第4章加工中心的操作與編程
第4章 加工中心的操作與編程
4.1 數(shù)控加工中心及其組成
4.1.1 加工中心的類型及其組成
加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床，又稱為自動換刀數(shù)控機床或多工序數(shù)控機床。其特點是數(shù)控系統(tǒng)能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)地對工件各加工表面自動進行鉆削、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、銑削等多種工序的加工，工序高度集中。這種機床一般具有刀庫和自動換刀裝置，有的還具有分度工作臺或雙工作臺。適用于加工凸輪、箱體、支架、蓋板、模具等復雜型面的零件。
1．按功能特征分類
圖4-1 臥式數(shù)控加工中心 （
1）鏜銑
加工中
心 有
一般立
式、臥
式鏜銑
加工中
心和龍
門式加
工中
心。以
鏜銑為
主，適
用于加
工
產(chǎn)方式。
（2）鉆削加工中心 以鉆削為主，刀庫形式以轉塔頭形式為主。適用于中小零件的鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲及連續(xù)輪廓銑削等多工序加工。
（3）復合加工中心 主要指五軸復合加工，可自動回轉主軸頭，進行立臥加工。在主軸自動回轉后，在水平和垂直面實現(xiàn)刀具自動交換。
2．按所用自動換刀裝置分類
（1）轉塔頭加工中心 轉塔頭加工中心有立式、臥式兩種。主軸數(shù)一般為6~12個，換刀時間短、數(shù)量少、主軸轉塔頭定位精度要求較高。
（2）刀庫+ 主軸換刀加工中心 這種加工中心特點是無機械手式主軸換刀，利用工作臺運動及刀庫轉動，并由主軸箱上下運動進行選刀和換刀。如圖4-1所示的臥式加工中心便屬箱體、殼體以及各種復雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工。適用于多品種小批量的生
圖4-2 立式數(shù)控加工中心
此類。
（3）刀庫+ 機械手+ 主軸換刀加工中心 這種加工中心結構多種多樣，由于機械手卡爪可同時分別抓住刀庫上所選的刀和主軸上的刀，換刀時間短。并且選刀時間與切削加工時間重合，因此得到廣泛應用。如圖4-2所示的立式加工中心多用此類機械手式換刀裝置。
（4）刀庫+ 機械手+ 雙主軸轉塔頭加工中心 這種加工中心在主軸上的刀具進行切削時，通過機械手將下一步所用的刀具換在轉塔頭的非切削主軸上。當主軸上的刀具切削完畢后，轉塔頭即回轉，完成換刀工作，換刀時間短。
另外還可按所用工作臺結構特征分為單、雙工作臺和多工作臺式加工中心。按主軸種類分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心等。
臥式鏜銑加工中心機床的結構組成如圖4-1所示。立式鏜銑加工中心機床的結構組成如圖4-2、如圖4-3所示。
和數(shù)控銑床相比，加工中心主要是增加了刀庫及換刀裝置。當然，基于性價比等方面的考慮，加工中心機床多采用半閉環(huán)或閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。
4.1.2 加工中心的自動換刀裝置
自動換刀裝置的用途是按照加工需要，自動地更換裝在主軸上的刀具。自動換刀裝置是一套獨立、完整的部件。
1．自動換刀裝置的形式
自動換刀裝置的結構取決于機床的類型、工藝、范圍及刀具的種類和數(shù)量等。自動換刀裝置主要有回轉刀架和帶刀庫的自動換刀裝置兩種形式。
回轉刀架換刀裝置的刀具數(shù)量有限，但結構簡單，維護方便。如車削中心上的回轉刀架。 帶刀庫的自動換刀裝置是鏜銑加工中心上應用最廣的換刀裝置，主要有機械手換刀和刀庫換刀兩種方式。其整個換刀過程較復雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝
在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調后，按一定的方式放入刀庫；換刀時，先在刀庫中進行
圖4-4 鼓輪式刀庫
選刀，并由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，或直接通過主軸以及刀庫的配合運動來取刀，然后進行刀具交換，再將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側面或上方，也可以作為獨立部件安裝在機床以外。
2．刀庫的形式
刀庫的形式很多，結構各異。加工中心常用的刀庫有鼓輪式和鏈式刀庫兩種。
鼓輪式刀庫結構簡單，緊湊，應用較多。一般存放刀具不超過32把。見圖4-4。
（a）徑向取刀形式 （b）軸向取刀形式 （c）徑向布置形式 （d）角度布置形式
圖4-5 鏈式刀庫 鏈式刀庫多為軸向取刀，適于要求刀庫
容量較大的數(shù)控機床。見圖4-5。如圖4-3
（b）所示加工中心機床用的就是鏈式刀庫
3．換刀過程 自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。當執(zhí)行到Txx指令即選刀指
令后，刀庫自動將要用的刀具移動到換刀位
置，完成選刀過程，為下面換刀做好準備；
當執(zhí)行到M06指令時即開始自動換刀，把
主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝
在主軸上。
（1）選刀
選刀方式常有順序選刀方式和任選方式兩種。
順序選刀方式是將加工所需要的刀具，按照預先確定的加工順序依次安裝在刀座中，換刀時，刀庫按順序轉位。這種方式的控制及刀庫運動簡單，但刀庫中刀具排列的順序不能錯。
任選方式是對刀具或刀座進行編碼，并根據(jù)編碼選刀。它可分為刀具編碼和刀座編碼兩種方式。刀具編碼方式是利用安裝在刀柄上的編碼元件（如編碼環(huán)、編碼螺釘?shù)龋╊A先對刀具編碼后，再將刀具放在刀座中；換刀時，通過編碼識別裝置根據(jù)刀具編碼選刀。采用這種方式編碼的刀具可以放在刀庫的任意刀座中；刀庫中的刀具不僅可在不同的工序中多次重復使用，而且換下來的刀具也不必放回原來的刀座中。刀座編碼方式是預先對刀庫中的刀座（用編碼鑰匙等方法）進行編碼，并將與刀座編碼相對應的刀具放入指定的刀座中；換刀時，根據(jù)刀座編碼選刀，使用過的刀具也必須放回原來的刀座中。
目前應用最多的是計算機記憶式選刀。這種方式的特點是，刀具號和存刀位置或刀座號對應地記憶在計算機的存貯器或可編程控制器內。不論刀具存放在哪個地址，都始終記憶著它的蹤跡。在刀庫上裝有位置檢測裝置。這樣刀具可以任意取出，任意送回。刀具本身不必設置編碼元件，結構大為簡化，控制也十分簡單，計算機控制的機床幾乎全都用這種選刀方式。在刀庫上設有機械原點，每次選刀運動正反向都不會超過180°的范圍。
當選刀動作完成后，即處于等待狀態(tài)，一旦執(zhí)行到自動換刀的指令，即開始換刀動作。
（2）換刀
有通過機械手換刀和通過刀庫-主軸運動換刀兩種方式。
對通過機械手換刀的立式加工中心（如XHK716），其換刀動作可分解如下：
①主軸箱回到最高處（Z坐標零點），同時實現(xiàn)“主軸準�！薄＜粗鬏S停止回轉并準確停止在一個固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對正端面鍵。
② 機械手抓住主軸上和刀庫上的刀具，如圖4-6（a）所示。
