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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/ b1 D; K% p: r4 F
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。 7 s' K+ U) m6 u3 x, t
0 G4 g3 o. J: S( c2 }; K9 q. a' y2 数控加工中特殊G、M代码的使用 & T9 e$ Q4 h5 U) q: S. c7 n
0 [ G4 x3 G5 _, }1) 延时G04指令 * {$ o, Y+ [/ N# v
, U) T# ?6 k- {) Z/ E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。 . b% g7 P# ~* n+ X9 ?+ q4 g
7 t. K/ `# g9 Q+ P; t1 w. ~
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。 \* g' i. }* m. A. n ?3 G$ {
9 _; M9 `! `6 c$ V3 I- |( m(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。 4 t8 @6 v3 B6 b: f# N! b3 j
( l7 p& R7 K# G1 s2 j0 n(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。 ( ^$ T, \8 Y4 u
; x: G# R0 o& I P" |) s1 J程序举例：
! X# G8 U; i" V+ W4 w' o2 o- vM03 S300；攻牙主轴转速不能太快 6 K/ V/ c9 L; M# F6 b
G00 XO Z5.0；至工件中心坐标 * P* ^& G* u3 S# r
G32 Z-20.0 F1.0 M05；攻丝完毕后主轴停止
7 C6 z' m/ F9 V0 U% K5 NG04 X5.0；丝锥延时5秒作非过给切削加工
: ^6 M( |* f, {/ e: v1 I/ P" K) xG32 Z5.0 M04；主轴反转，丝锥后退
2 @7 m. d3 P8 m6 @- ]) l0 s
/ D1 H* d$ {& @3 W; q. g(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。
P7 n/ k' Y0 K U0 D5 \, t" I: L# {
, B7 l: l% G% M2 R(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： . {8 o3 K) ~1 i
8 B( O2 C9 U, }6 F* W ]/ M" C$ Y
N0160 M60；夹具打开允许
$ H$ H" r2 }; |3 v# gN0170 M169；夹具打开 # V" n1 j4 `2 l, W# q# ?
N0180 G04 FO.3
$ @' W3 G5 }+ x! u! @6 N+ @0 rN0190 G01 ZL1；L1已赋值
$ `! m' I0 U' TN0200 M168；夹具夹紧 1 P. O& ?4 u8 k$ P( Z0 w. b
N0210 G04 FO.3
$ u3 F3 I# r" J* h9 \: u
7 T+ y8 ]" v6 k- ~! ]) J9 U8 W(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。 0 P& `( f/ P' j' q5 f* D
! R8 N _$ @. @) T程序举例：
" g7 l0 f& ~' l! F6 A; ]7 @N0010 S1000 M13；主轴转、冷却液开
0 F s2 X6 B7 F! f9 NN0020 T0302
3 G5 W |+ n& b& ~* m+ o# SN0030 G01 X32.4 FO.1
; F' ^# t6 Y9 H7 r, B Q8 LN0040 S3500 M03；主轴转速有较大的变化 + y! h& `. M% w$ y+ Y8 P
N0050 G04 XO 6；延时 0． 6S " b+ B$ B% `' a- D7 G4 c
N0060 G01 Z-10.0 FO.02
; a% X4 m4 B( D) z! a$ I( \, r! \; o; M7 h
(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。
; v: {- q3 ^0 f3 S6 V" U
! ?2 j3 t& W+ y) l% F* O(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。 3 k7 \ d3 u4 M" W3 N+ z/ x
3 Y4 H6 V8 o! t- M) T! \( M8 Y程序举例：
/ B4 M6 Y# K9 R. K3 `N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100 6 {% Q1 q4 w3 u* v' p7 D6 k
N0130 G04 XO.5 % J1 {% O4 `# W$ u3 w# M
N0140 G01 Y50.5 F300
1 [/ h) L2 F3 d! Z0 N+ c2 L" u0 n3 K- n7 e' A% `2 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。 ( R8 A4 V- X& v) \; I* ~& q- F; N- H \
