4.3 数控铣床编程

第四章计算机辅助制造（ CAM ）技术基础

数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床，它可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削，还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。

4.3 数控铣床编程


数控铣床的主要功能数控铣床的主要功能各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。点位控制功能　　此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。

连续轮廓控制功能　　此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。

刀具半径补偿功能　　此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。


刀具长度补偿功能　　此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。

比例及镜像加工功能　　比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。


旋转功能　　该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。

子程序调用功能　　有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。

宏程序功能　　该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。


数控铣床的加工工艺范围数控铣床的加工工艺范围铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。

平面类零件直纹曲面类零件立体曲面类零件孔类零件


1 、平面类零件　　平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。　　下图所示的三个零件均为平面类零件。其中，曲线轮廓面 a垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工。凸台侧面 b与水平面成一定角度，这类加工面可以采用专用的角度成型铣刀来加工。对于斜面 c，当工件尺寸不大时，可用斜板垫平后加工；当工件尺寸很大，斜面坡度又较小时，也常用行切加工法加工，这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹，要用钳修方法加以清除。


2 、直纹曲面类零件　　直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。如图所示零件的加工面就是一种直纹曲面，当直纹曲面从截面(1) 至截面 (2) 变化时，其与水平面间的夹角从 3°10' 均匀变化为2°32' ，从截面 (2) 到截面 (3) 时，又均匀变化为 1°20' ，最后到截面 (4) ，斜角均匀变化为 0° 。直纹曲面类零件的加工面不能展开为平面。　　

当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。


3 、立体曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，易于产生干涉而铣伤邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法。


(1) 行切加工法

采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。如图所示，球头铣刀沿 XY 平面的曲线进行直线插补加工，当一段曲线加工完后，沿 X 方向进给 ΔX再加工相邻的另一曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。相邻两曲线间的距离ΔX 应根据表面粗糙度的要求及球头铣刀的半径选取。球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以增加刀具刚度，提高散热性，降低表面粗糙度值。加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。


(2) 三坐标联动加工

采用三坐标数控铣床三轴联动加工，即进行空间直线插补。如半球形，可用行切加工法加工，也可用三坐标联动的方法加工。这时，数控铣床用 X 、 Y 、 Z三坐标联动的空间直线插补，实现球面加工，如图所示。


4 、孔类零件

孔类零件上都有多组不同类型的孔，一般有通孔、盲孔、螺纹孔、台阶孔、深孔等。在数控铣床上加工的孔类零件，一般是孔的位置要求较高的零件，如：圆周分布孔，行列均布孔等。其加工方法一般为钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹等。


零件的工艺分析零件的工艺分析

数控铣削加工工艺的制


定定

根据数控铣削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析时，应主要分析与考虑以下一些问题。

要彻底读懂图样

零件图样的尺寸是否标注全，有无漏、多尺寸的情况，有无封闭尺寸，尺寸的标注法是否方便编程，零件结构是否表示清楚了，视图是否完整，各几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明确。





定定

要分析透零件的加工工艺性

研究零件的被加工表面是否适于数控铣床加工，被加工表面是否太厚，内转接圆弧 R是否太小。如图所示，当 R<0.2H（ H为被加工内轮廓面的最大厚度）时，其加工工艺性不好。即刀具被迫采用小直径而使得其刚性太差，需采取多次分层切削加工。各被加工表面的凹圆弧尺寸是否太多、过于零乱，是否可以统一，以减少使用的铣刀数量，保证表面光滑。否则，多把铣刀进行切削，必然会产生许多接刀刀痕，影响表面质量。





定定

要分析零件的精度

零件的精度（尺寸、形状、位置）是否能够保证，表面质量能否保证。根据精度、表面质量来决定是否采用粗铣，还是精铣，以及是否要多次进给。

要研究分析零件的刚性

零件的厚度如果太单薄会引起加工变形。当加工薄壁零件时，面积较大的零件，其加工后也易产生变形，很难保证精度，尤其是铝合金板。


材料是否具有较好的加工工艺性能，硬度、热处理状态是怎样的？毛坯的余量是否足够，是否均匀，毛坯的安装定位平面是否方便可靠。

要研究分析零件的定位基准

零件上如有统一的定位基准，便可保证在零件多次装夹后各加工表面之间的位置精度。其定位基准能保证零件定位稳定可靠，便没有基准不重合误差。

要研究分析零件的毛坯和材料




定定


装夹方案的确定装夹方案的确定



定定选择定位基准时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。一般选择零件上不需要数控铣削的平面或孔做定位基准。对薄板零件，选择的定位基准应有利于提高工件的刚性，以减少切削变形。定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。

定位基准的选择

夹具的选择

数控铣床可以加工形状复杂的零件，但在数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床的工件装夹方法一样，所使用的夹具往往并不复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。


