N0010G00Z2S800T1M03N0020X15Y0M08N0030G20N01P1.-2；调一次子程序，槽深为2 N0040G20N01P1.-4；再调一次子程序，槽深为4 N0050G01Z2M09N0060G00X0Y0Z150N0070M02；主程序结束N0010G22N01；子程序开始N0020G01ZP1F80N0030G03X15Y0I-15J0N0040G01X20N0050G03X20YOI-20J0N0060G41G01X25Y15；左刀补铣四角倒圆的正方形N0070G03X15Y25I-10J0N0080G01X-15N0090G03X-25Y15I0J-10N0100G01Y-15N0110G03X-15Y-25I10J0N0120G01X15N0130G03X25Y-15I0J10N0140G01Y0N0150G40G01X15Y0；左刀补取消N0160G24；主程序结束实例二毛坯为 120 60 10 板材，5深的外轮廓已粗加工过，周边留2 余量，要求加工出如图2-24 所示的外轮廓及 20的孔。工件材料为铝。1根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线1）以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上2）工步顺序 钻孔 20。按 O ABCDEFG 线路铣削轮廓。2选择机床设备根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用华中型（ZJK7532A型）数控钻铣床。3选择刀具现采用 20 的钻头，定义为 T02,5 的平底立铣刀，定义为 T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。由于华中型数控钻铣床没有自动换刀功能，按照零件加工要求，只能手动换刀。4确定切削用量切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。5确定工件坐标系和对刀点在 XOY平面内确定以0 点为工件原点，Z方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图 3-24 所示。采用手动对刀方法把0 点作为对刀点。6编写程序（用于华中I 型铣床）按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：1）加工 20 孔程序(手工安装好 20钻头)%1337N0010G92 X5Y5Z5；设置对刀点N0020G91；相对坐标编程N0030G17G00X40Y30；在 XOY平面内加工N0040G98G81X40Y30Z-5R15F150；钻孔循环N0050G00X5Y5Z50N0060M05N0070M022）铣轮廓程序(手工安装好5立铣刀,不考虑刀具长度补偿)%1338N0010G92X5Y5Z50N0020G90G41G00X-20Y-10Z-5D01N0030G01X5Y-10F150N0040G01Y35F150N0050G91N0060G01X10Y10F150N0070G01X11.8Y0N0080G02X30.5Y-5R20N0090G03X17.3Y-10R20N0100G01X10.4Y0N0110G03X0Y-25N0120G01X-90Y0N0130G90G00 X5Y5Z10N0140G40N0150M05N0160M30看了上面的例子，我们对普通的指令有了了解，但是跟高级语言比较，其功能显得薄弱，为了与高级语言相匹配，特地介绍宏指令。通过使用宏指令可以进行算术运算，逻辑运算和函数的混合运算，此外，宏、程序还提供了循环语句，分支语句和子程序调用语句。在宏语句中：变量：#0-#49是当前局部变量#50-#99是全局局部变量常量：PI，TRUE（真），FALSE（假）算术运算符：+，-，*，/条件运算符：EQ“=”，NE“！=”,GT“”,GE“=”,LT“”,LE“=”逻辑运算符：AND,OR,NOT函数：SIN，COS，TAN，ATAN，ATAN2，ABS，INT，SIGN，SQRT，EXP表达式：用运算符连接起来的常量，宏变量构成表达式。例如：100/SQRT2*COS55*PI/180赋值语句：宏变量=表达式。