6 F0 G. K2 k1 _) K$ b: `6 m
如：
0 T A5 ~- x3 ^: q( vN0220 M03 S1000 " c4 m; a' ~5 y- ~' U
N0230 G04 X600
2 P+ M H X6 GN0240 S5000
9 [/ c& c1 J& qN0250 G04 X600
# p) k$ H' [+ Q2 r0 M' y# iN0260 S10000
7 z: F# Z4 `' [( FN0270 G04 X600
0 M% ]* K5 |+ z) g' ^* i9 Z d) H- u5 J2 p2 v" B
2) 返回参考点G26、G27、G28、G29指令
2 @/ E, v& |. k# G. m
* R2 R7 K/ V5 ~# i; n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。 8 U" @( r" _$ n# V5 e$ d
9 Y$ \* e, [) M- l8 i
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。
$ I9 ^8 M/ x5 V4 I6 Y4 ^9 P- q" ^
- Q: p2 T3 \ N: |$ n) [1 V/ d1 y(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. y0 V6 o, X2 R: t S5 [! x
2 Q+ @( u: n# a- e' k! g
(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。
' H/ e; K, Q! G/ q2 K0 J
0 d9 H& R9 i5 Q4 g8 Q9 l(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。
9 T9 N; y* W+ n0 x% R3 G) U% h/ z: q/ @$ ]" G$ g$ `
(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。
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+ J# l5 R. u' x. A(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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( u% B( c* z" D4 A+ D4 J. E- }(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。 7 I( X9 r" |# B8 ? \; y
2 f# n5 A- w r! P# F, L! l9 Y
3) 相对编程G91与绝对编程G90指令 2 S2 f1 X0 T4 L; \6 m4 p$ r, U7 F
# h# u8 U. T0 V, ^" _
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。
4 e6 C& L# n% s0 y6 X7 g
# ?1 D' g/ ] M( H. ~5 M6 E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：
- v/ u( _) I9 T# y; n+ W/ V3 n, R# ?7 k& A l
M06 T10
, L; n7 F- b' D3 TM38；车方式，默认在G91相对编程 # `. Z4 v4 O6 t8 V
M04 S1000 M08
7 ~( z+ ^( R9 c( aG95 FO.03
( l! m; ~# _+ `/ [2 wG00 X8.0 YO Z10.0
: ~& T; m+ D; j$ L& g( wG00 Z1.0 + u. I* G! p5 i2 Z. z3 G
G01 Z-11.55 FO.01
) t% I [0 c; p1 C# ~7 E6 EM06 T13 5 n5 \3 o; T: O
M39；铣方式，G91相对编程、G90绝对编程
0 O+ {. S& M' p5 Q3 [8 uG00 G90 X-L12 Z1；L12已赋值 5 G$ D: Y+ w0 Z/ X! |0 h7 b# i: ~
G01 G90 Z-9.5 F1200
, k! \$ F/ G2 F0 Q- Q, O0 j! m- T4 jG01 G91 XO.30 : |4 g% Y. f+ N; g0 ~8 I
G00 G90 Z1 , U/ D8 k) i; A' j. m: k* P; |
1 R: s& \7 @) i8 K$ }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。
+ w' O4 a6 v4 N. [* m
/ R' f8 ]0 \) U2 u7 r- p( F4) 主轴松开夹紧指令 7 l) D! w0 f6 K$ `# K
2 k; G9 s+ a5 `% M" Y" K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：
3 _! j! }" g# }* G6 ~
5 p) u) t4 S4 `& C' I; t# v(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。
