雖然數控加工指令與機床形式及數控系統有關, 但數控加工的原理是相同的, 是以, 其基本的程式設計指令也大緻相同。本文談到的基本指令指的是基于數控技術插補原理設定的, 或各種數控系統通用的程式設計指令, 典型的有G00/ G01/ G02/ G03、G04、G20/ G21、G28/ G30、G17/ G18/ G19 和G90/ G91 等。其中, G00/ G01/ G02/ G03 基本通用。
1． 英制/ 米制轉換指令G20 / G21
(1) 指令格式
數控程式中坐标值的機關可以是英制或米制, 可由G 指令指定, 或由系統參數設定, 指令如下:
英制機關指令: G20, 機關為in (英寸)。
米制機關指令: G21, 機關為mm (毫米)。
(2) 應用技巧與禁忌
1) G20/ G21 代碼必須在設定坐标系之前在一個單獨的程式段中指定。
2) 程式執行過程中, 不能切換G20 和G21。
3) 國内數控機床的預設設定一般是米制機關, 是以很多人程式設計時往往省略不寫G21指令。
4) 若需加工英制機關的工件時, 建議将英制尺寸轉換為米制尺寸後進行程式設計, 這樣可以不必再配置一套英制機關的量具。
5) 系統參數No． 0000 # 2 (INI) 用于預設機關的設定, INI =0 時為米制機關, INI =1時為英制機關, 國内生産與使用的數控機床預設設定為米制。
2． 工作坐标平面選擇指令G17 / G18 / G19
學習坐标平面涉及坐标系與坐标軸的概念。
(1) 坐标系、機床坐标系與工件坐标系
坐标系的确定必須遵循GB/ T 19660—2005《工業自動化系統與內建 機床數值控制 坐标系和運動命名》的要求。
數控機床的坐标系是一個右手直角笛卡兒坐标系, 如圖1-6 所示, 包括基本的直線運動坐标軸X、Y、Z 和繞相應軸旋轉的圓周進給坐标軸A、B、C。對于具體的數控機床, 其各運動軸的定義在GB/ T 19660 中有詳細的規則, 這裡不展開讨論。
另外, 數控程式設計時根據圖樣需要确定的坐标系稱為程式設計坐标系, 而工件裝夾後通過對刀确定的坐标系稱為加工坐标系, 這兩者可統稱為工件坐标系。兩者常常是重合的。
(2) 機床原點、機床參考點與工件坐标系原點
這幾個點實際上是确定相應坐标系的位置。
機床原點是确定機床坐标系位置的參考點, 其位置由機床設計和制造企業确定。
機床參考點是數控機床上一個特殊的固定點, 其位置由數控系統以及各運動軸的行程開關或位置檢測裝置等确定。該點與機床原點的位置關系由數控系統調試确定, 實際上機床原點的位置隻有在機床參考點的位置确定之後才能展現。
工件坐标系原點在程式設計時由程式設計人員根據工件圖樣的特點與程式設計的需要确定。但工件每次安裝在機床上的位置往往是不确定的, 機床操作人員必須使數控系統能夠确定程式設計原點在機床上的位置, 才能保證加工的正确性, 這個操作稱為“對刀”。
(3) 坐标軸的方向确定
遵守的是工件靜止不動、刀具相對于工件運動的原則, 這個方向是坐标軸的正方向, 即圖1-6 中實線所示的方向。圖中虛線的方向正好相反, 即刀具固定不動、工件相對于刀具的運動方向。
圖1-6 右手直角笛卡兒坐标系
(4) 關于坐标系的學習技巧
1) 各種類型的機床, 其坐标軸的定義由标準規定, 但操作者實際接觸的機床往往是有限的, 是以, 不記住坐标軸的定義也沒有太大的關系, 隻需牢記自己使用的數控機床各坐标軸的定義即可。一般常見的有卧式數控車床與立式數控銑床。