例如：#2=100/SQRT2*COS55*PI/180条件判别语句：IF，ELSE，ENDIF格式：IF 条件表达式|ELSE|ENDIF循环语句：WHILE，ENDW格式：WHILE 条件表达式|ENDW下面就以宏指令编程为例，做两个练习。实例三毛坯为 150 70 20 块料，要求铣出如图2-25 所示的椭球面，工件材料为蜡块。1根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线1）以底面为主要定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上。2）加工路线Y方向以行距小于球头铣刀逐步行切形成椭球形成。2选择机床设备根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用华中型（ZJK7532A型）数控钻铣床。3选择刀具球头铣刀大小 6mm。4确定切削用量切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。5确定工件坐标系和对刀点在 XOY平面内确定以工件中心为工件原点，Z 方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图 2-25 所示。采用手动对刀方法把0 点作为对刀点。6编写程序（用于华中I 型铣床）按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：%8005（用行切法加工椭园台块，X，Y按行距增量进给）#10=100；毛坯 X方向长度#11=70；毛坯 Y方向长度#12=50；椭圆长轴#13=20；椭圆短轴#14=10；椭园台高度#15=2；行距步长G92 X0 Y0 Z#13+20G90G00 X#10/2Y#11/2M03G01 Z0X-#10/2Y#11/2G17G01 X-#10/2Y-#11/2X#10/2Y#11/2#0=#10/2#1=-#0#2=#13-#14#5=#12*SQRT1-#2*#2/#13/#13G01 Z#14WHILE#0 GE#1IFABS#0LT#5#3=#13*SQRT1-#0*#0/#12*#12IF#3 GT#2#4=SQRT#3*#3-#2*#2G01 Y#4F400G19 G03 Y-#4J-#4K-#2ENDIFENDIFG01 Y-#11/2F400#0=#0-#15G01 X#0IFABS#0LT#5#3=#13*SQRT1-#0*#0/#12*#12IF#3 GT#2#4=SQRT#3*#3-#2*#2G01 Y-#4F400G19 G02 Y#4J#4K-#2ENDIFENDIFG01 Y#11/2F1500#0=#0-#15G01 X#0ENDWG00 Z#13+20M05G00 X0 Y0M02实例四毛坯 200 100 30 块料，要求铣出如图2-26 所示的四棱台，工件材料为蜡块。掌握数控编程基本方法并在此基础上有更大的提高，必须进行大量的编程练习和实际操作，在实践中积累丰富的经验。编程前，要做大量的准备工作，如：了解数控机床的性能和规格；熟悉数控系统的功能及操作；加强工艺、刀具和夹具知识的学习，掌握工艺编制技术，合理选择刀具、夹具及切削用量等，将工艺等知识融入程序，提高程序的质量；养成良好的编程习惯和风格，如程序中要使用程序段号、字与字之间要有空格、多写注释语句等，使程序清晰，便于阅读和修改；编程时尽量使用分支语句、主程序及宏功能指令，以减少主程序的长度。具体加工工艺和装夹方法和其余各题一样，这里略。程序如下：（用于华中I 型铣床）%1978#10=100;底平面 EF的长度，可根据加工要求任定#0=#10/2；起刀点的横座标（动点）#100=20；C 点的横座标#1=20；C 点和 G点的纵向距离#11=70；FG的长度#20=-#10/2；E 点的横座标#15=3；步长#4=16；棱台高#5=3；棱台底面相对于Z=0 平面的高度#6=20；C 点的纵座标G92 X0 Y0 Z#4+#5+2；MDI 对刀点 Z 向距毛坯上表面距离G00 X0 Y0G00 Z#4+10M03G01 X#0Y#11/2Z#5；到 G点WHILE#0 GE#20；铣棱台所在的凹槽IFABS#0LE#100G01 Y#1F100X0 Y0 Z#4+#5X#0Y-#1Z#5Y-#11/2ENDIFG01 Y-#11/2F100#0=#0-#15G01 X#0IFABS#0le#100G01 Y-#1X0 Y0 Z#4+#5X#0Y#1Z#5Y#11/2ENDIFG01 Y#11/2#0=#0-#15G01 X#0ENDWG01 Z#4+20X0 Y0X#1Y#1Z#5WHILE ABS#6LE#1；铣棱台斜面#6=#6-#15G01 Y#6X0 Y0 Z#4+#5X-#1Y-#6Z#5G01 Y-#6+#15X0 Y0 Z#4+#5X#1Y#6Z#5ENDWG00 Z#4+20G00 X0 Y0M05M30参数编程四.