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數控加工中特殊G、M代碼的使用
數控加工中特殊G、M代碼的使用
, c% B. k# N0 L, X) |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，數控加工程序的編制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。
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2 數控加工中特殊G、M代碼的使用
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1) 延時G04指令 6 ]7 j* W |5 {, {
8 y/ u; L$ j4 i, o0 m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秒后再繼續執行后續程序指令。G04指令中的延時時間在編程時設定，其選擇范圍為“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后，用G04指令可使刀具作非進給光整切削加工，然后退刀，保證孔底平整，并使相關表面無毛刺；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，采用G04延時指令，有利于槽底光滑，提高零件整體質量；③數控車床上，在工件端面的中心鉆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轉后再退刀；④車削軸類零件臺肩，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。
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( u$ C/ F3 V S. l" P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，并從中得到了新啟示： 3 I: N j1 X# Z6 x7 x
" r; }1 t/ O3 H( c) i(1) 采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。由于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后如果設置延時G04指令，可保證高速運行降頻完全穩定后，再低速運行，使控制精度得以提高。特別是對于數控鉆床加工時的孔定位特別明顯。 / i' X! h2 {) ~% Y$ J" h2 s
$ X$ c4 s( H/ d! w(2) 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，為減輕操作者由于疲勞或頻繁按鈕帶來的誤動作，用G04指令代替首件后零件的啟動。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后，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。
1 h, D c* p0 D: y: m' {
, q4 g) H$ U( X0 e( G& M4 m(3) 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，并在螺紋底部設置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，主軸完全停止后按原正轉速度反轉，絲錐按原導程后退。
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程序舉例：
# c* C% {3 x/ h9 e4 R4 S; |M03 S300；攻牙主軸轉速不能太快
}8 i0 l X6 E9 h, CG00 XO Z5.0；至工件中心坐標
1 I' I( [3 M4 P7 @G32 Z-20.0 F1.0 M05；攻絲完畢后主軸停止
) ~. \4 q8 ]; [, b, j) TG04 X5.0；絲錐延時5秒作非過給切削加工
+ O2 b' q3 i4 L* u2 F6 {G32 Z5.0 M04；主軸反轉，絲錐后退
5 H% B7 }$ k5 @% [! v. g3 _
+ X: F8 z8 b' v(4) 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，待主軸完全停止后再退刀。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。 9 w# b X3 t& W! \8 g
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(5) 在發訊指令后須設置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后，再運行后續程序，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：
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N0160 M60；夾具打開允許 & c$ N( r* D% L0 c) o" i" }% m
N0170 M169；夾具打開
" Y7 P! l6 `! f8 }5 zN0180 G04 FO.3 9 k1 m, M' x5 L8 O* J! }
N0190 G01 ZL1；L1已賦值
" _& K& W$ C% A2 g x) q/ rN0200 M168；夾具夾緊
/ p% X+ [# a) O# }/ i4 ]N0210 G04 FO.3 4 n/ G F0 {; Z/ S9 n: g
- P4 `9 t. S8 X* F# d! e
(6) 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后，再進行零件的切削加工，以提高零件的表面質量。 ) W, S- U! E3 d" g5 @* S4 B1 O
6 H8 x) I$ [5 Y2 g) \& U
程序舉例：
' o% y# A4 S ]" p" ]7 @4 rN0010 S1000 M13；主軸轉、冷卻液開
: P1 E* Y l) |. C4 GN0020 T0302
) n6 d6 }+ K/ I. m6 |N0030 G01 X32.4 FO.1 7 w4 {2 z% C5 M% f* A4 ^
N0040 S3500 M03；主軸轉速有較大的變化
" T+ `# g" V3 l5 O! Z3 p" [N0050 G04 XO 6；延時 0． 6S
5 D! t' `. b& o. }( h8 gN0060 G01 Z-10.0 FO.02
8 h, z j# @7 g9 W, M) k" L0 Q5 a1 P* y3 M
(7) 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，按動作的復雜程度，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。 b9 L3 s& M4 S) i. g1 G
) k3 l. G, h) P" M9 Z- v(8) 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?？梢韵尩端鶐淼腻F度和實際加工的R偏差，但圓弧角的表面質量會下降。
: T& r* l W7 }& V$ B# g+ Y w/ D) q0 x3 i# s, F" T- s; w& n+ G' K
程序舉例： ; d8 |4 l$ K' Q) j3 @0 O
N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100
; e& c- I* n3 a4 cN0130 G04 XO.5
9 d: a) L1 {" D- D, ~) vN0140 G01 Y50.5 F300
6 A' V5 m6 {7 E& V' c/ \( |6 v+ J$ S5 {4 |
(9) 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。 * c" r7 O6 j* X: V- Y
g) G% L9 J2 q( k0 ~如：
; t- r! a- o. r+ D& w) ^N0220 M03 S1000 : Q+ z% v4 l& U. s( E+ a
N0230 G04 X600 ( ^" Z# F5 p& J
N0240 S5000
* E l& A- o0 [, c4 SN0250 G04 X600
& @ g, ]: X- G- ]N0260 S10000 ' C8 S4 z6 I! ]) ~, }" _9 o
N0270 G04 X600 ) i a ^3 I$ O; K, h
" t! Z, \! f4 e: M5 w4 f3 ?+ C F2) 返回參考點G26、G27、G28、G29指令
- K& [6 u6 l+ V- r7 N4 t+ t. {& ~" V' f) }4 ?
