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数控加工中特殊G、M代码的使用
数控加工中特殊G、M代码的使用
, _8 u- n$ ~* l数控文字地址程序段格式中，G代码、M代码分别表示准备功能宇和辅助功能字，G、M代码在不同数控系统中分别表示不同的数控功能，有些数控系统还规定可使用几套G、M代码指令，这就为数控加工工艺的制订，数控加工程序的编制以及加工程序调试增添了许多灵活性，特别是特殊G、M代码的合理使用，对保证零件的加工质量和精度，防止数控机床各加工轴之间或刀具之间的干涉，提高数控机床的安全、稳定运行具有积极的现实意义。
; w2 }- ^+ ]9 `+ @' }% S) a9 _8 {& ?8 O6 f
2 数控加工中特殊G、M代码的使用2 r' ~( O5 o8 t, q0 O; n2 V
* w& Q% y9 d* {( l" @, d1) 延时G04指令
7 V8 l0 [8 A! G1 L
0 W* `$ W# r2 R8 l. V) [8 S延时G04指令，其作用是人为暂时限制运行的加工程序，在程序中表示为“G04X-，或G04U-，或G04P-”。如“N0050 G04 X1.0”，表示当执行到此程序段时，进给中止1秒后再继续执行后续程序指令。G04指令中的延时时间在编程时设定，其选择范围为“0.001～99999.999秒或转(用 X或U指令的IS-B增量系统)。1～99999999延时时间单位为0.0001秒或转(用P指令的IS-C增量系统)”。G04延时指令一般使用的几种情况为：①对不通孔作深度加工时，刀具送给到规定深度后，用G04指令可使刀具作非进给光整切削加工，然后退刀，保证孔底平整，并使相关表面无毛刺；②沟槽时，在槽底应让主轴空转几转再退刀。一般退刀槽都不须精加工，采用G04延时指令，有利于槽底光滑，提高零件整体质量；③数控车床上，在工件端面的中心钻60°的顶尖孔或倒45°角时，为使孔侧面、及倒角平整，使用G04指令使工件转过1转后再退刀；④车削轴类零件台肩，在刀具送给运行方向改变时，应在改变运行方向的指令间设置G04指令，以保证轴肩端与工件轴线的垂直度。- \/ q, X/ F1 b4 n5 }$ S2 i9 v
( b: |" J; L1 f* w6 T
除以上一般使用情况，在实际数控加工的使用中，尝试着一些特殊使用的分析和研究，并从中得到了新启示：
- c8 }1 G5 d; v% b+ i* g6 |1 W/ Q: S) U; l
(1) 采用步进电机为进给驱动系统的数控机床，特别是国内改进设计的数控机床，在高精度加工中，为避免频率变化过快造成对位移精度的影响，常人为将快速点进位G00指令路经分解为2个程序段，段1为快速点进位，段2为直线插补。由于高速点进位运行在开始时为升速，当升到设定的速度频率时为正常匀速运行，接近到达定位点时为降频(就是常说的自动升降速)。在段1后如果设置延时G04指令，可保证高速运行降频完全稳定后，再低速运行，使控制精度得以提高。特别是对于数控钻床加工时的孔定位特别明显。6 }$ m; t6 K/ x& n1 p. T) Y
" F, e" D/ p- ]6 e
(2) 大批量单件加工时间较短的零件加工中，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用G04指令代替首件后零件的启动。延时时间按完成1件零件的装卸时间设定，在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短，但需保证其一定的安全时间。零件加工程序设计成循环子程序，G04指令就设计在调用该循环子程序的主程序中，必要时设计选择计划停止M01指令作为程序的结束或检查。, q; K3 K, U' Q- l3 N
1 c! v! F# ?! N1 e0 h(3) 数控车床用丝锥攻中心螺纹时，需用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置G04延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，主轴完全停止后按原正转速度反转，丝锥按原导程后退。
- t) S# I. U% F7 z9 D' g6 c: j
2 D/ ^* A6 y2 T1 `2 s8 E+ ~( J5 ~程序举例：
1 V& j: l+ C K: P( \M03 S300；攻牙主轴转速不能太快4 _3 ?- k# }% ~* r1 Z8 c
G00 XO Z5.0；至工件中心坐标) Q. { B$ a" i0 c# v
G32 Z-20.0 F1.0 M05；攻丝完毕后主轴停止