参数编程与子程序1.参数编程（1）R 参数1）本系统内存提供从R0-R299共 300个参数地址。R0-R99-可以自由使用；R100-R249-用于加工循环传递参数；R250-R299-用于加工循环的内部计算参数。2）参数地址中存储的内容，可以由编程员赋值，也可通过运算得出。通过用数值、算术表达式或参数，对已分配计算参数或参数表达式的NC地址赋值来增加 NC程序通用性。3）赋值时在地址符之后写入符号“=”。给坐标轴地址赋值时要求有一独立的程序段。4）计算参数时，遵循通常的数学运算规则。例：N10 R1=R1+1N20 R1=R2+R3R4=R5-R6 R7=R8*R9 R10=R11/R12N30 R13=SIN（25.3）N40 R14=R3+R2*R1N50 R15=SQRT（R1*R1+R2*R2）（2）参数编程例：N10 G1 G91 X=R1Z=R2F300N20 Z=R3N30 X=-R4N40 Z=-R5.2.子程序一个零件中有几处加工轮廓相同，可以用子程序编程。子程序调用由程序调用字、子程序号和调用次数组成。子程序调用要求占一独立程序段。例：N10 L785 P4；调用子程序 L785，运行 4 次。五、循环加工指令加工循环是用于特定的加工过程的工艺子程序，通过给规定的计算参数赋值就可以实现各种具体的加工。本系统中装有以下标准循环：LCYC82钻削、沉孔加工LCYC83深孔钻削LCYC840带补偿夹具的螺纹切削LCYC84不带补偿夹具的螺纹切削LCYC85镗孔LCYC60线性孔排列LCYC61圆弧孔排列LCYC75矩形槽、键槽、圆形凹槽铣削1.钻削、沉孔加工LCYC82刀具以编程的主轴速度和进给速度钻孔，直至到达给定的最终钻削深度。在到达最终钻削深度时可以编程一个停留时间。退刀时以快速移动速度进行。参数含义、数值范围R101退回平面（绝对平面）R102安全距离R103参考平面（绝对平面）R104最后钻深（绝对平面）R105在此钻削深度停留时间图 6-12表 6-3循环时序过程及参数例：使用 LCYC82 循环，程序在 XY平面上X24Y15位置加工深度为 27 毫米的孔，在孔底停留时间2 秒，钻孔坐标轴方向安全距离为 4 毫米，循环结束后刀具处于X24 Y15Z110。N10 G0 G17 G90 F500 T2 D1 S500 M4N20 X24 Y15N30 R101=110R102=4R103=102R104=75N40 R105=2N50 LCYC82N60 M2图 6-132.铣削循环 LCYC75参数含义、数值范围R101退回平面（绝对平面）R102安全距离R103参考平面（绝对平面）R104凹槽深度（绝对数值）R116凹槽圆心横坐标R117凹槽圆心纵坐标R118凹槽长度R119凹槽宽度R120拐角半径R121最大进刀深度R122深度进刀进给率R123表面加工的进给率R124表面加工的精加工余量R125深度加工的精加工余量R126铣削方向：（G2或 G3）R127铣削类型：1-粗加工2-精加工表 6-4（1）方槽铣削用下面的程序，可以加工一个长度为60 毫米，宽度为 40 毫米，圆角半径 8毫米，深度为 17.5 毫米的凹槽。使用的铣刀不能切削中心，因此要求预加工凹槽中心孔（LCYC82）。凹槽单边精加工余量为0.75 毫米，深度为 0.5 毫米，Z 轴上到参考平面的安全距离为5 毫米。凹槽的中心点坐标为X60 Y40，最大进刀深度为 4 毫米。加工分粗加工和精加工（图6-14）。