项目五 铣削编程

项目五 铣削编程 任务5.1 铣削程序及编程指令学习 任务5.2 数控铣床坐标系 任务5.3 简单轮廓零件 任务5.4 孔加工 项目五 铣削编程 任务5.1 铣削程序及编程指令学习 任务5.2 数控铣床坐标系 任务5.3 简单轮廓零件 任务5.4 孔加工 任务5.5子程序 任务5.6椭圆零件加工 任务5.7项目训练

铣削程序及编程指令学习 1.程序结构 一个完整的数控加工程序由程序号、程序段和程序结束。 在加工程序的开头要有程序号，以便进行程序检索。程序号就是给零件加工程序一个编号，并说明零件加工程序的开始，常用符号%及其后4位十进制表示，形式如%XXXX，数字中间零可以省略，有时也用字符O或P打字编码。

任务5.1 铣削程序及编程指令学习 2.程序段格式 零件加工程序是由程序段组成的、每个程序段又由若干个数据字组成，每个字是控制系统的具体指令，它是由表示地址的英文字母、特殊文字和数字集合而成。程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的安排形式，可分为固定程序段格式和可变程序段格式。

任务5.1 铣削程序及编程指令学习 3.程序段中指令 （1）准备功能指令 （2）辅助功能代码

1.坐标系基本规定 同数控车床一样，数控铣床（含加工中心）坐标系也是采用右手笛卡尔直角坐标系，如图5.1所示。 ①.刀具相对工件运动的原则：编程人员编程时可以假定机床加工时工件是静止的。 ②.机床进给运动的名称、方向：规定机床进给运动的坐标轴向用X、Y、Z表示。

③.机床进给运动正方向：即刀具靠近工件表面为负方向，标注为－X、－Y、－Z，刀具远离工件表面为正方向，标注为+X、+Y、+Z。 2.机床坐标轴 ①.Ｚ轴坐标的运动方向：一般取产生切削动力的主轴轴线方向为Z轴方向。 ②.X轴坐标的运动方向：当Z轴竖直（立式）时，人从刀具主轴向立式机床的立柱面向时，他的右手方向为+X方向，如图5.2所示；当Z轴水平（卧式）时，人从刀具主轴向工件面向时，他的右手方向为+X方向，如图5.3所示。

3.工件坐标系 在数控编程的过程中，需要在零件图纸上也设定一个坐标系，通常称为编程坐标系或工件坐标系，工件坐标系坐标轴的名称和方向应与所选用机床的坐标系坐标轴的名称和方向一致。 4.机床参考点和工件零点 机床参考点（R点）是机床坐标系中一个固定不变的位置点，通过机床回参考点操作，确认某进给运动方向的坐标测量初始点。 5.绝对坐标和相对坐标 绝对坐标：在数控编程时，以编程原点计算得出的点的坐标值。 增量坐标：运动轨迹的终点坐标是相对于其起点坐标计算得出的。

任务5.3 简单轮廓零件 加工如图所示零件，保证零件尺寸精度、表面粗糙度、形位公差，用φ10 mm 的三齿立铣刀进行精加工，通过实施本任务帮助学生熟练掌握零件外轮廓铣削加工的基本技能。

一、刀具半径补偿的概念和应用 数控铣床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。但在铣削二维轮廓时，由于刀具存在一定的直径，使刀具中心轨迹与零件轮廓不重合，如图所示。 若编程时不考虑刀具半径，直接按轮廓线进行编程，刀具中心（刀位点）行走轨迹将和图样上的零件轮廓轨迹重合，从而造成过切或少切现象。为了确保铣削加工出的轮廓符合要求，编程员必须依据图样尺寸要求结合刀具半径计算出新的节点坐标，再根据这些坐标值进行编程，如图所示。

利用数控机床自动进行刀具半径补偿法可大大简化编程时的计算工作，并且还可以利用同一个程序、同一把刀具，通过设置不同大小的刀具半径值而逐步减少切削余量的方法来达到粗、精加工的目的，如图所示。 二、刀具半径补偿指令 1. 指令格式

