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发表于 2006-3-13 11:42:21
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数控加工中特殊G、M代码的使用
数控加工中特殊G、M代码的使用- p s% M) Z+ V: w( u2 M* P& x
数控文字地址程序段格式中，G代码、M代码分别表示准备功能宇和辅助功能字，G、M代码在不同数控系统中分别表示不同的数控功能，有些数控系统还规定可使用几套G、M代码指令，这就为数控加工工艺的制订，数控加工程序的编制以及加工程序调试增添了许多灵活性，特别是特殊G、M代码的合理使用，对保证零件的加工质量和精度，防止数控机床各加工轴之间或刀具之间的干涉，提高数控机床的安全、稳定运行具有积极的现实意义。
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2 数控加工中特殊G、M代码的使用
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?9 w S6 D! Z9 r1) 延时G04指令 ! }$ e1 j" Q- r
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延时G04指令，其作用是人为暂时限制运行的加工程序，在程序中表示为“G04X-，或G04U-，或G04P-”。如“N0050 G04 X1.0”，表示当执行到此程序段时，进给中止1秒后再继续执行后续程序指令。G04指令中的延时时间在编程时设定，其选择范围为“0.001～99999.999秒或转(用 X或U指令的IS-B增量系统)。1～99999999延时时间单位为0.0001秒或转(用P指令的IS-C增量系统)”。G04延时指令一般使用的几种情况为：①对不通孔作深度加工时，刀具送给到规定深度后，用G04指令可使刀具作非进给光整切削加工，然后退刀，保证孔底平整，并使相关表面无毛刺；②沟槽时，在槽底应让主轴空转几转再退刀。一般退刀槽都不须精加工，采用G04延时指令，有利于槽底光滑，提高零件整体质量；③数控车床上，在工件端面的中心钻60°的顶尖孔或倒45°角时，为使孔侧面、及倒角平整，使用G04指令使工件转过1转后再退刀；④车削轴类零件台肩，在刀具送给运行方向改变时，应在改变运行方向的指令间设置G04指令，以保证轴肩端与工件轴线的垂直度。 ( f: h# E: J! D
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除以上一般使用情况，在实际数控加工的使用中，尝试着一些特殊使用的分析和研究，并从中得到了新启示：
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(1) 采用步进电机为进给驱动系统的数控机床，特别是国内改进设计的数控机床，在高精度加工中，为避免频率变化过快造成对位移精度的影响，常人为将快速点进位G00指令路经分解为2个程序段，段1为快速点进位，段2为直线插补。由于高速点进位运行在开始时为升速，当升到设定的速度频率时为正常匀速运行，接近到达定位点时为降频(就是常说的自动升降速)。在段1后如果设置延时G04指令，可保证高速运行降频完全稳定后，再低速运行，使控制精度得以提高。特别是对于数控钻床加工时的孔定位特别明显。 2 ? b6 |+ J$ z' O& J& ^
/ {$ v7 K* A3 K
(2) 大批量单件加工时间较短的零件加工中，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用G04指令代替首件后零件的启动。延时时间按完成1件零件的装卸时间设定，在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短，但需保证其一定的安全时间。零件加工程序设计成循环子程序，G04指令就设计在调用该循环子程序的主程序中，必要时设计选择计划停止M01指令作为程序的结束或检查。
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F/ _' [2 F4 f4 z8 M: O(3) 数控车床用丝锥攻中心螺纹时，需用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置G04延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，主轴完全停止后按原正转速度反转，丝锥按原导程后退。 . J3 R H, q7 k
1 H0 ~) J5 d4 _
程序举例：
' ^ `) v$ j, RM03 S300；攻牙主轴转速不能太快
$ L$ f9 Q2 t9 @8 v- h$ }# @G00 XO Z5.0；至工件中心坐标 $ Y+ p r, p, `4 {& V3 h( N