N10 G0 G17 G90 F200 S300 M3 T4 D1N20 X60 Y40 Z5N30 R101=5R102=2 R103=0R104=-17.5 R105=2N40 LCYC82N50 N60 R116=60R117=40R118=60R119=40 R120=8N70 R121=4R122=120R123=300R124=0.75 R125=0.5N80 R126=2R127=1N90 LCYC75N100 N110 R127=2N120 LCYC75N130 M2图 6-14（2）圆槽铣削R118=R119=2*R120图 6-15（3）键槽铣削R119=2*R120图 6-16第二节数控铣床编程举例例 6-1：加工图 6-17 中四个型腔，槽深2 毫米，试编程。解：1）图中共有四个凹槽，为了避免编程中的尺寸换算，可利用零点偏置功能，在编制四个局部图形程序时，分别将工件零点偏置到O1，O2，O3，O4 点。工件起始零点设在O点，建立工件坐标系如图。2）T01为直径 5 毫米立铣刀，主轴转速800r/min，进给量为 50mm/min。3）编程如下：P10N10 G17 G90 T01 M03 S800N20 G158 X10 Y5N30 G0 X0 Y0 Z2N40 G1 Z-2 F150N50 X15N60 G3 X15 Y40 I0 J20N70 G1 X0N80 Y0N90 G158 X80 Y25N100 G0 X20 Y0 Z2N110 G1 Z-2N120 G2 X20 Y0 I-20J0N130 G158 X80 Y75N140 G0 X11.547 Y20 Z2N150 G1 Z-2N160 X23.094 Y0N170 X11.547 Y-20N180 X-11.547N190 X-23.094Y0N200 X-11.547 Y20N210 X11.547N220 G158 X10 Y55N230 G0 X0 Y0 Z2N240 G1 Z-2N250 X40N260 Y20N270 X20N280 Y40N290 X0N300 Y0N310 G158N320 G0 X0 Y0 Z100N330 M02图 6-17例 6-2：在图 6-18 所示块料上，用球头铣刀粗铣型腔，每次正向切深 ap5mm，工件材料为 LH11。请编程。解：1）确定工艺方案及路线：采用刀具半径补偿功能在XOZ平面内插补运动，用循环程序或子程序，在Z向深度逐层增加。每层次刀具起点为A1、A2、A3、A4、A5，刀心轨迹为“1-2-3-4-5-6-2”，将“1-2”作为一循环单元。图 6-19 为二维刀心轨迹。2）刀具及切削用量选择：T01球头铣刀（直径16mm），主轴转速 1500r/min，进给量为 100mm/min。3）数值计算：轨迹点及圆心坐标A（-70，0）B（-26.25，16.54）C（26.25，16.54）D（70，0）O1（-45，0）O2（0，39.69）O3（45，0）循环次数 n 及步距 b（2n-1）b=80-d（d=16mm）取 n=4 得 b=9.144）编程：p30N10 G90 G00 X0 Y0 Z25N20 S1500 M03T01 D01N30 G17 G42 X-70 Y40N40 L6-3 P5N50 G90 G18 G00 Z100N60 G40 X0 Y0N70 M02L6-3N10 G01 G18 G91 Z-5 F100N20 L6-3-1P4N30 G01 G18 Z2N40 G90 G00 X-70 Y40N50 G01 G91 G18 Z-2N60 M02图 6-18L6-3-1N10 G02 G18 X43.75 Z-16.54I25 K0N20 G03 X52.5 Z0 I26.25K-23.15N30 G02 X43.75 Z-16.54I18.75K16.54N40 G01 G17 Y-9.14N50 G03 G18 X-43.75 Z-16.54I-25K0N60 G02 X-52.5 Z0 I-26.25K-23.15N70 G03 X-43.75 Z16.54 I-18.75K16.54N80 G01 G17 Y-9.14N90 M02用户宏在加工中心上的应用一例无锡龙力机械有限公司曹焕华用户宏功能是多数数控系统所具备的辅助功能，合理地使用好该功能可以使加工程序得到大大简化。用户宏功能有A 类和 B 类两种，用A 类宏功能编译的加工程序，程序主体比较简单，但需记忆较多的宏指令，程序的可读性差，而用B 类宏功能编译的程序，则具有较好的可读性，且只需记忆较少的指令代码。本例就使用B 类宏功能编程，并通过详细的数学分析来说明用宏指令编程如何建立合理的数学模型。