①工件的被加工表面必须充分暴露在外，夹紧元件与被加工表面间的距离要保持一定的安全距离。各夹紧元件应尽可能低，以防铣夹头或主轴套筒与之在加工过程中相碰撞。②夹具安装应保证工件的方位与工件坐标系一致，并且还要能协调零件定位面与数控铣床之间保持一定的坐标联系。③夹具的刚性和稳定性要好，尽量不采用更换压板（夹紧点）的设计。若必须更换时，要保证不破坏工件的定位。

必须注意的问题

装夹方案的确定装夹方案的确定



定定


夹具选用原则装夹方案的确定装夹方案的确定



定定 ①在生产类型为批量较小或单件试制时，若零件复杂，应采用组合夹具。如图所示，它是由可重复使用的标准零件组成。

若零件结构简单时，可采用通用夹具，如虎钳、压板等，如图所示。


夹具选用原则装夹方案的确定装夹方案的确定



定定 ②在生产类型为中批量或批量生产时，一般用专用夹具，其定位效率较高，且稳定可靠。③在生产批量较大时，可考虑采用多工位夹具、机动夹具，如液压、气压夹具。


刀具选择的基本要求刀具选择的基本要求



定定

数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。常见刀具见图


切削用量的选择切削用量的选择



定定合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大，这在实际加工中往往是很难掌握的，必须要有丰富的实践经验才能够掌握好切削用量的选择。因此，在编程时只能根据一般情况，大致选择切削用量。在实际加工中，根据具体加工情况进行调整


进给路线的确定进给路线的确定



定定

进给路线的确定是工艺分析中一项极为重要的工作，它是编制程序的依据，是刀具相对于工件的运动轨迹及方向。因此，要合理确定进给路线，最好在工序简图上将进给路线画出来，便于编制程序。在确定进给路线时，要考虑零件的被加工表面的精度、表面质量、表面形状。零件材料的刚度、切削余量。机床的类型、刚度、精度以及刀具的刚度等。要考虑被加工表面与夹具的空间关系，以防碰撞。合理的进给路线应能保证零件的加工精度、表面质量的要求。数值计算简单、程序段少、编程量小、进给路线短、空行程少的高效率路线。





定定钻孔加工的进给路线，包括钻、扩、铰、攻螺纹、镗孔等孔的加工方法。这种进给路线包括两个方面： X 、 Y 方向和 Z方向。如图所示，该零件要钻孔，则进给路线是参照普通钻床钻孔的动作设计的，按 G81固定循环动作。

钻孔加工的进给路线

钻头（铰刀、镗刀、螺纹刀具）在 X 、Y 方向快速移动至孔的中心位置。钻头快速下刀至工件表面上方 3～ 5mm的距离。钻头工作进给至指定深度。钻头快速返回初始平面。若加工多个孔则要考虑工、 y方向的最短加工路线，如图所示。





定定

铣削平面轮廓的进给路线

1 、铣削外轮廓零件铣削外轮廓零件的路线分为 Z方向和 X 、 Y 方向，要一一确定。 X 、Y 方向的确定，如图所示。


在开始切削段和结束切削段要有切人、切出的路线，以避免产生刀痕，保证被加工表面的光滑。应建立径向刀具补偿段和取消径向刀具补偿段，这一点非常重要。它的目的是为了编程简单，可灵活使用不同直径的刀具，并利用刀具补偿值有效地控制尺寸精度。在实际切削段，只要沿着实际轮廓编制程序段就行了。在进给方向上一般用顺铣，这是因为数控铣床的丝杠是滚珠丝杠，间隙极小甚至为零，不存在普通铣床上顺铣易损坏刀具的情况。顺铣加工的表面质量比逆铣要高，切削状态也好。




定定


铣削内轮廓零件的路线也同样分为 z方向和 x、 y方向，但铣削内轮廓零件与铣削外轮廓零件的情况不同，不能从切线方向切人、切出。




定定

2 、铣削内轮廓零件

若要求不高，也可用斜线切人、切出，如图所示。圆弧的大小和斜线的长短视内轮廓零件的尺寸大小而定。

开始切削段可用圆弧切人，结束切削段可用圆弧切出，以保证不留刀痕，如图所示。


应建立径向刀具补偿段和取消径向刀具补偿段。进给方向一般用顺铣，在确定路线时，要考虑刀具直径的大小，每段轮廓的长度必须大于刀具半径和刀具半径补偿值之和，否则机床将报警，防止过切，如图所示。




定定


如图所示，铣刀快速进给至Z’，再工作进给至切削长度 Z’’。这个Z’值的确定很重要，设定的太高效率低，设定的太低，则快速下刀距离工件太近，容易出危险，很容易碰刀。铣削外轮廓零件时，落刀点要选在工件外，距离工件一定的距离 L（ L＞ r ＋ k， r为刀具半径， k为余量），铣削内轮廓零件时，落刀点选在有空间下刀的地方，一般在内轮廓零件的中间，若没有空间的话，应先钻落刀孔。




