项目3
加工中心零件的编程及仿真加工


3.1任务1槽类零件的编程及仿真加工
【学习目标】
（1） 学习仿真加工中工件安装、刀具选择和建立坐标系等基本操作。
（2） 掌握数控加工中心常用F、S、T、M和G00/G01代码。
（3） 具有使用G00/G01指令编写简单加工程序的初步能力。
（4） 具有使用仿真软件验证程序正确性的能力。
【任务描述】
如图31所示，零件材料为硬铝合金，毛坯100×100×30，使用3轴立式数控加工中心，单件生产，编写加工程序，运用VNUC  4.3软件仿真加工。


图31槽类零件

【相关知识】
1. 数控铣、加工中心安全和操作规范

1） 安全文明生产规定
(1) 认真贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针及国家有关安全生产的法律法规，并定期检查制度的落实情况。
(2) 定期进行安全生产教育和安全知识培训，操作者严格执行各种工艺流程、工艺规范和安全操作规程，不得违章作业。
(3) 根据季节变换切实做好防火、防涝及防盗工作，并制定相关措施，配备消防器材。
2) 数控铣、加工中心安全操作规程
(1) 进入数控实习车间的操作者要戴好眼镜等防护用品，工作服要扎好袖口，头发过长应卷入工作帽中，不得戴手套及穿凉鞋，不得在实习现场嬉戏、打闹及进行任何与实习无关的活动。
(2) 开机后，检查报警信息，及时排除报警，检查机床换刀机械手及刀库位置是否正确。
(3) 加工中心运转时，操作人员不得擅自离开岗位，加工过程中不得打开防护门，以免发生危险。

数控编程与加工实训教程




2. 加工中心仿真加工
1） 启动软件
单机版用户双击计算机桌面上的VNUC4.3图标，或从Windows的程序菜单中依次打开Legalsoft→VNUC4.3→“单机版”→“VNUC4.3单机版”命令。
2） 选择机床数控系统
打开菜单“机床”→“选择机床”命令，在“选择机床与控制系统”对话框中选择控制系统类型和相应的机床，如图32所示，并单击“确定”按钮，此时界面如图33所示。


图32“选择机床与数控系统”对话框




图33数控加工中心界面


3） 激活机床
单击“启动”按钮，松开“急停”按钮，激活机床。
4） 回零
单击“回零”按键，选择X、Y、Z方向键，当指示灯亮起完成各轴回零操作。
5） 设置并安装工件
单击菜单栏“设定毛坯”按钮，弹出“毛坯零件按钮”对话框，单击“新毛坯”选项，弹出如图34所示
的对话框，夹具选择虎钳。如图35所示，毛坯在夹具体中的位置可以进行调整，以满足加工需求。


图34新毛坯定义


6） 选择并安装刀具
单击菜单栏“设定刀具”按钮，弹出“刀具库”对话框，完成相应的刀具建立与安装，确认后退出“刀具库”对话框，如图36所示。 



图35夹具选择




图36“刀具库”对话框


7） 输入程序
程序的输入可以通过键盘或鼠标完成，也可以导入程序。
8） 建立工件坐标系
(1) 基准工具完成X、Y向对刀。
① 选择基准工具。如图37所示，选择菜单栏工艺流程选项，下拉列表中选择“标准工具”进行对刀。
② 主轴正转。MDI模式下输入“M03 S500;”单击“循环启动”按钮，主轴正转。
③  X向对刀。利用手动快进模式调节基准工具靠近毛坯左侧，当接近工件侧面改为手轮模式，单击菜单可进行手轮的显示与隐藏切换。然后利用菜单“工具/辅助视图”调出塞尺，


图37调用基准工具

选择合适塞尺厚度，用手轮调整基准工具靠近毛坯，直至塞尺检查“合适”为止。如图38所示，单击“工具”→“辅助视图”命令可关闭辅助视图，收起塞尺。


单击POS键，按下相对键，单击X键后，按起源键，此时相对坐标为X0，如图39所示。

将基准工具上移、右移，用同样的方法接近毛坯右侧面，直至塞尺检查合适，如图310所示，记下此时
X的相对值，并将基准工具移至X相对值的一半处，完成X向对刀，如图311所示。在操作面板上选择OFFSET键中的坐标系选项，键入“0”，单击“测量”键，完成坐标G54的X值设定。
④  Y向对刀。采用与X相同方法完成Y向对刀，并进行坐标系设置，如图312所示。
(2) 塞尺完成Z向对刀。
Z向对刀选用1号刀具，换下基准工具，利用塞尺检验合适后，单击OFFSETTING键，按下坐标系键，将光标移至Z值处，输入“1.0”，单击“测量”键，完成Z向对刀，如图313所示。



图38塞尺检测




图39相对坐标设置



9） 自动加工
编辑模式下调出程序，在加工模式下，用循环启动开始加工零件。
3. 编程基础
1） 主轴功能
主轴功能主要表示主轴转速或线速度，主轴功能用字母S和其后面的数字表示，单位为r/min或m/min，S为模态指令。
2） 进给功能
F指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G94(每分钟进给量，单位为mm/min)或G95(每转进给量，单位为mm/r)。



图310X右侧面对刀




图311G54 X坐标设置





图312G54 Y坐标设置




图313G54中Z坐标设置



当工作在G01、G02或G03方式下，编程的F一直有效，直到被新的F值所取代，而工作在G00、G60方式下快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。借助操作面板上的倍率按键F可在一定范围内进行倍率修调。当执行攻丝循环G84和螺纹切削G33时，倍率开关失效，进给倍率固定在100%。
3） 刀具功能
T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号。T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。在加工中心上执行T指令，刀库转动选择所需的刀具，然后等待至M06指令作用时自动完成换刀。
T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值(刀补长度和刀补半径)，T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。
4） 辅助功能
辅助功能由地址字M和其后的一或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向及机床各种辅助功能的开关动作。
(1) 程序暂停M00。
当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序，以方便操作员进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时，机床的主轴进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变。要继续执行后续程序，重按操作面板上的“循环启动”键。
(2) 程序结束M02。
M02编在主程序的最后一个程序段中，当CNC执行到M02指令时，机床的主轴进给冷却液全部停止，加工结束。使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序就得重新调用该程序或在自动加工子菜单下按F4键(请参考HNC21M操作说明书)，然后再按操作面板上的“循环启动”键。
(3) 程序结束M30。
M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头(O)的作用。使用M30的程序结束后若要重新执行该程序只需再次按操作面板上的“循环启动”键即可。
(4) 主轴控制指令M03、M04、M05。
M03： 启动主轴以程序中编制的主轴速度顺时针方向(从Z轴正向朝Z轴负向看)旋转。
M04： 启动主轴以程序中编制的主轴速度逆时针方向旋转。
M05： 使主轴停止旋转。

M03、M04为模态前作用M功能，M05为模态后作用M功能，M05为缺省功能。M03、M04、M05可相互注销。
(5) 冷却液打开停止指令M07、M09。
M07： 指令将打开冷却液管道。
M09： 指令将关闭冷却液管道。
M07为模态前作用M功能，M09为模态后作用M功能，M09为缺省功能。
5） 准备功能
准备功能指令如表31所示。


表31常用G代码含义



代码组意义代码组意义代码组意义



*G00
G01
G02
G03
G33
G04
G07
G09
*G11
G12
*G17
G18
G19
G20
*G21
G22


01
00
16
00
07

02
08


快速点定位
直线插补
顺圆插补
逆圆插补
螺纹切削
暂停延时
虚轴指定
准停校验
单段允许
单段禁止
XY加工平面
ZX加工平面
YZ加工平面
英制单位
公制单位
脉冲当量



G28
G29
*G40
G41
G42
G43
G44
*G49
*G50
G51
G24
*G25
*G61
G64
G68
*G69


00
09
10
04
03
12
05

回参考点
参考点返回
刀径补偿取消
刀径左补偿
刀径右补偿
刀长正补偿
刀长负补偿
刀长补偿取消
缩放关
缩放开
镜像开
镜像关
精确停止校验
连续方式
旋转变换
旋转取消