2) 數控機床的操作者不必深究機床原點在哪裡, 實際上機床原點的位置在機床參考點位置确定後才能展現。如果機床傳回參考點操作後數控系統位置顯示為全零, 則可了解為機床參考點就是機床原點。當然, 若不為零, 則顯示的絕對坐标值就是機床參考點在機床坐标系中的位置, 機床原點的位置就知道了。
3) 工件固定不動、刀具相對于工件的運動方向為坐标軸的正方向這個原則必須牢記在心。
4) “對刀” 操作是每一位數控程式設計與操作人員必須熟練掌握的知識, 也是學習數控機床必需的知識。
5) 每一種數控系統必須至少提供一種對刀指令與方法。
6) 在數控系統的實際位置畫面的綜合顯示方式中顯示的“機床坐标” 指的是機床坐标系中的坐标, 當機床參考點與機床原點重合時, 其正好也是相對于機床參考點的坐标值。
(5) 工作坐标平面及其選擇指令G17/ G18G19
工作坐标平面簡稱工作平面, 在直角坐标系中有三個———XY 平面、ZX 平面和YZ 平面, 如圖1-7 所示, 其對應的指令格式如下:
坐标平面選擇指令: G17/ G18/ G19坐标平面選擇指令與選擇的工作平面見表1-2。
圖1-7 坐标平面
表1-2 坐标平面選擇指令▼
(6) 關于坐标平面選擇指令的應用技巧與禁忌
1) 某些指令必須在指定的坐标平面中進行, 如平面圓弧插補指令和刀具半徑補償指令等。如果程式中沒有出現坐标平面選擇指令, 那是因為系統預設指定了該指令。同樣, 有些指令的執行與坐标平面選擇無關, 如直線移動指令等。
2) 系統通電或複位時預設的工作平面可由系統參數No． 3402 的#1 和#2 設定, 對于立式銑床預設設定為G17 指定的XY 坐标平面, 對于數控車床預設設定為G18 指定的ZX 坐标平面。
3) 坐标平面選擇指令G17/ G18/ G19 是同一組的模态指令, 可以互相登出。
３． 暫停指令G04
(1) 指令格式
暫停指令又稱停刀指令或準确停止指令, 它使程式段執行結束時暫停一段時間, 暫停時間到達後, 系統開始執行下一個程式段。
暫停指令格式為:
其中, X_用于指定時間, 允許用十進制小數點;P_用于指定時間, 不允許用十進制小數點。
用X_指令時, 暫停時間的機關是s, 指令值範圍為0． 001 ~ 99999． 999。用P_指令時,暫停時間的機關是ms, 指令值範圍為1 ~99999999。
(2) 應用技巧與禁忌
1) 指令暫停時間還可以用參數No． 3405#1 (DWL) 指定, 機關是r, 這在數控車削加工中是有實際意義的。
2) 暫停指令G04 常用于孔加工對孔底有平整度要求、車槽加工中對槽底直徑有精度要求, 以及兩直角邊對轉角有加工精度要求的場合, 可實作G09 或G61 的準停功能。
４． 基本的插補功能指令G00 / G01 / G02 / G03
這4 個指令是所有數控系統均具備的基本運動指令, 幾乎所有的數控系統均相同。
(1) 快速定位指令G00
主要用于刀具定位, 指令刀具快速移動到指定位置。
指令格式為: G00 X_ Y_ Z_;其中, X_ Y_ Z_指定的是終點位置坐标, 可以由絕對坐标值或增量坐标值指定。當用絕對坐标指定時, 是終點的絕對坐标值; 當用增量值指定時, 相當于刀具移動的距離。
應用技巧:
1) G00 指令移動刀具時僅關注終點的位置精度, 對中間的移動軌迹并不注重。G00 指令的運動軌迹可由系統參數No． 1401#1 (LRP) 設定為直線插補與非直線插補兩種, 如圖1-8 所示。但即使設定為直線插補, 在執行指令G28、G53 時仍執行非直線插補。