定定

3 、内、外轮廓零件 Z方向的确定


数控铣床的程序编制功能数控铣床的程序编制功能

数控铣床的编程基


础础目前，数控铣床都具有直线插补功能和圆弧插补功能。所谓插补就是数控系统在二点之间按照一定的计算方法，所计算出来的一些点，根据这些点的连线可以近似地逼近直线或圆弧，如图所示。

插补

刀具沿两点之间的直线插补点的连线运动称为直线插补。因为插补点非常密集，所以可以用这条连线近似作为直线运动。刀具沿圆弧插补点的连线运动，也可以近似作为圆弧运动。


刀具补偿刀具补偿功能是数控铣床中一种非常重要的功能，其补偿的方法有刀具半径补偿和刀具长度补偿。

镜像




础础

镜像功能是数控铣床用作简化程序的一种功能，即零件的被加工表面结构对于 X 轴或 y轴对称，就可将程序简化为一半或 1／ 4 。然后，另一半或 3／4 用镜像功能加工，如图所示。另外，还有比例缩放功能，即可将程序按比例扩大或缩小。


子程序是数控铣床中简化程序编制的一个重要功能，它可将多次重复加工的内容，或者是递增（减）尺寸的内容，用一个程序编制好，在重复动作时，多次调用这个程序，这就是子程序。例如，多次分层加工的路线，多个排列成行的孔加工等，粗、精加工等。此外，子程序还可多重嵌套。

子程序




础础

变量功能

对于某些形状相似的结构，其尺寸参数不同时，可以用变量来编程，这样在主程序中给变量赋值，子程序中用变量代替坐标尺寸参数，这样可以更加简化程序编制。在数控铣床中，还有宏程序的功能，宏程序中就是用许多变量做参数的功能


在设定工件坐标系时，可以设置成直角坐标，也可以设置成极坐标；可以让直角坐标平移，也可以让直角坐标旋转角度；还可以采用绝对坐标系和相对（增量）坐标系。编程人员可以根据零件的加工要求，选择最方便、最简单的坐标系，以便简化程序。

坐标系的多种功能




础础

循环功能

在数控铣床以一些固定动作运动时，可以用一些指令来代替这些动作，从而可以简化程序。如钻孔固定循环动作，铣型腔固定循环动作。




础础下面将结合配置 FANUC-0MC 数控系统的 XK5032 数控铣床重点讨论数控铣床基本编程方法。该系统的主要特点是：轴控制功能强，其基本可控制轴数为 X 、 Y 、 Z三轴，扩展后可联动控制轴数为四轴；编程代码通用性强，编程方便，可靠性高。


常用文字码及其含义常用文字码及其含义



础础

功能功能文字码文字码含义含义程序号程序号 OO ：： ISO/: EIA ISO/: EIA 表示程序名代号表示程序名代号 (1(1 ～～ 9999) 9999)

程序段号程序段号 N N 表示程序段代号表示程序段代号 (1(1 ～～ 9999) 9999)

准备机能准备机能 G G 确定移动方式等准备功能确定移动方式等准备功能

坐标字坐标字XX 、、 YY 、、 Z Z 、、 AA 、、 C C 坐标轴移动指令坐标轴移动指令 (±99999.999mm) (±99999.999mm)

R R 圆弧半径圆弧半径 (±99999.999mm) (±99999.999mm)

II 、、 JJ 、、 K K 圆弧圆心坐标圆弧圆心坐标 (±99999.999mm) (±99999.999mm)

进给功能进给功能 F F 表示进给速度表示进给速度 (1(1 ～～ 1000mm/min) 1000mm/min)

主轴功能主轴功能 S S 表示主轴转速表示主轴转速 (0(0 ～～ 9999r/min) 9999r/min)

刀具功能刀具功能 T T 表示刀具号表示刀具号 (0(0 ～～ 99) 99)

辅助功能辅助功能 M M 冷却液开、关控制等辅助功能冷却液开、关控制等辅助功能 (0(0 ～～ 99) 99)

偏移号偏移号 H H 表示偏移代号表示偏移代号 (0(0 ～～ 99) 99)

暂停暂停 P P 、、 X X 表示暂停时间表示暂停时间 (0(0 ～～ 99999.999s) 99999.999s)

子程序号及子程序子程序号及子程序调用次数调用次数

P P 子程序的标定及子程序重复调用次数设子程序的标定及子程序重复调用次数设定定 (1(1 ～～ 9999) 9999)

宏程序变量宏程序变量 PP 、、 QQ 、、 R R 变量代号变量代号


加工坐标系的建立加工坐标系的建立



础础编程格式： G92 X～ Y～ Z ～

G92 设置加工坐标系

例：G92 X20 Y10 Z10　其确立的加工原点在距离刀具起始点 X=-20， Y=-10， Z=-10的位置上，如图所示。

G92 指令是将加工原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上。若程序格式为：　G92 X a Y b Z c则将加工原点设定到距刀具起始点距离为 X= -a ， Y= -b ， Z= -c的位置上