③ 活塞桿推動機械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具，如圖4-6（b）所示。
④ 機械手回轉180°，交換刀具位置，如圖4-6（c）所示。
⑤ 將更換后的刀具裝入主軸和刀庫，如圖4-6（d）所示。
（a） （b） （c） （d）
圖4-6 換刀機械手的換刀過程圖4-7 主軸移動式換刀過程
⑥ 機械手放開主軸和刀庫上的刀具后復位。限位開關發(fā)出“換刀完畢”的信號，主軸自由，可以開始加工或其它程序動作。
對如XH754型的臥式加工中心，換刀采用的是主軸移動式，其換刀動作分解為：
①主軸準停，主軸箱沿Y軸上升。這時刀庫上刀位的空擋正對著交換位置，裝卡刀具的卡爪打開。如圖4-7（a）所示。
②主軸箱上升到極限位置，被更換的刀具刀桿進入刀庫空刀位，即被刀具定位卡爪鉗住，與此同時，主軸內刀桿自動夾緊裝置放松刀具。如圖4-7（b）所示。
③刀庫伸出，從主軸錐孔中將刀拔出。如圖4-7（c）所示。
④刀庫轉位，按照程序指令要求，將選好的刀具轉到最下面的位置，同時，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈。如圖4-7（d）所示。
⑤刀庫退回，同時將新刀插入主軸錐孔，主軸內刀具夾緊裝置將刀桿拉緊。如圖4-7（e）。 ⑥主軸下降到加工位置、啟動，開始下一步的加工。如圖4-7（f）所示。
這種換刀機構中不需要機械手，結構比較簡單。刀庫旋轉換刀時，機床不工作，因而影響到機床的生產(chǎn)效率。
如圖4-8所示是目前在XH713、XH714、XH715等中小型立式加工中心上廣泛采用的刀庫移動-主軸升降式換刀方式。其換刀過程為：
① 分度：由低速力矩電機驅動，通過槽輪機構實現(xiàn)刀庫刀盤的分度運動，將刀盤上接受刀具的空刀座轉到換刀所需的預定位置。如圖4-8（a）所示。
② 接刀：氣缸活塞桿推出，將刀盤接受刀具的空刀座送至主軸下方并卡住刀柄定位槽。圖（b）所示。
③ 卸刀：主軸松刀，銑頭上移至第一參考點，刀具留在空刀座內。圖（c）所示。
④ 再分度：再次通過分度運動，將刀盤上選頂?shù)牡毒咿D到主軸正下方。圖（d）所示。 ⑤ 裝刀：銑頭下移，主軸夾刀，刀庫氣缸活塞桿縮回，刀盤復位，完成換刀動作。圖（e）、（f）所示。
4.1.2 機床技術規(guī)格及其功能
下面以XHK713A型立式加工中心為例介紹一下加工中心機床的技術規(guī)格及其主要功能特點，見表4-1所示。該機床采用FANUC-0i（SINUMERIK 802）數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)控制。
4.2 機床控制面板及其操作
本節(jié)以XHK713A立式加工中心、FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)為例介紹。
4.2.1 數(shù)控操作面板
FANUC-0i數(shù)控系統(tǒng)的操作面板如圖4-9所示。右方為鍵盤區(qū)，各鍵作用如表4-2所示。
表4-2 數(shù)控操作功能鍵
面板左方為CRT顯示器。用于顯示程序、數(shù)據(jù)輸入顯示、監(jiān)視坐標圖形等。不同的功能方式下有不同的顯示內容，有的功能方式下還有多個屏幕顯示頁，可用翻頁鍵切換。如圖4-10所示為當前坐標顯示（按POS功能鍵時）的其中兩個畫頁。
當前位置坐標顯示時，共有幾組坐標顯示，它們分別是：
相對坐標系（RELATIVE）：若需要將某坐標軸位置置為相對零點時，可在3倍文字顯示畫頁下，先按坐標軸地址鍵，這時所按的地址閃動，然后再按原點[起源]軟鍵（ORIGIN），則該軸相對坐標就被復位為零，若按（ALLEXE）則所有軸的相對坐標值被復位為0。以后位置變動時，在相對坐標系中的坐標值均是相對于此設置的零點的。
工件坐標系（ABSOLUTE）：以G92或預置工件坐標系G54~G59指定的點為原點，顯示當前刀具（或機械工作臺）的位置坐標。
機床坐標系（MACHINE）：以機床原點為原點的機械現(xiàn)在位置的坐標。
剩余移動量（DISTANCE TO GO）：在自動、MDI、DNC方式加工時，當前程序段中刀具還需要移動的距離。
狀態(tài)顯示用于表示工作方式、零件計數(shù)、時間計數(shù)、實際進給速度等的狀態(tài)。
4.2.2 手動操作面板
機床手動操作面板見圖4-11所示，主要用于數(shù)控系統(tǒng)功能的輔助控制。具體各操作鈕的功能說明如下。
（1）方式選擇開關： 選擇操作方式的開關，有以下幾種方式。
① 編輯（EDIT） 編緝方式
② 自動（MEM或AUTO） 存儲運轉方式（或稱自動加工）
③ MDI MDI手動數(shù)據(jù)輸入方式
④ 手動（JOG） 手動連續(xù)進給方式
⑤ 手輪 手輪增量進給方式
⑥ 快速 快速進給方式
⑦ 回零（REF或ZRN） 手動返回參考點方式
圖4-11 手動操作面板
⑧ DNC 聯(lián)機通信、計算機直接加工控制方式
⑨ 示教 示教方式
（2） 進給速度修調旋鈕：根據(jù)程序指定的進給速度，選擇修調倍率的旋鈕。可在0~150%范圍內每隔10%修調。
（3）手動軸選擇旋鈕：選擇移動軸，再按下方的軸移動方向鈕。各軸的正負方向遵循標準設定，即以假定工件不動，刀具相對于工件在運動來理解。亦即按編程坐標系來看。
（4）主軸速度修調旋鈕：調節(jié)主軸轉速，可在50~120%范圍內每隔10%修調。
（5）快速倍率旋鈕：選擇快速進給速度倍率的開關。
（6）手輪進給調節(jié)：置方式開關為手輪方式后可由手輪進行增量調節(jié)。手輪結構參見圖2-8，先選擇移動軸，再調節(jié)移動量，有×1、×10、×100三種選擇，對應每刻度值為0.001、0.01、0.1mm。手輪旋轉360?，相當于100個刻度的對應值。
（7）循環(huán)啟動按鍵：用于自動運轉開始的按鈕，也用于解除臨時停止，自動運轉中按鈕燈亮。
（8）進給保持按鍵：用于自動運轉中臨時停止的按鈕，一按此按鈕，軸移動減速并停止，燈亮。
（9）跳步按鍵開關：需跳過帶有“/”（斜線號）的程序段時按下此開關（燈亮），置接通狀態(tài)，此開關對于在“/”號后標有番號的選擇程序段跳躍無效。（再按一下，開關斷開，燈熄。）
（10）單步按鍵開關：按下此開關（燈亮），程序運行處于單段方式。每運行一個程序段后都會停止，再按“循環(huán)啟動”繼續(xù)執(zhí)行下一程序段，用于程序的校驗，（再按一次，開
關斷開，燈熄。）
（11）空運行按鍵開關：按下此開關（燈亮），自動運轉時進行空運轉（無視程序指令的進給速度，而按照快移速度移動，但也受到“手動連續(xù)進給速度設定開關” 設定的倍率的控制）。常用于程序加工前的校驗。（再按一下，開關斷開，燈熄）�？者\行時將伴有機械各軸的移動，如果同時按下機床鎖定開關，則將以空運行的速度校驗程序。
（12）Z軸鎖定按鍵開關：按下此開關（燈亮），自動運轉時，往Z軸去的控制信號被截斷，Z軸不動，但數(shù)控運算和CRT顯示正常。
（13）機床鎖定按鍵開關：按此開關（燈亮），機械不動，僅讓位置顯示動作，用于機械不動而要校驗程序時。（再按一次，開關斷開，燈熄）。如果不是處于空運行方式，則程序按設定的速度運行。
（14）選擇停止按鍵開關：按此開關至燈亮，可在實施帶有輔助功能M01的程序段后，停止程序。（再按一下開關斷開，燈熄。）
（15）程序再啟動鍵開關：用于機械鎖定或空運行過程中斷電后的接續(xù)運行。
（16）手動啟停主軸操作按鍵：手動、手輪方式下，按下啟動鍵，開啟主軸，按下停止鍵，手動關閉主軸。此前需用MDI指定執(zhí)行主軸轉速和旋向，否則按當前模態(tài)運轉主軸；若從未指定主軸轉速和旋向，則主軸將不能運轉。
