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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
! ^0 h5 ]9 ^ l2 {, \- ^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。 1 l J6 {: k( W" }3 x# F6 V
, @0 ^& m9 [ K b2 数控加工中特殊G、M代码的使用 ' z5 E, V' x. b0 R0 ^9 P9 V
. f! D' ~2 L9 S& t; E1) 延时G04指令 0 ^) w. h( U( m/ r+ |# {5 a
. n E+ s V0 @+ r' r) O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。 . o; A7 f V, }. U
2 C. P g9 P# r. f/ ^. \. J/ Z& H
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：
( m( K$ M1 K% S3 g+ [+ U* X2 F1 A/ @- [: o7 a. h
(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。
5 z$ x7 Y" O* K
n! c: B K; [5 B* {(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。
" L5 e5 d7 M0 ~0 o! y& a; A9 @5 s [' L% s0 u
(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。 7 R# j0 o/ C9 H/ @. j8 D5 y
k- N) `! P; L, J5 @
程序举例： 4 X' T- h& G. e( |
M03 S300；攻牙主轴转速不能太快
% s- |5 [. T& J, @G00 XO Z5.0；至工件中心坐标
$ H. E# {. J. q% Z/ y" M7 B9 OG32 Z-20.0 F1.0 M05；攻丝完毕后主轴停止
! d3 c) t% o* Y2 G* T7 X# P0 a( e; R3 PG04 X5.0；丝锥延时5秒作非过给切削加工
" t9 O" W5 a8 n$ Y; ~; n* X& x2 D& LG32 Z5.0 M04；主轴反转，丝锥后退 6 Z0 T) B3 e- [. W- ?4 a7 p( b
6 j; S' R9 v) W7 P' ?(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。 # E) p! G9 D- W7 `# L. v% q
1 U( @) y) G7 T1 p* y; r b" p0 t5 t
(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：
% P' M) T# K; Z# D) w6 Y& s' g7 H" b5 Z% I \# }2 d8 Z' o
N0160 M60；夹具打开允许 " T3 s, I2 |% s5 {' B
N0170 M169；夹具打开
6 t5 [) }% d8 E! R2 U9 L" UN0180 G04 FO.3 * p& w8 [& w! @1 M; ]6 z
N0190 G01 ZL1；L1已赋值
* l/ P3 ~8 k5 u a; K9 S8 AN0200 M168；夹具夹紧
) L. k$ v$ X$ i# k5 @" k0 Y1 [N0210 G04 FO.3 . [) h4 c# q7 A5 r$ G( ? E; M
7 m$ O' D! }7 _5 O P6 n
(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。
: S9 O; [8 P7 L o6 `0 B7 P( u2 U( R: I9 I1 }
程序举例： $ k/ N, \- ?, v6 x, f
N0010 S1000 M13；主轴转、冷却液开
3 g C$ p) D# e! M; mN0020 T0302
5 u/ Y2 ^" @0 H; H/ ZN0030 G01 X32.4 FO.1 5 q& S9 r$ L& F6 `
N0040 S3500 M03；主轴转速有较大的变化 + @8 @( c+ h. w, g- j
N0050 G04 XO 6；延时 0． 6S 1 O) ^ ^$ G( r
N0060 G01 Z-10.0 FO.02
0 n0 L* ?- }. v& _
4 R# x7 J, L6 G4 U0 j4 P: S% v(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。 d% [ h) K$ o7 M. D6 b8 `- X
/ }0 A$ s- g3 w/ M; P, D
(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。
* R' N, ?! o4 z# E1 X2 }7 e6 I. C! Y. b0 Z& N5 ?