础础


编程格式：G53 G90 X～ Y～ Z ～

G53选择机床坐标系

G53 指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中 X 、 Y 、 Z后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。

例：G53 G90 X-100 Y-100 Z-20则执行后刀具在机床坐标系中的位置如图所示。




础础


编程格式：G54 G90 G00 (G01) X～ Y～ Z ～ (F～ )

G54 、 G55、 G56、 G57、 G58、 G59 选择 1～ 6 号加工坐标系　这些指令可以分别用来选择相应的加工坐标系。

该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。 1～ 6 号工件加工坐标系是通过 CRT/MDI方式设置的。




础础

若执行下述程序段： N10 G53 G90 X0 Y0 Z0 N20 G54 G90 G01 X50 Y0 Z0 F100　　 N30 G55 G90 G01 X100 Y0 Z0 F100则刀尖点的运动轨迹如图中 OAB所示。

例：在图中，用 CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系： G54： X-50　 Y-50　 Z-10 G55： X-100　 Y-100　 Z-20 这时建立了原点在 O′的 G54 加工坐标系和原点在 O″的 G55加工坐标系。





础础

加工坐标系的建立加工坐标系的建立 G54 与 G55～ G59的区别G54～G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别：利用 G54设置机床原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为 G54 的设定值，且符号均为正；利用 G55～ G59设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值。

G92 与 G54～G59的区别G92 指令与 G54～G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。 G92 指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。

注意事项


G54～G59的修改G54～G59指令是通过 MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通过 MDI 方式修改。


常见错误常见错误



础础当执行程序段“ G92 X 10 Y 10”时，常会认为是刀具在运行程序后到达 X 10 Y 10 点上。其实， G92 指令程序段只是设定加工坐标系，并不产生任何动作，这时刀具已在加工坐标系中的 X10 Y10点上。

G54～G59指令程序段可以和 G00、 G01 指令组合，如G54 G90 G01 X 10 Y10时，运动部件在选定的加工坐标系中进行移动。程序段运行后，无论刀具当前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的 X 10 Y 10 点上。


刀具半径补偿功能刀具半径补偿功能 G40G40 、、 G41G41 、、 GG4242



础础数控机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。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这一问题。

1 、刀具半径补偿功能的定义及编程格式刀具半径补偿功能的定义及编程格式在本课程前面已讨论过，这里不详述。在针对具体零件编程中，要注意正确选择 G41 、 G42 ，以保证顺铣和逆铣的加工要求。




础础

2 、刀具半径补偿设置方法（ 1 ）参数设置在机床控制面板上，按 OFFSET 键，进入WEAR界面，在所指定的寄存器号内输入刀具半径值即可。（ 2 ）宏指令用宏指令设定。以 φ20的刀具为例，其设定程序为：G65 H01 P #100 Q10 G01 G41/ G42 X ～ Y ～ H #100 (D#100) F ～ ......




础础

3 、应用举例使用半径为 R5mm的刀具加工如图 4.28所示的零件，加工深度为 5mm，加工程序编制如下：

O10　　　　　　　　　　G55 G90 G01 Z40 F2000 　 //进入 2号加工坐标系M03 S500 　　　　　　　 //主轴启动G01 X-50 Y0 　　　　　　 //到达 X ， Y 坐标起始点G01 Z-5 F100 　　　　 //到达 Z坐标起始点G01 G42 X-10 Y0 H01 //建立右偏刀具半径补偿G01 X60 Y0 　　　　　 //切入轮廓G03 X80 Y20 R20 　　　 //切削轮廓G03 X40 Y60 R40 　　 //切削轮廓G01 X0 Y40 　　　　　　 //切削轮廓G01 X0 Y-10 　　　　　 //切出轮廓G01 G40 X0 Y-40 　　　 // 撤消刀具半径补偿G01 Z40 F2000 　　　　 //Z坐标退刀M05 　　　　　　　　 //主轴停　　M30 　　　　　　　　 //程序停设置 G55： X＝ -400， Y＝ -150， Z＝ -50 ； H01＝ 5。


固定循环功能固定循环功能这个功能是对孔加工中各种动作的许多固定不变的顺序而设定的，将这些动作用钻（螳）孔的固定循环指令来代替，从而大大简化了程序。

（ 1 ）固定循环动作如图所示，固定循环一般有①～⑥这样几个动作。 ①动作 1——X 、 y轴快速移动定位，使刀具中心移到孔的中心位置。 ②动作 2——快速进至R平面，刀具从初始位置快速进到R平面转换为工作进给，即切削进给。着刀具已在 R平面，则不动。 ③动作 3——刀具以工作进给速度进到Z平面，深孔加工时可多次抬刀。 ④动作 4——孔底动作，钻孔、铝孔时用。包括暂停、主轴准停、刀具移动等动作。 ⑤动作 5——快速返回到R平面。 ⑥动作 6——快速返回到初始平面


