第5章 数控钻镗床与加工中心编程

教学目标
了解数控钻镗床孔加工固定循环指令，了解数 控加工中心程序编制的基本方法，掌握数控加工 中心的主要功能及工艺性分析，掌握坐标系的设 定，刀具的自动换刀指令、多个工件坐标系设定、 刀具补偿指令等编程指令。根据加工零件的要求 灵活运用编程指令,能教熟练进行编程。
孔加工是常见的加工工序，主要有钻孔、锪孔、 镗孔、攻螺纹等操作。孔加工可在数控钻镗床上 加工，也可以在数控铣床或加工中心上安装钻头、 锪刀、镗刀、丝锥等不同的孔加工刀具，完成孔 加工工序。加工中心简称MC，是由数控铣、数控 钻镗类机床发展而来的，集铣削、钻镗、攻螺纹 等各种功能于一体，并配备有规模庞大的刀具库， 具有自动换刀功能，是适用于加工复杂工件的高 效率、高精度的自动化机床。加工程序的编制， 是决定加工质量的重要因素。 加工中心是高效、高精度数控机床，工件在一 次装夹中便可完成多道工序的加工，同时还备有 刀具库，并且有自动换刀功能。
Q的值永远为正值。 L 为子程序调用次数，L0时，只记忆加工参数， 不执行加工。只调用一次时，L1可以省略。F为钻 孔的进给速度。 5.1.2 固定循环指令简介 1．浅孔加工指令 1)浅孔加工包括用中心钻打定位孔、用钻头打浅 孔、 2)用锪刀锪沉头孔等，指令有G81、G82两个。 G81 主要用于定位孔和一般浅孔加工。 指令为： G81 X Y Z R F
6.使用固定循环指令注意事项 1）固定循环指令是模态变量 2）孔中心位置的确定 3）固定循环指令的重复调用
【例5.4】用Φ10的钻头钻图5.13所示的四孔。若 孔深为10mm，用G8l指令；若孔深为40mm，用 G83指令。试用循环方式编程。 刀具的初始位置位于工件坐标系的(0, 0, 200)处。
N1 G90 G92 X0 Y0 Z200． N2 S500 M03 M08 N3 G0-14．R3．F60 N5 X0 Y45. N6 X-45. Y0 N7 G98 X0 Y-45. N8 G80 M09 M05 N9 G00 Y0 Z200. N10 M02
的几个连续动作，数 控系统均以子程序的 形式事先存贮在子程 序存储器中，在需要 时可用一组“固定循 环”指令代码去调用 相应的子程序，执行 不同的孔加工操作， 使钻镗加工程序大大 简化。
5.1.1 固定循环指令调用格式 常用的孔加工固定循环指令有13个：G73、G74、 G76、G80、G81~G89，其中G80为取消固定循环 指令，其调用格式为： G98/G99 G X Y Z R P Q L F G98 表示自动抬高至初始平面高度。 G99 表示自动抬高至安全平面高度。 G98/G99 G X Y Z R P Q L F G为G73、G74、G76、G81G89中的任一个代码。 X Y是孔中心位置坐标 ,Z 是孔底位置或孔的深 度,R 是安全平面高度。 P 刀具在孔底停留时间。用于G76、G82、G88、 G89。 Q 深孔加工(G73、G83)时，每次下钻的进给深度； 或 镗孔(G76、G87) 时，刀具的横向偏移量。
【例5.3】 如图5.8所 示，零件上5个 M20×1.5的螺纹底孔 已打好，零件厚为 10mm，通丝, 试编写 右螺纹加工程序。
设工件坐标系原点位于零件上表面对称中心，丝 锥起始位置在(0, 0, 200)处。加工程序如下： N1 G90 G92 X0 Y0 Z200. N2 G00 Z30. S200 N3 G84 X0 Y0 Z-20. R5. F1.5 N4 X25. Y25 N 5 X-25. N6 Y-25． N7 X25． N8 G80 G00 X0 Y0 Z200． N9 M02
图5.11 精镗G76
图5.12 背镗G87
3) G87 为背镗(又称反镗)循环指令。 背镗中的镗孔进给方向与一般孔加工方向相反， 一般加工时，刀具主轴沿Z轴负向向下加工进给， 安全平面R在孔底Z的上方，见图5.12；背镗时， 刀具主轴沿Z轴正向向上加工进给，安全平面R在 孔底Z的下方。 其指令参数格式为： G87 X__ Y__ Z__R__ Q__P__ F__ 其固定循环动作如图5.12所示，刀具在初始平 面高度快速移至孔中心X__Y__，主轴定向停转， 然后快速沿反刀尖方向偏移Q__，再沿Z轴负向快 速降至安全平面R__，然后沿刀尖正向偏移Q__值， 主轴正转启动，再沿Z轴正向以进给速度向上反镗 至孔底Z__，暂停P__秒，然后沿Z轴负向回退d， 主轴定向停转，反刀尖方向偏移Q__，并快速沿Z 轴正向退刀至初始平面高度，再沿刀尖正向横移 Q__回到初始孔中心位置后，主轴再次启动。
其固定循环指令动作如图5.5（b）所示。G83与 G73的区别在于：G73每次以进给速度钻出Q深度 后，快速抬高d，再由此处以进给速度钻孔至第二 个Q深度，依次重复，直至完成整个深孔的加工； 而G83则是在每次进给钻进一个Q深度后，均快速 退刀至安全平面高度，然后快速下降至前一个Q 深度之上d处，再以进给速度钻孔至下一个Q深度。
5.1 孔加工固定循环指令