一、应用实例如图 1 所示的零件为一盘片零件的铸造模具，现要求在加工中心上加工15 条等分槽（图中仅标注编程所需尺寸）。图 1 示例零件图该零件决定在带有FANUC15M 数控系统的3000V 上加工。该加工中心为3MX1.1M工作台的龙门加工中心。槽锥度 14 及槽底圆弧由球头成形铣刀加工保证，不考虑刀具半径补偿（加工坐标如图中所示）。本例只编制最终精加工程序，之前的粗加工则可以通过该程序在Z 方向上的抬刀来实现。经过对 FANUC15M数控系统功能的分析发现，加工R380 圆弧时，由于R380 不在某一基准平面，即无法用G17、G18 或 G19 指定加工平面，因此 R380 圆弧不能直接使用G02 或G03 指令加工，只能将该圆弧分解为若干段直线段分别计算各端点坐标，再指令刀具按X、Y、Z 方向进行直线加工，用直线逼近圆弧的方法最终形成R380 圆弧。首先计算出第一条槽各交点座标，并用极座标表示，圆周上各条槽对应点的极半径及Z 深度均一致，仅角度有变化。图1 中各点位置如下：a 点极半径105，Z 坐标-50；b 点极半径 282.417，Z 坐标-34.478；c 点极半径382，Z 坐标-12；R380 圆弧的圆心角为15.44。在加工时需将极坐标转换为直角坐标，转换时只要将各点极半径分别按偏移角度（程序中参数 2）投影至 X、Y 轴即可。在加工 R380 时应将该圆弧分解成若干直线段，以G01 方式来近似加工圆弧根据实际加工要求，圆弧每隔0.5 圆心角确定一点，计算出各点坐标然后以G01 连接各点即可加工出R380 圆弧（实际加工后圆弧符合图纸要求），如图2 所示。图 2 实际加工尺寸图 2 中，b 点为 R380 与直线切点，其极半径已求出；9 为圆弧上待求点圆心角变量。由图可先求得：d 点极半径 282.417-380sin5=249.298，高度 Z=-34.478-（380/cos5-380cos5）=-37.376，则 e 点极半径 249.298+380sin（5+#9），高度Z=-37.376+（380/cos5-380cos（5+#9）同样求出的各点极坐标也需转换成直角坐标才能加工。求出第一点位置后，再使圆心角9增加 0.5 计算下一点位置。R380 圆弧加工结束后，再转入下一条槽的加工。本程序需使用二重循环，在每一条槽中先用循环计算并加出圆弧，然后跳出该循环继续加工下一条槽。本例中循环采用WHILEDOm.ENDm当条件被满足时，DOm 至 ENDm 间的程序段被执行，当不被满足时，则执行 ENDm之后的程序。由以上分析，可画出该宏程序的结构流程图，如图3 所示。图 3 程序的结构流程图根据程序流程图可编写出零件的加工程序如下：T1 M06G0G90G54X0Y0G43H01Z100.0M03S400#1=15;#2=360/#1;WHILE#2LE360Do1;#3=80.0*COS#2;#4=80.0*SIN#2;#5=105.0*COS#2;#6=105.0*SIN#2;#7=282.417*COS#2;#8=282.417*SIN#2;G0X#3Y#4;G1Z-50.0F500;X#5Y#6F100;X#7Y#8Z-34.478;#9=0.5;WHILE#9LT16Do2;#10=380.0*SIN5+#9;#11=380.0*COS5+#9;#12=(249.298+#10)*COS#2;#13=(249.298+#10)*SIN#2;#14=-37.376+（380/COS5-#11）;G1X#12Y#13Z#14;#9=#9+0.5;END2;G0Z50.0;#2=#2+360/#1;END1;G91G28Z0M05;G91G28X0Y0;M30;注：程序中X#3,Y#4点为落刀点位置。二、结束语在本例的编程过程中数学计算较繁琐，相比较而言，若使用坐标系旋转的方法编程则可省去R380 圆弧的相关计算，使程序更为简洁，但坐标系旋转功能在不同的数控系统中其相应的功能指令不尽相同，因此需针对具体数控系统编写相应的加工程序，而通过本例主要是为了阐述数控宏功能在实际应用时所需遵循的编程原则与思路。另外对程序的分析还不难发现：若零件中均布槽由15 条改为 18 条（或任意条数n），则只需将程序中参数变量1 改为18（或 n）即可，而不需再对程序作其它任何改动，这一点相对于一些自动编程软件（如MasterCAM等）则要灵活得多。