& Q. {* f T" i* A3 Y' `0 p8 s( U0 {/ v0 U
(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。
/ t1 J$ N+ j ]( T' Q$ J' B0 Z; N! F. L& I$ c& K
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：
9 s" J7 K2 e% r: k- D% |# s" [
+ X# F N1 Y' _: T5 i$ L2 W8 cG00 G100 Z1=0 X1=1；主轴旋转、冷却、调刀另有工步
# B) w; {& V+ `1 Y' KG01 X1=0.6 FO.05
0 W1 }& Q2 L9 n. f L9 hG01 Z1=-60.0 FO.02
3 B. p6 x$ y+ o( \9 W9 WG01 X1=1.2 FO.05
- X- `; e4 S/ n% V- y BG00 G100 X1=20 - J3 C' |# ^! e, r# R2 w
M111；松主轴
2 B6 v3 u& ?( R7 w9 |2 B8 f( hG04 XO.4 1 \8 S: ~' ~* g5 y& M6 Z6 X+ J
G01 Z1=0.0 FO.1 6 q; q) Z. O) m/ w1 }7 \
M110；主轴第二次夹紧 8 I" W* y7 ^3 M% u5 V
G04 XO.4
! k! Y( U8 t! WG01 G100 X1=1.2
2 y$ `5 I. P( |( K& SG01 X=0.8 F=0.05
% a+ Q: Y/ ]1 i4 } X1 ^$ z! V3 ^G01 Z1=-36.0 FO.02 8 f! a6 a7 n7 E1 Z
G01 X1=1.2 FO.05 0 Z! l9 B& N9 ?
G00 G100 X1=20；转换到切断工步。 4 e# W; K2 C9 W
{2 D7 F- S! f/ ~5) G53零点漂移指令 ! W; A: j0 Q2 W9 r* V5 T
$ R* U( v* i2 S; Q, k J u* P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。 % @# ^! z& ^ x# P; x, y
' c/ [, a, S: a+ a8 r
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。 5 L% G# r- }) i' Z
2 T! j4 r; d# j) v2 [" Y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： # Z' B6 W( t1 Q. w$ b
; U" W' Z! Y* |, O: l; EG54 P1 M98 * Y6 X# A |7 R' [0 z; ?8 w
／G55 P1 M98
- W( i0 F* M0 B* K% t- _/ k／G56 P1 M98 6 W$ D2 C3 p, l% V! U S/ s4 s
／G57 P1 M98 , M( \* h' z9 b9 I: U* _7 X
M99
! J2 O8 X, u2 E+ H) j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。
- J9 I7 K/ B3 \: L, b6 Y9 L7 S" W$ p7 r- i$ W9 v
6) G79跳转指令
9 K, ]: O/ ]" o0 v6 k [# T& ~6 q
3 i9 {' I2 P6 r5 z2 e, r, wG79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： , `! Y9 l% Y/ r' I) G
9 C+ U! |( z: A- G, A( n
$ G79 N2037 7 Y% E. A. q- }: ^' L1 ~0 H8 H l+ M
N2037 GO X52.0 Z2.0 ; X* o' F" e5 H3 P
9 p6 r1 J5 ~. D
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。
" A6 x( j8 ^( f( g# U4 u
; U' d$ L1 ^" ^8 T9 M$ X: R: D7) G09减速与精确定位指令
( \# f5 u2 G6 H9 ?0 B6 G2 g6 f' s' }7 `0 [/ I9 `) _
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： % h7 h5 Q) Y7 _7 P/ H# z4 f$ r
! `9 M6 W5 J$ R: v# ]+ A
G01 Z1 FO.02 R- e4 K( R9 g7 c! g# T5 {
G01 G09 ZO.5
+ @" _/ a2 {, T' T' LG01 G09 X9.745 Z-0.4
1 Y- I9 o H" i2 gG01 Z-11.52
( D u! d& E6 g& i6 r$ M. C; _1 s) `+ O. D0 O
3 结束语
4 c. i9 q8 B3 u0 v6 b, m8 T0 q0 w0 u6 R3 O; C0 U
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。 5 b( Y* {+ p5 m- ], Z( N
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