數控加工中特殊G、M代碼使用的分析與研究
來自專欄 UG編程
數控文字地址程序段格式中,G代碼、M代碼分別表示準備功能宇和輔助功能字,G、M代碼在不同數控系統中分別表示不同的數控功能,有些數控系統還規定可使用幾套G、M代碼指令,這就為數控加工工藝的制訂,數控加工程序的編製以及加工程序調試增添了許多靈活性,特別是特殊G、M代碼的合理使用,對保證零件的加工質量和精度,防止數控機床各加工軸之間或刀具之間的干涉,提高數控機床的安全、穩定運行具有積極的現實意義。
2 數控加工中特殊G、M代碼的使用
1.延時G04指令
延時G04指令,其作用是人為暫時限制運行的加工程序,在程序中表示為「G04X-,或G04U-,或G04P-」。如「N0050 G04 X1.0」,表示當執行到此程序段時,進給中止1秒後再繼續執行後續程序指令。G04指令中的延時時間在編程時設定,其選擇範圍為「0.001~99999.999秒或轉(用 X或U指令的IS-B增量系統)。1~99999999延時時間單位為0.0001秒或轉(用P指令的IS-C增量系統)」。G04延時指令一般使用的幾種情況為:①對不通孔作深度加工時,刀具送給到規定深度後,用G04指令可使刀具作非進給光整切削加工,然後退刀,保證孔底平整,並使相關表面無毛刺;②溝槽時,在槽底應讓主軸空轉幾轉再退刀。一般退刀槽都不須精加工,採用G04延時指令,有利於槽底光滑,提高零件整體質量;③數控車床上,在工件端面的中心鑽60°的頂尖孔或倒45°角時,為使孔側面、及倒角平整,使用G04指令使工件轉過1轉後再退刀;④車削軸類零件台肩,在刀具送給運行方向改變時,應在改變運行方向的指令間設置G04指令,以保證軸肩端與工件軸線的垂直度。
除以上一般使用情況,在實際數控加工的使用中,嘗試著一些特殊使用的分析和研究,並從中得到了新啟示:
- 採用步進電機為進給驅動系統的數控機床,特別是國內改進設計的數控機床,在高精度加工中,為避免頻率變化過快造成對位移精度的影響,常人為將快速點進位G00指令路經分解為2個程序段,段1為快速點進位,段2為直線插補。由於高速點進位運行在開始時為升速,當升到設定的速度頻率時為正常勻速運行,接近到達定位點時為降頻(就是常說的自動升降速)。在段1後如果設置延時G04指令,可保證高速運行降頻完全穩定後,再低速運行,使控制精度得以提高。特別是對於數控鑽床加工時的孔定位特別明顯。
- 大批量單件加工時間較短的零件加工中,啟動按鈕頻繁使用,為減輕操作者由於疲勞或頻繁按鈕帶來的誤動作,用G04指令代替首件後零件的啟動。延時時間按完成1件零件的裝卸時間設定,在操作人員熟練地掌握數控加工程序後,延時的指令時間可以逐漸縮短,但需保證其一定的安全時間。零件加工程序設計成循環子程序,G04指令就設計在調用該循環子程序的主程序中,必要時設計選擇計劃停止M01指令作為程序的結束或檢查。
- 數控車床用絲錐攻中心螺紋時,需用彈性筒夾頭攻牙,以保證絲錐攻至螺紋底部時不會崩斷,並在螺紋底部設置G04延時指令,使絲錐作非進給切削加工,延時的時間需確保主軸完全停止,主軸完全停止後按原正轉速度反轉,絲錐按原導程後退。
程序舉例:
M03 S300;攻牙主軸轉速不能太快
G00 XO Z5.0;至工件中心坐標
G32 Z-20.0 F1.0 M05;攻絲完畢後主軸停止
G04 X5.0;絲錐延時5秒作非過給切削加工
G32 Z5.0 M04;主軸反轉,絲錐後退
d.鎖孔完畢退刀時,為避免退刀時留下螺旋劃痕而影響表面粗糙度,應使鏜刀在孔底作非進給停留,待主軸完全停止後再退刀。退刀時會留下垂直端面的退刀劃痕,一般在鏜孔加工工藝中是允許該退刀劃痕存在的,利用該劃痕還可以判斷所鏜孔的形狀誤差。
e.在發訊指令後須設置G04指令,以保證有足夠的時間延時,等待發訊指令規定要求的動作開始或完成後,再運行後續程序,以確保加工的可靠性。如換刀位、開啟關閉主軸、潤滑或接通其它信號等。如:瑞士碧瑪泰公司的S-188雙主軸雙刀塔數控車銑中心,配NUM 1050數控系統,在自動拉料時的程序為:
N0160 M60;夾具打開允許
N0170 M169;夾具打開
N0180 G04 FO.3
N0190 G01 ZL1;L1已賦值
N0200 M168;夾具夾緊
N0210 G04 FO.3
f.在主軸轉速有較大的變化時,可設置G04指令。目的是使主軸轉速穩定後,再進行零件的切削加工,以提高零件的表面質量。
程序舉例:
N0010 S1000 M13;主軸轉、冷卻液開