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，是衡量其重復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。
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8 v' a( w# L4 T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。 8 B) F" U* o n7 w+ A/ t! S J
' L2 v: f1 k6 E# J# O! u(1) 對于重復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。 . c0 ` J+ P! \, o. l0 _
( U' | w B2 q: [& h
(2) 對于多軸聯動機床，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。 3 m3 o# V* Q/ U3 Q' u# S+ e/ i
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(3) 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，而刀庫在主軸后面，在B軸旋轉前，都加回參考點指令。
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(4) 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，能使程序順利執行并保證加工精度。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。
+ _. }/ z- ] K& B! h _6 d! y) D9 q: S `% o, W9 V! z
(5) 對于多軸縱切機床，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，然后再進行封閉，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。 6 v Z! O7 w+ V0 i8 B, s _( s
8 L2 |- z: p+ p5 y- N) B8 t(6) 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。
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. w$ l* i9 H$ |- {& K& T7 O3) 相對編程G91與絕對編程G90指令
4 z1 C* d$ y/ F( o+ k* Y+ P8 ]4 F
' ~& q9 w, s# }+ g" P相對編程是以刀尖所在位置為坐標原點，刀尖以相對于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，那么連續位移時，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。 5 j. K& W6 _2 X( j, T. G+ m* {2 b
* B" Y( Y Y+ T6 k5 S8 a/ Q
數控車削加工時，工件徑向尺寸的精度比軸向尺寸高，所以在編制程序時，徑向尺寸最好采用絕對編程，考慮到加工時的方便，軸向尺寸采用相對編程，但對于重要的軸向尺寸，也可以采用絕對編程。數控銑床加工時，對于重要的尺寸應采用絕對編程。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： $ ^ x+ B) b5 p$ s; K
$ M# o+ C ~* y4 ]0 KM06 T10
; n) z) d9 n" P% YM38；車方式，默認在G91相對編程
0 C& j- _; ]- G! ZM04 S1000 M08
* D( z! @7 a$ T' U1 \G95 FO.03 ; A9 F/ _3 t, \* E2 G5 T5 m
G00 X8.0 YO Z10.0 8 t& l/ d. S5 |$ H3 ~ R. l
G00 Z1.0 . G" G8 b* ] A5 A
G01 Z-11.55 FO.01 - v( |% x2 R) A0 C. m
M06 T13 8 n) y( C% T2 k8 M" C$ D
M39；銑方式，G91相對編程、G90絕對編程
. M* X- l* y7 }G00 G90 X-L12 Z1；L12已賦值 9 W" o$ W- a4 ]5 U
G01 G90 Z-9.5 F1200
! k; a! K4 O" H1 R( J' SG01 G91 XO.30 ) e8 Q2 G0 U3 w2 |) P
G00 G90 Z1
; l# N9 E- b) J, h3 j
' z* ]* @% Q/ Q+ A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。 # l L9 ~" ]! r6 S1 G4 L' ^
|6 z6 Q1 u8 Z+ e$ C+ p7 }
4) 主軸松開夾緊指令 0 ]4 j% u) t, ?/ O- N) a8 s
0 w8 [0 k' f. u' H主軸松開和夾緊指令，在正常的情況下，是裝卸零件時使用，但對于多主軸車床來說，還有其他的用途： ! W9 ]3 \6 N! S2 j' p" t
& i& R7 F# a; F) n3 U0 R(1) 用于雙軸同步加工。在加工細長軸類零件時，用主、副軸分別夾持零件的兩端，利用夾套夾緊時的后縮力，使零件處于被拉緊狀態，再進行切削加工，可以防止因讓刀產生錐度，并能提高零件表面的加工質量。 * @ b. e' \) k6 E/ ~
+ I' c& s) R. f! w3 H0 w5 r! Q+ ~(2) 對于數控縱切車床，經過合理地設置主副軸的松開、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臺階軸。 , G# L5 H" I9 o. B: h