G52
G53
*G54
～
G59
G92
G65
G73～
G89
*G90
G91
*G94
G95
G98
*G99


00
11
00
06
13
14
15


局部坐标系设定
机床坐标系编程
工件坐标系1～6选择
工件坐标系设定
宏指令调用
钻、镗循环
绝对坐标编程
增量坐标编程
每分钟进给方式
每转进给方式
回初始平面
回参考平面



注： ① 表内00组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态指令，一次指定后持续有效，直到碰到本组其他代码。

② 标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。

6) G54~G59——建立工件坐标系
G54~G59是系统预定的6个工件坐标系，可根据需要任意选用。这6个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值(工件零点偏置值)可用MDI方式输入，系统自动记忆，如图314所示。工件坐标系一旦选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。G54~G59为模态功能，可相互注销，G54为默认值。


图314选择工件坐标系指令G54~G59


如图315，要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点，使用工件坐标系G54和G59的程序如下。

O100;

N10 G54 G00 G90 X30 Y40;

N20 G59;

N30 G00 X30 Y30;

在使用G54~G59指令时应注意，先用MDI方式输入各坐标系的坐标原点在机床坐标系中的坐标值。


图315G54~G59的应用

7) G00——快速定位指令
格式： 

G00 X__Y__Z__； 

说明： 
（1）  G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用F规定。
（2） 在执行G00指令时，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不一定是直线。操作员必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是将Z轴移动到安全高度，再放心地执行G00指令。
8） G01——直线插补指令
格式： 

G01 X__Y__Z__； 

说明： 指令多坐标(2、3坐标)以联动的方式，按程序段中规定的合成进给速度F，使刀具相对于工件按直线方式，由当前位置移动到程序段中规定的位置。当前位置是直线的起点，为已知点，而程序段中指定的坐标值为终点坐标。不移动的坐标轴可省略。
9） G90/G91绝对/增量尺寸编程指令
绝对值编程G90与相对值编程G91
格式： 


G90 G__ X__Y__Z__； 

G91 G__ X__Y__Z__； 

说明： 
（1） G90绝对值编程，每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的。
（1） G91相对值编程，每个编程坐标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。
当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对方式编程较为方便。而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时，采用相对方式编程较为方便。G90和G91为模态功能，可相互注销，G90为缺省值。
【任务实施】
1. 图样分析

该零件主要加工正方形槽，槽宽10mm，槽深4mm，正方形槽表面粗糙度为Ra6.3。
2. 加工工艺方案
数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。
1） 零件图纸是否符合编程方便的原则
（1） 零件图上的尺寸标注方法应适应数控加工的特点。在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保证设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大的方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的分散标注法改为同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。

(2) 构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。如圆弧与直线、圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分，编程便无法下手。遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。
2） 零件结构工艺性分析
(1) 零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效率提高。
(2) 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。如图316所示，零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小有关，图316(b)与图316(a)相比，转接圆弧半径大，可以采用较大直径的铣刀来加工。加工平面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，所以工艺性较好。通常
R＜0.2H(H为被加工零件轮廓面的最大高度)时，可以判定零件的该部位工艺性不好。


图316数控加工工艺性对比


（3） 零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。如图317所示，圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。当r大到一定程度时，甚至必须用球头刀加工，这是应该尽量避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r(D为铣刀直径)。当D一定时，r越大，铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差。

(4) 应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一的基准定位，就会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调。因此要避免上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，则要设置工艺孔作为定位基准孔(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。若无法制造出工艺孔时，最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。
此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。
(1) 采用平口钳装卡，毛坯高出钳口10mm左右。 
(2) 用10键槽铣刀铣削正方形槽，铣削深度4mm。走刀路线为A→B→C→D→E→A，如图318所示。


图317零件底面圆弧对加工工艺的影响




图318数控加工走刀路线


3. 程序编程
以工件上表面对称中心为工件坐标系原点，加工程序如表32所示。


表32槽件加工程序



程序说明程序说明



O3001程序名
G91 G28 Z0； 返回Z轴参考点
M06 T01； 换1号键槽刀
G54 G90 G00 X35.0 Y0； 绝对坐标，第一工件坐标系，快速定位到A点
G00 Z50.0； 刀具快速定位至Z50.0
M03 S1200； 主轴正传，转速为1200r/min
M08； 切屑液开
Z5.0； 刀具快速定位至Z5.0
G01 Z-4.0 F60； 直线插补至Z-4.0，进给量60mm/min


Y35.0 F120； 直线插补至B点，进给量120mm/min
X-35.0； 直线插补至C点
Y-35.0； 直线插补至D点
X35.0； 直线插补至E点
Y0； 直线插补至A点
G00 Z5.0； 快速抬刀至Z5.0
Z150.0； 抬刀至Z150.0
M09； 冷却液关
M05； 主轴停止
M30； 程序结束并返回起点


4. 仿真加工
启动软件→选择机床与数控系统→激活机床→回零→设置工件并安装→选择刀具并安装(注意仿真软件中无键槽铣刀，用立铣刀代替)→输入O3001号加工程序→建立工件坐标系→自动加工，仿真加工结果如图319所示。


图319数控加工仿真图


【同步训练】
零件如图320和图321所示，材料硬铝合金，毛坯100×100×30，编写加工程序，使用仿真软件验证程序并加工。


图320同步训练1




图321同步训练2



3.2任务2凸台零件的编程及仿真加工
【学习目标】
（1） 熟悉凸台零件加工工艺。
（2） 掌握G02/G03、G40/G41/G42和M98/M99指令及应用。
（3） 学习仿真加工中对刀操作。
（4） 具有使用G02/G03、G40/G41/G42和M98/M99指令，编写凸台零件加工程序的能力。
（5） 具有使用仿真软件验证凸台零件程序正确性的能力。
【任务描述】
如图322所示的零件材料为硬铝合金，毛坯100×100×30，使用3轴立式数控加工中心，单件生产，编写加工程序，运用VNUC 4.3软件进行仿真加工。


图322凸台零件


【相关知识】
1. 加工工艺

1） 顺铣与逆铣
切削工件外轮廓时，绕工件外轮廓顺时针走刀为顺铣，绕工件外轮廓逆时针走刀为逆铣，如图323(a)所示。切削工件内轮廓时，绕工件内轮廓逆时针走刀为顺铣，绕工件内轮廓顺时针走刀为逆铣，如图323(b)所示。加工工件时，常采用顺铣，其优点是刀具切入容易，切削刃磨损慢，加工表面质量较高。


图323顺逆铣走刀路线


2） 切削用量的选择
选择切削用量的原则是在保证工件加工精度和刀具耐用度的前提下，获得最高的生产率和最低的成本。

(1) 背吃刀量ap。
当侧吃刀量ae＜d/2(d为铣刀直径)时，ap＝(1/3~1/2)d； 当d/2≤ae＜d时，ap=(1/4~1/3)d； 当ae=d(满刀时)，ap=(1/5~1/4)d。
(2) 进给速度F。
粗铣时进给量主要依据刀具强度、机床、夹具等工艺系统刚性来选择。在强度刚度许可的条件下，进给量应尽量取大值； 精铣时一般取较小值。
(3) 铣削速度vc。

粗铣时切削温度高，为了保证铣刀的耐用度，主轴转速要低一些； 精铣时主轴转速要高一些。
3） 加工顺序
(1) 基准面先行原则。
用作基准的表面应优先加工出来，定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。
(2) 先粗后精。
铣削按照先粗铣后精铣的顺序进行。当工件精度要求较高时，在粗、精铣之间加入半精铣。
(3) 先面后孔。
一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，利用已加工好的平面不仅
定位可靠，而且在其上加工孔更为容易。