N0020 T0302
N0030 G01 X32.4 FO.1
N0040 S3500 M03;主軸轉速有較大的變化
N0050 G04 XO 6;延時 0. 6S
N0060 G01 Z-10.0 FO.02
g.在加工程序中有多種功能順序執行時,必須設置G04指令。如機械手接零件、雙主軸同步、從第1刀塔轉換到第2刀塔加工等等,按動作的複雜程度,設定不同的G04延遲量,以使前一動作完全結束,再進行下一動作,避免干涉。
h.在銑加工過程中,當加工刀徑相同的圓弧角時,可設置G04指令。可以消除讓刀所帶來的錐度和實際加工的R偏差,但圓弧角的表面質量會下降。
程序舉例:
N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100
N0130 G04 XO.5
N0140 G01 Y50.5 F300
i.在主軸空運行時,用G04設置每檔轉速的時間,編一段熱機程序,讓設備自動運行,可以使熱機的效果更加的良好。如:
N0220 M03 S1000
N0230 G04 X600
N0240 S5000
N0250 G04 X600
N0260 S10000
N0270 G04 X600
2.返回參考點G26、G27、G28、G29指令
參考點是機床上的一個固定點,通過參考點返回功能刀具可以容易地移動到該位置。參考點主要用作自動換刀或設定坐標系,刀具能否準確地返回參考點,是衡量其重複定位精度的重要指標,也是數控加工保證其尺寸一致性的前提條件。
實際加工中,巧妙利用返回參考點指令,可以提高產品的精度。
- 對於重複定位精度很高的機床,為了保證主要尺寸的加工精度,在加工主要尺寸之前,刀具可先返回參考點再重新運行到加工位置。如此做法的目的實際上是重新校核一下基準,以確定加工的尺寸精度。
- 對於多軸聯動機床,特別是多軸多刀塔機床,程序開始段,一般設回參考點指令,避免換刀或多軸聯動加工時出現干涉情況。
- 四軸以上的加工中心在進行B軸旋轉前,雙主軸車床在主、副軸同步加工前,設置回參考點指令,可防止發生撞刀事故。如:HERMLE 600U五軸五聯動立式加工中心,配Heidenhain i530數控系統,其B軸可±110°旋轉,而刀庫在主軸後面,在B軸旋轉前,都加回參考點指令。
- 雙主軸車床,只在一主軸加工時,用回參考點指令,使另一主軸在參考點位置,能使程序順利執行並保證加工精度。如 S188雙主軸雙刀塔數控車銑中心,只在一個主軸加工零件時,首先用G28指令,將另一主軸和刀塔返回參考點位置,以便加工順利進行。
- 對於多軸縱切機床,當因各種原因要封閉某一軸時,用回參考點指令,使此一軸在參考點位置,然後再進行封閉,能保證此軸的位置度。如TONUS DECO2000機床,因加工要求必須封閉X4和Z4軸,在此情況下,在進行系統屏蔽X4和Z4軸之前,執行返回參考點操作。
- 在修理某一軸的伺服單元時,一般先進行回參考點操作(如有可能),以避免在該軸失電時,坐標位置的丟失。如美國哈挺公司COBRA 42機床,因X軸電機運轉有雜音需檢查,在檢查前執行返回參考點操作。3.相對編程G91與絕對編程G90指令
相對編程是以刀尖所在位置為坐標原點,刀尖以相對於坐標原點進行位移來編程。就是說,相對編程的坐標原點經常在變換,運行是以現刀尖點為基準控制位移,那麼連續位移時,必然產生累積誤差。絕對編程在加工的全過程中,均有相對統一的基準點,即坐標原點,所以其累積誤差較相對編程小。
數控車削加工時,工件徑向尺寸的精度比軸向尺寸高,所以在編製程序時,徑向尺寸最好採用絕對編程,考慮到加工時的方便,軸向尺寸採用相對編程,但對於重要的軸向尺寸,也可以採用絕對編程。數控銑床加工時,對於重要的尺寸應採用絕對編程。在數控車銑加工中心加工零件時,一般在車加工時用相對編程,變換為銑加工時,用絕對編程。如:EMCO 332數控車銑中心,配西門子 840D數控系統,雙主軸雙刀塔,在進行車銑加工時的程序:
M06 T10
M38;車方式,默認在G91相對編程
M04 S1000 M08
G95 FO.03
G00 X8.0 YO Z10.0
G00 Z1.0
G01 Z-11.55 FO.01
M06 T13
M39;銑方式,G91相對編程、G90絕對編程
G00 G90 X-L12 Z1;L12已賦值
G01 G90 Z-9.5 F1200
G01 G91 XO.30
G00 G90 Z1
另外,為保證零件的某些相對位置,按照工藝的要求,進行相對編程和絕對編程的靈活使用。