（17）手動冷卻操作按鍵：按下啟動鍵，手動開啟冷卻液，按下停止鍵，手動關閉冷卻液。
（18）手動選刀操作按鍵：按下正、反轉鍵，開始正、反方向轉動刀庫，進行手動選刀操作。按鍵一次，轉動一個刀位。
（19）沖屑和手動潤滑按鍵：沖屑是用于沖刷工作臺座下大量的加工殘屑；手動潤滑是用于對各坐標軸導軌的潤滑，一般情況下，系統(tǒng)將自動定時進行導軌潤滑。
（20）急停按鈕：機床操作過程中若出現(xiàn)緊急情況時，按下此按鈕，進給及主軸運行立即停止。
（21）程序保護鎖匙：用于提供臨時離開時防止其他人員修改程序的保護措施。
（22）電源開關和機床復位按鈕：剛開機啟動時，先按下電源開，接通電源，系統(tǒng)自檢通過后，所有按鍵燈閃亮一下，顯示器正常顯示，狀態(tài)行提示“準備好”，此時可解除急停鈕，再按機床復位按鈕，狀態(tài)行顯示“*** *** ***”，即可正常使用機床。關機時，先按下急停鈕，再按電源關即可。
（23）各種狀態(tài)及報警指示燈：顯示機床及系統(tǒng)各方面的狀態(tài)及提供報警指示、回零指示等。注意：氣壓不足時，出現(xiàn)氣壓報警，系統(tǒng)無法正常工作，待氣壓充足時方可解除。
4.2.3 基本操作方法
1．手動回參考點
手動回機床原點（參考點）：將手動操作面板上的操作方式開關置“回零”檔位，先將手動軸選擇為Z軸，再按下“+”移動方向鍵，則Z軸將向參考點方向移動，一直至回零指示燈亮。然后分別選擇Y、X軸進行同樣的操作。
2．工作臺的手動調整
圖4-12 MDI操作畫頁
工作臺拖板的手動調整是采用方向按鍵通過
產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的形式或使用手輪通過產(chǎn)生手搖脈
沖的方式來實施的。和手柄的粗調、微調一樣，
其手動調整也有兩種方式。
（1）粗調：置操作方式開關為“手動連續(xù)進
給”方式檔。先選擇要移動的軸，再按軸移動方
向按鈕，則刀具主軸相對于工作臺向相應的方向
連續(xù)移動，移動速度受快速倍率旋鈕的控制，移
動距離受按壓軸方向選擇鈕的時間的控制，即按
即動，即松即停。采用該方式無法進行精確的尺
寸調整，當移動量大時可采用此方法。
（2）微調：本機床系統(tǒng)的微調需使用手輪來操作。將方式開關置為“手輪”方式檔。再在手輪中選擇移動軸和進給增量，按“逆正順負”方向旋動手輪手柄，則刀具主軸相對于工作臺向相應的方向移動，移動距離視進給增量檔值和手輪刻度而定，手輪旋轉360?，相當于100個刻度的對應值。
3．MDI程序運行
所謂MDI方式是指臨時從數(shù)控面板上輸入一個或幾個程序段的指令并立即實施的運行方式。其基本操作方法如下：
（1）置手動操作面板上的方式開關于MDI運行方式。
（2）按數(shù)控面板上的“PROG”功能鍵。屏幕顯示如圖4-12所示。當前各指令模態(tài)也可在此屏中查看出。
（3）在輸入緩沖區(qū)輸入一段程序指令，并以分號（EOB）結束，然后按INSERT（插入）鍵，程序內容即被加到番號為O0000的程序中。本系統(tǒng)中MDI方式可輸入執(zhí)行最多6行程序指令，而且在MDI程序指令中可調用已經(jīng)存儲的子程序或宏程序。MDI程序在運行以前可編輯修改，但不能存儲，運行完后程序內容即被清空。若用M99作結束，則可重新運行該MDI程序。
（4）程序輸入完成后，按RESET（復位）鍵，光標回到程序頭，按“循環(huán)啟動”鍵即可實施MDI運行方式。若光標處于某程序行行首時，按了“循環(huán)啟動”鍵，則程序將從當前光標所在行開始執(zhí)行。
4.3 加工中心的工藝準備
4.3.1 加工中心的工藝特點
由于加工中心工序集中和具有自動換刀的特點，故零件的加工工藝應盡可能符合這些特點，盡可能地在一次裝夾情況下完成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等多工序加工。但一個單工作臺的加工中心，不可能包下一個零件的全部加工工序，要充分發(fā)揮加工中心的特長，可把一些工序合理地安排在別的數(shù)控機床上加工。
加工中心加工的零件尺寸必須與機床工作臺、各向行程相適應。加工零件孔的尺寸必須小于自動換刀裝置允許的尺寸，不然需要采用手動換刀或用棒銑刀圓弧插補銑孔方法加工，
此時孔加工精度將降低。
由于加工中心具備了高剛度和高功率的特點，故在工藝上可采用大的切削用量，以便在滿足加工精度條件下盡量節(jié)省加工工時。在機床開動前，必須充分準備好切削刃具，以節(jié)省工時。采用一個高質量的刀具，所需費用可從工時上節(jié)省出來。選用加工中心作為生產(chǎn)設備時，必須采用合理的工藝方案，以實現(xiàn)高效率加工。
（1）確定采用加工中心的加工內容，確定工件的安裝基面、加工基面、加工余量等。
（2）以充分發(fā)揮加工中心效率為目的來安排加工工序。有些箱體大平面加工采用龍門銑床、數(shù)控銑床更為合適。
（3）對于復雜零件來說，由于加工過程中會產(chǎn)生熱變形，淬火后會產(chǎn)生內應力，零件卡壓后也會變形等多種原因，故全部工序很難在一次裝夾后完成，這時可以考慮兩次或多次裝夾。
（4）安排加工工序時應本著由粗漸精的原則。首先安排重切削、粗加工，去掉毛坯上的加工余量，然后安排加工精度要求不高的內容，如鉆小孔、攻螺紋等，以使零件在精加工前由較充裕的時間冷卻以及釋放內應力。每個工序之間，應盡量減少空行程移動量。決定工步順序時應考慮相近位置的加工順序，以減少換刀次數(shù)，節(jié)省輔助時間。建議參考以下工序順序：銑大平面、粗鏜孔、半粗鏜孔、立銑刀加工、打中心孔、鉆孔、攻螺紋、精加工、鉸鏜精銑等。
（5）當加工工件批量較大，工序又不太長時，可在工作臺上一次安裝多個工件同時加工，以減少換刀次數(shù)。
（6）采用大流量的冷卻方式，為減少加工時產(chǎn)生的大量熱量對加工精度的影響，為提高刀具耐用度，需積極采用大流量的冷卻方式。深孔加工的刀具可采用內冷裝置。為實現(xiàn)上述目的，可增添大流量冷卻裝置、切屑和冷卻液分離的排屑裝置、容量大的冷卻水箱、密封性很好的大防護罩等。
在機床選用上，應了解各類加工中心的規(guī)格、最佳使用范圍和功能特點。例如臥式加工中心最適宜的是菱形零件箱體、泵體、閥體、殼體等，適合多面加工，多次更換夾具和工藝基準的零件。立式加工中心最適宜的是板類零件如箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等單面加工零件，適合工件裝夾次數(shù)較少的零件。由于同等規(guī)格的臥式與立式相比，價格要貴50~100%，因此完成工藝內容相近的加工，采用立式比臥式合算。一般地，機床工作臺尺寸應稍大于工件尺寸，這樣就可給安裝夾具預留空間。個別情況下也有工件尺寸大于坐標行程的，但要求加工區(qū)域應在有效行程內，用內部裝夾或采用輔助工藝手段進行裝夾。當然，還應兼顧考慮工件總重負荷問題、電機功率問題、換刀空間問題等。
對于切削用量而言，應根據(jù)刀具的材質、機床切削特性、工件材料等來確定，可從有關的切削手冊中查到。一般地，在普通加工中心上，采用國產(chǎn)硬質合金刀具粗加工孔時，選切削速度70m/min，根據(jù)孔徑大小換算成轉速。進給速度可由給定的主軸轉速以主軸每轉或每齒（指單刀頭，如果是雙刃則是兩倍）取0.1mm。精加工時切削速度可取80m/min，進給速度0.06~0.08mm。刀具材質好時還可加大切削用量，刀桿長時應適當減小切削用量。使用高速鋼刀具時，切削速度在20~25m/min左右。銑平面時若使用調整較好的面銑刀或端銑刀，切削速度可用到80~100m/min，進給速度可用0.05mm/每齒。粗銑平面的平面度可在