7 v* |* @) N& X6 C' ]& PG04 X5.0；丝锥延时5秒作非过给切削加工
+ V1 q1 J" }0 M8 u. @G32 Z5.0 M04；主轴反转，丝锥后退
, t9 d/ j; q/ R% r* K# r8 d
3 B0 K! t/ Q! H0 p" f v(4) 锁孔完毕退刀时，为避免退刀时留下螺旋划痕而影响表面粗糙度，应使镗刀在孔底作非进给停留，待主轴完全停止后再退刀。退刀时会留下垂直端面的退刀划痕，一般在镗孔加工工艺中是允许该退刀划痕存在的，利用该划痕还可以判断所镗孔的形状误差。
! w5 X9 o/ l* t5 {5 I9 S0 q* h3 r$ B P
( {, u7 o; N& s$ Y(5) 在发讯指令后须设置G04指令，以保证有足够的时间延时，等待发讯指令规定要求的动作开始或完成后，再运行后续程序，以确保加工的可靠性。如换刀位、开启关闭主轴、润滑或接通其它信号等。如：瑞士碧玛泰公司的S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，配NUM 1050数控系统，在自动拉料时的程序为：
7 Q9 q7 d2 w- P( `) [6 T! a
: r3 y9 d& w% R4 P. `# t- ]N0160 M60；夹具打开允许
/ o r1 z2 T1 }; FN0170 M169；夹具打开. A6 P6 u+ m6 P6 B4 L; Z* Y2 U
N0180 G04 FO.3# f3 m# s" P, _+ ?* h3 f7 r
N0190 G01 ZL1；L1已赋值
4 U! I5 T, J$ M m4 nN0200 M168；夹具夹紧
( h6 e* u$ |* ]4 p {N0210 G04 FO.3, m! t% W3 u* @2 @
# V4 S$ A( y$ v, b* P, ~! }(6) 在主轴转速有较大的变化时，可设置G04指令。目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的表面质量。+ `8 u1 [( S7 t+ m" i8 @
* N4 S$ P) v! E. P0 K% k程序举例：
$ K8 v U+ H9 b$ N. t6 _9 W4 zN0010 S1000 M13；主轴转、冷却液开
6 |- k; s8 M$ @8 K: IN0020 T0302
2 L/ m' u+ k# ?7 dN0030 G01 X32.4 FO.19 i- N4 ?' u- y5 t# B, F
N0040 S3500 M03；主轴转速有较大的变化6 z( `) o6 t3 k& k9 U0 n% h
N0050 G04 XO 6；延时 0． 6S* f% A! k" }. s7 B) {
N0060 G01 Z-10.0 FO.02
! v4 a" q3 `& M. E8 D. k$ w2 |9 S
(7) 在加工程序中有多种功能顺序执行时，必须设置G04指令。如机械手接零件、双主轴同步、从第1刀塔转换到第2刀塔加工等等，按动作的复杂程度，设定不同的G04延迟量，以使前一动作完全结束，再进行下一动作，避免干涉。& t: w+ e5 m3 O% _* A) D
& \" Z, N# t7 k5 \
(8) 在铣加工过程中，当加工刀径相同的圆弧角时，可设置G04指令。可以消除让刀所带来的锥度和实际加工的R偏差，但圆弧角的表面质量会下降。
5 T- Y- L# h0 s4 w4 f h N3 _
! x. O O' c p8 J' @! j程序举例：
9 b# e6 p: z( D' p9 ^N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100) M6 |- Y/ d& a* x0 \, W
N0130 G04 XO.5
! l) l+ n; r# j- j9 PN0140 G01 Y50.5 F300
. o9 Q7 L, {- B6 c8 ]
6 _, @' G1 P6 B+ B(9) 在主轴空运行时，用G04设置每档转速的时间，编一段热机程序，让设备自动运行，可以使热机的效果更加的良好。
4 y6 K, v0 x% z( o
1 V$ w( `$ `" y, X4 N如：
% ^+ R2 S3 Y* sN0220 M03 S1000( g) B G2 T A0 @ ~5 u) n, ^5 C
N0230 G04 X600
" n4 I* S. T( t. g4 J" L9 NN0240 S5000" Z( X+ n% r8 V5 Y
N0250 G04 X600
8 b E/ s8 A4 }6 E/ aN0260 S10000