(4) 先主后次。
装配基准面应先加工零件的主要工作表面，次要表面可放在主要加工表面加工到一定程度后，精加工之前进行。
4） 加工刀具
常用铣削刀具有盘铣刀、立铣刀、键槽铣刀、球头铣刀等，
如图324所示。
(1) 盘铣刀主要用于加工平面，尤其适合加工大面积平面。
（2） 立铣刀是数控加工中最常用的一种铣刀，主要用于加工台阶面以及平面轮廓。大多数立铣刀的端面刃不过中心，不宜直接Z向进刀。
（3） 键槽铣刀主要用于加工封闭的键槽。
（4） 球头铣刀主要用于加工空间曲面零件。
铣削加工常用刀具的刀位点如图325所示。


图324常用铣刀类型




图325刀具的刀位点


5） 进刀与退刀路线
利用铣刀侧刃铣削平面轮廓时，为了保证铣削轮廓的完整平滑，应采用切向切入、切向切出的走刀路线，如图326所示。


图326进刀与退刀路线



6） Z向进刀路线
当加工外轮廓时，通常选择直接进刀法，从毛坯外进刀，如图327所示。


图327进刀路线



2. 编程基础
1）  G40/G41/G42——刀具半径补偿指令
(1) 功能。
使用该指令编程时只需按零件轮廓编程，不需要计算刀具中心运动轨迹，从而简化计算和程序编制。
(2) 指令格式。
以XY平面为例。

G41/G42 G00/G01 X_ Y_ D_ (F_ )； 

…

G40 G00/G01 X_ Y_ (F_)； 


其中： G41/G42——刀具半径左/右补偿，沿着刀具前进的方向看，刀具在工件轮廓的左/右侧，如图328所示； 
G40——刀具半径补偿取消； 
X、Y——建立、取消刀具半径补偿时目标点坐标； 
D——刀具半径补偿号。
(3) 注意事项。
① 在执行直线移动命令时建立或取消刀具半径补偿。
② 使用时应指定所在的补偿平面，且不可以切换补偿平面。
③ 进、退刀圆弧半径必须大于刀具半径值。


图328刀具半径补偿




2) 坐标平面选择G17、G18、G19

说明： 
（1） G17、G18、G19分别表示规定的操作在XY、ZX、YZ坐标平面内，如图329所示。
（2） G17、G18、G19为模态功能，可相互注销，G17为缺省值。


图329坐标平面选择指令

G17、G18、G19

（3） 移动指令与平面选择无关。例如执行指令G17 G01 Z10时，Z轴照样会移动。

3） G02/G03圆弧插补指令
(1) 功能。
使刀具在指定的平面内按给定进给速度进行顺时针圆弧(G02)或逆时针圆弧(G03)切削加工，如图330所示。
(2) 指令格式。

G17 G02(G03)X__Y__R__(I__J__)F__； 

G18 G02(G03)X__Z__R__(I__K__)F__； 

G19 G02(G03)Y__Z__R__(J__K__)F__； 

其中： G02/G03——顺/逆时针圆弧插补指令，从指定平面相垂直的坐标轴的正向往负向看，G02圆弧为顺时针旋转，G03圆弧为逆时针旋转，如图331所示； 
X、Y、Z——圆弧终点坐标； 
R——圆弧半径，0°＜圆心角＜180°时取正，180°≤圆心角＜360°时取负； 
I/J/K——圆心X/Y/Z坐标相对圆弧起点X/Y/Z坐标的增量； 
F——进给速度。


图330G02/G03圆弧插补平面图


(3) 注意事项。
① I、J、K为零时可以省略。
② 在同一程序段中，若I、J、K与R同时出现，R有效。
③ 加工整圆时只能用圆心坐标I、J、K编程。
④ 螺旋线进给。
指令格式： 

G17 G02(G03)X__Y__R__(I__J__)Z__F__； 

G18 G02(G03)X__Z__R__(I__K__)Y__F__； 

G19 G02(G03)Y__Z__R__(J__K__)X__F__； 

说明： 
X、Y、Z中由G17/G18/G19平面选定的两个坐标为螺旋线投影圆弧的终点，意义同圆弧进给，第3坐标是与选定平面相垂直的坐标轴终点，其余参数的意义同圆弧进给。
使用G03对图332所示的螺旋线编程，程序如下。


图331各平面G02/G03圆弧插补示意图





图332螺旋线编程


G90编程时： 

G90 G17 F300;

G03 X0 Y30.0 R30.0 Z15.0;

G91编程时： 

G91 G17 F300;

G03 X-30.0 Y30.0 R30.0 Z15.0;

4） 子程序调用M98及从子程序返回M99
一次装夹加工多个形状相同或刀具运动轨迹相同的零件，即一个零件有重复加工部分的情况下，为了简化加工程序，把重复轨迹的程序段独立编成一程序进行反复调用，这重复轨迹的程序称为子程序，而调用子程序的程序称主程序。如图333所示为子程序调用执行过程。

说明： 
(1) 调用子程序的格式

M98 P_ L_； 

说明： 
M98——用来调用子程序； 
P——被调用的子程序号； 
L——重复调用次数，省略重复次数，则认为重复调用次数为1次。例如，M98 P123 L3； 

表示程序号为123的子程序被连续调用3次。
(2) 子程序的格式

O****;子程序名

︙

M99;子程序结束

说明： M99表示子程序结束，执行M99使控制返回到主程序。
在子程序开头必须规定子程序号作为调用入口地址，在子程序的结尾用M99，以控制执行完该子程序后返回主程序。

【实例31】加工如图334所示的六个方形凸台轮廓，高度为4mm，已知刀具起始位置为(0，0，50)，试编制程序。


图333子程序调用执行过程




图334子程序调用


程序如下： 

O100;主程序

N10 G92 X0 Y0 Z50.0;设定工件坐标系

N20 M03 S500 M07;启动主轴，冷却液开

N30 G90 G00 Z3.0;快速定位到工件零点上方3mm

N40 M98 P99 L3;调用子程序O99，并连续调用3次，完成3个方形轮廓的加工

N50 G90 G00 X0 Y60.0;快速定位到加工另3个方形轮廓的起始点位置

N60 M98 P99 L3;调用子程序O99，并连续调用3次，完成3个方形轮廓的加工

N70 G90 G00 X0 Y0 Z50.0;回到起刀点

N80 M05 M09;主轴停，冷却液关

N90 M30;程序结束

O99;子程序，加工一个方形轮廓的轨迹路径

N10 G91 G01 Z-7.0 F100;相对坐标编程，进切深到工件表面以下4mm处

N20 G41 X20.0 Y10.0 D01;建立刀具半径左补偿

N30 Y40.0;直线插补

N40 X30.0;直线插补

N50 Y-30.0;直线插补

N60 X-40.0;直线插补

N70 G40 X-10.0Y-20.0;取消刀补

N80 G00 Z7.0;快速退刀

N90 G00 X50.0

N100 M99;子程序结束

在使用子程序编程时，应注意主、子程序使用不同的编程方式。一般主程序使用G90指令，而子程序使用G91指令，避免刀具在同一位置加工。
【任务实施】
1. 图样分析

零件主要加工对象是一个由两个R15的凸圆弧、一个R20的凹圆弧与直线连接而成的凸台。
2. 加工工艺方案
(1) 利用平口钳装夹毛坯，使毛坯高出钳口20mm左右。
(2) 用16三刃立铣刀铣凸台，余量手工切除，走刀路线由A→B→C→…→B→J→A，如图335所示。