G32 Z-20.0 F1.0 M05；攻丝完毕后主轴停止
- ]$ u* f5 \8 S; P/ I) N* OG04 X5.0；丝锥延时5秒作非过给切削加工 2 q( v4 `4 e6 J) P$ M
G32 Z5.0 M04；主轴反转，丝锥后退
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(4) 锁孔完毕退刀时，为避免退刀时留下螺旋划痕而影响表面粗糙度，应使镗刀在孔底作非进给停留，待主轴完全停止后再退刀。退刀时会留下垂直端面的退刀划痕，一般在镗孔加工工艺中是允许该退刀划痕存在的，利用该划痕还可以判断所镗孔的形状误差。
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2 K+ J6 |. L; k* o: C(5) 在发讯指令后须设置G04指令，以保证有足够的时间延时，等待发讯指令规定要求的动作开始或完成后，再运行后续程序，以确保加工的可靠性。如换刀位、开启关闭主轴、润滑或接通其它信号等。如：瑞士碧玛泰公司的S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，配NUM 1050数控系统，在自动拉料时的程序为：
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& ~9 S% v- x/ NN0160 M60；夹具打开允许 ( u7 z6 w, i3 j, x8 p
N0170 M169；夹具打开
% e! o% g* j! `0 S1 O; ?N0180 G04 FO.3 # \4 ]+ b n6 i0 C
N0190 G01 ZL1；L1已赋值
) ]2 l+ ~2 w. {) S0 L2 oN0200 M168；夹具夹紧 ' I9 L; w+ \/ |$ w+ `& h& F0 t
N0210 G04 FO.3
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7 n- ` R X: m- B: A9 i(6) 在主轴转速有较大的变化时，可设置G04指令。目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的表面质量。
5 s4 V$ \: T v" M/ j1 M2 @
, y3 K: O7 x. O1 d3 o& R程序举例：
2 v" [9 R9 B' ~N0010 S1000 M13；主轴转、冷却液开
1 [* g: |5 g) ?( [3 R; P* ]N0020 T0302
; [5 V/ W: s2 P/ m4 qN0030 G01 X32.4 FO.1 - [* K2 |/ O! t5 v$ X) Z1 h2 C
N0040 S3500 M03；主轴转速有较大的变化
E& u. {' t/ A* |( \1 R' S* oN0050 G04 XO 6；延时 0． 6S
3 y# v5 u, _/ c) g( }! GN0060 G01 Z-10.0 FO.02
# _' p4 D W' H% N4 y. w) u/ e6 B+ k" K: R' i z" D' h3 _+ y
(7) 在加工程序中有多种功能顺序执行时，必须设置G04指令。如机械手接零件、双主轴同步、从第1刀塔转换到第2刀塔加工等等，按动作的复杂程度，设定不同的G04延迟量，以使前一动作完全结束，再进行下一动作，避免干涉。 3 F! o+ A7 }* B/ S
3 C4 t8 `- s: P(8) 在铣加工过程中，当加工刀径相同的圆弧角时，可设置G04指令。可以消除让刀所带来的锥度和实际加工的R偏差，但圆弧角的表面质量会下降。
) p6 Q/ |) v- _4 r1 N+ s/ v
4 o& E0 j. ?- ^ u0 O程序举例： 3 B/ k# N. ^; _4 C- Z0 e
N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100
; r6 C; x" U0 e7 Z: N( lN0130 G04 XO.5 ~. l+ Y3 }# }4 ^% S
N0140 G01 Y50.5 F300 9 i( i: O( J, E9 s
! f9 u7 E4 `" N. n5 d
(9) 在主轴空运行时，用G04设置每档转速的时间，编一段热机程序，让设备自动运行，可以使热机的效果更加的良好。 a- B7 Q* A8 F+ z# m
% B1 z. a/ `: F
如： 5 F% l# K1 x1 Y) i
N0220 M03 S1000 & ^8 u% L F( ]! E& o# ^( }
N0230 G04 X600 4 e: H5 }$ r: t* }5 N4 K
N0240 S5000 7 T w- z: }& \$ ^