程序举例：
! Y* {) x( s9 F" K( bN0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100 ' G3 E7 c. ?3 F3 k
N0130 G04 XO.5 9 I8 o' \- T+ a# ]* Y
N0140 G01 Y50.5 F300 1 w# o! v' B. e3 l9 U
1 H6 C, q# t* \
(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。 $ g+ _# |# @5 e% l; ~! q3 {7 m0 `0 ~
6 _" O9 d) ~. T! r; U8 e- h如：
t( Z( q+ |3 c; K% _6 e3 [N0220 M03 S1000
, E/ @8 Y- k( \, d0 pN0230 G04 X600 , ]; k- g( B- G4 e. w d ^* V1 d1 d: M
N0240 S5000 - ~8 g( q6 l0 S7 Z' p' I
N0250 G04 X600
% F% }8 P5 A7 w/ |N0260 S10000
- F2 @& [, x( }9 U( } s) |N0270 G04 X600
- U6 _, J* ?) h1 r/ P, _# S' }& h8 t1 ?4 b3 G
2) 返回参考点G26、G27、G28、G29指令 8 g) t4 f% x9 F
& `/ _1 T5 a/ |- j' Q- i$ |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。
0 K4 g$ O- G; m5 }4 D1 a, E0 B. {. K" G" o! x! B
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。
& r- P' b B/ D" h
* G, Y7 x/ w1 B9 H+ }(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。 . Y: E. \$ l' d& ]8 U' F
6 u$ ]! S; i ~" u(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。
% U* n9 E& f! P6 i: y
) F% J( F% t/ T& L# d& }- u7 l# C(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。
: j% o& ]9 T. E6 S+ S x# L
1 S4 R2 Q$ C' t+ R- [' A- E(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。
6 m$ G; V! o/ ~- D5 }1 l+ ]1 {4 H. v$ h8 K, M/ 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。
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' W# f* g3 x2 @' `6 ?$ f+ R' V, C7 N(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。
+ I+ Q% U n, [3 Y
' B: _" T2 H- H2 Z* @) U3) 相对编程G91与绝对编程G90指令
i4 r5 @: e5 Y' l" C' e( N4 R9 h9 _" S% q* }4 }- a, e, S! O
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。 5 p8 ~& \/ L: g, _* W
8 O. d! ?( S9 Y, @' Y& v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 u: Y7 R+ K; ? a: j) e# h! Q7 a
M06 T10 3 |# X, d6 a S4 R& ~
M38；车方式，默认在G91相对编程 7 d J" \' }4 L) g) T$ \
M04 S1000 M08
3 |5 y7 Z0 ^/ _: Y/ W$ hG95 FO.03
+ G# h: R2 _/ Y! @ KG00 X8.0 YO Z10.0 : }+ y7 l% z+ }, e. x+ `
G00 Z1.0 ' i: q0 B$ e9 Q! @" D9 u
G01 Z-11.55 FO.01 : x( v! a8 }& r$ t- U# v2 ~9 v3 o5 n
M06 T13 s b# M9 ?) C
M39；铣方式，G91相对编程、G90绝对编程 ! m1 O9 x* X7 j5 z! p: k, b
G00 G90 X-L12 Z1；L12已赋值
& E! i& D$ {: b. C BG01 G90 Z-9.5 F1200
- B; a7 l, M* M4 F: QG01 G91 XO.30 0 @. z' {: |; @) v& f) }0 P- h2 ~+ \
G00 G90 Z1
$ P K+ g6 i `- F/ e" U+ Y' E, k2 R% L4 Y+ L4 j& Z
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。 9 V* x5 P% ]8 p. B9 P+ E1 E
" o- a, l& ~4 o9 S* b \
4) 主轴松开夹紧指令
1 v% A( A, O5 G! d% x
: d+ U% W6 Z& ]. ?5 e9 k& u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： 5 i4 V- s& Q; g5 l' X, ]) y
- h5 x6 I, Q' c' Q4 m5 _(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。 ) O3 b+ _ ~/ z# N
5 M! ?6 n3 |4 n/ M- \6 q% A' p
(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。
6 q0 D$ _2 z0 _+ `2 q2 b y0 r, t0 w4 q4 z7 o( }9 d
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： * C0 q9 g6 B. X7 w( ^9 z9 F( {
/ P1 X) q2 P: x. P0 K" {& f5 o
G00 G100 Z1=0 X1=1；主轴旋转、冷却、调刀另有工步 ( N5 D, [! Z4 n* ~6 m F
G01 X1=0.6 FO.05
. Q6 ?: I1 V! H# dG01 Z1=-60.0 FO.02
+ b: s; R; T d7 x4 mG01 X1=1.2 FO.05 / x, Y+ j2 m) Y& r& ?