数控钻镗编程时，数值计算比较简单，程序 中只需要给出被加工孔的中心位置、孔的深度、 及孔在加工过程中刀具的几个关键位置就可以了。 一般，一条加工指令仅完成一个加工动作。但孔 的加工需要一套连续的几个固定动作才能完成。 孔循环一般包括六个动作：在XY面定位；快 速移动到R平面；孔加工；孔底动作；返回到R平 面；返回到起始点。 如图5.1所示钻浅孔：刀具在初始平面快速定 位至孔中心，再快速下至安全平面位置，然后以 钻孔进给速度加工至孔底，最后再快速抬刀，完 成一浅孔的加工。对孔加工中的这些典型的固定
3．螺纹加工指令 螺纹加工指令有两个：G74和G84。它们分别用于 左螺纹加工和右螺纹加工。
1) G74为左螺纹加工指令。 G74 X Y Z R F G98 返回R安全平面。 G99 返回初始平面。 其固定循环动作如图5.6所示，丝锥在初始平面高 度快速平移至孔中心X__Y__处，然后再快速下降 至安全平面R__高度，反转启动主轴，以进给速度 （导程/转）F__切入至Z__处，主轴停转，再正 转启动主轴，并以进给速度退刀至R平面，主轴停 转，然后快速抬刀至初始平面。 2) G84为右螺纹加工指令。 G84 X Y Z R F 其固定循环动作如图5.7所示，与G74不同的是， 在快速降至安全平面R后，正转起动主轴，丝锥攻 入孔底后停转，再反转退刀。
5.2 数控钻镗床编程实例
【例5.5】 如图5.14所示，要求在 300×200×5的45﹟钢板上钻15个φ25的通孔。
因为钢板厚仅5mm，用浅孔循环指令G81即可。孔 径由φ25的钻头保证。因15个孔的孔径相同，加工 过程中不需要换刀，所以φ25的钻头可在加工前安 装好（对刀、测长），程序中可不考虑刀具代码 及刀具长度补偿问题。另外，钢板上15个孔的孔 间距相同，可考虑使用重复调用参数L。假设程序 开始时，钻头的刀尖位于图5.14所示的工件坐标系 （0，0，300）处，则可编制加工程序如下： N01 G90 G92 X0 Y0 N02 G00 Z20. N03 G00 Y50. S500 M03 M08 N04 G91 G99 G81 X50. Z-10. R-17 L5 F80 N05 G90 G00 X0 Y100. Z20. N06 G91 G99 G81 X50. Z-10. R-17 L5 F80 N07 G90 G00 X0 Y150. Z20.
加工过程如图5.2所示， 刀具在当前初始平面 高度快速定位。至孔 中心X Y ；然后沿Z的 负向快速降至安全平 面R的 高度；再以进 给速度F下钻，钻至孔 深Z后，快速沿Z的正 向退刀。
【例5.1】 编制图5.3 所示的4个Φ10mm浅孔 的数控加工程序。工 件坐标系原点定于工 件上表面对称中心， 选用Φ10的钻头，起始 位置位于工件坐标系(0, 0, 200)处。
N1 G90 G92 X0 Y0 Z200． N2 G00 Z20． N3 S300 M03 N4 G91 G99 G8l X20. Y10. Z-13．R-17. L4 F50 或 N4 G91 G99 G83 X20. Y10. Z-43 R-17.Q10.L4 F50 N5 G80 M05 N6 G90 G00 X0 Y0 Z200． N7 M02
G86参数格式与G85相同，如 图5.10所示，与G85固定循环 动作不同的是，当镗至孔底后， 主轴停转，快速返回安全平面 （G99时）或初始平面（G98 时）后，主轴重新启动。 G88 X__ Y__ Z__ R__ P__ F__ 其固定循环动作与G86类似， 不同的是，刀具在镗至孔底后， 暂停P__秒，然后主轴停止转 动，退刀是在手动方式下进 行。 G89 X__ Y__ Z__ R__ P__ F__ 其固定循环动作与G85的唯一 差别是在镗至孔底时暂停P__ 秒。
2) G76 为精镗循环指令。 精镗循环与粗镗循环的区别是：刀具镗至孔底后， 主轴定向停止，并反刀尖偏移，使刀具在退出时 刀具不划伤精加工孔的表面。 其指令参数格式为： G76 X__ Y__ Z__ R__ Q__ P__ F__ 其固定循环动作如图5.11所示，镗刀在初始平面高 度快速移至孔中心X__Y__，再快速降至安全平面 R__，然后以进给速度F__镗孔至孔底Z__，暂停 P__秒，然后刀具抬高一个回退量d，主轴定向停 止转动，然后反刀尖方向快速偏移Q__，再快速 抬刀至安全平面（G99时）或初始平面（G98时）， 再沿刀尖方向平移Q__。
2．深孔加工指令 深孔加工固定指令有两个G73和G83，分高速深孔 加工和一般深孔加工。 1) G73为高速深孔加工指令。 G73 X Y Z R Q F 其固定循环指令动作如图5.5（a）所示，高度深孔 加工采用间断进给，有利于断屑、排屑。每次进 给钻孔深度为Q，一般取3~10mm，末次进刀深度 ≤Q。 d为间断进给时的抬刀量，由机床内部设定，一般 为0.2 ~ 1mm。 2) G83为一般深孔加工指令。 G83 X Y Z R Q F
4．镗孔加工指令 1）G85、G86、G88、G89为粗镗循环指令 其格式为: G85 X__Y__Z__R__ F__