0.02mm、表面粗糙度在3.2?m左右。
4.3.2 刀具及刀庫數(shù)據(jù)設置
1．刀具規(guī)格型式
加工中心上使用的刀具分刃具部分和連接刀柄部分。刃具部分包括鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐等，和數(shù)控銑床所用刃具類似。由于加工中心自動換刀時一般都是連刀柄一起更換的，因此其對刀柄的要求更為重要。連接刀柄應滿足機床主軸自動松開和拉緊定位、準確安裝各種切削刃具，適應機械手的夾持和搬運，適應在自動化刀庫中儲存和搬運識別等各種要求。
加工中心及數(shù)控鏜銑床所用的刀具基本已規(guī)范化，制訂了一系列標準。下面主要介紹一下TSG整體式工具系統(tǒng)。
TSG工具系統(tǒng)中的刀柄，其代號由四部分組成，各部分的含義如下：
上述代號表示的工具為：自動換刀機床用7：24圓錐工具柄（GB10944），錐柄為45號，前部為彈簧夾頭，最大夾持直徑32mm，刀柄工作長度（錐柄大端直徑處到彈簧夾頭前端面的距離）為120mm。TSG工具刀柄的型式代號及規(guī)格參數(shù)分類見表4-3、表4-4。TSG工具系統(tǒng)所用刀具見附錄四。
表 4-3 工具柄部型式代號
2．對刀與刀庫設定
加工中心的對刀總體上和數(shù)控銑床的對刀相類似。有基準刀具的對刀（確定刀具刀位點相對于工件坐標原點或機床坐標原點的位置）和其它各刀具的對刀（各刀具刀位點相對于基準刀具刀位點間的位置偏差）兩方面的內容。由于加工中心對刀柄、刀座本身就具有較高的精度要求，并且要求在整個程序運行之前，全部刀具都應對刀調試完畢，因此加工中心的基準刀具通常就是沒裝刀具的空刀座本身，其對刀方法可參考第3章3.2.2中數(shù)控銑床的對刀內容。由于所用的刀柄基本上都是標準尺寸，所以各刀具相對于刀座的尺寸差通常就在預調儀上測定完成，也就是說，各刀具的對刀過程一般都可在機外進行，一臺預調儀可為多臺機床服務。
表4-4 工具的用途代號及規(guī)格參數(shù)
刀具補償數(shù)據(jù)的設定可通過數(shù)控操作面板的OFFSET SETTING功能項進行。其操作大致如下：
（1）置工作方式開關于MDI手動數(shù)據(jù)輸入方式。
（2）按數(shù)控操作面板上的“OFFSET SETTING”功能按鍵后，CRT屏幕顯示如圖4-13所示。
（3）按光標移動鍵，讓光標停在要修改設定的數(shù)據(jù)位置上，（圖中N0.為刀具補償?shù)刂诽�，若同時設置幾何補償和磨損補償值，則刀補是它們的矢量和）當欲設定的數(shù)據(jù)不在當前畫頁時，可按頁面鍵翻頁。
（4）輸入要修改設定的數(shù)據(jù)（注意相應的取值范圍與數(shù)據(jù)位數(shù)）。
（5）按“INPUT”輸入鍵，則修改設定后的數(shù)據(jù)即存貯到相應的地址寄存器內。
除按上述方法設置刀補數(shù)據(jù)外，該機床系統(tǒng)還可允許在程序中用G10指令輸入修改。其格式為： 或其中，L10用于輸入H代碼的幾何補償值，L12用于輸入D代碼的幾何補償值。P后為
圖4-15 正弦線切削
和為新的補償值。
4.3.3 機床及工件的坐標系統(tǒng) 刀具補償號，R后為刀具補償值，G90時為新設置值，G91時是與指定的刀具補償號中的值相加，相加后的
加工中心機床的坐標軸及其運動方向按1.3節(jié)的原則確定，遵循右手直角坐標系法則。但在編程使用過程中，一定要理解機床工作臺和刀具間的相對運動關系。X、Y、Z的運動方向均是以刀具相對工件運動為準，即假定工件（工作臺）相對靜止，設想是刀具在運動。大多數(shù)加工中心都是將參考點設定在機床原點上的，而機床坐標原點一般設定在各軸行程極限點上。但究竟是取在正向還是負向極限處，則各機床廠均有所不同，應仔細閱讀機床說明書。
加工中心的工件坐標系建立同樣使用G92 X Y Z 格式，除此以外，加工中心機床的數(shù)控系統(tǒng)通常也都提供G54~G59另外6個預置工件坐標系的指令功能。可通過按“OFFSET SETTING”功能鍵后，再按“坐標系”軟鍵如圖4-14所示畫頁設置。
除可采用MDI手動輸入方法外，該機床系統(tǒng)還可在程序中通過變更工件坐標系G10指令進行。其格式為： 其中P=0時，為外部工件零點偏移；P=1~6時，對應于G54~G59的零點。X、Y、Z為各軸零點的偏移值，即加工工件坐標系相對于機床零點的偏移值。
如：G90 G10 L2 P6 X50.0 Y-75.0 Z-20.0；即是設定G59的坐標原點在機床坐標系中坐標為（50.0，-75.0，-20.0）。
4.4 加工中心編程與上機調試
4.4.1 基本程序指令
加工中心配備的數(shù)控系統(tǒng)，其功能指令都比較齊全。第3章的3.3.1中數(shù)控銑床所用到的G、M、F、S等功能指令基本上都適用于加工中心，這些指令就不再重復說明。在此主要介紹一些前面沒有進行說明的程序指令。當然這些指令并非所有加工中心都有，也并非只有加工中心才有。具有什么樣的指令功能，主要取決于該機床采用的數(shù)控控制軟件系統(tǒng)。有些數(shù)控系統(tǒng)雖然只是配備在數(shù)控銑床上，但可能它本來就是為加工中心所設計的。以下介紹的內容主要是在第三章所介紹的指令基礎上進行的補充，目的是全面地了解一些指令，以增強對各種數(shù)控機床的適應能力。
1．虛軸指令或稱假想軸切削指令 G07
假想軸切削指令和第3章3.3.2中所介紹的空間螺旋線切削指令功能一起使用時，如果先設定圓弧插補平面的某一個坐標軸為假想軸，則刀具在執(zhí)行螺旋切削時，只沿另外兩坐標軸移動，形成正弦函數(shù)曲線軌跡，而在假想軸方向，刀具并不移動。指令格式：
G07 X 0 或G07 Y0 或G07 Z0 設定X（或Y、Z）軸為假想軸。
G07 X 1 或G07 Y1 或G07 Z1 假想軸取消。
例如圖4-15所示的正弦線，是按YZ平面內一半徑為10 的整圓形狀，同時在X方向升高50的螺旋線進行編程的。（設定Z軸為假想軸。）
N1 G07 Z0
N2 G91 G19 G02 Y0 Z0 J10.0 X50.0 F100
N3 G01 Z10.0
N4 G07 Z1
圖4-17 軟行程極限點
圖4-16 極坐標編程圖例 2．極坐標系設定指令G15、G16 G15：極坐標系指令取消；
G16：極坐標系指定。極坐標軸的方位取
決于G17、G18、G19指定的加工平面。
當用G17指定加工平面時，+X軸為極軸，
程序中的X坐標指令極半徑，Y坐標指令極角。
當用G18指定加工平面時，+Z軸為極軸，
程序中的Z坐標指令極半徑，X坐標指令極角。
當用G19指定加工平面時，+Y軸為極軸，程序中的Y坐標指令極半徑，Z坐標指令極角。
在如圖4-16所示鉆孔加工中，采用極坐標指令各孔位時，程序如下：
G17 G90 G16 極坐標指令編程，XY加工平面。
G00 X100.0 Y30.0 移到孔#1的上方，極半徑100，極角30 °
. . . 鉆孔#1
G00 X100.0 Y150.0 移到孔#2的上方，極半徑100，極角150°
. . . 鉆孔#2
G00 X100.0 Y270.0 移到孔#3的上方，極半徑100，極角270°
. . . 鉆孔#3
G15 取消極坐標編程方式。
3．存貯行程極限指令 G22、G23