N0250 G04 X600 . [6 ~8 t5 r- a0 i& ]3 K9 W
N0260 S10000 3 R) T/ ~/ ?( j4 H
N0270 G04 X600 9 U+ J$ t$ ]0 F5 ^
0 i+ I' j* [0 O% d1 o3 i2) 返回参考点G26、G27、G28、G29指令 1 c" y9 U8 k) ^& p, Y
+ B" V: j9 M- e" G参考点是机床上的一个固定点，通过参考点返回功能刀具可以容易地移动到该位置。参考点主要用作自动换刀或设定坐标系，刀具能否准确地返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸一致性的前提条件。
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0 N% W) L1 Y$ l实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。 8 q* Z) _2 U) R! u4 |% B
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(1) 对于重复定位精度很高的机床，为了保证主要尺寸的加工精度，在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点再重新运行到加工位置。如此做法的目的实际上是重新校核一下基准，以确定加工的尺寸精度。 & r* t# o5 D: W9 Q3 L
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(2) 对于多轴联动机床，特别是多轴多刀塔机床，程序开始段，一般设回参考点指令，避免换刀或多轴联动加工时出现干涉情况。
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8 N: V4 n B! t |& G* a% X9 z(3) 四轴以上的加工中心在进行B轴旋转前，双主轴车床在主、副轴同步加工前，设置回参考点指令，可防止发生撞刀事故。如：HERMLE 600U五轴五联动立式加工中心，配Heidenhain i530数控系统，其B轴可±110°旋转，而刀库在主轴后面，在B轴旋转前，都加回参考点指令。 7 v1 I+ p) X! [" Q, `. w/ n f7 p
/ h4 {% q8 v0 {2 o5 d T(4) 双主轴车床，只在一主轴加工时，用回参考点指令，使另一主轴在参考点位置，能使程序顺利执行并保证加工精度。如 S188双主轴双刀塔数控车铣中心，只在一个主轴加工零件时，首先用G28指令，将另一主轴和刀塔返回参考点位置，以便加工顺利进行。
) w( J; V* R! }& j: H W4 Z* `6 l' p& e+ X5 s* {' H1 D! E
(5) 对于多轴纵切机床，当因各种原因要封闭某一轴时，用回参考点指令，使此一轴在参考点位置，然后再进行封闭，能保证此轴的位置度。如TONUS DECO2000机床，因加工要求必须封闭X4和Z4轴，在此情况下，在进行系统屏蔽X4和Z4轴之前，执行返回参考点操作。 5 I+ {3 W9 s9 u6 A, v
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(6) 在修理某一轴的伺服单元时，一般先进行回参考点操作(如有可能)，以避免在该轴失电时，坐标位置的丢失。如美国哈挺公司COBRA 42机床，因X轴电机运转有杂音需检查，在检查前执行返回参考点操作。
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3) 相对编程G91与绝对编程G90指令
/ g- R4 \, N( k: @) d# U
7 J8 f2 r( `: W$ w) }, o8 v; t相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点，刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较相对编程小。 - `$ n ]8 u; T& w! n
" c1 D$ l7 o% a, \9 P! z$ f
数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高，所以在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工时的方便，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，也可以采用绝对编程。数控铣床加工时，对于重要的尺寸应采用绝对编程。在数控车铣加工中心加工零件时，一般在车加工时用相对编程，变换为铣加工时，用绝对编程。如：EMCO 332数控车铣中心，配西门子 840D数控系统，双主轴双刀塔，在进行车铣加工时的程序：