2) G00 指令多用于空行程, 縮短輔助時間, 不能用于切削進給運動。
3) 非直線插補方式下, 各坐标軸的移動速度由系統參數No． 1420 設定, 不能用指令指定與改變。初學者一般不要修改這個速度設定。
4) G00 指令的移動速度可用機床操作面闆上的快速倍率修調旋鈕或按鍵在一定範圍内修調。
5) G00 指令的終點位置定位精度由參數No． 1826 确定。移動速度包括加速→勻速→減速的過程, 其減速的過程必須确認定位精度在參數No． 1826 設定的範圍内, 這個過程稱為“到位” 檢測。
6) 執行“到位” 檢測雖然定位精度很高, 但加工效率略有下降, 故系統提供了參數No． 1601#5 (NCI), 可在程式運作時不執行“到位” 檢測。數控系統的預設設定是執行“到位” 檢測。
7) 非直線插補方式下的運動軌迹一般為折線, 其軌迹形狀與兩軸(或三軸) 的增量坐标值有關, 為不确定的折線。是以, 加工時必須注意可能出現的幹涉現象。必要時可分軸快速定位。例如: 卧式數控車床常常先X 軸退刀, 然後再Z 軸退刀; 立式數控銑床常常是先Z軸退刀, 然後再X、Y 軸退刀。
8) 開機之初, 機床傳回坐标參考點之前, G00 指令的快速移動無效。
應用禁忌:
1) G00 指令格式中不能指定F_指令, 即使指定也不起作用。
2) G00 指令常被稱為快速移動指令, 但這裡的快速移動僅僅是相對于G01/ G02/ G03 而言。這種說法不能突出“定位” 的特點, 是以不建議采用。但從其多用于空行程移動縮短輔助時間的角度來說, 這種說法也是可以了解的。
3) 嚴禁G00 指令用于切削加工。實際中有見操作者用機床倍率調節開關将G00 指令的刀具移動速度調到最小時手動移動刀具切削加工的現象, 這是違規的。
(2) 直線插補指令G01
指定機床的各直線運動軸以關聯方式控制刀具按直線插補到規定的位置, 其刀具的實際移動速度由進給功能指令F_指定, 這個移動速度屬于切削加工的進給速度。
指令格式為: G01 X_Y_Z_F_;其中, X_Y_Z_指定的是終點位置坐标, 可以由絕對坐标值或增量坐标值指定。
G01 與G00 最顯着的差異是其更關注中間過程的軌迹精度與移動速度, 主要用于切削加工。
(3) 圓弧插補指令G02/ G03
指定機床中的兩個坐标軸以關聯的方式在相應的坐标平面中作圓弧插補運動, 刀具的移動速度由進給功能指令F_指定, 與直線插補指令共用。該指令主要用于圓弧軌迹的加工。
指令格式為:
其中, G17/ G18/ G19 指定圓弧插補的工作平面XY / ZX / YZ。
G02/ G03 指定圓弧插補的運動方向———順時針/ 逆時針圓弧插補, 如圖1-10 所示。
圖1-10 圓弧插補方向判斷
X_ Y_ Z_指定圓弧的終點位置坐标。當用絕對坐标指令(G90) 時為終點的絕對坐标值; 當用增量坐标指令(G91) 時為終點相對于起點的坐标增量。
I_ J_ K_指定圓心位置, 具體為圓弧起點到圓弧中心的矢量在相應坐标軸上的分量, I、J、K 分别對應X、Y、Z 坐标軸。
它與圓弧終點坐标位置是絕對值指令還是增量值指令無關, 始終為增量值坐标。對于尺寸字I0、J0、K0 可以省略不寫。指定時沒有順序要求。
R 也是指定圓心位置, 為帶符号的圓弧半徑。小于180°的圓弧用正值表示, 正号可以不寫; 大于180°的圓弧用負值表示; 等于180°的圓弧, 用正、負值均可, 一般用正值。