為了避免程序錯誤造成刀具和機床部件或其它附件相撞，數(shù)控機床有兩種行程極限。一種行程極限是由機床行程范圍決定的最大行程范圍，該范圍由行程開關及參數(shù)設定，用戶不得改變，屬于硬行程極限。另一種行程極限是可隨意設定改變的軟行程極限，可用參數(shù)設定，也可用G22來指定，用G23指令來取消。其格式為： I格式中X、Y、Z坐標指令為行程極限上極限點相對機床零點的坐標值；I、J、K為行程極限下極限點相對機床零點的坐標值。如圖4-17所示，在這上下極限點之間的三維空間范圍內，刀具可以移動；如果刀具移動超出這個范圍，機床立即停止移動，避免發(fā)生危險。
4．參考點操作指令G27、G30
第3章3.3.3中已經(jīng)介紹了G28、G29兩個參考點操作的基本指令，有的機床另外還有G27、G30兩個指令也是和參考點的操作有關的。 ； 返回參考點校驗的指令。 ； 第二參考點返回指令。
執(zhí)行G27指令時，刀具以快進速度移動到程序指令的X、Y、Z坐標位置。如果所到達
圖4-18 螺紋切削 圖4-19 圖4-20 刀位偏移編程圖例 刀具位置偏移指令
的位置是機床原點（參考點），則返回參考點的各軸指示燈亮；如果指示燈不亮，則說明所給指令值有錯誤或機床定位誤差過大。執(zhí)行G27指令后，并不會暫停程序運行，若不希望繼續(xù)執(zhí)行下一程序段，則必須在該程序段后增加M00或M01或采用單段運行方式。
G30為自動返回第二參考點的指令，其功能與G28指令類似，后面跟的X、Y、Z坐標亦為中間點的坐標。不同之處是刀具返回的第二參考點并不是機床固有的參考點，而是通過參數(shù)來設定的第二參考點。若G30指令后出現(xiàn)G29指令，則刀具將經(jīng)由G30指定的中間點后移到G29指令的坐標點。通常G30指令用于自動換刀位置與機床固有參考點不同的場合。
同樣要求在執(zhí)行G27、G30指令以前，機床必須返回過一次第一參考點，且要求必須先取消刀具補償。
5．螺紋切削指令G33
格式：G33 X Z F Q
螺紋導程用F直接指定，Q指令螺紋切削的開始角度（0~360°）。 對錐螺紋，其斜角a
和螺紋車削加工一樣，螺紋切削應注意在兩端設置足夠的升速進刀段和降速退刀段。切削到孔底時，應使用M19主軸準停指令，讓主軸停在固定的方位上，然后刀具沿螺孔徑向稍作移動，避開切削面軸向退刀。再啟動主軸，作第二次切削。
多頭螺紋可用 Q指令變換螺紋切削開始角度來切削。
6．刀具位置偏移指令G45~G48
G45~G48指令可使程序中被指令軸的位移沿其移動方向擴大或縮小一或兩倍的偏移量。 G45：沿指令軸移動方向擴大一個偏移量 G46：沿指令軸移動方向縮小一個偏移量 G47：沿指令軸移動方向擴大兩倍偏移量 G48：沿指令軸移動方向縮小兩倍偏移量 偏移量用H或D代碼設定，通常多用H代碼。各指令執(zhí)行結果如圖4-19所示。
圖(a)：G91 G45 X100.0 H01 (H01)=40
或 G91 G46 X100.0 H01 (H01)= -40
圖4-21 刀位偏置的應用
圖(b)：G91 G45 X140.0 H01 (H01)= -40
或 G91 G46 X140.0 H01 (H01)=40
或 G91 G47 X140.0 H01 (H01)= -20
或 G91 G48 X140.0 H01 (H01)=20
圖(c)： G91 G45 X-100.0 H01 (H01)=40 或 G91 G47 X100.0 H01 (H01)=20 或 G91 G48 X100.0 H01 (H01)= -20
或 G91G46 X-100.0 H01 (H01)= -40
或 G91 G47 X-100.0 H01 (H01)=20
或 G91 G48 X-100.0 H01 (H01)= -20
圖(d)：G91 G45 X-140.0 H01 (H01)= -40 或 G91 G46 X-140.0 H01 (H01)=40
或 G91 G47 X-140.0 H01 (H01)= -20 或 G91 G48 X-140.0 H01 (H01)=20
例：如圖4-20所示，銑刀直徑為φ16mm，（D01）= 8mm。
在實際應用中，很少象上例那樣使用G45~G48指令，因為它使用起來很麻煩，沒有G41、G42方便。G45~G48一般用于程序零點至參考點的距離不確定的情況下，這樣可避免修改程序，而只須更改偏移量即可。如圖4-21所示，可按如下編程處理。
G91 G00 G45 X0 H01 沿X軸負向移動H01的值
G46 Y0 H02 沿Y軸負向移動H02的值
若按如下定值編程： G91 G00 X-150.0
Y-300.0
相比之下，采用G45~G46指令的程序就比較靈活。
4.4.2 自動換刀程序的編寫
實際上，加工中心的編程和數(shù)控銑床編程的不同之處，主要在于增加了用M06、M19和Txx進行自動換刀的功能指令，其它都沒有多大的區(qū)別。
M06---自動換刀指令。本指令將驅動機械手進行換刀動作，不包括刀庫轉動的選刀動作。 M19---主軸準停。本指令將使主軸定向停止，確保主軸停止的方位和裝刀標記方位一致。 T功能指令是銑床所不具備的，因為T指令即Txx ，是用以驅動刀庫電機帶動刀庫轉動而實施選刀動作的。T指令后跟的兩位數(shù)字，是將要更換的刀具地址號。若T指令是跟在某加工程序段的后部時，選刀動作將和加工動作同時進行。
對于前述不采用機械手換刀的立、臥式加工中心而言，其在進行換刀動作之時，是先取下主軸上的刀具，再進行刀庫轉位的選刀動作，然后再換上新的刀具。其選刀動作和換刀動作無法分開進行，故編程上一般用“Txx M06”的形式（南通的XH713A立式加工中心是將換刀所需要執(zhí)行的各個動作代碼做成一個子程序“O9000”，自動換刀時就采用“Txx M98P9000”的指令格式來調用，M19、M06指令在子程序中）。而對于采用機械手換刀的加工中心來說，合理地安排選刀和換刀的指令，是其加工編程的要點。因此對這類機床有必要首先來領會一下“T01 M06”和“M06 T01”的本質區(qū)別。
“T01 M06 ”是先執(zhí)行選刀指令T01，再執(zhí)行換刀指令M06。它是先由刀庫轉動將T01號刀具送到換刀位置上后，再由機械手實施換刀動作。換刀以后，主軸上裝夾的就是T01號刀具，而刀庫中目前換刀位置上安放的則是剛換下的舊刀具。執(zhí)行完“T01 M06”后，刀庫即保持當前刀具安放位置不動。
“M06 T01”是先執(zhí)行換刀指令M06，再執(zhí)行選刀指令T01。它是先由機械手實施換刀動作，將主軸上原有的刀具和目前刀庫中當前換刀位置上已有的刀具（上一次選刀Txx指令所選好的刀具）進行互換，然后再由刀庫轉動將T01號刀具送到換刀位置上，為下一次換刀作準備。換刀前后，主軸上裝夾的都不是T01號刀具。執(zhí)行完“M06 T01”后，刀庫中目前換刀位置上安放的則是T01號刀具，它是為下一個M06換刀指令預先選好的刀具。
在對加工中心進行換刀動作的編程安排時，應考慮如下問題：
（1）換刀動作必須在主軸停轉的條件下進行，且必須實現(xiàn)主軸準停即定向停止（用M19指令）。
（2）換刀點的位置應根據(jù)所用機床的要求安排，有的機床要求必須將換刀位置安排在參考點處或至少應讓Z軸方向返回參考點，這時就要使用G28指令。有的機床則允許用參數(shù)設定第二參考點作為換刀位置，這時就可在換刀程序前安排G30指令。無論如何，換刀點的位置應遠離工件及夾具，應保證有足夠的換刀空間。
