数控机床加工中特殊G、M代码使用的分析与研究
详细内容
1 引言
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。
2 数控加工中特殊G、M代码的使用
1.延时G04指令
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。
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：
a.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。
b.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。
c.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。
程序举例：
M03 S300；攻牙主轴转速不能太快
G00 XO Z5.0；至工件中心坐标
G32 Z-20.0 F1.0 M05；攻丝完毕后主轴停止
G04 X5.0；丝锥延时5秒作非过给切削加工
G32 Z5.0 M04；主轴反转，丝锥后退
d.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。
e.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：
N0160 M60；夹具打开允许
N0170 M169；夹具打开
N0180 G04 FO.3
N0190 G01 ZL1；L1已赋值
N0200 M168；夹具夹紧
N0210 G04 FO.3
f.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。
程序举例：
N0010 S1000 M13；主轴转、冷却液开
N0020 T0302
N0030 G01 X32.4 FO.1
N0040 S3500 M03；主轴转速有较大的变化
N0050 G04 XO 6；延时 0． 6S
N0060 G01 Z-10.0 FO.02
g.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。
h.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。
程序举例：
N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100
N0130 G04 XO.5
N0140 G01 Y50.5 F300
i.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。如：
N0220 M03 S1000
N0230 G04 X600
N0240 S5000
N0250 G04 X600
N0260 S10000
N0270 G04 X600
2.返回参考点G26、G27、G28、G29指令
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。
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。
a.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。
b.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。
c.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。
d.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。
e.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。
f.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。