（2） 取消刀具半径补偿指令 3. 刀具半径补偿的过程 如图所示，刀具半径补偿在整个程序中的应用共分刀补建立、刀补进行和刀补取消三个过程。

（3）圆弧插补指令 ①.指令书写格式： G17 G02/G03 X__Y__ I__J__/R__ F__； G18 G02/G03 X__Z__ I__K__/R__ F__； G19 G02/G03 Y__Z__ J__K__/R__ F__； a.G02表示顺时针圆弧(顺圆)插补，G03表示逆时针圆弧(逆圆)插补。 b.I、J、K表示圆心相对于圆弧起点的增量坐标值，有正负之分，且不受G90控制。 c.有些数控系统允许用半径参数R来代替圆心坐标参数I、J、K编程,在同一半径的情况下,从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性,因此在用半径值编程时，R带有“±”号。

1.零件图工艺分析 该零件为轮廓类零件，外形为矩形；由零件图可看出，该零件有尺寸精度要求、平行度要求；所用材料为 45 钢，材料硬度适中，便于加工；宜选择普通数控铣床加工。 2.确定零件的装夹方式 由于该零件结构及其所对应的毛坯结构均为矩形，宜用平口钳装夹。 3.确定加工顺序 精铣外轮廓。 4.确定走刀路线 切削起点选（X10，Y-20），顺时针方向加工，切削终点选（X10，Y86）。 5.刀具的选择 由于零件材料为 45 钢，可加工性能较好，宜选用高速钢立铣刀，如φ10mm 的三齿立铣刀精加工外轮廓。 6.切削用量的选择 精加工外轮廓时，f =100mm/min ，ap=0.5mm, n =400 r/min 。

7、任务实施 编写程序（略） 8、拓展学习 刀具长度补偿指令 ①.指令书写格式： G43 G00/G01 Z___H___；(实现刀具长度正补偿） G43 G00/G01 Z___H___；（实现刀具长度负补偿） ②.指令说明： a.Z值是程序中给定的坐标值。 b.H值是刀具长度补偿值寄存器的地址号，该寄存器中存放着补偿值。 c.假定寄存器H内的补偿值为正，则G43、G44指令执行的结果:执行G43时，Z实际值=Z指令值+(H--)(离开工件补偿)；执行G44时，Z实际值=Z指令值-(H--)(即趋向工件补偿)。

制定加工工艺 1.零件图工艺分析 该零件为孔类零件，外形为矩形，加工通孔，零件结构合理；由零件图可看出，该零件有尺寸精度、表面粗糙度要求；所用材料均为 45 钢，材料硬度适中，便于加工，宜选择普通数控铣床加工。 2.确定零件的装夹方式 由于该零件结构及其所对应的毛坯结构均为矩形，宜用平口钳装夹，为避免钻到钳身可加适当厚度的垫板。 3.确定加工顺序 加工顺序为：钻5个中心孔→钻4个φ12和1个φ14的通孔→扩1个φ14 的通孔→铰4个φ12 的通孔→铰1个φ14 的通孔。

4.确定走刀路线（如图所示） （1）按1、2、3、4、5 的顺序钻中心孔。 （2）按1、2、3、4、5 的顺序钻φ12和φ14的孔。 （3）扩中心位置φ14 的孔。 （4）按 1、2、3、4 的顺序铰φ12的孔。 （5）铰中心位置φ14 的孔。

一、孔加工固定循环指令 1. 孔加工固定循环指令的定义 在数控加工中，某些加工动作已典型化，如钻孔、镗孔的动作顺序是孔位平面定位、快速引进、切削进给、快速退回等，这一系列动作已预先编好程序，存储在内存中，可用包含 G 代码的一个程序调用从而简化了编程工作，这种包含典型动作循环的 G 代码称为循环指令。

孔加工循环指令为模态指令，一旦某个孔加工循环指令有效，在接着的所有（X，Y）位置均采用该孔加工循环指令进行孔加工，直到用 G80 取消孔加工循环为止。在孔加工循环指令有效时，（X，Y）平面内的运动（即孔位之间的刀具移动）为快速运动（G00）。如表所示。

如图所示，一个孔加工通常由以下 6 个动作完成： 动作 1：快速定位至初始点，X、Y 表示初始点在初始平面的位置； 动作 2：Z 轴快速定位至 R 点； 动作 3：孔加工，以切削进给的方式进行孔加工的动作； 动作 4：孔底动作，包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作； 动作 5：Z 轴返回 R 点，继续孔加工时刀具返回至 R 点平面； 动作 6：快速返回至初始点，孔加工完成后返回初始点平面。 初始平面：是为安全下降刀具规定的一个平面。初始平面到零件表面的距离可以设定在一个安全的高度上，一般为50～100mm 。