固定循环功能固定循环功能（ 2 ）固定循环动作的位置固定循环动作有初始平面、 R平面和 Z平面这样几个位置

初始平面是刀具在快速下刀前设定的一个平面，它的高度必须是保证刀具安全的高度，钻完孔后刀具快速返回到初始平面。若刀具要继续钻孔，在平面上有障碍物时，必须返回初始平面，再平移钻孔，此时初始平面必须高于障碍物，如图所示


固定循环功能固定循环功能R平面是刀具快速进给与工作进给的转换位置。一般距工件表面 2～ 5mm，R平面坐标值一定要给准、计算正确。否则，将会造成碰撞等严重事故。

Z平面为孔底位置，在加工盲孔时为孔的深度，通孔时为孔深加上附加长度，如钻尖的长度，螺纹刀具长度的 1／ 3 ，镗孔为 2～ 3mm等，以保证整个孔都加工到径向尺寸。


固定循环指令固定循环指令


固定循环指令固定循环指令指令格式

四、子程序

当一个零件图形上有几个相同的几何图形或几个位置需要不同刀具反复加工时，可以编制一个子程序供主程序多次调用。

1 ） FANUC 0M 系统子程序调用格式为：

M98 P 程序号 L 调用次数O10 子程序程序号N01 … …

… 子程序体N0n M99 子程序结束并返回主程序

例编制如图 2-23 所示零件的程序，零件上 4 个方槽的尺寸、形状相同，槽深 2mm ，槽宽 5mm ，设起刀点为 (0, 0, 200) 。

Y

30 50 20 50

180

1530

2030

110

图 2-23 例 6

XO X

Y

Z

O

Y

30 50 20 50

180

1530

2030

110

图 2-23 例 6

XO X

Y

Z

O

O1 (MAIN_PROGRAMM)

N01 G90 G92 X0 Y0 Z200 设置起刀点的位置N02 G00 X30. Y15. Z5. 快速移至第一切削点上方N03 G91 S600 M03 相对坐标，主轴正转 600r/min

N004 M98 P10 调用子程序 10

Y

30 50 20 50

180

1530

2030

110

图 2-23 例 6

XO X

Y

Z

O

O10 (SUB_PROGRAMM)

N1 G01 Z-7. F50

N2 X50. F150

N3 Y30.

N4 X-50.

N5 Y-30.

N6 G00 Z7

N7 M99

Y

30 50 20 50

180

1530

2030

110

图 2-23 例 6

XO X

Y

Z

O

N05 G00 X70.

N06 M98 P10.

N07 G00 X-70. Y50.

N08 M98 P10

N09 G00 X70.

N010 M98 P10.

N011 M05

N012 G90 G00 X0 Y0 Z200

N013 M02

五、镜像指令在加工某些对称图形时，为了避免反复编制类似的程序段，缩短加工程序，可采用镜像加工功能。

FANUC 0M 系统的镜像指令代码为： M21 ：关于 X 轴的镜像 ( 对称于 Y 轴 )

M22 ：关于 Y 轴的镜像 ( 对称于 X 轴 )

M23 ：取消镜像。

例精铣如图所示的 4 个形状相同、高 5mm 的凸起。设工件坐标原点位于工件上表面对称中心，刀具起始位置在工件坐标系 (0, 0, 100) 处， A(6.84, 18.794,0), B(17.101,

46.985, 0), C(46.985, 17.101, 0), D(18.794, 6.84, 0)

X

Y

B

AC

D

12

3 4

10040

X

Y

Z

12

3 4

AB

CD

图 2-24 例 7

X

Y

B

AC

D

12

3 4

10040

X

Y

Z

12

3 4

AB

CD

图 2-24 例 7

O1 (MAIN-PROGRAMM)

N01 G90 G92 X0 Y0 Z100. 设置起刀点N02 G00 Z1. 刀具移至点 (0, 0, 1)

N03 S200 M03 主轴正转 200r/min

N04 G01 Z-5. F50 刀具移至点 (0, 0, 1)

X

Y

B

AC

D

12

3 4

10040

X

Y

Z

12

3 4

AB

CD

图 2-24 例 7

N05 M98 P10 加工块 1

O10 (SUB-PROGRAMM)

N1 G01 G41 D01 X6.84 Y18.794 F200 移至 A 点建刀补N2 X17.101 Y46.985 加工 AB段N3 G02 X46.985 Y17.101 I-17.101 J-46.985 加工 BC段

X

Y

B

AC

D

12

3 4

10040

X

Y

Z

12

3 4

AB

CD

图 2-24 例 7

N4 G01 X18.794 Y6.84 加工 CD 段N5 G03 X0 Y20. I-18.794 J-46.985 加工 DA 段N6 G00 G40 X0 Y0 X 轴镜像、加工块2