图335数控加工走刀路线


3. 程序编程
以工件上表面对称中心为工件坐标系原点，加工程序如表33所示。


表33凸台轮廓加工程序



程序说明

O3002程序名
G91 G28 Z0； 返回Z轴参考点
M06 T01； 换1号16三刃立铣刀
G54 G90 G00 X-70.0 Y-70.0； 绝对坐标，第一工件坐标系，快速定位到A点
G00 Z50.0； 刀具快速定位至Z50.0
M03 S1000； 主轴正转，转速为1000r/min
M08； 切屑液开
Z5.0； 刀具快速定位至Z5.0
G01 Z-4.0 F240； 直线插补至Z-4.0，进给量240mm/min
G41 X-45.0 Y-30.0 D01； 直线插补至B点，增加刀具半径补偿，Y值可取更小些Y-33.0，直线切入
Y30.0； 直线插补至C点
X-30.0 Y45.0； 直线插补至D点
X30.0； 直线插补至E点
G02 X45.0 Y30.0 R15.0； 圆弧插补至F点
G01 Y-25.0； 直线插补至G点
G03 X25.0 Y-45.0 R20.0； 圆弧插补至H点
G01 X-30.0； 直线插补至I点
续表


程序说明


G02 X-45.0 Y-30.0 R15.0； 圆弧插补至B点
G01 X-70.0； 直线插补至J点
G40 X-70.0 Y-70.0直线插补至A点，取消刀具半径补偿

G00 Z5.0； 快速抬刀至Z5.0
Z150.0； 抬刀至Z150.0
M09； 冷却液关
M05； 主轴停止
M30； 程序结束并返回起点

4. 仿真加工
启动软件→选择机床与数控系统→激活机床→回零→设置毛坯并安装→基准工具X、Y方向对刀→刀具Z向对刀→输入O3002程序→自动加工→测量尺寸，仿真结果如图336所示。


图336数控加工仿真零件图


【同步训练】
零件如图337和图338所示，材料硬铝合金，毛坯100×100×20，编写加工程序，使用仿真软件验证程序并加工。


图337同步训练1




图338同步训练2


3.3任务3型腔零件的编程及仿真加工
【学习目标】
(1) 熟悉型腔零件加工工艺。
(2) 掌握G43/G44/G49和G10指令及应用。
(3) 学习仿真加工中刀具的Z向对刀操作。
(4) 具有读图、识图的能力。
(5) 具有编写型腔零件加工程序的能力。
(6) 具有使用仿真软件验证型腔零件程序正确性的能力。
【任务描述】
如图339所示零件材料为硬铝合金，毛坯100×100×30，使用3轴立式加工中心，单件生产，编写加工程序，运用VNUC 4.3软件进行仿真加工。


图339型腔零件


【相关知识】
1. 加工工艺
1） 刀具的选择
型腔铣削时，采用的刀具一般有键槽铣刀和普通立铣刀。

键槽铣刀其端部刀刃通过中心，可以垂直下刀，但由于只有两刃切削，加工时的平稳性比较差，加工工件的表面粗糙度较大，因此适合小面积或被加工零件表面粗糙度要求不高的型腔加工。

普通立铣刀具有较高的平稳性和较长使用寿命，但是由于大多数立铣刀端部切削刃不过中心，所以不宜直接沿Z向切入工件。一般先用钻头预钻工艺孔，然后沿工艺孔垂直切入。适合大面积或被加工零件表面粗糙度要求较高的型腔加工。
2） 刀具Z向切入方法
键槽铣刀可以直接沿Z向切入工件。
立铣刀不宜直接沿Z向切入工件，可以采用以下两种方法： 方法一先用钻头预先加工出工艺孔，然后沿工艺孔垂直切入工件； 方法二选择斜向切入或螺旋切入的方法，如图340所示。




图340Z向切入方法


3） 粗加工走刀路线
粗加工走刀路线有行切法、环切法和先行切后环切法，如图341所示。


图341粗加工走刀路线


行切法走刀路线较短，但是加工出的表面粗糙度不好； 环切法获得的表面粗糙度好于行切法，但是刀位点计算复杂； 先行切后环切法既可以获得较短的走刀路线又能获得较好的表面粗糙度。
2. 编程基础
1） G43/G44/G49刀具长度补偿指令
(1) 功能。
当由于刀具磨损、更换刀具等原因使刀具长度发生变化时，该指令使得数控机床能够根据实际使用的刀具尺寸自动调整差值。刀具长度补偿指令主要针对刀具轴向(Z方向)的补偿。它能使刀具在Z方向上的实际偏移量在程序给定值基础上增加或减少一个偏置量，由G43和G44两个指令实现。G43为刀具长度正补偿，G44为刀具长度负补偿，G49取消刀具长度补偿。
(2) 指令格式。

G43 G00/G01 Z__H__； 

G44 G00/G01 Z__H__； 

G49 G00/G01 Z__； 

其中： G43——刀具长度正方向补偿，即
Z实际值＝Z程序指令值＋H代码中的偏置值，编程时一般使用G43指令，通过改变H指令的刀具偏置值的正负来实现向正或负方向移动，如图342所示； 
G44——刀具长度负方向补偿，即Z实际值＝Z程序指令值-H代码中的偏置值； 
G49——取消刀具长度补偿； 
Z——目标点坐标； 
H——刀具长度补偿值的存储地址。


图342刀具长度补偿G43


(3) 注意事项。
① 刀具沿Z轴方向第一次移动时建立刀具长度补偿。
② 使用G43、G44指令时，不管是G90指令有效还是G91指令有效，刀具移动的最终Z方向位置，都是程序中指定的Z与H指令的对应偏置量进行计算。
③  G43、G44为模态代码，除用G49取消刀具长度补偿外，也可用H00指令。

如图343所示，当执行G43时，用已存放在刀具参数表中的数值与Z坐标相加，
即Z实际值=Z指令值+(Hxx)； 当执行G44时，用已存放在刀具参数表中的数值与Z坐标相减，即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。另外，需要注意的是，当偏置号改变时，新的偏置值并不加到旧偏置值上。例如： 设H01的偏置值为20，H02的偏置值为30，执行程序G90 G43 Z100 H01，Z将达到120； 执行程序G90 G43 Z100 H02，Z将达到130。


图343G43与G44的区别


刀具长度补偿指令通常用在下刀或提刀的程序指令G00或G01中，使用多把刀具时，通常是每一把刀具对应一个刀长偏置号，下刀时使用G43或G44，该刀具加工结束后提刀时使用G49取消刀长补偿。如图344所示为刀具长度补偿实例，程序如下。


图344刀具长度补偿实例

设(H02)=160mm时： 

N10 G92 X0 Y0 Z0;设定当前点O为程序零点

N20 G90 G00 G44 Z10.0 H02;指定点A，实到点B

N30 G01 Z-20.0;实际到点C

N40 Z10.0;实际返回点B

N50 G49 G00 Z0;实际返回点O

︙

设(H02)=-160mm时： 

N10 G92 X0 Y0 Z0;

N20 G90 G00 G43 Z10.0 H02;

N30 G91 G01 Z-30.0;

N40 Z30.0;

N50 G49 G00 Z150.0;

︙


从上述程序例中可以看出，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。
同样地，也可采用G43 H00或G44 H00来替代G49的取消刀具长度补偿功能。
2）  G10用程序输入补偿值指令
(1) 功能。
在程序中运用编程指令指定刀具的补偿值。
(2) 指令格式。

H的几何补偿值编程格式： G10 L10 P_ R_； 

H的磨损补偿值编程格式： G10 L11 P_ R_； 

D的几何补偿值编程格式： G10 L12 P_ R_； 

D的磨损补偿值编程格式： G10 L13 P_ R_； 


其中： P——刀具补偿号，即刀具补偿存储器页面中的“番号”； 
R——刀具补偿量。G90有效时，R后的数值直接输入到“番号”中相应的位置； G91有效时，R后的数值与相应“番号”中的数值相叠加，得到一个新的数值替换原有数值。
如图345所示，利用G10指令编写刀具半径补偿值分别为R8、R22、R32。