R 平面：又称参考平面 R ，这个平面是刀具进刀时由快速进给转为切削进给的平面，距工件表面的距离主要通过考虑工件表面尺寸的变化来确定，一般可取 3～5 mm 。加工盲孔时孔底平面就是孔底的 Z 轴深度；加工通孔时刀具一般要伸出工件底平面一段距离，主要是为保证全部孔深都加工到尺寸；钻削加工时还需考虑钻尖对孔深的影响。

2. 固定循环指令 （1） 指令格式 式中，G98/G99：返回位置； G73～G89：孔加工指令； X、Y：孔的位置； Z：孔底位置； R：参考平面的高度； Q：每次进给深度（G73/G83）或刀具在轴上的反向位移增量（G76/G87）； P：刀具在孔底的暂停时间，单位为 ms； F：切削进给速度； K：重复次数，未指定时默认为 1 次。

（2）指令说明 在孔加工循环结束后刀具的返回方式有返回初始平面和返回 R 平面两种方式，如图所示。 G98 和 G99 指令的区别在于：G98 是孔加工完成后返回初始平面，为默认方式；G99是孔加工完成后返回 R 平面。

二、钻孔循环指令 1. 钻孔和锪孔指令 G8G82 （1） 指令格式 （2）指令说明 1）G81 指令的动作循环为 X、Y 坐标定位、快速进给、切削进给和快速返回等动作，如图 所示。 2）G82 与 G81 动作相似，唯一不同之处是 G82 在孔底增加了暂停，因而适用于盲孔、锪孔或镗阶梯孔的加工，以提高孔底表面加工精度，而 G81 只适用于一般孔的加工。

2. 深孔往复排屑钻孔指令 G83 （1） 指令格式 （2） 指令说明 G83指令同样适用于深孔加工，孔加工动作如图所示，每次刀具间歇进给后退至R平面，此处的“Q”表示每次切削深度（增量值，用正值表示，负值无效）。下次进刀，快速进刀到上次孔深减去 d （安全距离）值处，再转为切削进给。d 值已放置在数控系统中，无须用户设定。 3. 高速深孔往复排屑钻指令 G73

（2） 指令说明 G73指令用于深孔加工，孔加工动作如图所示。该固定循环用于 Z 轴方向的间歇进给，深孔加工时可以较容易地实现断屑和排屑，减少退刀量，加工效率高。Q 值为每次的进给深度，最后一次进给深度 ≤Q ，退刀量为 d ，直到孔底位置为止，退刀默认快速。该钻孔加工方法因为退刀距离短，所以钻孔速度比 G83 快。

三、取消固定循环指令 G80 取消固定循环可用 G80 指令，也可用 G00、G01、G02、G03 固定循环指令。1.指定固定循环之前，必须用辅助功能 M03 使主轴正转；当使用了主轴停止转动指令之后，一定要重新使主轴正转后，再指定固定循环。 2.指定固定循环状态时，必须给出 X、Y、Z、R 中的每一个数据，固定循环才能执行。 3.操作时，若利用复位或急停按钮使数控装置停止，固定循环加工和加工数据仍然存在，所以再次加工时，应该使固定循环剩余动作进行到结束。

三、任务实施 编写程序（略） 四、拓展学习 （1）精镗孔循环指令 ①.指令书写格式： G76 X__Y___Z___R___Q___P____F___； ②.指令说明： 孔加工的动作如图5.23所示， P 表示在孔底有暂停，Q表示刀具偏移量。精镗时为了不使刀具在退刀过程中划伤孔表面，可以使用高精镗循环指令G76。机床执行指令G76时，刀具从初始点移至R点，并开始进行精镗切削，直至孔底主轴准停，刀尖离开已加工表面（让刀），然后快速退刀，刀具复位。

（2）攻螺纹指令格式 ①.指令书写格式： G84 X__Y__Z__R__F__； G74 X__Y__Z__R__F__； ②.指令说明： a.G84 为攻右旋螺纹；G74 为攻左旋螺纹。 b.G84 指令使主轴从 R 点移至 Z 点时，刀具正向进给，主轴正转，攻进至孔底时主轴反转，返回到 R 点平面后主轴恢复正转，如图5.24（a）所示。