F 是沿圓弧插補方向的進給速度, 即刀具目前位置處切線方向的速度。
雖然數控加工指令與機床形式及數控系統有關, 但數控加工的原理是相同的, 是以, 其基本的程式設計指令也大緻相同。本文談到的基本指令指的是基于數控技術插補原理設定的, 或各種數控系統通用的程式設計指令, 典型的有G00/ G01/ G02/ G03、G04、G20/ G21、G28/ G30、G17/ G18/ G19 和G90/ G91 等。其中, G00/ G01/ G02/ G03 基本通用。
1． 英制/ 米制轉換指令G20 / G21
(1) 指令格式
數控程式中坐标值的機關可以是英制或米制, 可由G 指令指定, 或由系統參數設定, 指令如下:
英制機關指令: G20, 機關為in (英寸)。
米制機關指令: G21, 機關為mm (毫米)。
(2) 應用技巧與禁忌
1) G20/ G21 代碼必須在設定坐标系之前在一個單獨的程式段中指定。
2) 程式執行過程中, 不能切換G20 和G21。
3) 國内數控機床的預設設定一般是米制機關, 是以很多人程式設計時往往省略不寫G21指令。
4) 若需加工英制機關的工件時, 建議将英制尺寸轉換為米制尺寸後進行程式設計, 這樣可以不必再配置一套英制機關的量具。
5) 系統參數No． 0000 # 2 (INI) 用于預設機關的設定, INI =0 時為米制機關, INI =1時為英制機關, 國内生産與使用的數控機床預設設定為米制。
2． 工作坐标平面選擇指令G17 / G18 / G19
學習坐标平面涉及坐标系與坐标軸的概念。
(1) 坐标系、機床坐标系與工件坐标系
坐标系的确定必須遵循GB/ T 19660—2005《工業自動化系統與內建 機床數值控制 坐标系和運動命名》的要求。
數控機床的坐标系是一個右手直角笛卡兒坐标系, 如圖1-6 所示, 包括基本的直線運動坐标軸X、Y、Z 和繞相應軸旋轉的圓周進給坐标軸A、B、C。對于具體的數控機床, 其各運動軸的定義在GB/ T 19660 中有詳細的規則, 這裡不展開讨論。
另外, 數控程式設計時根據圖樣需要确定的坐标系稱為程式設計坐标系, 而工件裝夾後通過對刀确定的坐标系稱為加工坐标系, 這兩者可統稱為工件坐标系。兩者常常是重合的。
(2) 機床原點、機床參考點與工件坐标系原點
這幾個點實際上是确定相應坐标系的位置。
機床原點是确定機床坐标系位置的參考點, 其位置由機床設計和制造企業确定。
機床參考點是數控機床上一個特殊的固定點, 其位置由數控系統以及各運動軸的行程開關或位置檢測裝置等确定。該點與機床原點的位置關系由數控系統調試确定, 實際上機床原點的位置隻有在機床參考點的位置确定之後才能展現。
工件坐标系原點在程式設計時由程式設計人員根據工件圖樣的特點與程式設計的需要确定。但工件每次安裝在機床上的位置往往是不确定的, 機床操作人員必須使數控系統能夠确定程式設計原點在機床上的位置, 才能保證加工的正确性, 這個操作稱為“對刀”。
(3) 坐标軸的方向确定
遵守的是工件靜止不動、刀具相對于工件運動的原則, 這個方向是坐标軸的正方向, 即圖1-6 中實線所示的方向。圖中虛線的方向正好相反, 即刀具固定不動、工件相對于刀具的運動方向。
圖1-6 右手直角笛卡兒坐标系
(4) 關于坐标系的學習技巧
1) 各種類型的機床, 其坐标軸的定義由标準規定, 但操作者實際接觸的機床往往是有限的, 是以, 不記住坐标軸的定義也沒有太大的關系, 隻需牢記自己使用的數控機床各坐标軸的定義即可。一般常見的有卧式數控車床與立式數控銑床。