图345G10补偿位置示意图

【任务实施】
1. 图样分析

加工表面是由两段R35的圆弧、两段R8的圆弧以及四段直线连接而成的型腔轮廓，表面粗糙度为Ra6.3。与前一任务对比，增加了内轮廓加工。
2. 加工工艺方案
1） 加工方案
(1) 利用平口钳装夹毛坯，使毛坯高出钳口10mm左右。
(2) 利用盘铣刀手动铣削毛坯上表面，保证工件高度为20mm。
(3) 利用16钻头加工工艺孔。
(4) 用16三刃立铣刀粗铣型腔轮廓，工件单边留0.2mm精加工余量。采用直进法切削，粗铣型腔的刀具路线如图346所示。
(5) 用12三刃立铣刀精铣型腔轮廓，采用圆弧切向进退刀法，刀具路线如图347所示。
2） 程序编程
加工程序如表34~表36所示。


图346数控加工走刀路线




图347加工进刀路线




表34型腔零件加工程序



程序说明程序说明



O3003程序名
G91 G28 Z0;返回Z轴参考点
M06 T01;换1号16三刃立铣刀
G54 G90 G00 X0 Y0;绝对坐标，第一工件坐标系，快速定位到零点
G00 Z50.0;刀具快速定位至Z50.0
M03 S1000;主轴正转，转速为1000r/min
M08;切屑液开
G43 G00 Z50.0 H01;建立刀具长度补偿并定位
Z5.0;刀具快速定位至Z5.0
G01 Z-6.0 F60;直线插补，进给量60mm/min
G10 L12 P1 R32.0输入半径补偿值32mm
M98 P3013;调用子程序O3013一次
G10 L12 P1 R22.0输入半径补偿值22mm
M98 P3013;调用子程序O3013一次
G10 L12 P1 R8.2;输入半径补偿值8.2mm
M98 P3013;调用子程序O3013一次
G00 Z150.0;快速抬刀


M05;主轴停止
M09;关闭切削液
G91 G28 Z0;返回Z轴参考点
M06 T02;换取2号刀12三刃立铣刀
G54 G90 G00 X0 Y0;绝对坐标，第一工件坐标系，快速定位到零点
M03 S1200;主轴正转，转速为1200r/min
M08;切屑液开
G43 G00 Z50.0 H02;建立刀具长度补偿并定位
Z5.0;刀具快速定位至Z5.0
G01 Z-6.0 F60;直线插补，进给量60mm/min
G10 L12 P2 R6.0输入半径补偿值6mm
M98 P3023调用子程序O3023一次
G00 G49 Z150.0;快速抬刀
M05;主轴停止
M09;关闭切削液
M30;程序结束并返回起点



表35粗铣型腔轮廓加工程序



程序说明

O3013粗加工子程序名
G41 G01 Y35.0 D01 F400;直线插补到点(0，35)，建立刀具半径左补偿



G03 X-35.0 Y0 R35.0;
G01 Y-35.0;
X0;
G03 X35.0 Y0 R35.0;
G01 Y35.0;
X0;
粗铣型腔轮廓

G40 X0 Y0;退刀至X0 Y0，取消刀具半径补偿
M99;子程序结束


表36精铣型腔轮廓加工程序



程序说明

O3023精加工子程序名

G41 G01 X15.0 Y20.0 D02 F400;直线插补到点(15，20)，建立刀具半径左补偿

G03 X0 Y35.0 R15.0;圆弧切向进刀点(0，35)



G03 X-35.0 Y0 R35.0;
G01 Y-27.0;
G03 X-27.0 Y-35.0 R8.0;
G01 X0;
G03 X35.0 Y0 R35.0;
G01 Y27.0;
G03 X27.0 Y35.0 R8.0;
G01 X0;
精铣型腔轮廓

G03 X-15.0 Y20.0 R15.0;圆弧切向退刀至(-15.0，20.0)
G40 G01 X0 Y0;退刀，取消刀具半径补偿
M99;子程序结束

3. 仿真加工
启动软件→选择机床与数控系统→激活机床→回零→设置毛坯并安装→基准工具X、Y方向对刀→T01、T02两把刀具Z向对刀→输入程序→自动加工→测量尺寸，仿真结果如图348所示。


图348数控加工仿真零件图


【同步训练】

零件如图349~图351所示，材料硬铝合金，毛坯100×100×30，编写加工程序，使用仿真软件验证程序并加工。



图349同步训练1




图350同步训练2




图351同步训练3


3.4任务4孔系零件的编程及仿真加工
【学习目标】
(1) 熟悉孔的加工方法、加工刀具及加工路线。
(2) 掌握G81、G82、G83、G85、G76、G74、G84指令及应用。
(3) 具有零件图的识读能力。
(4) 具有使用孔加工固定循环指令编写孔系零件加工程序的能力。
(5) 具有使用仿真软件验证程序正确性的能力。
【任务描述】
如图352所示的孔系零件，材料硬铝合金，毛坯100×100×20，使用VDF850立式数控加工中心，单件生产，编写加工程序，运用VNUC 4.3软件进行仿真加工。


图352孔系零件

【相关知识】
1. 加工工艺方案

无论是手工编程还是自动编程，在编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析。所谓数控加工工艺，就是采用数控机床加工零件的一种方法。程序编制人员进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制订加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具、夹具和切削用量等，以求高效率地加工出合格的零件。
1） 加工方法
孔系零件一般采用钻、镗、铰等工艺，其尺寸精度主要由刀具保证，而位置精度主要由机床或夹具导向保证。数控机床一般不采用夹具导向进行孔系加工，而是直接依靠数控机床的坐标控制功能满足孔间的位置精度要求。这类零件通常采用数控钻、镗、铰类机床或加工中心进行。从功能上讲，数控铣床或加工中心覆盖了数控钻、镗床，而用于机械行业的纯金属切削类数控钻床作为商业化产品几乎没有市场生存空间。目前，对于一般单工序的简单孔系加工，通常采用数控铣或数控镗床进行加工； 而对于复合工序的复杂孔系加工，一般采用加工中心在一次装夹下，通过自动换刀依次进行加工。
常见孔加工方法有钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等。
(1) 钻孔。钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的一种方法。
(2) 扩孔。扩孔是用扩孔钻对已有孔进行扩大孔径的加工方法。
(3) 锪孔。锪孔是用锪钻加工锥形沉孔或平底沉孔。
(4) 铰孔。铰孔是用铰刀对孔进行精加工的操作方法。
(5) 镗孔。镗孔是用镗刀对孔进行精加工方法之一。
(6) 攻螺纹。用丝锥在工件孔中切削出内螺纹的加工方法。

在生产实践中，公称直径在M24以下的螺纹孔，一般采用攻螺纹的方式加工。

攻内螺纹前应先加工螺纹底孔。一般用下列经验公式计算内螺纹底孔直径d0。
对于钢件及韧性金属： 


d0≈d-P


对于铸铁及脆性金属： 


d0≈d-(1.05~1.1)P


式中： d0——底孔直径； 
d——螺纹公称直径； 
P——螺距。
攻不通孔螺纹时，因丝锥不能攻到底，所以钻孔的深度要大于螺纹的有效长度。一般钻孔的深度=螺纹孔深度+0.7d。

2） 加工刀具
孔加工刀具如图353所示。


图353孔加工刀具


(1) 中心钻。
中心钻的作用是在实体工件上加工出中心孔，以便在孔加工时起到定位和引导钻头的作用。
(2) 普通麻花钻。
普通麻花钻是钻孔最常用的刀具。麻花钻有直柄和锥柄之分。
(3) 扩孔钻。
扩孔钻和普通麻花钻结构有所不同。它有3~4条切削刃，没有横刃。
(4) 锪钻。
锪钻有柱形锪钻、锥形锪钻和端面锪钻。锪钻是标准刀具，也可以用麻花钻改磨成锪钻。
(5) 铰刀。
加工中心上经常使用的铰刀是通用标准铰刀。通用标准铰刀有直柄、锥柄和套式三种。
(6) 镗刀。
镗刀的种类很多，按加工精度可分为粗镗刀和精镗刀。精镗刀目前较多的选用可调精镗刀。
(7) 丝锥。
常用的丝锥有直槽和螺旋槽两大类。直槽丝锥加工容易、精度略低、切削速度较慢； 螺旋槽丝锥多用于数控加工中心上攻盲孔，加工速度较快，精度高，排屑较好，对中性好。
3） 加工路线