1.主軸鬆開夾緊指令
主軸鬆開和夾緊指令,在正常的情況下,是裝卸零件時使用,但對於多主軸車床來說,還有其他的用途:
a.用於雙軸同步加工。在加工細長軸類零件時,用主、副軸分別夾持零件的兩端,利用夾套夾緊時的後縮力,使零件處於被拉緊狀態,再進行切削加工,可以防止因讓刀產生錐度,並能提高零件表面的加工質量。
b.對於數控縱切車床,經過合理地設置主副軸的鬆開、夾緊指令,多次拉送料,分段多次加工,可以加工比額定行程長數倍的細長零件。筆者就曾在TONUS DECO2000機床(Z軸行程64mm)上用此方法加工出長96mm的φ0.6mm和φ0.8mm台階軸。
如:TONUS DECO2000機床為數控縱切車床,配基於FUNAC16系統而改進的、具有電子凸輪功能的、專為縱切機床配套的PNT2000(TONUS專利產品)數控系統,其編程方式有別於一般的車、銑,每一工步是技流程在各個框圖中分別編,現僅列主加工工步的程序:
G00 G100 Z1=0 X1=1;主軸旋轉、冷卻、調刀另有工步
G01 X1=0.6 FO.05
G01 Z1=-60.0 FO.02
G01 X1=1.2 FO.05
G00 G100 X1=20
M111;松主軸
G04 XO.4
G01 Z1=0.0 FO.1
M110;主軸第二次夾緊
G04 XO.4
G01 G100 X1=1.2
G01 X=0.8 F=0.05
G01 Z1=-36.0 FO.02
G01 X1=1.2 FO.05
G00 G100 X1=20;轉換到切斷工步。
2. G53零點漂移指令
在一般情況下,G53~G59等指令,是運用在零件加工過程中需重新建立編程原點的情況下,如多個零件同時加工等,但如合理使用此類指令,可提高機床的效率。
a.對於大部分數控設備來說,在開機之後,必須進行一段時間的熱機,以消除因主軸或刀塔發熱所帶來的誤差。如果對機床熟悉,就可以在加工程序的開頭設置G53~G59等指令,人為進行補償,可以大幅縮短熱機時間。如 S-188雙主軸雙刀塔數控車銑中心,因控制的軸數較多,如要尺寸完全穩定,每天需空運行2h左右,經一段時間的摸索,現用G53指令,即:G53 XO.04 YO.01。在2h內,每0.5h減少XO.01 YO.005,可將熱機時間控制在0.5h以內。
b.批量生產,當工作台可以裝夾數個零件時,在編程中運用G53~G59等指令,定義幾個不同的加工原點,可以一次裝夾加工數個零件,節省換刀時間,提高工作效率。如 VC750型立式加工中心,工作台為850mm×530mm,所加工零件的坯料為φ160mm,除去裝夾部分,每次可裝4個零件。程序如下:
G54 P1 M98
/G55 P1 M98
/G56 P1 M98
/G57 P1 M98
M99
將要加工的程序編成子程序(P1號),在調試時不執行帶/的程序,批量生產後再執行。
3. G79跳轉指令
G79指令為強行跳轉,在車銑複合加工中心的零件加工程序中使用,可以帶來很大的方便。如S-188雙主軸雙刀塔數控車銑中心,配NUM 1050數控系統,帶自動拉料機構,在零件加工程序的編製中,如:
$ G79 N2037
N2037 GO X52.0 Z2.0
加入G79指令,可以很方便地進行各工步程序的調試,免去一般程序每調一步都要從頭找程序段或在每一程序段結束加 M01的麻煩;同時可以直接跳轉到程序結束句進行割斷。
4. G09減速與精確定位指令
G09指令其功能是在執行下一條程序之前,減速並準確地停止在當前條程序所確定的位置。在精加工時使用,可以使加工的形位尺寸準確,如 S-188雙主軸雙刀塔數控車銑中心,配NUM 1050數控系統:想要學習UG編程在群565120797可以領取編程資料
G01 Z1 FO.02
G01 G09 ZO.5
G01 G09 X9.745 Z-0.4
G01 Z-11.52
3 結束語
數控加工是基於數控程序的自動化加工方式,在實際加工中,對G、M代碼進行深入分析與研究,對傳統加工方法進行變革,需要有較強的程序指令運用能力和豐富的實踐技能。作者從事數控技術教學、數控加工及數控設備的維護近20年,碰到非常多的技術難題,在特殊G、M代碼的使用方面,積累了一定的經驗。在數控加工程序中,用好這些特殊G、M代碼,對提高零件的加工質量和精度,使用、維護好數控機床具有重要意義。
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