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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X x# \% p- r( H6 }
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。, x4 q+ v$ E+ z' \
! ~' ~: f ^$ t, `0 Z/ } r' a2 数控加工中特殊G、M代码的使用; a' `; |4 J" X+ @, Y
1 t/ J- v$ @" P" }; e1) 延时G04指令
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5 g2 p' @ E7 s1 O( U! ?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。
t1 k& l. q' D7 H9 m V V# u! J
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：, ]' G2 p! ]2 ? v" R
/ @8 l+ v" l8 p: i(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。. x! J& e- e" n* L+ n3 @) U
. J, a* e5 L9 h h) L7 s8 k
(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。( d9 ]+ l& p. Z- { Q3 b
8 b. t8 j0 v/ i
(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。2 [9 z+ }! N4 a0 N/ f/ `7 c
- \0 b* Q7 s9 x
程序举例：
/ a+ A+ F. g9 GM03 S300；攻牙主轴转速不能太快
9 F L% t$ ^4 {G00 XO Z5.0；至工件中心坐标
9 p3 ]6 ]/ w# P" j, RG32 Z-20.0 F1.0 M05；攻丝完毕后主轴停止
& P Y, a% h, }$ qG04 X5.0；丝锥延时5秒作非过给切削加工: ~# {7 b, T, U
G32 Z5.0 M04；主轴反转，丝锥后退
8 T$ U! N5 U) L8 g: h7 Q' N, t( r, O4 W1 t' U/ x6 a6 c
(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。
" g& t9 g" H4 B, V8 z6 Z) ?: e6 n; x, `5 @5 @& a2 _
(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：
1 I3 L& c7 o/ S; H7 U/ _; X' p' ]2 U$ `7 ]; w
N0160 M60；夹具打开允许' ~# ], i' ^/ x+ O1 o* ^- T' W& x
N0170 M169；夹具打开
6 S$ f6 u$ o. _ x1 l8 F( aN0180 G04 FO.3
: i- m% d4 ^& Z. wN0190 G01 ZL1；L1已赋值, w6 Y5 a( L( E7 L I) n- Q" s& e
N0200 M168；夹具夹紧
- S4 r3 ]$ u5 z' K7 A. rN0210 G04 FO.3
$ P* o/ t; `0 Q5 B+ a5 i- Z
: w/ n w9 `/ x3 Y(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。
# E6 o3 Z8 L& q. G% v+ i0 h
: G1 r7 J B1 M9 b1 K6 ]程序举例：
3 V5 q9 O2 g: H+ @N0010 S1000 M13；主轴转、冷却液开7 ^) N$ I- Y, p' P. m+ A
N0020 T0302
; K+ T: v, r; d# Z) O* U- DN0030 G01 X32.4 FO.1
1 s1 U- x5 s. x5 y% i; ~7 ?3 L6 dN0040 S3500 M03；主轴转速有较大的变化
# L2 U6 t7 f8 T4 g" _% rN0050 G04 XO 6；延时 0． 6S
. t, y8 o% i0 d; h8 X* e3 {7 W \. ?N0060 G01 Z-10.0 FO.021 ?; {" w! A) c+ j2 B D$ w0 R
9 l% H, {9 T+ y9 X; T
(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。
8 ]4 x ]2 |4 N+ {8 A
9 y- Y* T" [# L9 \2 I8 L+ I8 N(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。8 n& O3 D8 `4 |' W
$ b5 C: l7 m& [6 c" f" D ~程序举例：* P% c' d5 C9 X, t8 d1 ^; R8 M6 b$ Y
N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100
: s& }) [, O9 A- k" N% GN0130 G04 XO.5/ {; T% Q7 e; [. ^0 n
N0140 G01 Y50.5 F300
- V! U! X+ g/ A$ T+ G, x9 J
' K6 H( ~5 W' J: o5 K6 w(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。
% Y, U0 @, a" l" Y" j/ H; G) E
6 r4 {* }( S# u! ~如：, X9 t( u' I) |- }0 w; b$ T
N0220 M03 S1000
( Y7 ^0 Y O, `% i2 yN0230 G04 X600( a, x* J. f1 e: w" U; ?! y8 q
N0240 S5000: P5 z( v7 R0 k7 U
N0250 G04 X600& q0 C2 X% ]1 R6 V
N0260 S10000; W; o! z& Q0 u9 n( Y$ `0 _
N0270 G04 X600
% h) M6 H$ o) f8 n- h
! A$ K) n' j9 I$ k) Y9 {1 H' {( f2) 返回参考点G26、G27、G28、G29指令: r" g! u/ |; `/ @8 i0 o: g( o# N8 A8 J
5 m; a4 d* t, [" M
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。4 @1 ]" t) |) P2 w* l
+ h! V; O( I, y1 {& S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 s' u: i- ~/ h! }# [
: \/ Q0 {6 z" u0 M1 S; ]/ F(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。. ^" a" r" Z; x' h
/ @2 ]1 C' Q9 q4 W6 c$ f(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。! P7 A/ j z: X( ^$ ?