加工孔时，一般是先将刀具在XY平面内快速定位运动到孔中心线的位置上，然后刀具再沿Z向(轴向)运动进行加工。所以孔加工进给路线的确定包括以下内容。
(1) 确定XY平面内的加工路线。
孔加工时，刀具在XY平面内的运动属点位运动，确定加工路线时，主要考虑
定位要迅速。也就是在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程时间尽可能短。例如，加工图354(a)所示的零件时，按图354(b)所示的加工路线进给比按图354(c)所示的加工路线节省定位时间近一半。这是因为在定位运动情况下，刀具由一点运动到另一点时，通常是沿X、Y坐标轴方向同时快速移动，当X、Y轴各自移距不同时，短移距方向的运动先停，待长移距方向的运动停止后刀具才达到目标位置。图354(b)所示的方案使沿两轴方向的移距接近，所以定位过程迅速。


图354最短加工路线设计示例


(2) 定位要准确。
安排加工路线时，要避免机械进给系统反向间隙对孔位精度的影响。例如，镗削图355(a)所示零件上的四个孔。按图355(b)所示的加工路线加工，由于4孔与1、2、3孔定位方向相反，Y向反向间隙会使定位误差增加，从而影响4孔与其他孔的位置精度。按图355(c)所示的加工路线，加工完3孔后往上多移动一段距离至P点，然后再折回来在4孔处进行定位加工，这样方向一致，就可避免反向间隙的引入，提高了4孔的定位精度。


图355准确定位加工路线设计示例


有时定位迅速和定位准确两者难以同时满足，在上述两例中，图355(b)是按最短路线加工，但不是从同一方向趋近目标位置，影响了刀具定位精度。图355(c)是从同一方向趋近目标位置，但不是最短路线，增加了刀具的空行程。这时应抓主要矛盾，若按最短路线加工能保证定位精度，则取最短路线； 反之，应取能保证定位准确的路线。





(3) 确定Z向(轴向)的加工路线。
刀具在Z向的加工路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。刀具先从初始平面快速运动到距工件加工表面一定距离的R平面(距工件加工表面一定切入距离的平面)上，然后按工作进给速度进行加工。图356(a)所示为加工单个孔时刀具的加工路线。对多孔进行加工，为减少刀具空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退回到R平面即可，其加工路线如图356(b)所示。


图356刀具Z向加工路线设计示例



在工作进给路线中，工作进给距离ZF包括加工孔的深度H、刀具的切入距离Za和切出距离Z0(加工通孔)。如图357所示，图中Tt为刀头尖端长度，加工不通孔时，工作进给距离为ZF=Za+H+Tt
； 加工通孔时，工作进给距离为ZF=Za+H+Z0+Tt，式中刀具切入、切出距离的经验数据如表37所示。


表37经验数据表



加 工 方 式已加工表面毛 坯 表 面

钻孔2358
扩孔3558
镗孔3558
铰孔3558
铣削35510
攻螺纹510510



图357工作进给距离计算图


2. 编程基础
1） 固定循环的动作

如图358所示的孔加工固定循环通常由以下6个动作组成。
动作1——X、Y轴定位，刀具快速定位到孔加工的位置。
动作2——快进到R点，刀具自初始点快速进给到R点(准备切削位置)。
动作3——孔加工，以切削进给方式执行孔加工的动作。
动作4——在孔底的动作，包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作。
动作5——返回到R点，继续下一步的孔加工。
动作6——快速返回到初始点，孔加工完成。 

说明： 
(1) 初始点(或称初始平面)是为安全进刀切削而规定的一个平面。初始平面到工件表面的距离可以任意设定一个安全的高度上，当使用一把刀具加工若干孔时，只有空间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完成时，才使用G98，使刀具返回初始平面。

(2) R点(或称R平面)。R平面又叫R参考平面，这个平面是刀具切削时由快进转为工进的高度平面，距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，一般可取2~5mm。循环中使用G99，刀具将返回到该平面的R点。 
(3) 孔底平面。加工盲孔时孔底平面就是孔底Z轴高度，加工通孔时一般刀具还要伸长超过工件底平面一段距离，保证全部孔深的加工，钻削时还应考虑钻头的钻尖对孔深的影响。 
孔加工循环与平面选择指令(G17、G18或G19)无关，即不管选择了哪个平面，孔加工都在XY平面上定位，并在Z轴方向上进行孔加工。
2） 固定循环指令组的程序格式
固定循环的数据表达形式可以用绝对坐标(G90)和相对坐标(G91)表示，如图359所示，其中图359(a)是采用G90的表示，图359(b)是采用G91的表示。


图358固定循环动作




图359固定循环的数据形式


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__； 

说明： 
G98——返回初始平面； 
G99——返回R点平面； 
G——固定循环代码G73、G74、G76和G81~G89之一； 
X、Y——加工起点到孔位的距离(G91)或孔位坐标(G90)； 
Z——R点到孔底的距离(G91)或孔底坐标(G90)； 
R——初始点到R点的距离(G91)或R点的坐标(G90)； 
Q——每次进给深度(G73/G83)； 
P——刀具在孔底的暂停时间； 
I、J——刀具在轴反向位移增量(G76/G87)； 
K——指定孔加工的循环次数，只对等间距孔有效，须以增量方式指定； 
F——切削进给速度。
G73、G74、G76和G81~G89、Z、R、P、F、Q、I、J、K是模态指令。G80、G01~G03等代码可以取消固定循环。在使用固定循环编程时，一定要在前面的程序段中指定M03或M04，使主轴启动。固定循环指令不能和后指令M代码(如M00、M05)同时出现在同一程序段。在固定循环中，刀具半径补偿G41、G42无效，刀具长度补偿(G43、G44)有效。取消固定循环(G80)，该指令能取消固定循环，同时R点和Z点也被取消。

3） 固定循环指令
(1) 钻孔循环(G81)与带停顿的钻孔循环(G82)。
格式： 

G98(G99)G81 X__Y__Z__R__F__L__； 

G98(G99)G82 X__Y__Z__R__P__F__L__； 

说明： G81指令用于正常的钻孔，包括X、Y坐标定位、快进、工进和快速返回等动作。G82指令除了要在孔底暂停外，其他动作与G81相同，暂停时间由地址P给出。G82指令主要用于加上盲孔，以提高孔深精度。
(2) 攻左旋螺纹(G74)与攻右旋螺纹(G84)。
格式： 

G98(G99)G74(G84)X__Y__Z__R__P__F__L__； 

说明： G74用于加工左旋螺纹，执行该指令时，主轴反转，在XY平面快速定位后快速移动到R点，执行攻螺纹达到孔底后，主轴正转回到R点，主轴恢复反转，完成攻丝作业。反之，执行G84(攻右旋螺纹)。G74、G84指令动作循环如图360和图361所示。
攻螺纹时，进给量F根据不同的进给模式指定。当常用G94(mm/min)模式时，F＝导程×转速； 当采用G95(mm/r)模式时，F＝导程。
攻丝时速度倍率进给保持均不起作用，R应选在距工件表面7mm以上的地方，如果Z的移动量为零，该指令不执行。


图360G74指令动作图




图361G84指令动作图


【实例32】用G81、G84编制如图362所示螺纹孔的加工程序，设刀具起点为(0，0，50)，切削深度为10mm。


图362固定循环应用例题


先用G81钻孔，参考程序如下： 

O1000

N10 G92 X0 Y0 Z50.0;

N20 G91M03 S600;

N30 G99 G81 X30.0 Y30.0 Z-12.0 R-48.0 F200;

N40 G91X30.0 L3;

N50 Y40.0;

N60 X-30.0 L3;