7 w* j+ A( g1 Q1 s/ T! f; v. N- K+ |$ N. z- x$ A
M06 T10
! [! b3 T1 U+ }* TM38；车方式，默认在G91相对编程
3 N2 k- T( e+ } v" _7 Z1 k! Y( zM04 S1000 M08 # ?3 d1 }# U, A3 d& ?
G95 FO.03 . m8 Y4 l: I+ j/ m' W7 y
G00 X8.0 YO Z10.0
4 b+ ?3 Q n) G k5 xG00 Z1.0
3 {1 m: X/ w5 ]4 N9 L; n. I2 E% mG01 Z-11.55 FO.01
: ]+ G( ], ^# _% w/ V9 i" hM06 T13 3 M! e" w! I; O
M39；铣方式，G91相对编程、G90绝对编程
2 n8 n. F! \1 T/ ` s0 bG00 G90 X-L12 Z1；L12已赋值 : h0 p5 F9 i9 i# \& k
G01 G90 Z-9.5 F1200
) r6 m8 D' v1 W, h( Z N# t zG01 G91 XO.30
4 s4 w/ ^8 Q* i) DG00 G90 Z1
0 n" G' T& v+ ?2 m1 S/ _1 E; U2 B3 [8 J& V8 {$ p& v9 \2 v' U
另外，为保证零件的某些相对位置，按照工艺的要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。 ( n, N0 S: j3 _3 K
2 b3 r7 W; @8 h. w, N- |8 B4) 主轴松开夹紧指令
/ m' _7 b# P2 W% W* S
# {8 Y' X, v5 K4 \; l# y主轴松开和夹紧指令，在正常的情况下，是装卸零件时使用，但对于多主轴车床来说，还有其他的用途：
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(1) 用于双轴同步加工。在加工细长轴类零件时，用主、副轴分别夹持零件的两端，利用夹套夹紧时的后缩力，使零件处于被拉紧状态，再进行切削加工，可以防止因让刀产生锥度，并能提高零件表面的加工质量。 9 d. r; r$ n- s6 h3 c2 k( W9 M! ?# g
" q6 C$ v$ Q! m2 i8 W5 s# d(2) 对于数控纵切车床，经过合理地设置主副轴的松开、夹紧指令，多次拉送料，分段多次加工，可以加工比额定行程长数倍的细长零件。笔者就曾在TONUS DECO2000机床(Z轴行程64mm)上用此方法加工出长96mm的φ0.6mm和φ0.8mm台阶轴。
" \2 O% ~ M: Q5 V- Z/ i
) N' r& b# Y% Y0 o" f/ }2 \" x如：TONUS DECO2000机床为数控纵切车床，配基于FUNAC16系统而改进的、具有电子凸轮功能的、专为纵切机床配套的PNT2000(TONUS专利产品)数控系统，其编程方式有别于一般的车、铣，每一工步是技流程在各个框图中分别编，现仅列主加工工步的程序：
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G00 G100 Z1=0 X1=1；主轴旋转、冷却、调刀另有工步 % C7 X9 O' ^* I( L
G01 X1=0.6 FO.05 * ~: x3 o9 z9 z% B* b1 u- w* C9 U
G01 Z1=-60.0 FO.02
( }& R2 t+ {5 P# cG01 X1=1.2 FO.05 7 L. N ^# q' |6 ^ a5 W2 Y2 z
G00 G100 X1=20
" K3 ~: M5 j$ Q3 e7 F6 gM111；松主轴 / N) y' c4 R) F$ u! w3 t
G04 XO.4
; h4 I1 U0 x8 W# W, z, DG01 Z1=0.0 FO.1
7 b1 Q# {/ E& g& T& o! m( r9 vM110；主轴第二次夹紧 5 |) U }7 y: m
G04 XO.4
& |- [9 {- h; \9 U" ~8 RG01 G100 X1=1.2
# \6 z! v0 d' ?6 k% V# iG01 X=0.8 F=0.05 ; _7 K3 }( E& g2 } v
G01 Z1=-36.0 FO.02 & F6 Z1 [( x! M# d- Y# |; g* p) X
G01 X1=1.2 FO.05
$ h# l, ]- E2 A1 TG00 G100 X1=20；转换到切断工步。
# L' Q4 T1 C8 n' s( X0 E2 k6 v3 L E& W( B* \
5) G53零点漂移指令 0 @& M! i% m" G' W# }
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在一般情况下，G53～G59等指令，是运用在零件加工过程中需重新建立编程原点的情况下，如多个零件同时加工等，但如合理使用此类指令，可提高机床的效率。 9 U+ L. A/ F M0 _! x