N7 M99 N06 M21 M98 P10 加工块 2

X

Y

B

AC

D

12

3 4

10040

X

Y

Z

12

3 4

AB

CD

图 2-24 例 7

N07 M22 M98 P10 Y 轴镜像、加工块 3

N08 M23 取消镜像N09 M22 M98 P10 Y 轴镜像、加工块 4

N010 M23 取消镜像N011 G90 G00 Z100

N012 M05

N013 M02


子程序调用子程序调用编程时，为了简化程序的编制，当一个工件上有相同的加工内容时，常用调子程序的方法进行编程。调用子程序的程序叫做主程序。子程序的编号与一般程序基本相同，只是程序结束字为 M99表示子程序结束，并返回到调用子程序的主程序中。调用子程序的编程格式 M98 P～ ;式中：P——表示子程序调用情况。 P后共有 8位数字，前四位为调用次数，省略时为调用一次；后四位为所调用的子程序号。

第四章计算机辅助制造（ CAM ）技术基础例：如图 4.31 所示 ,在一块平板上加工 6个边长为 10mm的等边三角形，每边的槽深为 -2mm，工件上表面为 Z向零点。其程序的编制就可以采用调用子程序的方式来实现 ( 编程时不考虑刀具补偿 ) 。

O10N10 G54 G90 G01 Z40 F2000 //进入工件加工坐标系N20 M03 S800 //主轴启动N30 G00 Z3 //快进到工件表面上方N40 G01 X 0 Y8.66 //到 1#三角形上顶点N50 M98 P20 //调 20号切削子程序切削三角形N60 G90 G01 X30 Y8.66 //到 2#三角形上顶点N70 M98 P20 //调 20号切削子程序切削三角形N80 G90 G01 X60 Y8.66 //到 3#三角形上顶点N90 M98 P20 //调 20号切削子程序切削三角形N100 G90 G01 X 0 Y -21.34 //到 4#三角形上顶点N110 M98 P20 //调 20号切削子程序切削三角形N120 G90 G01 X30 Y -21.34 //到 5#三角形上顶点N130 M98 P20 //调 20号切削子程序切削三角形N140 G90 G01 X60 Y -21.34 //到 6#三角形上顶点N150 M98 P20 //调 20号切削子程序切削三角形N160 G90 G01 Z40 F2000 // 抬刀N170 M05 //主轴停N180 M30 //程序结束

子程序：O20N10 G91 G01 Z -2 F100 //在三角形上顶点切入（深） 2mmN20 G01 X -5 Y-8.66 //切削三角形N30 G01 X 10 Y 0 //切削三角形N40 G01 X 5 Y 8.66 //切削三角形N50 G01 Z 5 F2000 // 抬刀N60 M99 //子程序结束设置 G54： X＝ -400， Y＝ -100， Z＝ -50。


比例及镜向功能　比例及镜向功能　比例及镜向功能可使原编程尺寸按指定比例缩小或放大；也可让图形按指定规律产生镜像变换。 G51 为比例编程指令；G50为撤消比例编程指令。 G50、 G51均为模式 G代码。


比例及镜向功能比例及镜向功能各轴按相同比例编程编程格式： G51 X ～ Y ～ Z ～ P ～ … … G50

例如，在图中， P1 ～ P4 为原编程图形，P1'～ P4'为比例编程后的图形， P0为比例中心。

式中：X 、 Y 、 Z--比例中心坐标 (绝对方式 )；P--比例系数，最小输入量为 0.001 ，比例系数的范围为： 0.001～ 999.999。该指令以后的移动指令，从比例中心点开始，实际移动量为原数值的 P倍。 P值对偏移量无影响。


比例及镜向功能比例及镜向功能

式中：X 、 Y 、 Z--比例中心坐标； I、 J、 K ―-对应 X 、 Y 、 Z轴的比例系数，在±0.001 ～ ±9.999 范围内。本系统设定 I、 J、 K不能带小数点，比例为 1 时，应输入 1000，并在程序中都应输入，不能省略。比例系数与图形的关系见图。其中：b/a： X 轴系数； d/c： Y 轴系数； O：比例中心。

编程格式： G51 X ～ Y ～ Z ～ I ～ J ～ K ～　　　　　 … …　　　　　 G50

各轴以不同比例编程各个轴可以按不同比例来缩小或放大，当给定的比例系数为 -1 时，可获得镜像加工功能。

第四章计算机辅助制造（ CAM ）技术基础镜像功能再举一例来说明镜像功能的应用。见图，其中槽深为 2mm，比例系数取为 + 1000或 -1000。设刀具起始点在 O点，程序如下：

子程序： O 9000N10 G00 X60 Y60 //到三角形左顶点N20 G01 Z-2 F100 //切入工件N30 G01 X100 Y60 //切削三角形一边N40 X100 Y100 //切削三角形第二边N50 X60 Y60 //切削三角形第三边N60 G00 Z4 //向上抬刀N70 M99 //子程序结束