G00 G100 X1=20 6 E: X: U; T$ f# E/ c: `! b
M111；松主轴 2 j. p( x% V4 ^$ q3 J
G04 XO.4 9 r- p( P: t: X+ _. L+ V# s; S2 f& y
G01 Z1=0.0 FO.1 - `1 X+ S2 F; y) T. ?
M110；主轴第二次夹紧 4 X# m" _. h2 j5 H
G04 XO.4 ; P+ ^9 _( f0 C9 M' c* e, K, H. A) u
G01 G100 X1=1.2 * E, ^+ p/ J3 ^/ c
G01 X=0.8 F=0.05
; A: `& H6 @6 R3 I+ ?) x4 DG01 Z1=-36.0 FO.02
! {0 Q$ r" k) u& UG01 X1=1.2 FO.05 " Z4 J. p8 ^ X1 ^, J1 J- [
G00 G100 X1=20；转换到切断工步。 3 @7 c- B- l# |" n( D& h
! q& D) p/ q; X3 k8 }. x F& P5) G53零点漂移指令 5 T" I, {/ I) W& k0 w3 r Y' T5 o
: U# g& _% V2 f) j. @
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。 * e n9 n& k4 y5 ^' C! X1 w
7 Y- m4 B3 y' ?, g, ]1 R" 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。
( U$ e8 W4 W, h! \% o( |. z5 a6 J9 ^5 h v
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：
; {! k( [, M6 I' r. X
# S8 S( T3 o+ ^) ]4 IG54 P1 M98 ) t& h' w# x9 m% {, C
／G55 P1 M98 " p( `1 n: @0 K7 M
／G56 P1 M98
! o) d; l3 N8 }4 w) i. J2 u／G57 P1 M98
; \. f' ^' z% A4 e( n/ @M99
; v6 C/ B/ C% Y2 @! a/ I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。 8 A" ^- o& e1 Q
* Y# G& `, [2 t) f1 E
6) G79跳转指令
; _: x! e: r: o! o6 h4 }
8 k$ J+ i& v* X# L. A4 |) NG79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：
6 x' f; c6 E" R) ^. o2 E' V5 o9 _
. p% E7 W2 q5 w3 ]$ G79 N2037 ' E! x2 s: w) { A6 a* f1 o
N2037 GO X52.0 Z2.0 ) b x* k2 u, e6 ]4 u1 q8 H/ a
6 j, m: ^3 `: m0 u% X( Q _' l9 {6 O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。 1 A0 w: p8 n4 d8 b% x, p; W/ K, Q
5 I8 r: ~( @3 A# B7) G09减速与精确定位指令 + e. k9 w; d3 Q9 q
8 Q1 N! {+ U+ J6 G5 b0 }
G09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 K4 @& k; |
" @) c3 z, n( N. O& _3 h D
G01 Z1 FO.02 - Y' x t6 L# s+ ^! S9 \
G01 G09 ZO.5
% T3 R0 w m1 K; V8 xG01 G09 X9.745 Z-0.4 , R) Z, y" t9 w2 m$ _# ?0 O1 K! N
G01 Z-11.52 ) ?: i; o% E. { e9 }" t
4 e# M- c. X Q' n$ l+ c3 结束语 , v6 n* w& d: \( h0 M: u7 f! U
8 r7 E, e1 H0 J* T0 a
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。 $ i) ^, V" Z' e3 y) M& ]
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