（3）為了節(jié)省自動換刀時間，提高加工效率，應將選刀動作與機床加工動作在時間上重合起來。比如可將選刀動作指令安排在換刀前的回參考點移動過程中，如果返回參考點所用的時間小于選刀動作時間，則應將選刀動作安排在換刀前的耗時較長的加工程序段中。
（4）若換刀位置在參考點處，換刀完成后，可使用G29指令返回到下一道工序的加工起始位置。
（5）換刀完畢后，不要忘記安排重新啟動主軸的指令，否則加工將無法持續(xù)。
圖4-22 換刀編程圖例
換刀程序實例：
如圖4-22所示零件，加工工序安排見第1章表1-9。分別用?40的端面銑刀銑上表面，用?20的立銑刀銑四側面和A、B面，用?6的鉆頭鉆6個小孔，?14的鉆頭鉆中間的兩個大孔。采用刀座對刀，各刀具長度和刀具直徑分別設定在H01~H04、D01~D04中。在首次加工時，已經(jīng)將第一把刀具預先安裝在主軸刀座上。加工前，刀具停留在離工件零點高100mm
4.4.3 程序輸入與上機調試
1．程序的檢索和整理
程序的檢索是用于查詢?yōu)g覽當前系統(tǒng)存貯器內都存有哪些番號的程序，程序整理主要用于對系統(tǒng)內部程序的管理，如刪除一些多余的程序。
（1）將手動操作面板上的工作方式開關置編輯（EDIT）或自動擋，按數(shù)控面板上的程序（PROG）鍵顯示程序畫面。
（2）輸入地址“O”和要檢索的程序號，再按 [O SRH] 軟鍵，檢索到的程序號顯示在屏幕的右上角，若沒有找到該程序，即產(chǎn)生“071”的報警。再按 [O SRH] 軟鍵，即檢索下一個程序。在自動運行方式的程序屏幕下，按“?”軟鍵，按“FL.SDL”軟鍵，再按“目錄（DIR）”軟鍵，即可列出當前存貯器內已存的所有程序。
（3）若要瀏覽某一番號程序（如O0001）的內容，可先鍵入該程序番號如“ O0001” 后，再按向下的光標鍵即可。若如此操作產(chǎn)生“071”的報警，則表示該程序番號為空，還沒有被使用。
（4）由于受存貯器的容量限制，當存貯的`程序量達到某一程度時，必須刪除一些已經(jīng)加工過而不再需要的程序，以騰出足夠的空間來裝入新的加工程序。否則將會在進行程序輸入的中途就產(chǎn)生“070”的存貯空間不夠的報警。刪除某一程序的方法是：在確保某一程序如“O0002”已不再需要保留的情況下，先鍵入該程序番號“ O0002” 后，再按刪除（DELETE）鍵即可。注意：若鍵入“O0010，O0020”后按“DELETE”則將刪除程序號從O0010到O0020之間的程序。若鍵入“O-9999”后按“DELETE”則將刪除已存貯的所有程序，因此
圖4-23 程序顯示畫頁
應小心使用。
2．程序輸入與修改
程序輸入和修改操作同樣也必須在編輯檔方式下進行。 （1）用手工鍵入一個新程序
① 先根據(jù)程序番號檢索的結果，選定某一還沒有被使用的程序番號作為待輸程序番號（如 O0012），鍵入該番號 O0012 后按插入（INSERT）鍵，則該程序番號就自動出現(xiàn)在程序顯示區(qū)，具體的程序行就可在其后輸入。如圖4-23所示。
② 將上述編程實例的程序順次輸入到機床數(shù)控裝置中，可通過 CRT 監(jiān)控顯示該程序。注意每一程序段（行）間應用“ ；”（EOB鍵）分隔。
（2）調入已有的程序
若要調入先前已存貯在存貯器內的程序進行編輯修改或運行，可先鍵入該程序的番號如“O0001”后再按向下的光標鍵，即可將該番號的程序作為當前加工程序。
（3）從PC機、軟盤或紙帶中輸入程序
在PC機中用通訊軟件設置好傳送端口及波特速率等參數(shù)，聯(lián)接好通訊電纜，將欲輸入
的程序文件調入并作好輸出準備，置機床端為“編輯”方式，按“PROG”功能鍵，再按下 [操作] 軟鍵，按“?”軟鍵，輸入欲存入的程序番號，如“O0013”，然后再按[READ]和[EXEC]軟鍵，程序即被讀入至存貯器內，同時在 CRT 上顯示出來。如果不指定程序號，就會使用PC機、軟盤或紙帶中原有的程序番號；如果機床存貯器已有對應番號的程序，將出現(xiàn)“073”的報警。
（4）程序的編輯與修改
① 采用手工輸入和修改程序時，所鍵入的地址數(shù)字等字符都是首先存放在鍵盤緩沖區(qū)內，此時若要修改可用退格鍵“CAN”來進行擦除重輸，當一行程序數(shù)據(jù)輸入無誤后，可按“INSERT”或“ALTER”鍵以插入或改寫的方式從緩沖區(qū)送到程序顯示區(qū)（同時自動存貯），這時就不能再用“CAN”鍵來改動了。
② 若要修改程序局部，可移光標至要修改處，再輸入程序字，按“改寫（ALTER）”鍵則將光標處的內容改為新輸入的內容；按“插入（INSERT）”鍵則將新內容插入至光標所在程序字的后面；若要刪除某一程序字，則可移光標至該程序字上再按“刪除（DELET）”鍵。本系統(tǒng)中程序的修改不能細致到某一個字符上，而是以某一個地址后跟一些數(shù)字（簡稱程序字）作為程序更改的最小單位。
③ 若要刪除某一程序行，可移光標至該程序行的開始處，再按“；”+“DELET”，若按“Nxxxx”+“DELET”則將刪除多個程序行。
3．程序的空運行調試 空運行調試的意義在于：
（1）用于檢驗程序中有無語法錯誤。有相當一部分可通過報警番號來分析判斷。 （2）用于檢驗程序行走軌跡是否符合要求。從圖形跟蹤可察看大致軌跡形狀，若要進一步檢查尺寸精度，則需要結合單段執(zhí)行按鍵以察看分析各節(jié)點的坐標數(shù)據(jù)。
（3）用于檢驗工件的裝夾位置是否合理。這主要是從工作臺的行程控制上是否超界，行走軌跡中是否會產(chǎn)生各部件間的位置干涉重疊現(xiàn)象等來判斷。
（4）用于通過調試而合理地安排一些工藝指令，以優(yōu)化和方便實際加工操作。 空運行操作方法： 將光標移至主程序開始處，或在編輯檔方式下按復位（RESET）鍵使光標復位到程序頭部，再置工作方式為“自動”檔，按下手動操作面板上的“空運行”開關至燈亮后，再按“循環(huán)啟動”按鈕，機床即開始以快進速度執(zhí)行程序，由數(shù)控裝置進行運算后送到伺服機構驅動機械工作臺實施移動�？者\行時將無視程序中的進給速度而以快進的速度移動，并可通過“快速倍率”旋鈕來調整。有圖形監(jiān)控功能時，若需要觀察圖形軌跡，可按數(shù)控操作面板上的“GRAPH”功能鍵切換到圖形顯示畫頁。
和數(shù)控銑床一樣，校驗程序時還可利用“機械鎖定”、“Z軸鎖定”等開關按鍵的功能。機械鎖定時數(shù)控裝置內部在按正常的程序進程模擬插補運算，屏幕上刀具中心的位置坐標值同樣也在不停地變動，但從數(shù)控裝置往機械軸方向的控制信息通路被鎖住，所以此時機械部件并沒有產(chǎn)生實質性的移動。若同時按下“機械鎖定”和“空運行”按鈕，則可以暫時不用考慮出現(xiàn)機械軸超程及部件間的干涉等問題，同時又可快速地檢驗程序編寫的合理與否，及時地發(fā)現(xiàn)并修改錯誤，從而縮短程序調試的時間。
以上操作中，若出現(xiàn)報警信息都可通過按“RESET（復位）”鍵來解除。若出現(xiàn)超程報
警，應先將工作方式開關置“手
圖4-24 固定循環(huán)動作分解
動”或“手輪”檔，再按壓相反方向的軸移動方向按鍵，當軸移至有效行程范圍內后，按“RESET（復位）”按鍵解除報警。若在自動運行方式下出現(xiàn)超程，解除報警后，程序將無法繼續(xù)運行。
4．正常加工運行 當程序調試運行通過，工件裝夾、對刀操作等準備工作完成后，即可開始正常加工。
正常加工的操作方法和空
運行類似，只是應先按壓“空運行”按鍵至燈熄，以退出空運行狀態(tài)。按“循環(huán)啟動”開始加工運行，按“進給保持”即處于暫停狀態(tài)，再按“循環(huán)啟動”即可繼續(xù)加工運行。