2) 數控機床的操作者不必深究機床原點在哪裡, 實際上機床原點的位置在機床參考點位置确定後才能展現。如果機床傳回參考點操作後數控系統位置顯示為全零, 則可了解為機床參考點就是機床原點。當然, 若不為零, 則顯示的絕對坐标值就是機床參考點在機床坐标系中的位置, 機床原點的位置就知道了。
3) 工件固定不動、刀具相對于工件的運動方向為坐标軸的正方向這個原則必須牢記在心。
4) “對刀” 操作是每一位數控程式設計與操作人員必須熟練掌握的知識, 也是學習數控機床必需的知識。
5) 每一種數控系統必須至少提供一種對刀指令與方法。
6) 在數控系統的實際位置畫面的綜合顯示方式中顯示的“機床坐标” 指的是機床坐标系中的坐标, 當機床參考點與機床原點重合時, 其正好也是相對于機床參考點的坐标值。
(5) 工作坐标平面及其選擇指令G17/ G18G19
工作坐标平面簡稱工作平面, 在直角坐标系中有三個———XY 平面、ZX 平面和YZ 平面, 如圖1-7 所示, 其對應的指令格式如下:
坐标平面選擇指令: G17/ G18/ G19坐标平面選擇指令與選擇的工作平面見表1-2。
圖1-7 坐标平面
表1-2 坐标平面選擇指令▼
(6) 關于坐标平面選擇指令的應用技巧與禁忌
1) 某些指令必須在指定的坐标平面中進行, 如平面圓弧插補指令和刀具半徑補償指令等。如果程式中沒有出現坐标平面選擇指令, 那是因為系統預設指定了該指令。同樣, 有些指令的執行與坐标平面選擇無關, 如直線移動指令等。
2) 系統通電或複位時預設的工作平面可由系統參數No． 3402 的#1 和#2 設定, 對于立式銑床預設設定為G17 指定的XY 坐标平面, 對于數控車床預設設定為G18 指定的ZX 坐标平面。
3) 坐标平面選擇指令G17/ G18/ G19 是同一組的模态指令, 可以互相登出。
３． 暫停指令G04
(1) 指令格式
暫停指令又稱停刀指令或準确停止指令, 它使程式段執行結束時暫停一段時間, 暫停時間到達後, 系統開始執行下一個程式段。
暫停指令格式為:
其中, X_用于指定時間, 允許用十進制小數點;P_用于指定時間, 不允許用十進制小數點。
用X_指令時, 暫停時間的機關是s, 指令值範圍為0． 001 ~ 99999． 999。用P_指令時,暫停時間的機關是ms, 指令值範圍為1 ~99999999。
(2) 應用技巧與禁忌
1) 指令暫停時間還可以用參數No． 3405#1 (DWL) 指定, 機關是r, 這在數控車削加工中是有實際意義的。
2) 暫停指令G04 常用于孔加工對孔底有平整度要求、車槽加工中對槽底直徑有精度要求, 以及兩直角邊對轉角有加工精度要求的場合, 可實作G09 或G61 的準停功能。
４． 基本的插補功能指令G00 / G01 / G02 / G03
這4 個指令是所有數控系統均具備的基本運動指令, 幾乎所有的數控系統均相同。
(1) 快速定位指令G00
主要用于刀具定位, 指令刀具快速移動到指定位置。
指令格式為: G00 X_ Y_ Z_;其中, X_ Y_ Z_指定的是終點位置坐标, 可以由絕對坐标值或增量坐标值指定。當用絕對坐标指定時, 是終點的絕對坐标值; 當用增量值指定時, 相當于刀具移動的距離。
應用技巧:
1) G00 指令移動刀具時僅關注終點的位置精度, 對中間的移動軌迹并不注重。G00 指令的運動軌迹可由系統參數No． 1401#1 (LRP) 設定為直線插補與非直線插補兩種, 如圖1-8 所示。但即使設定為直線插補, 在執行指令G28、G53 時仍執行非直線插補。