N70 G90 G80 X0 Y0 Z50.0 M05;

N80 M30;

再用G84攻丝，程序如下： 

O2000

N10 G92 X0 Y0 Z50.0;

N20 G91 M03 S200;

N30 G99 G84 X30.0 Y30.0 R-42.0 Z-18.0 F100;

N40 X30.0 L3;

N50 Y40.0;

N60 X-30.0 L3;

N70 G90 G80 X0 Y0 Z50.0 M05;

N80 M30;

(3) 高速深孔加工循环(G73)。
格式： 

G98(G99)G73 X__Y__Z__R__Q__P__K__F__L__； 

说明： 
Q——每次进给深度； 
K——每次退刀距离。
G73指令动作循环如图363所示； G83指令动作循环如图364所示。


图363G73指令动作图




图364G83指令动作图


G73用于Z轴的间歇进给，每次进给深度由Q指定，且每次工作进给后都快速退回一段距离K，使深孔加工时容易排屑，减少退刀量，可以进行高效率的加工。
例如，如图363所示深孔加工，设起刀点(0，0，50)，孔底坐标(20，30，-30)，参考点距工件表面2mm，每次进给深6mm，每次退刀距离3mm。用G73指令编程如下： 

O0001

N10 G92 X0 Y0 Z50.0;

N20 M03 S600;

N30 G99 G73 X20.0 Y30.0 Z-38.0 R2.0 Q6.0 K3.0 F100.0;

N40 G80 G00 X0 Y0 Z50.0 M05;

N50 M30;

(4) 深孔(啄钻)加工循环(G83)。
格式： 

G98(G99)G83 X__Y__Z__R__Q__P__K__F__L__； 

说明： 
Q——每次进给深度； 
K——每次退刀后，再次进给时，由快速进给转换为切削进给时距上次加工面的距离。
G73指令动作循环如图363所示。

G83该指令适用于加工较深的孔(见图364)，与G73不同的是每次刀具间歇进给后退至R点，可把切屑带出孔外，以免增加切削阻力。
(5)  G76(精镗孔循环)与G87(反镗孔循环)。
格式： 

G98(G99)G76(G87)X__Y__Z__R__P__I__J__F__L__； 

说明： 
I——X轴刀尖反向位移量； 
J——Y轴刀尖反向位移量。
G76精镗时，主轴在孔底定向停止后，向刀尖反方向移动，然后快速退刀，如图365所示。这种带有让刀的退刀不会划伤
已加上平面，保证了镗孔精度。
G87反镗孔，指令动作循环描述如下(见图366)。


图365G76指令动作图




图366G87指令动作图



① 在X、Y轴定位，主轴定向停止。
② 在X、Y方向分别向刀尖的反方向移动I、J值。
③ 定位到R点(孔底)。
④ 在X、Y方向分别向刀尖方向移动I、J值。
⑤ 主轴正转，在Z轴正方向上加工至Z点。
⑥ 主轴定向停止。
⑦ 在X、Y方向分别向刀尖反方向移动I、J值。
⑧ 返回到初始点(只能用G98)。
⑨ 在X、Y方向分别向刀尖方向移动I、J值。
⑩ 主轴正转。

【实例33】设起刀点为(0，0，50)，孔底坐标为(30，30，-20)，参考点距工件表面(或孔底以下)2mm，主轴在孔底定向停止后，向刀尖反方向移动距离I=5mm，用G76或G87指令编程如下： 

O0001

N10 G92 X0 Y0 Z50.0;

N20 M03 S600;

N20 G98 G76 X30.0 Y30.0 Z-20.0 R2 I5.0 P2 F60.0;

(或N20 G98 G87 X30.0 Y30.0 Z-20.0 R-22.0 I-5.0 P2 F60.0;)

N30 G80 G00 X0 Y0 Z50.0 M05;

N40 M30;

(6) 镗孔循环(G85、G86、G88、G89)。
G85指令与G84指令相同，但在孔底时主轴不反转。
G86指令与G81指令相同，但在孔底时主轴停止然后快速退回。
G88指令格式： 

G98(G99)G88 X__Y__Z__R__P__F__L__； 

G88动作循环如图367所示，描述如下。


图367钻头的选择



① 在X 、Y轴定位。
② 定位到R点。
③ 在Z轴方向上加工至Z点孔底。
④ 暂停后主轴停止。
⑤ 转换为手动状态，手动将刀具从孔中退出。
⑥ 返回到初始平面。

⑦ 主轴正转。
G89指令与G86指令相同，但在孔底有暂停。
3. 仿真加工
本任务需要用到钻头(以6.7钻头为例)和铰刀(16)。钻头的选择如图367所示，铰刀的选择如图368所示。因为VNUC 4.3仿真软件中没有提供中心钻和丝锥，所以在仿真时用钻头代替中心钻和丝锥。


图368铰刀的选择


【任务实施】
1. 图样分析

零件的加工部位有4×6深孔，4×M8螺纹孔，重点保证的尺寸有16H7，此外还需加工两个高度为5mm直径分别为圆形凸台。
2. 加工工艺方案
1） 加工方案
(1) 采用平口钳装夹，毛坯高出钳口15mm左右。
(2) 用80盘铣刀手动铣削毛坯上表面，保证工件高度30mm。
(3) 用20立铣刀粗铣80凸台，单边留0.1mm精加工余量。
(4) 用20立铣刀粗铣40凸台，单边留0.1mm精加工余量。
(5) 用10立铣刀精铣80凸台和40凸台，采用圆弧进刀的方法，刀具自A→B→C→顺时针方向加工凸台，沿C→D→A退刀，加工路线如图369所示。
(6) 用10立铣刀精铣40凸台，采用圆弧进刀的方法。
(7) 采用中心钻钻中心孔。
钻中心孔加工路线： 1→2→3→4→5→6→7→8→9，如图370所示。


图369进退刀路线




图370加工路线示意图


(8) 用6钻头钻4个4深孔。
(9) 用6.8钻头钻4个M8螺纹底孔。
(10) 用M8丝锥攻4个M8螺纹孔。
(11) 用15.8钻头钻16H7孔，单边留有0.1mm铰削余量。
(12) 用16H7铰刀铰16H7孔。
2） 刀具的选用
刀具的选用如表38所示，加工工序如表39所示。


表38数控加工刀具卡



零件名称孔加工零件零件图号352

序号刀具号刀具名称数量加工表面半径补偿号
及补偿值长度补偿号备注

180盘铣刀1铣削上表面H01手动
2T0120立铣刀1粗铣80、40凸台D01(10.0)H02

3T0210立铣刀1精铣80、40凸台D02(5.0)H03

4T03中心钻1钻中心孔H04

5T046钻头1钻6深孔H05

6T056.7钻头1钻M8螺纹底孔H06

7T06M8丝锥1攻M8螺纹孔H07

8T0715.8钻头1钻16H7底孔H08

9T0816H7铰刀1铰16H7孔H09

表39数控加工工序卡



单位

名称

零件名称零件图号
孔系零件352


程序号夹具名称使用设备数控系统场地
O2411~O2418平口钳XH714DFANUC 0i MateMC数控实训中心

工步号工步内容刀具号主轴转速
n/（r·min-1）进给量

（F/mm·min-1）背吃刀量
ap/mm备注

1平口钳装夹工件，盘铣刀将上表面铣平，保证20mm的高度手动
续表


工步号工步内容刀具号主轴转速
n/（r·min-1）进给量

（F/mm·min-1）背吃刀量
ap/mm备注



2粗铣80凸台
3粗铣40凸台
T01

60040
60040




4精铣80凸台
5精铣40凸台
T02

80050
80050

0340103402


6钻中心孔T03200020O3403
7钻6孔T04140030O3404
8钻M8螺纹底孔T05120020O3405
9攻M8螺纹孔T06100125O3406
10钻孔T0735030O3407
11铰16H7孔T0810010O3408