4.5 鉆、鏜固定循環(huán)及程序調試
在數(shù)控車削加工編程中，已經(jīng)介紹了采用固定循環(huán)編程的方便之處，而通過第3章的鉆孔編程實例可知，當需要鉆多個孔時，每一個孔的加工都至少需要幾段程序，程序量相當大。盡管可用子程序調用技術，但其功能也受到限制，特別是當孔深不同時，子程序處理起來難度也很大。本節(jié)介紹的固定循環(huán)則可以很方便地處理鉆、鏜加工編程問題。很多數(shù)控銑床中就已經(jīng)具備鉆鏜固定循環(huán)的指令功能。 4.5.1 鉆、鏜固定循環(huán)的實現(xiàn)
1．固定循環(huán)的動作組成
如圖4-24所示，以立式數(shù)控機床加工為例，鉆、鏜固定循環(huán)動作順序可分解為： （1）X和Y軸快速定位到孔中心的位置上
（2）快速運行到靠近孔上方的安全高度平面（R平面） （3）鉆、鏜孔（工進） （4）在孔底做需要的動作
（5）退回到安全平面高度或初始平面高度 （6）快速退回到初始點的位置 2．固定循環(huán)指令格式
G90（G91）G99（G98）G73（~G89）其中G98、G99為孔加工完后的回退方式指令。G98指令是返回初始平面高度處，G99則是返回安全平面高度處。當某孔加工完后還有其它同類孔需要接續(xù)加工時，一般使用G99指令，只有當全部同類孔都加工完成后或孔間有比較高的障礙需跳躍的時候，才使用G98指令，這樣可節(jié)省抬刀時間。
G73~G89為孔加工方式指令，對應的固定循環(huán)功能見表4-5
圖4-25 各種鉆鏜固定循環(huán)圖解
X、Y為孔位中心的坐標；
Z為孔底的Z坐標（G90時為孔底的絕對Z值，G91時為R平面到孔底平面的Z坐標增量）；
R為安全平面的Z坐標（G90時為R平面的絕對Z值，G91時為從初始平面到R平面的Z坐標增量）；
Q：在G73、G83間歇進給方式中，為每次加工的深度，在G76、G87方式中為橫移距離。在固定循環(huán)有效期間Q是模態(tài)值。
P為孔底暫停的時間，用整數(shù)表示，單位ms。僅對G82、G88、G89有效。 F為進給速度；
L為重復循環(huán)的次數(shù)，L1可不寫，L0將不執(zhí)行加工，僅存貯加工數(shù)據(jù)。
上述固定循環(huán)中的指令數(shù)據(jù)，不一定都寫，根據(jù)需要可省去若干地址數(shù)據(jù)。固定循環(huán)指令是模態(tài)指令，一旦指定，持續(xù)有效，直到被另一固定循環(huán)指令所替代，或被G80所取消。此外，G00、G01、G02、G03等也起取消固定循環(huán)指令的作用。
3．各循環(huán)方式說明
（1）G73--用于高速深孔鉆削。如圖4-25（a）所示，每次背吃刀量為q（用增量表示，在指令中給定），退刀量為d，由NC系統(tǒng)內部通過參數(shù)設定。G73指令在鉆孔時是間歇進給，有利于斷屑、排屑，適用于深孔加工。
（2）G74--用于左旋攻螺紋。如圖4-25（b）所示，執(zhí)行過程中，主軸在R平面處開始反轉直至孔底，到達后主軸自動轉為正轉，返回。
（3）G76--精鏜。如圖4-25（c）所示，加工到孔底時，主軸停止在定向位置上，然后使刀頭沿孔徑向離開已加工內孔表面后抬刀退出，這樣可以高精度、高效率地完成孔加工，退刀時不損傷已加工表面。刀具的橫向偏移量由地址Q來給定，Q總是正值，移動方向由系
統(tǒng)參數(shù)設定。
（4）G81--一般鉆孔循環(huán)，用于定點鉆。如圖4-25（d）所示。
（5）G82--可用于鉆孔、鏜孔。動作過程和G81類似，但該指令將使刀具在孔底暫停，暫停時間由P指定。孔底暫�？纱_保孔底平整，常用于做锪孔、做沉頭臺階孔。
（6）G83--深孔鉆削。如圖4-25（e）所示，q、d與G73相同，G83和G73的區(qū)別是：G83指令在每次進刀q深度后都返回安全平面高度處，再下去作第二次進給，這樣更有利于鉆深孔時的排屑。
（7）G84--右旋攻螺紋。G84指令和G74指令中的主軸轉向相反，其它和G74相同。 （8）G85--鏜孔。動作過程和G81一樣，G85進刀和退刀時都為工進速度，且回退時主軸照樣旋轉。
（9）G86--鏜孔。動作過程和G81類似，但G86進刀到孔底后將使主軸停轉，然后快速退回安全平面或初始平面。由于退刀前沒有讓刀動作，快速回退時可能劃傷已加工表面。因此只用于粗鏜。
（10）G87--反向鏜孔。如圖4-25（f）所示，執(zhí)行時，X、Y軸定位后，主軸準停，刀具以反刀尖的方向偏移，并快速下行到孔底（此即其R平面高度）。在孔底處順時針啟動主軸，刀具按原偏移量擺回加工位置，在Z軸方向上向上一直加工到孔終點（此即其孔底平面高度）。在這個位置上，主軸再次準停后刀具又進行反刀尖偏移，然后向孔的上方移出，返回原點后刀具按原偏移量擺正，主軸正轉，繼續(xù)執(zhí)行下一程序段。
（11）G88--鏜孔。如圖4-25（g）所示，加工到孔底后暫停，主軸停止轉動，自動轉換為手動狀態(tài)，用手動將刀具從孔中退出到返回點平面后，主軸正轉，再轉入下一個程序段自動加工。
（12）G89--鏜孔。此指令與G86相同。但在孔底有暫停。
在使用固定循環(huán)指令前必須使用M03或M04指令啟動主軸；程序格式段中X、Y、Z或R指令數(shù)據(jù)應至少有一個才能進行孔的加工；在使用帶控制主軸回轉的固定循環(huán)（如G74、G84、G86等）中，如果連續(xù)加工的孔間距較小，或初始平面到R平面的距離比較短時，會出現(xiàn)進入孔正式加工前，主軸轉速還沒有達到正常的轉速的情況，影響加工效果。因此，遇到這種情況，應在各孔加工動作間插入G04指令，以獲得時間，讓主軸能恢復到正常的轉速。 4.5.2 點位加工編程實例與調試
如圖4-26（a）所示零件，共有13個孔，需要使用三把直徑不同的刀具，其刀具號、刀具直徑及刀桿長度如圖（b）所示，分別按H11=200，H15=190，H31=150設置刀具長度補償。全部都是鉆、鏜點位加工，不需使用刀徑補償，均采用鉆鏜固定循環(huán)編程，編程如下：
圖4-26 固定循環(huán)編程圖例
4.6 綜合加工技術
4.6.1 用戶宏指令編程
宏指令編程是指象高級語言一樣可以使用變量進行算術運算（+、-、*、/）、邏輯運算（AND、OR、NOT）和函數(shù)（SIN、COS等）混合運算的程序編寫形式。在宏程序形式中一般都提供循環(huán)、判斷、分支和子程序調用的方法，可用于編制各種復雜的零件加工程序。當不具備自動編程輔助手段、數(shù)控系統(tǒng)的指令功能有限，但卻提供宏程序功能時，熟練應用宏程序指令進行編程，可以顯著地增強機床的加工能力，同時可精簡程序量。
各種數(shù)控系統(tǒng)的宏程序格式和用法均有所不同。比如T-600M系統(tǒng)使用V1~V99來規(guī)定變量符號，用[V1=...]，[V2=...]等形式來設定變量和給變量賦值，在調用宏程序時還可傳值調用。FANUC-3MA數(shù)控系統(tǒng)是使用#100、#101...等來規(guī)定變量名，用G65指令按一定的格式來設置變量和賦值。HCNC-1M數(shù)控系統(tǒng)也是使用#0、#1、...、#1199等作變量名，直接用#1=...、#2=...等形式設定變量和賦值。在一個程序中宏指令和NC系統(tǒng)指令可混合使用，主、子程序的調用關系基本上還是和前面介紹的一樣，用M98、M99指令進行。
FANUC-3MA系統(tǒng)中宏指令格式為：G65 Hm P#I Q#j R#k