主程序： O 100N10 G92 X0 Y0 Z10 //建立加工坐标系N20 G90 //选择绝对方式N30 M98 P9000 //调用 9000号子程序切削 1#三角形N40 G51 X50 Y50 I-1000 J1000 //以 X50 Y50为比例中心，以 X 比例为 -1 、 Y 比例为 +1开始镜向N50 M98 P9000 //调用 9000号子程序切削 2#三角形N60 G51 X50 Y50 I-1000 J-1000 //以 X50 Y50为比例中心，以 X 比例为 -1 、 Y 比例为 -1开始镜向N70 M98 P9000 //调用 9000号子程序切削 3#三角形N80 G51 X50 Y50 I 1000 J-1000 //以 X50 Y50为比例中心，以 X 比例为 +1 、 Y 比例为 -1开始镜向N90 M98 P9000 //调用 9000号子程序切削 4#三角形N100 G50 //取消镜向N110 M30 //程序结束


数控铣削加工综合举例数控铣削加工综合举例平面凸轮如图所示，是平面轮廓零件加工的典型零件，它的轮廓是由圆弧与直线组成。


1 、工艺分析　　从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，Φ30孔为设计基准，其余表面包括 4-Φ13H7孔均已加工。故取Φ30孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔Φ13 的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。

第四章计算机辅助制造（ CAM ）技术基础2 、加工调整　　加工坐标系在 X 和 Y 方向上的位置设在工作台中间，在 G53 坐标系中取 X＝ -400， Y＝ -100。 Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用Φ20的立铣刀，零件上端面为 Z向坐标零点，该点在 G53 坐标系中的位置为 Z＝ -80 处，将上述三个数值设置到G54 加工坐标系中


加工工序卡

数控加工工序卡数控加工工序卡零件图号零件图号零件名称零件名称文件编号文件编号第页第页

NCNC 01 01 凸轮凸轮

工序号工序号工序名称工序名称材料材料

50 50 铣周边轮廓铣周边轮廓 4545##

加工车间加工车间设备型号设备型号

XKXK5032 5032

主程序名主程序名子程序名子程序名加工原点加工原点

OO100 100 G54 G54

刀具半径补偿刀具半径补偿刀具长度补偿刀具长度补偿

HH0101 ＝＝ 10 10 0 0

工步号工步号工步内容工步内容工装工装

1 1 数控铣周边轮廓数控铣周边轮廓夹具夹具刀具刀具

定心夹具定心夹具立铣刀立铣刀 φφ20 20

更改标记更改标记更改单号更改单号更改者更改者 // 日日期期

工艺员工艺员校对校对审定审定批准批准


3．数学处理　　该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。在加工坐标系中，各点的坐标计算如下：

BC 弧的中心 O1 点： X＝ -(175 ＋ 63.8)sin8°59′ ＝ -37.28　　　　　　　　 Y＝ -(175 ＋ 63.8)cos8°59′ ＝ -235.86EF弧的中心 O2 点： X2＋ Y2＝ 692 (X-64)2＋ Y2＝ 212

解之得　　　　　 X＝ 65． 75， Y＝ 20． 93HI弧的中心 O4 点： X＝ -(175 ＋ 61)cos24°15′ ＝ -215.18　　　　　　　　 Y＝ (175 ＋ 61)sin 24°15′ ＝ 96 ． 93DE弧的中心 O5点： X2＋ Y2＝ 63． 72

　　　　　　　　 (X-65． 75)2＋ (Y-20． 93)2＝ 21． 302 解之得　　　　　 X＝ 63． 70， Y＝ -0． 27B点：　　　　　 X＝ -63． 8sin8°59′ ＝ -9 ． 96　　　　　　　　 Y＝ -63． 8cos8°59′ ＝ -63． 02C 点：　　　　　 X2＋ Y2＝ 642 　　　　　　　　 (X＋ 37 ． 28)2＋ (Y＋ 235． 86)2＝ 1752 解之得　　　　　 X＝ -5． 57， Y＝ -63． 76


D点：　　　　　 (X-63． 70)2＋ (Y＋ 0． 27)2＝ 0．32 　　　　　　　　 X2＋ Y2＝ 642

解之得　　　　　 X＝ 63． 99， Y＝ -0． 28E点：　　　　　 (X-63． 7)2＋ (Y＋ 0． 27)2＝ 0．32 　　　　　　　　 (X-65． 75)2＋ (Y-20． 93)2＝ 212

解之得　　　　　 X＝ 63． 72 ， Y＝ 0． 03F点：　　　　　 (X＋ 1． 07)2＋ (Y-16)2＝ 462 　　　　　　　　 (X-65． 75)2＋ (Y-20． 93)2＝ 212