- R# n( {; v- v4 C1 YN0270 G04 X6000 ~7 N* Z& i/ [5 t1 d7 r" _
; D, f. O0 r* ^8 q; V' A( X
2) 返回参考点G26、G27、G28、G29指令$ h/ }/ a8 u8 c8 {% f2 m
, Q: X# I( A/ D; P8 i$ p参考点是机床上的一个固定点，通过参考点返回功能刀具可以容易地移动到该位置。参考点主要用作自动换刀或设定坐标系，刀具能否准确地返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸一致性的前提条件。
# y0 T6 \* M" M0 t
# Y9 t9 o% [! \( P0 K" b实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。
6 A, p% P6 y1 x' R$ q, d2 F2 g7 o4 j: k* u2 L: I+ K. z1 e
(1) 对于重复定位精度很高的机床，为了保证主要尺寸的加工精度，在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点再重新运行到加工位置。如此做法的目的实际上是重新校核一下基准，以确定加工的尺寸精度。
: I! h3 `6 w6 n7 @2 i5 _. m
: x9 ?: q' Z) k! a: I$ E(2) 对于多轴联动机床，特别是多轴多刀塔机床，程序开始段，一般设回参考点指令，避免换刀或多轴联动加工时出现干涉情况。
. Y3 D, P$ N, z8 f
$ C8 J5 K; [3 P& l+ M k3 }3 A(3) 四轴以上的加工中心在进行B轴旋转前，双主轴车床在主、副轴同步加工前，设置回参考点指令，可防止发生撞刀事故。如：HERMLE 600U五轴五联动立式加工中心，配Heidenhain i530数控系统，其B轴可±110°旋转，而刀库在主轴后面，在B轴旋转前，都加回参考点指令。
* s3 r5 T. j4 X6 p3 ]- |/ O
1 y9 E/ T+ f4 E(4) 双主轴车床，只在一主轴加工时，用回参考点指令，使另一主轴在参考点位置，能使程序顺利执行并保证加工精度。如 S188双主轴双刀塔数控车铣中心，只在一个主轴加工零件时，首先用G28指令，将另一主轴和刀塔返回参考点位置，以便加工顺利进行。
6 l) w7 {# N( O( l3 a6 A! q" h, x! q
(5) 对于多轴纵切机床，当因各种原因要封闭某一轴时，用回参考点指令，使此一轴在参考点位置，然后再进行封闭，能保证此轴的位置度。如TONUS DECO2000机床，因加工要求必须封闭X4和Z4轴，在此情况下，在进行系统屏蔽X4和Z4轴之前，执行返回参考点操作。
8 y- l Z; |5 ?' ~ {4 e+ x/ R" {1 L2 d+ b
(6) 在修理某一轴的伺服单元时，一般先进行回参考点操作(如有可能)，以避免在该轴失电时，坐标位置的丢失。如美国哈挺公司COBRA 42机床，因X轴电机运转有杂音需检查，在检查前执行返回参考点操作。5 D) B7 m- z0 A2 s, k4 \& `4 E( ~
7 j2 H& R8 i3 D4 }3) 相对编程G91与绝对编程G90指令- I: w, q6 G: p2 }% ~ h
: e+ L, H5 z* q" D3 C* N2 A4 V相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点，刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较相对编程小。
$ G, y4 F8 m) S8 k! `6 n' G4 a. c9 o+ @/ D, Q) o+ T/ x" e4 Z# v
数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高，所以在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工时的方便，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，也可以采用绝对编程。数控铣床加工时，对于重要的尺寸应采用绝对编程。在数控车铣加工中心加工零件时，一般在车加工时用相对编程，变换为铣加工时，用绝对编程。如：EMCO 332数控车铣中心，配西门子 840D数控系统，双主轴双刀塔，在进行车铣加工时的程序：' `! A) R( ~0 _# ^
3 H( F, n v; Y1 B+ Z3 Z* J# LM06 T10