# s" O5 ]% P9 }如：TONUS DECO2000機床為數控縱切車床，配基于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，其編程方式有別于一般的車、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： L3 \0 ]- Z0 w3 \' v8 e# _8 f+ z
9 B T6 p. b% {' B8 L
G00 G100 Z1=0 X1=1；主軸旋轉、冷卻、調刀另有工步 & E$ a, a0 G8 s& X1 j: D
G01 X1=0.6 FO.05 " ^- i# c; K# z! B* Z( }: S" N
G01 Z1=-60.0 FO.02
& R" o, W& k' N! \G01 X1=1.2 FO.05
7 }5 f( x2 o7 v+ l3 N5 o- [G00 G100 X1=20 0 e3 c- {$ }! a
M111；松主軸 ; I3 O; e& N' x% I- o" v; [, E
G04 XO.4 8 f. {( H4 A) U8 v
G01 Z1=0.0 FO.1
. ]- v' u7 i6 g& v! \/ _2 R8 s% X6 UM110；主軸第二次夾緊 5 f4 c# R2 `$ Q5 u6 z3 k
G04 XO.4
( n/ E0 Z' q* L( wG01 G100 X1=1.2 / Y* ~& \9 J5 o* \( I
G01 X=0.8 F=0.05
" Z4 |' W! h1 Y' a+ G2 IG01 Z1=-36.0 FO.02 ) W* i3 H6 Y7 w+ O3 z
G01 X1=1.2 FO.05 4 l) U _* [1 D3 @4 N
G00 G100 X1=20；轉換到切斷工步。 1 d! `& [) V2 ^8 Z7 ?$ t
4 b. S9 @& D$ s9 j6 d# a" V- [4 k5) G53零點漂移指令
C" |( }; L4 N2 ^, S4 ], A7 g0 B; M' q7 w; I$ Q& ^
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。 4 ?7 A7 H6 ~; m* O
6 i% c7 r0 R. z6 r: o2 o% y對于大部分數控設備來說，在開機之后，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。 5 P4 L% I) R. W( h* R! B( ?
. X. i- q0 f4 Q. D批量生產，當工作臺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，工作臺為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：
) e! _+ v1 F/ ~9 S9 ~$ t U8 Q3 k5 ^, ?" X5 ?* |
G54 P1 M98
, m2 o$ x7 ~; S& m／G55 P1 M98 ! L1 T, C/ e+ T4 u- Q- y
／G56 P1 M98 . h5 _$ b0 \- C7 b
／G57 P1 M98 2 T$ Y* M% Q# y' l+ A+ p. S) {( A
M99 9 R/ s. H0 s' M1 O% S4 z! q
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，批量生產后再執行。 4 N- d5 U3 ^, c' I% k& ? Y
% j! \, \7 F& g& e$ M1 q' A2 V- c( Q
6) G79跳轉指令
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G79指令為強行跳轉，在車銑復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制中，如：
7 ^$ K; ]2 }, {: q
( z4 @$ C; Y' o/ k$ G79 N2037
1 f7 R9 S9 N& z- TN2037 GO X52.0 Z2.0 $ l7 n9 Q# Y g4 t. J2 z. ^
6 F5 E! y: c, M
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。 , I/ e' s7 {" L* p
+ W" s5 z5 p2 B7 r- M7 k% |# a; ^
7) G09減速與精確定位指令
$ t. N! U; f E. k6 b% T" F* i# E, m' T+ [
G09指令其功能是在執行下一條程序之前，減速并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： ( D7 t' t5 G& \3 G! x7 \
1 I+ U5 c, q% M
G01 Z1 FO.02
! }& H+ `* w9 G1 H7 A y0 iG01 G09 ZO.5
& A2 a9 a! R. r E( r; b+ I* i1 MG01 G09 X9.745 Z-0.4
) T2 D; B6 y+ K1 W7 n6 L! U/ XG01 Z-11.52 . f" x# B' L& t6 O; X
4 F4 Z- c' s/ \3 結束語
5 L( |& R' k. J/ a) p
# T" C2 ~2 F1 G$ R& V3 z. R數控加工是基于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。
: T9 F$ f* A' M ?4 [* u: t |
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發表于 2006-2-27 11:04:40
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