解之得　　　　　 X＝ 44． 79， Y＝ 19 ． 60G点： (X＋ 1． 07)2＋ (Y-16)2＝ 462 　　　　　　　　 X2＋ Y2＝ 612

解之得　　　　　 X＝ 14． 79， Y＝ 59 ． 18H点：　　　　　　 X＝ -61cos24°15′ ＝ -55． 62　　　　　　　　 Y＝ 61sin 24°15′ ＝ 25． 05I点：　　　　　　 X2＋ Y2＝ 63． 802 　　　　　　　　 (X＋ 215． 18)2＋ (Y-96 ． 93)2＝1752

解之得　　　　　 X＝ -63． 02 ， Y＝ 9． 97

第四章计算机辅助制造（ CAM ）技术基础数控加工走刀路线图

数控加工走刀路线图数控加工走刀路线图零件图号零件图号 NC01 NC01 工序号工序号工步号工步号程序号程序号 OO10100 0

机床型号机床型号 XK5032 XK5032 程序段号程序段号 N10N10 ～～ N1N170 70

加工内容加工内容铣周边轮廓铣周边轮廓共共 11 页页第页第页

符号符号 ⊙ ⊙ → →

含义含义抬刀抬刀下刀下刀编程原点编程原点起刀点起刀点走刀方向走刀方向走刀线相交走刀线相交爬斜坡爬斜坡铰孔铰孔行切行切

编程编程

校对校对

审批审批


XX YY

AA -63-63 ．． 88 00

BB -9-9 ．． 9696 -63-63 ．． 0202

CC -5-5 ．． 5757 -63-63 ．． 7676

DD 6363 ．． 9999 -0-0 ．． 2828

EE 6363 ．． 7272 00 ．． 0303

FF 4444 ．． 7979 1919 ．． 6060

GG 1414 ．． 7979 5959 ．． 1818

HH-55-55 ．． 6622 2525 ．． 0505

II-63-63 ．． 0022 99 ．． 9797

BCBC 弧的中心弧的中心 O1O1点点

-37-37 ．． 2288

-235-235 ．． 8866

EFEF 弧的中心弧的中心 OO22

点点 6565 ．． 7575 2020 ．． 9393

HIHI 弧的中心弧的中心 OO44

点点 -215.18-215.18 9696 ．． 9393

DEDE 弧的中心弧的中心 OO55

点点 6363 ．． 7070 -0-0 ．． 2727

各点的坐标值


凸轮加工的程序及程序说明如下： N10 G54 X0 Y0 Z40　　　　　　 //进入加工坐标系N20 G90 G00 G17 X-73.8 Y20　 //由起刀点到加工开始点N30 G00 Z0 　　　　　　　　　 //下刀至零件上表面N40 G01 Z-16 F200 　　　 //下刀至零件下表面以下 1mmN50 G42 G01 X-63.8Y10 F80 H01 //开始刀具半径补偿N60 G01 X-63.8 Y0　　　　　　 //切入零件至 A 点N70 G03 X-9.96 Y-63.02 R63.8 //切削 ABN80 G02 X-5.57 Y-63.76 R175　 //切削 BCN90 G03 X63.99 Y-0.28 R64 　 //切削 CDN100 G03 X63.72 Y0.03 R0.3 //切削 DEN110 G02 X44.79 Y19.6 R21 　 //切削 EFN120 G03 X14.79 Y59.18 R46 //切削 FGN130 G03 X-55.26 Y25.05 R61 //切削 GHN140 G02 X-63.02 Y9.97 R175 //切削 HIN150 G03 X-63.80 Y0 R63.8 　 //切削 IAN160 G01 X-63.80 Y-10 　　　 //切削零件N170 G01 G40 X-73.8 Y-20 　 //取消刀具补偿N180 G00 Z40 　　　　　　　 //Z向抬刀N190 G00 X0 Y0 M02 　　 //返回加工坐标系原点，结束参数设置：H01＝ 10 ；G54： X＝ -400， Y＝ -100， Z＝ -80。

XX YY

AA -63-63 ．． 88 00

BB -9-9 ．． 9696 -63-63 ．． 0202

CC -5-5 ．． 5757 -63-63 ．． 7676

DD 6363 ．． 9999 -0-0 ．． 2828

EE 6363 ．． 7272 00 ．． 0303

FF 4444 ．． 7979 1919 ．． 6060

GG 1414 ．． 7979 5959 ．． 1818

HH -55-55 ．． 6262 2525 ．． 0505

II -63-63 ．． 0202 99 ．． 9797

BCBC 弧的中心弧的中心 O1O1点点 -37-37 ．． 2828 -235-235 ．． 8686

EFEF 弧的中心弧的中心 OO22 点点 6565 ．． 7575 2020 ．． 9393

HIHI 弧的中心弧的中心 OO44 点点 -215.18-215.18 9696 ．． 9393

DEDE 弧的中心弧的中心 OO55 点点 6363 ．． 7070 -0-0 ．． 2727


孔类零件的加工综合举例孔类零件的加工综合举例如图所示，在数控铣床上加工一侧板零件，要求钻孔

4.3 数控铣床编程

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