1 k" V: H" l: ^. N2 X8 c/ p3 mM38；车方式，默认在G91相对编程+ m: Q5 [% I& y% r
M04 S1000 M08
) x/ E" H5 t7 x1 B2 ~G95 FO.03
) i- o$ w y5 DG00 X8.0 YO Z10.0
5 G! k: g2 F8 vG00 Z1.0
/ l( J( w# B1 S. p) nG01 Z-11.55 FO.017 c) q0 q. T% k
M06 T13
7 ^8 G: a! N6 ^1 F% j5 LM39；铣方式，G91相对编程、G90绝对编程
2 T5 M# ]( n( m0 x! W) s/ R* p, {G00 G90 X-L12 Z1；L12已赋值1 F+ U1 b. H6 ] }* J5 @3 t
G01 G90 Z-9.5 F1200, @) D) k1 h% K* h% M
G01 G91 XO.30
0 Y" q* y2 E( j: e! wG00 G90 Z1+ Y" h' z4 X9 q
; K$ ~/ w1 |& e, S1 Z另外，为保证零件的某些相对位置，按照工艺的要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。
2 o$ t% Q3 b5 R6 n, _- H& j+ i) U* y' R8 S# B/ [7 c
4) 主轴松开夹紧指令- C& D4 J3 {% w& ~6 G
& l ^! N6 e g% V( S9 c$ _: D主轴松开和夹紧指令，在正常的情况下，是装卸零件时使用，但对于多主轴车床来说，还有其他的用途：- ?, z2 j i5 z5 l* l% A
5 B' N2 X; p, e. h% [(1) 用于双轴同步加工。在加工细长轴类零件时，用主、副轴分别夹持零件的两端，利用夹套夹紧时的后缩力，使零件处于被拉紧状态，再进行切削加工，可以防止因让刀产生锥度，并能提高零件表面的加工质量。9 R0 g- G9 g5 O8 i
" B1 P2 e8 F5 w(2) 对于数控纵切车床，经过合理地设置主副轴的松开、夹紧指令，多次拉送料，分段多次加工，可以加工比额定行程长数倍的细长零件。笔者就曾在TONUS DECO2000机床(Z轴行程64mm)上用此方法加工出长96mm的φ0.6mm和φ0.8mm台阶轴。
4 W$ K, S$ k% V& H, U. \( G. w4 s- E n
6 v& N5 }9 R4 K5 m; N" M2 H如：TONUS DECO2000机床为数控纵切车床，配基于FUNAC16系统而改进的、具有电子凸轮功能的、专为纵切机床配套的PNT2000(TONUS专利产品)数控系统，其编程方式有别于一般的车、铣，每一工步是技流程在各个框图中分别编，现仅列主加工工步的程序：3 y9 s. f; l, w1 T; G
8 z9 s7 D# _& d, i- N, c3 EG00 G100 Z1=0 X1=1；主轴旋转、冷却、调刀另有工步. J" O, V, } p' n; y
G01 X1=0.6 FO.05
# L* h& F7 y/ c0 C* V5 cG01 Z1=-60.0 FO.02: H& M- B: Z; _7 I2 y" X
G01 X1=1.2 FO.05( k) `5 `0 i* m% I
G00 G100 X1=20
6 c$ l' X4 E! J# a0 t5 `M111；松主轴
) F6 x& q1 [7 I, TG04 XO.4
! t0 X+ G( P1 N1 J( ?G01 Z1=0.0 FO.1
0 L- D6 q* x2 X# [M110；主轴第二次夹紧7 p# \# T; i+ m. x
G04 XO.4
$ k% p6 L# {! L0 u: r) {G01 G100 X1=1.2
: g5 Q5 n% P8 Z1 D6 eG01 X=0.8 F=0.05
7 C& \( a) q$ t: U8 {2 p; NG01 Z1=-36.0 FO.02
: y a" {/ R' R1 B) zG01 X1=1.2 FO.05+ W7 _ @6 q n) K5 k1 p$ I# g; }+ t
G00 G100 X1=20；转换到切断工步。) z) E) g( g) m
' \) @6 {! D8 ]# ?/ l \2 a- q
5) G53零点漂移指令
& q+ N. m1 V, b4 \1 d9 ?( n8 F% u
在一般情况下，G53～G59等指令，是运用在零件加工过程中需重新建立编程原点的情况下，如多个零件同时加工等，但如合理使用此类指令，可提高机床的效率。
+ S, L! {! G: Z; g& s! I; W/ _