2) G00 指令多用于空行程, 縮短輔助時間, 不能用于切削進給運動。
3) 非直線插補方式下, 各坐标軸的移動速度由系統參數No． 1420 設定, 不能用指令指定與改變。初學者一般不要修改這個速度設定。
4) G00 指令的移動速度可用機床操作面闆上的快速倍率修調旋鈕或按鍵在一定範圍内修調。
5) G00 指令的終點位置定位精度由參數No． 1826 确定。移動速度包括加速→勻速→減速的過程, 其減速的過程必須确認定位精度在參數No． 1826 設定的範圍内, 這個過程稱為“到位” 檢測。
6) 執行“到位” 檢測雖然定位精度很高, 但加工效率略有下降, 故系統提供了參數No． 1601#5 (NCI), 可在程式運作時不執行“到位” 檢測。數控系統的預設設定是執行“到位” 檢測。
7) 非直線插補方式下的運動軌迹一般為折線, 其軌迹形狀與兩軸(或三軸) 的增量坐标值有關, 為不确定的折線。是以, 加工時必須注意可能出現的幹涉現象。必要時可分軸快速定位。例如: 卧式數控車床常常先X 軸退刀, 然後再Z 軸退刀; 立式數控銑床常常是先Z軸退刀, 然後再X、Y 軸退刀。
8) 開機之初, 機床傳回坐标參考點之前, G00 指令的快速移動無效。
應用禁忌:
1) G00 指令格式中不能指定F_指令, 即使指定也不起作用。
2) G00 指令常被稱為快速移動指令, 但這裡的快速移動僅僅是相對于G01/ G02/ G03 而言。這種說法不能突出“定位” 的特點, 是以不建議采用。但從其多用于空行程移動縮短輔助時間的角度來說, 這種說法也是可以了解的。
3) 嚴禁G00 指令用于切削加工。實際中有見操作者用機床倍率調節開關将G00 指令的刀具移動速度調到最小時手動移動刀具切削加工的現象, 這是違規的。
(2) 直線插補指令G01
指定機床的各直線運動軸以關聯方式控制刀具按直線插補到規定的位置, 其刀具的實際移動速度由進給功能指令F_指定, 這個移動速度屬于切削加工的進給速度。
指令格式為: G01 X_Y_Z_F_;其中, X_Y_Z_指定的是終點位置坐标, 可以由絕對坐标值或增量坐标值指定。
G01 與G00 最顯着的差異是其更關注中間過程的軌迹精度與移動速度, 主要用于切削加工。
(3) 圓弧插補指令G02/ G03
指定機床中的兩個坐标軸以關聯的方式在相應的坐标平面中作圓弧插補運動, 刀具的移動速度由進給功能指令F_指定, 與直線插補指令共用。該指令主要用于圓弧軌迹的加工。
指令格式為:
其中, G17/ G18/ G19 指定圓弧插補的工作平面XY / ZX / YZ。
G02/ G03 指定圓弧插補的運動方向———順時針/ 逆時針圓弧插補, 如圖1-10 所示。
圖1-10 圓弧插補方向判斷
X_ Y_ Z_指定圓弧的終點位置坐标。當用絕對坐标指令(G90) 時為終點的絕對坐标值; 當用增量坐标指令(G91) 時為終點相對于起點的坐标增量。
I_ J_ K_指定圓心位置, 具體為圓弧起點到圓弧中心的矢量在相應坐标軸上的分量, I、J、K 分别對應X、Y、Z 坐标軸。
它與圓弧終點坐标位置是絕對值指令還是增量值指令無關, 始終為增量值坐标。對于尺寸字I0、J0、K0 可以省略不寫。指定時沒有順序要求。
R 也是指定圓心位置, 為帶符号的圓弧半徑。小于180°的圓弧用正值表示, 正号可以不寫; 大于180°的圓弧用負值表示; 等于180°的圓弧, 用正、負值均可, 一般用正值。