任务5.5子程序

工艺分析 （1）确定零件的装夹方式 由于该零件结构及其所对应的毛坯结构均为矩形，宜用平口钳装夹。 （2）确定加工顺序 加工顺序为：粗加工方齿槽，然后精加工。 （3）确定加工路线 为了提高表面铣削精度，精加工加工路线的设计为顺铣，如图5.26所示。 （4）刀具的选择 选用Ø8mm硬质合金键槽刀进行粗铣、精加工。 （5）数控加工工序卡片

2.子程序学习 （1）子程序的概念 在程序中含有某些固定顺序或重复出现的程序区段时，把这些固定顺序或重复区段的程序作为子程序单独存放，通过在主程序内应用调用指令调用子程序。为进一步简化程序在子程序中还可以再去调用另外的子程序，如图5.27所示。

（2）子程序的格式 O××××； 子程序号 ……； M99； 子程序结束，执行 M99 返回到主程序。 （3）调用子程序的格式 ①.指令书写格式： 格式一：M98 P ××× ××××； 格式二：M98 P ×××× L ××××；

②.指令说明： 格式一中 P 后的后四位数字是被调用子程序的程序号，前三位是调用的重复次数（调用次数为一次时省略不写）。如“M98 P50003 ；”表示调用 0003 号子程序五次。格式二中 P 后的四位数字为子程序号，L 后的四位数字为重复调用次数，如“M98 P1005 L3；”表示调用 1005 号子程序三次。

3.任务实施 编写程序（略）。 4、拓展学习 （1）镜像 ①.指令书写格式： G51.1 X_ Y_； G50.1； G51.1 表示可编程镜像指令。 X_ Y_指定对称轴或对称点，当仅有一个坐标字时，该镜像是以某一坐标轴为镜像轴。 G50.1 表示取消镜像。 (2)旋转变换

①.指令书写格式： G68 X__Y__ Z__ R__； G69； ②.指令说明  a.G68建立旋转；G69取消旋转。  b.X、Y、Z为旋转中心的坐标值。  c.R为旋转角度，单位是度，范围在0°≤R≤360°。 d.G68、G69为模态指令可相互注销，G69为缺省值。

任务5.6椭圆零件加工

工艺分析 （1）确定零件的装夹方式 采用普通台虎钳装夹。 （2）确定加工顺序 具体加工顺序为：先加工椭圆，然后加工中心阶梯圆和四个倒角，最后才加工两个圆弧槽。 （3）刀具的选择 ①.Ø16mm立铣刀加工外轮廓。 ②.Ø8mm立铣刀加工圆弧槽。 （4）数控加工工序卡片

2.宏程序学习 （1）FANUC宏程序的构成 ①.包含变量。 ②.包含算术或逻辑运算（=）的程序段。 ③.包含控制语句（例如：GOTO，DO，END）的程序段。 ④.包含宏程序调用指令（G65，G66， G67或其他G代码，M代码调用宏程序）的程序段。 （2）FANUC宏程序的变量

（3）FANUC宏程序运算符 （4）FANUC宏程序的转移和循环语句 ①.无条件转移：GOTO n； （n为顺序号，1—99999） 例：GOTO 10为转移到N10程序段。 ②.条件转移：（IF语句），IF [条件表达式] GOTO n； 当指定的条件表达式满足时，转移到标有顺序号n的程序段，如果指定的条件表达式不满足时，执行下个程序段，如图5.29所示。

③.循环 (WHILE 语句) 在WHILE后指定一个条件表达式， 当指定条件满足时， 执行从DO到END之间的程序。否则，转到 END后的程序段，如图5.30所示。

3.任务实施 程序编写（略）

任务5.7综合项目训练

1.项目任务分析 此工件编程与操作难度适中，从图样中可以看到该零件由4个角度为30°深度为8mm的开口槽，一个深度为13mm，直径为32mm的腔体，高度为5mm的4个小凸台，两个宽度分别为12mm，8mm十字槽，4个直径为8mm，深度为18mm的盲孔。表面粗糙度要求较高，其他要求一般，零件的装夹采用平口钳装夹。 （1）工艺分析 本项目零件加工采用工序集中的原则，划分的加工工序为：工序1为粗、精加工轮廓表面及孔；工序2为钳工加工毛刺并倒棱。

2.项目任务实施 程序编写（略）