' D; v/ C& u$ m0 J0 E对于大部分数控设备来说，在开机之后，必须进行一段时间的热机，以消除因主轴或刀塔发热所带来的误差。如果对机床熟悉，就可以在加工程序的开头设置G53～G59等指令，人为进行补偿，可以大幅缩短热机时间。如 S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，因控制的轴数较多，如要尺寸完全稳定，每天需空运行2h左右，经一段时间的摸索，现用G53指令，即：G53 XO.04 YO.01。在2h内，每0.5h减少XO.01 YO.005，可将热机时间控制在0.5h以内。
- }5 K& y& P, |3 [Y" O6 ^. o( X; j8 o% q
批量生产，当工作台可以装夹数个零件时，在编程中运用G53～G59等指令，定义几个不同的加工原点，可以一次装夹加工数个零件，节省换刀时间，提高工作效率。如 VC750型立式加工中心，工作台为850mm×530mm，所加工零件的坯料为φ160mm，除去装夹部分，每次可装4个零件。程序如下：
: t% Y8 p5 n0 w
7 c: G% z) [8 i) BG54 P1 M98
- G. Q! G. v" G5 n# k) o/ B& a／G55 P1 M981 d. E% n8 R* \& T$ W& h
／G56 P1 M984 J0 B: R, Z( p3 P
／G57 P1 M98
, X7 e1 t2 W0 Q3 GM99: m: g9 l Q" @, S% E. y: r
将要加工的程序编成子程序(P1号)，在调试时不执行带／的程序，批量生产后再执行。6 V! O0 p5 B. D
, ?& s* d! r; p; w* x
6) G79跳转指令/ _* e; n! j+ V( _7 L
2 I. {( ], U# |0 m9 f3 MG79指令为强行跳转，在车铣复合加工中心的零件加工程序中使用，可以带来很大的方便。如S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，配NUM 1050数控系统，带自动拉料机构，在零件加工程序的编制中，如：
& ~5 f1 ? D8 e3 w" L9 G8 T# a% ?& o9 p7 [5 y
$ G79 N2037Q8 ?" B3 h( E
N2037 GO X52.0 Z2.07 X* }: E1 B5 \* o( [
7 z) \; A+ K; m- o/ m! G- L% ~
加入G79指令，可以很方便地进行各工步程序的调试，免去一般程序每调一步都要从头找程序段或在每一程序段结束加 M01的麻烦；同时可以直接跳转到程序结束句进行割断。$ F5 {' g* M# g# ?! I2 c
: F' j' L) z8 T& q7) G09减速与精确定位指令2 C& F: L& y1 I
; T: x$ T" F7 i: A( rG09指令其功能是在执行下一条程序之前，减速并准确地停止在当前条程序所确定的位置。在精加工时使用，可以使加工的形位尺寸准确，如 S-188双主轴双刀塔数控车铣中心，配NUM 1050数控系统：
' Q: N5 W3 h" o2 n6 S( E6 }
9 h: ]; i, ~4 q3 o9 b) bG01 Z1 FO.02: o$ t: I ]- u
G01 G09 ZO.5
4 F8 {' l6 e% }8 Q2 Q K; ~G01 G09 X9.745 Z-0.4
4 _7 W; Z, ]+ b) y& E2 iG01 Z-11.529 L1 I P) [ U% m% o; J
' \' k9 L6 ~7 x4 G, f2 C3 结束语
8 k+ `' {1 i( b1 G% G* K4 v0 j5 R4 a- w: O4 U# Z9 Z
数控加工是基于数控程序的自动化加工方式，在实际加工中，对G、M代码进行深入分析与研究，对传统加工方法进行变革，需要有较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能。作者从事数控技术教学、数控加工及数控设备的维护近20年，碰到非常多的技术难题，在特殊G、M代码的使用方面，积累了一定的经验。在数控加工程序中，用好这些特殊G、M代码，对提高零件的加工质量和精度，使用、维护好数控机床具有重要意义。' Q( _3 Z. W3 L: J
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发表于 2006-2-27 11:04:40
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