其中m--取01~99，表示宏指令功能，見表4-6；#I--運算結果的變量名 #j--待運算的變量名1（或常數(shù)） #k--待運算的變量名2（或常數(shù)）
表4-6 FANUC-3MA系統(tǒng)的宏指令功能定義
如G65 H02 P#100 Q#102 R#103， 即表示 #100= #102 + #103；
G65 H26 P#101 Q#102 R#103， 即表示 #101=（#101x #102）/ #103。
圖4-27 宏指令編程圖例
表4-7 HCNC-1M系統(tǒng)的宏指令主要使用規(guī)范
T-600M與HCNC-1M數(shù)控系統(tǒng)的宏指令基本上就和高級語言（如FOXBASE、BASIC等）一樣直接采用數(shù)學表達式的形式，比較直觀、容易理解。如HCNC-1M系統(tǒng)中可直接使用如下表達式進行賦值。
#2 = 175 / SQRT[2] * COS[ 55 * PI / 180 ] 以及 #3 = 150.0 等。
如圖4-27所示零件上需要鉆6個均勻分布的孔，而且孔口要刮平。分別采用FANUC-3MA、HCNC-1M、T-600M系統(tǒng)宏指令編程，變量定義見表4-8。
當使用FANUC-3MA數(shù)控系統(tǒng)時，編程如下：
如果采用HCNC-1M系統(tǒng)和T-600M系統(tǒng)，則程序編寫如下：
4.6.2 加工中心的編程與調試要點
（1）首先應進行合理的工藝分析。由于零件加工工序多，使用的刀具種類多，甚至在一次裝夾下，要完成粗、半精、精加工，周密合理地安排各工序加工的順序，有利于提高精度和生產(chǎn)率。加工順序如前所述的按銑大平面、粗鏜孔、半粗鏜孔、立銑刀加工、打中心孔、鉆孔、攻螺紋、精加工、鉸鏜精銑等。
（2）根據(jù)批量等情況，決定采用自動換刀還是手動換刀。一般對批量在10件以上，而刀具更換較頻繁時，以采用自動換刀為宜。但當加工批量很小而使用的刀具種類又不多時，把自動換刀安排到程序中，反而會增加機床的調整時間，當然，這時就相當于把加工中心機床當數(shù)控銑床來使用了。
（3）自動換刀要留出足夠的換刀空間。有些刀具直徑較大或尺寸較長，自動換刀時要注意避免發(fā)生撞刀事故。為安全起見，有的機床要求換刀前必須先回到參考點（或Z軸回到參考點高度）后進行換刀。如XHK716型立式加工中心機床，若沒有回參考點的信號，則機械手將不能動作。
（4）為提高機床利用率，盡量采用刀具機外預調，并將測量尺寸填寫到刀具卡片中，以便操作者在運行程序前，及時修改刀具補償參數(shù)。
（5）對于編好的程序，應認真檢查，并于加工前安排好試運行，從編程的出錯率來看，采用手工編程出錯率高，特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場，為臨時加工而編程時，出錯率更高，認真檢查程序并安排好試運行就更為必要。
（6）盡量把不同工序內容的程序，分別安排到不同的子程序中，或按工序順序添加程序段號標記。當零件加工程序較多時，為便于程序調試，一般將各工序內容分別安排到不同的子程序中，主程序內容主要是完成換刀及子程序調用的指令。這樣安排便于按每一工序獨立地調試程序，也便于因加工順序不合理而做出重新調整。對需要多次重復調用的子程序，可考慮采用G91增量編程方式處理其中的關鍵程序段，以便于在主程序中用M98 Pxxxx Lxx方式
調用，這樣可簡化程序量。
（7）盡可能地利用機床數(shù)控系統(tǒng)本身所提供的鏡象、旋轉、固定循環(huán)及宏指令編程處理的功能，以簡化程序量。
（8）對加工時所要使用的第一把刀具，可以把它直接安裝在主軸上，并將這把刀的刀號輸入設置到某地址號中。這樣，在加工程序的開頭就可以不進行換刀操作。但在程序結束前必須要有換刀程序段，以便使加工最后用的刀具換為加工開始時用的刀具，使這個程序還能繼續(xù)進行下一個零件的加工。若在調整時，主軸上先不裝刀，所要用的幾把刀具全裝在刀庫上。那么，在程序的一開頭，就要是換刀的程序段，以便使主軸裝上刀具。當然，這次換刀時，主軸上是空的，只是把刀庫上的刀具裝上主軸，再以后的程序則與前述相同。以后再要重復使用這個程序加工時，這種最前面安排的裝刀程序段就沒有用了。這樣可以使用系統(tǒng)提供的選擇跳躍功能，即在程序段前增加“/”，按下操作面板上的“選擇跳躍”至燈亮（有效），則以后這些帶“/”的程序段就跳過不執(zhí)行。當需要運行這些程序段時，可在重復運行這些程序前，再按下“選擇跳躍”至燈熄（無效）。這些程序段可按下述形式編制。
/ T01 選01號刀具
/ M06 T02 換刀，再預選好02號刀具備用。 . . .
如果刀庫參考點位置的刀座上安裝的是T01號刀具，則前一段程序可省去。 4.6.3 加工中心的操作要點
（1）熟悉機床的加工范圍，如機床原點、XYZ行程、工件、夾具安放位置、工件坐標系、各坐標的干涉區(qū)、換刀空間等。
（2）熟悉數(shù)控系統(tǒng)各項指令，如主軸掛檔指令、主軸轉速指令、進給速度指令、刀具指令等的用法及實施情況。
（3）確定加工零件的加工部位和裝夾方式、設計和制造夾具的準備。
（4）編制工藝文件內容 包括工藝卡片、刀具卡片、夾具和刀具圖紙、加工工序圖、刀具軌跡圖、加工程序單、程序試切修改記錄等。
（5）編制程序和輸入程序 加工程序編制好后，將程序輸入控制系統(tǒng)的存貯器。輸入方法可應用自動編程機、數(shù)控紙帶穿孔機等把程序通過介質輸入數(shù)控系統(tǒng)。
（6）試運行 安裝好夾具和工件后，檢查刀庫刀具和現(xiàn)場各項參數(shù)如工件坐標系、刀具補償量等。各項工作準備好后，按下機床鎖定開關，使機械不動，校驗程序是否有誤。再單獨鎖定Z軸，在工作臺上放上一張紙，在機床主軸上夾一支鉛筆，畫出程序運行的軌跡圖，或利用圖形監(jiān)控功能察看軌跡圖形。然后安裝工件試運行，以檢查刀具準備是否正常和刀具夾具有無干涉等。
（7）試切 操作者通過試運行對程序有了全面了解后，就可以對零件進行試加工。在試切過程中，首先采用單段運行方式，了解一段、執(zhí)行一段。在運行程序中可使用倍率開關適當降低進給速度和快進速度，以隨時判斷運動軌跡。在程序運行過程中，要著重了解主、子程序的顯示、工件寄存器和緩沖寄存器的顯示（狀態(tài)顯示區(qū)的顯示）、坐標顯示等。必須及時掌握執(zhí)行程序各狀態(tài)的命令、機床坐標系位置、了解下一段的運動量等。
試切后需全面檢查各項精度，根據(jù)檢查結果調整參數(shù)，進行全面修改。將經(jīng)過試切考驗合格的加工程序及時貯存在工藝文件和程序單上。
圖4-28 綜合加工應用圖例
4.6.4 綜合加工應用實例
如圖4-28所示模具型腔零件，中央為一凹球面，四角部各有幾個螺釘孔，呈對稱布局。采用立式加工中心編程加工。
編程加工的思路是：先對某一角部的螺釘孔編程，采用固定循環(huán)編程方式，先鉆孔、再攻絲。然后使用鏡象處理方法，對其余幾個角部的螺釘孔加工編程。球面加工時采用球形銑刀，使用宏指令編程技術。從粗加工到精加工，通過循環(huán)語句來實現(xiàn)，使得整個程序大大簡化。粗加工時，先加工較小半徑的球形曲面，然后逐步將球形半徑增大一個粗切間隔值進行加工，直至加工到最終球面半徑大小。每次加工球形曲面時，均是以Y-Z為主要聯(lián)動加工平面，X為第三坐標軸方向，求出任一Y-Z橫切面內的圓弧半徑后即可按圓弧插補進行編程加工。下面是在HCNC-1M數(shù)控系統(tǒng)下的應用程序。
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