3 i' M' x5 w% g对于大部分数控设备来说，在开机之后，必须进行一段时间的热机，以消除因主轴或刀塔发热所带来的误差。如果对机床熟悉，就可以在加工程序的开头设置G53～G59等指令，人为进行补偿，可以大幅缩短热机时间。如 S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，因控制的轴数较多，如要尺寸完全稳定，每天需空运行2h左右，经一段时间的摸索，现用G53指令，即：G53 XO.04 YO.01。在2h内，每0.5h减少XO.01 YO.005，可将热机时间控制在0.5h以内。 9 C+ u6 ~0 U& e# ~' d4 x
: z( y+ x3 Z8 t8 _% A1 W, _
批量生产，当工作台可以装夹数个零件时，在编程中运用G53～G59等指令，定义几个不同的加工原点，可以一次装夹加工数个零件，节省换刀时间，提高工作效率。如 VC750型立式加工中心，工作台为850mm×530mm，所加工零件的坯料为φ160mm，除去装夹部分，每次可装4个零件。程序如下： # V8 [2 ~2 X. ~* m
/ Y" F3 \" u8 U4 I: s9 ^0 _
G54 P1 M98 ( y# \% ^) l- k3 ?5 c/ x: L* t
／G55 P1 M98
) \/ J0 R. q: c- x( u' W/ c／G56 P1 M98
% N7 L3 t8 } A／G57 P1 M98
# I$ k8 O E% [% p @2 DM99
. A, H/ |# k* ~将要加工的程序编成子程序(P1号)，在调试时不执行带／的程序，批量生产后再执行。 0 x! |% @2 t7 x9 }/ @
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6) G79跳转指令
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G79指令为强行跳转，在车铣复合加工中心的零件加工程序中使用，可以带来很大的方便。如S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，配NUM 1050数控系统，带自动拉料机构，在零件加工程序的编制中，如：
/ \; I# Z; p- x; G; b/ E
* ]5 Z( Y) w* A; }, i6 z: X$ G79 N2037 9 O9 [' d. {+ [0 {& }1 G {) d: W' v
N2037 GO X52.0 Z2.0
3 g0 A: y- H5 Q+ b
# z+ x3 d0 m, d. x: A+ x8 E; x* K加入G79指令，可以很方便地进行各工步程序的调试，免去一般程序每调一步都要从头找程序段或在每一程序段结束加 M01的麻烦；同时可以直接跳转到程序结束句进行割断。 / B, |7 v) }9 d5 N
* r/ v! n$ A$ F5 d+ S8 q$ `, e0 o7) G09减速与精确定位指令
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9 ]! H8 V! {: }$ i( P( nG09指令其功能是在执行下一条程序之前，减速并准确地停止在当前条程序所确定的位置。在精加工时使用，可以使加工的形位尺寸准确，如 S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，配NUM 1050数控系统：
7 Z$ X0 ?0 a+ Z4 n9 D, Y6 l9 N
5 |3 z' g5 o ]2 Z' s$ n, \, w* cG01 Z1 FO.02 / g& C2 q; F, w, T7 A: ]: E; L4 q/ m
G01 G09 ZO.5 2 n/ I0 _7 v. q: q
G01 G09 X9.745 Z-0.4
8 f% K7 u) S6 e% C' eG01 Z-11.52 ! L2 X p. G: K1 Z2 f( l1 L
8 S, L) t9 c) c0 x9 I' r" z3 结束语 & X7 L! F% A% @2 z0 V( I
3 t7 W% r) d5 s2 G( i- K3 w7 _数控加工是基于数控程序的自动化加工方式，在实际加工中，对G、M代码进行深入分析与研究，对传统加工方法进行变革，需要有较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能。作者从事数控技术教学、数控加工及数控设备的维护近20年，碰到非常多的技术难题，在特殊G、M代码的使用方面，积累了一定的经验。在数控加工程序中，用好这些特殊G、M代码，对提高零件的加工质量和精度，使用、维护好数控机床具有重要意义。
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