4 @2 g, J' ^6 K: k+ t3 b: e(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。/ A0 |9 f& }) P& B
6 T; A* T3 S1 O1 }(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。8 S" j) w. a! y- f) y
2 ^. c/ x! }7 ~) k$ x9 l" x. d
(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。
; ]* _! {3 [/ }, u( d7 g% i: z8 V. M
(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。9 f/ y# P& o8 i9 N* j
7 F5 k2 ~3 a- a3) 相对编程G91与绝对编程G90指令
3 x+ M! t" Z% O" H4 A* ?( {# s% Q$ H8 g8 Z
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。
6 L5 T C1 l$ O" s. m
3 ^6 X4 a& u0 S; _: V5 z0 M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：
7 s2 m" ~9 G8 z0 Y/ }2 F! G: L& G4 E- n, A" ^% f
M06 T10
: z; o7 M2 E( X8 h9 e* i* RM38；车方式，默认在G91相对编程
Q* a5 t- i' ZM04 S1000 M083 \" r: v x( K) s% a
G95 FO.03( j9 x+ m7 |5 I8 F9 R2 ?1 Q
G00 X8.0 YO Z10.0$ a) s: m* P& X: R
G00 Z1.0
, h) g# u+ }: v e$ m& \: a- }1 uG01 Z-11.55 FO.01
0 w* Q5 [9 {! B1 m) `- O; s. Q3 dM06 T13) q$ {- l& I7 N0 r$ Y. ~: j# z! x
M39；铣方式，G91相对编程、G90绝对编程7 j# m8 N# E' Z
G00 G90 X-L12 Z1；L12已赋值1 Y! F: @- U% w+ ^; A1 I; y& e8 u
G01 G90 Z-9.5 F1200
( l- {) G/ O5 k9 D4 T: SG01 G91 XO.30
2 `: M- \% k9 t" e' P& o1 nG00 G90 Z12 T0 l& ?1 j5 c0 \) T
' }+ U9 Y0 h+ e9 L
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。r* z- r& | W1 n7 _5 |% g
& ?, A8 p9 u {" U# d7 {" L4 L
4) 主轴松开夹紧指令+ ]9 o( U2 m5 s, W: [3 _2 r
. c3 {+ s$ a$ s0 ~$ n7 U
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：2 c! K! C! e* Z% n4 W6 M9 ~
4 p2 o ?( W( _- m
(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。3 @: b1 I! |: |/ f. m/ |
4 z( a# V; ~: V7 r/ i(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。% q" D4 A/ k8 d* A7 @2 B' e
6 J; ]/ d4 G: a! y6 ]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：
9 U8 c7 e+ t" y( A
2 E# S7 g, O! A1 a+ V8 @G00 G100 Z1=0 X1=1；主轴旋转、冷却、调刀另有工步! v4 f# U; o" C5 c3 x! G; _9 ]5 I
G01 X1=0.6 FO.056 p, e4 f- D H4 G2 {" Q9 I' _+ |+ E
G01 Z1=-60.0 FO.02
7 }1 @3 \7 q% Z& q! \3 RG01 X1=1.2 FO.057 l# \/ t5 L' N N
G00 G100 X1=20
# O. @* Q: h, @) cM111；松主轴! Q4 E3 D% X7 z! t
G04 XO.4
! T- G6 h1 Y! D" I0 @G01 Z1=0.0 FO.13 H7 U' B1 D) a
M110；主轴第二次夹紧
" y1 `3 |) S yG04 XO.44 p! g/ m" t. l+ k. C( R
G01 G100 X1=1.2" x" e2 g. ]" E& T: @" x) c; K# N
G01 X=0.8 F=0.05
+ |' I, |" H0 i3 M- p. Z; h6 MG01 Z1=-36.0 FO.02
T& |9 x z* Z( r! C6 z" EG01 X1=1.2 FO.058 Q# {) k4 P+ l) ]! {# G( a
G00 G100 X1=20；转换到切断工步。
$ h2 I) c" d0 ~: t* a2 O) U. M! X M( s- i8 h$ Z( R, C' H" k
5) G53零点漂移指令3 _' B2 G k- |0 `' q |' n
3 |0 n; H) u1 C, ]" z1 d
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。: a0 g9 R! ]: L; K) ^
' S- Z) s" r/ z0 p3 g% }* b7 z/ i! N1 O9 F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。
, [6 i' u7 y! u. o& F; ~1 u@4 ?# F+ Q% g* I( Z4 b0 J
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：
% y, V# J6 r9 g' [
( G) J y% M9 |7 NG54 P1 M98
- |) \4 d3 K ]/ o7 C2 H- u／G55 P1 M98% s8 K+ E9 ]% z0 l: l
／G56 P1 M98
! d7 v5 E1 [. |; i3 Z: Q／G57 P1 M98' o/ @' ]) y P, w8 X8 r
M99, e1 N! m) y) L6 h, i! K, N! H) p
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。
# T. j% z- b; L) A' [9 L& m+ f( s* ^; p2 H
6) G79跳转指令! ^# j9 f1 W! g n- i7 F6 E
- E. ^" @7 D5 m+ [: M
G79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：
" {2 b+ \; J8 s0 D8 j V. _8 P2 @3 _
$ G79 N2037
4 z6 Z6 H. M: E1 x i- sN2037 GO X52.0 Z2.03 e8 w& H3 a9 B0 M" e
7 R) y" x; i# v, u3 `8 t/ J+ }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。3 b( D9 r1 W* x# ?4 ?8 S
! t" c1 P2 @: } g
7) G09减速与精确定位指令$ h2 _/ n+ G9 ~7 o3 d: Y* e
$ E( p2 s4 x: ^2 s7 i) u5 oG09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：
F6 v/ O& U. C* u# y* P
0 v* p2 m% K, T, x% h" xG01 Z1 FO.02
. d! n3 i% M% FG01 G09 ZO.5* {0 T/ T9 X' G
G01 G09 X9.745 Z-0.4
- s9 A2 |# n. F2 KG01 Z-11.52
$ B# M5 S+ r v$ _! e/ ^% ]
* a/ R, \* l& H* N5 Z3 结束语# b$ d! i1 V l! E) a3 L- L
8 U7 r1 s" b7 }' L/ X% {1 t7 L
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。
" F# M8 m: B0 O3 ^ |
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发表于 2006-2-27 11:04:40
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