3. 编制加工程序
1) 数值计算
(1) 工件原点。选择工件上表面中心作为工件坐标系原点。
(2)  M8螺纹底孔计算。
经查表，M8粗牙螺纹的螺距为1.25。对于钢件及韧性金属，根据经验公式
d0≈d-P=8-1.25=6.75mm，螺纹底孔直径取6.8mm。
(3) 经查表16H7尺寸为： 16+0.0210。
2） 加工程序 
80、40的圆凸台粗加工应用精加工程序，在运行程序前修改D01、D02的数值，实现粗加工。
(1) 80的圆凸台精加工程序如表310所示。


表31080圆凸台精加工程序



程序说明

O3401;程序号
G91G28Z0;返回Z轴参考点
M06T02;换02号刀具
M03S800;主轴正转，转速为800r/min
M08;切削液打开
G90G54G43G00Z100.0H02;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立02号刀具长度补偿
G00X0Y-75.0;快速定位到A点
G41G01X30.0Y-70.0D01F50;直线插补到B点，建立刀具半径左补偿，进给速度50mm/min
G03X0Y-40.0R30.0;圆弧切入工件到C点
G02X0Y-40.0I0J40.0;圆弧插补加工80凸台
G03X-30.0Y-70.0R30.0;圆弧切出工件到D点
G40G00X0Y-75.0;取消刀具半径回A点
G00Z2.0;快速抬刀至Z2.0mm
X0Y0Z150.0;回到X0Y0Z150.0点
M30;程序结束

(2) 40的圆凸台精加工程序如表311所示。


表31140圆凸台加工程序



程序说明

O3402;程序号
G91G28Z0;返回Z轴参考点
M06T02;换02号刀具
M03S800;主轴正转，转速为800r/min
M08;切削液打开
G90G54G43G00Z100.0H02;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100.0，建立02号刀具长度补偿
G00X0Y-35.0;快速定位到点(0，-35.0)
G41G01X13.0Y-27.5D02F80;直线插补到点(13.0，-27.0)，建立刀具半径左补偿，进给速度80mm/min
G03X0Y-20.0R15.0;圆弧切入工件到点(0，-20.0)
G02X0Y-20.0I0J20.0;圆弧插补加工80凸台
G03X-13.0Y-27.5R15.0;圆弧切出工件到点(-13.0，-27.0)
G40G00X0Y-35.0;取消刀具半径回点(0，-35.0)
G00Z2.0;快速抬刀至Z2.0
X0Y0Z150.0;回到点(0，0，150.0)
M30;程序结束

(3) 钻中心孔加工程序如表312所示。 


表312钻中心孔加工程序



程序说明

O3403;程序号
G91 G28 Z0;返回Z轴参考点
M06 T03;换03号刀具(中心钻)
G90 G54 G43 G00 Z100.0 H03;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立03号刀具长度补偿
M03 S2000;主轴正转，转速为2000r/min
M08;切削液开
G99 G81 X-40.0 Y-40.0 Z-12.0 R-7.0 F20;钻中心孔1，孔位(-40，-40)，加工中心孔深至Z12，R平面确定在Z7处，刀具返回R平面，进给量为20mm/min
X40.0;钻中心孔2
Y40.0;钻中心孔3
G98 X-40.0;钻中心孔4，刀具返回初始平面
X-30.0 Y0 Z-8.0 R-2.0;钻中心孔5，R平面确定在Z2处
X0 Y30.0 ;钻中心孔6
X30.0 Y0;钻中心孔7
X0 Y-30.0;钻中心孔8
G99 X0 Y0 Z-3.0 R3.0;钻中心孔9，R平面确定在Z3处，刀具返回R平面
G80;取消固定循环
G00 Z150.0;快速抬刀至150mm
M30;程序结束并返回起点

(4)  6深孔钻削程序如表313所示。


表313 6深孔钻削加工程序



程序说明

O3404;程序号
G91 G28 Z0;返回Z轴参考点
M06 T04;换04号刀具(4钻头)
G90 G54 G43 G00Z100.0H04;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立04号刀具长度补偿
M03 S1400;主轴正转，转速为1500r/min
M08;切削液开
G98G83X-30.0Y0Z-22.0R-2.0Q3.0F30;钻孔
5，孔位(-30.0，0)，加工孔深至Z22，R平面确定在Z2处，每次进刀3mm，刀具返回初始平面，进给量为30mm/min
X0Y-30.0;钻孔6
X30.0 Y0;钻孔7
X0 Y-30.0;钻孔8
G80;取消固定循环
G00 Z150.0;快速抬刀至Z150
M30;程序结束并返回起点

(5) M8螺纹底孔加工程序如表314所示。


表314M8螺纹底孔加工程序



程序说明

O3405;程序号
G28 G91 Z0 ;返回Z轴参考点
M06 T05;换05号刀具(6.8钻头)
G90 G54 G43 G00 Z100.0 H05;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立05号刀具长度补偿
M03 S1200;主轴正转，转速为100r/min
M08;切削液开
G99G81X-40.0Y-40.0R-7.0Z-22.0F20;攻螺纹1，进给量为125mm/min
X40.0;攻螺纹2
Y40.0;攻螺纹3
G98 X-40.0;攻螺纹4，返回初始平面
G80;取消固定循环
G00 Z150.0;快速抬刀至Z150
M30;程序结束并返回起点


(6)  M8螺纹加工程序如表315所示。


表315M8螺纹加工程序



程序说明

O3406;程序号
G91 G28 Z0;返回Z轴参考点
M06 T06;换06号刀具(M8丝锥)
G90 G54 G43 G00 Z100.0 H06;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立06号刀具长度补偿
M03  S100;主轴正转，转速为100r/min
M08;切削液开
G99G84X-40.0Y-40.0Z-23.0R-7.0 F125;攻螺纹1，进给量为125mm/min
X40.0;攻螺纹2
Y40.0;攻螺纹3
G98  X-40.0;攻螺纹4,返回初始平面
G80;取消固定循环
G00  Z150.0;快速抬刀至Z150
M30;程序结束并返回起点

(7) 15.8钻孔加工程序如表316所示。


表316 15.8钻孔加工程序



程序说明

O3407;程序号
G91 G28 Z0;返回Z轴参考点
M06 T07;换07号刀具(15.8钻头)
G90 G54 G43 G00 Z100.0 H07;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立07号刀具长度补偿
M03  S350;主轴正转，转速为350r/min
M08;切削液开
G99 G83 X0 Y0 Z-23.0R3.0Q3.0 F30;钻孔9，加工孔深至Z23，R平面确定在Z3处，每次进刀3mm刀具返回R平面，进给量为30mm/min
G80;取消固定循环
G00  Z150.0;快速抬刀至Z150
M30;程序结束并返回起点

(8) 16H7铰孔加工程序如表317所示。


表317 16H7铰孔加工程序



程序说明

O3408;程序号
G91  G28  Z0;返回Z轴参考点
M06  T08;换08号刀具(16H7铰刀)
G90 G54 G43 G00 Z100.0 H08;绝对坐标，第一工件坐标系，Z向快速定位至Z100，建立08号刀具长度补偿
续表


程序说明

X0 Y0;快速点定位至(0,0)
Z5.0;快速定位至Z5
M03  S100;主轴正转，转速为100r/min
M08;切削液开
G01 X0 Y0 Z-23.0 F10;铰孔9，进给量10mm/min
Z5.0;抬刀至Z5.0
G00 Z150.0;快速抬刀至Z150.0
M30;程序结束并返回起点



图371加工仿真图

4. 仿真加工
启动软件→选择机床与数控系统→激活机床→回零→设置毛坯并安装→基准工具X、Y方向对刀→刀具T01至T08 Z向对刀→分别输入O3401至O3408程序→自动加工→测量尺寸，仿真结果如图371所示。

【同步训练】
零件如图372和图373所示，材料硬铝合金，编写加工程序，使用仿真软件验证程序正确性并加工。


图372同步训练1





图373同步训练2