1 引言

數(shù)控文字地址程序段格式中，G代碼、M代碼分別表示準(zhǔn)備功能宇和輔助功能字，G、M代碼在不同數(shù)控系統(tǒng)中分別表示不同的數(shù)控功能，有些數(shù)控系統(tǒng)還規(guī)定可使用幾套G、M代碼指令，這就為數(shù)控加工工藝的制訂，數(shù)控加工程序的編制以及加工程序調(diào)試增添了許多靈活性，特別是特殊G、M代碼的合理使用，對(duì)保證零件的加工質(zhì)量和精度，防止數(shù)控機(jī)床各加工軸之間或刀具之間的干涉，提高數(shù)控機(jī)床的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。2 數(shù)控加工中特殊G、M代碼的使用
延時(shí)G04指令
延時(shí)G04指令，其作用是人為暫時(shí)限制運(yùn)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(dāng)執(zhí)行到此程序段時(shí)，進(jìn)給中止1秒后再繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序指令。G04指令中的延時(shí)時(shí)間在編程時(shí)設(shè)定，其選擇范圍為“0.001～99999.999秒或轉(zhuǎn)(用 X或U指令的IS-B增量系統(tǒng))。1～99999999延時(shí)時(shí)間單位為0.0001秒或轉(zhuǎn)(用P指令的IS-C增量系統(tǒng))”。G04延時(shí)指令一般使用的幾種情況為：①對(duì)不通孔作深度加工時(shí)，刀具送給到規(guī)定深度后，用G04指令可使刀具作非進(jìn)給光整切削加工，然后退刀，保證孔底平整，并使相關(guān)表面無毛刺；②溝槽時(shí)，在槽底應(yīng)讓主軸空轉(zhuǎn)幾轉(zhuǎn)再退刀。一般退刀槽都不須精加工，采用G04延時(shí)指令，有利于槽底光滑，提高零件整體質(zhì)量；③數(shù)控車床上，在工件端面的中心鉆60°的頂尖孔或倒45°角時(shí)，為使孔側(cè)面、及倒角平整，使用G04指令使工件轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)后再退刀；④車削軸類零件臺(tái)肩，在刀具送給運(yùn)行方向改變時(shí)，應(yīng)在改變運(yùn)行方向的指令間設(shè)置G04指令，以保證軸肩端與工件軸線的垂直度。
除以上一般使用情況，在實(shí)際數(shù)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：
采用步進(jìn)電機(jī)為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，特別是國(guó)內(nèi)改進(jìn)設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床，在高精度加工中，為避免頻率變化過快造成對(duì)位移精度的影響，常人為將快速點(diǎn)進(jìn)位G00指令路經(jīng)分解為2個(gè)程序段，段1為快速點(diǎn)進(jìn)位，段2為直線插補(bǔ)。由于高速點(diǎn)進(jìn)位運(yùn)行在開始時(shí)為升速，當(dāng)升到設(shè)定的速度頻率時(shí)為正常勻速運(yùn)行，接近到達(dá)定位點(diǎn)時(shí)為降頻(就是常說的自動(dòng)升降速)。在段1后如果設(shè)置延時(shí)G04指令，可保證高速運(yùn)行降頻完全穩(wěn)定后，再低速運(yùn)行，使控制精度得以提高。特別是對(duì)于數(shù)控鉆床加工時(shí)的孔定位特別明顯。
大批量單件加工時(shí)間較短的零件加工中，啟動(dòng)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(dòng)作，用G04指令代替首件后零件的啟動(dòng)。延時(shí)時(shí)間按完成1件零件的裝卸時(shí)間設(shè)定，在操作人員熟練地掌握數(shù)控加工程序后，延時(shí)的指令時(shí)間可以逐漸縮短，但需保證其一定的安全時(shí)間。零件加工程序設(shè)計(jì)成循環(huán)子程序，G04指令就設(shè)計(jì)在調(diào)用該循環(huán)子程序的主程序中，必要時(shí)設(shè)計(jì)選擇計(jì)劃停止M01指令作為程序的結(jié)束或檢查。
數(shù)控車床用絲錐攻中心螺紋時(shí)，需用彈性筒夾頭攻牙，以保證絲錐攻至螺紋底部時(shí)不會(huì)崩斷，并在螺紋底部設(shè)置G04延時(shí)指令，使絲錐作非進(jìn)給切削加工，延時(shí)的時(shí)間需確保主軸完全停止，主軸完全停止后按原正轉(zhuǎn)速度反轉(zhuǎn)，絲錐按原導(dǎo)程后退。
程序舉例：
M03 S300；攻牙主軸轉(zhuǎn)速不能太快
G00 XO Z5.0；至工件中心坐標(biāo)
G32 Z-20.0 F1.0 M05；攻絲完畢后主軸停止
G04 X5.0；絲錐延時(shí)5秒作非過給切削加工
G32 Z5.0 M04；主軸反轉(zhuǎn)，絲錐后退
鎖孔完畢退刀時(shí)，為避免退刀時(shí)留下螺旋劃痕而影響表面粗糙度，應(yīng)使鏜刀在孔底作非進(jìn)給停留，待主軸完全停止后再退刀。退刀時(shí)會(huì)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。
在發(fā)訊指令后須設(shè)置G04指令，以保證有足夠的時(shí)間延時(shí)，等待發(fā)訊指令規(guī)定要求的動(dòng)作開始或完成后，再運(yùn)行后續(xù)程序，以確保加工的可靠性。如換刀位、開啟關(guān)閉主軸、潤(rùn)滑或接通其它信號(hào)等。如：瑞士碧瑪泰公司的S-188雙主軸雙刀塔數(shù)控車銑中心，配NUM 1050數(shù)控系統(tǒng)，在自動(dòng)拉料時(shí)的程序?yàn)椋?
N0160 M60；夾具打開允許
N0170 M169；夾具打開
N0180 G04 FO.3
N0190 G01 ZL1；L1已賦值
N0200 M168；夾具夾緊
N0210 G04 FO.3
在主軸轉(zhuǎn)速有較大的變化時(shí)，可設(shè)置G04指令。目的是使主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，再進(jìn)行零件的切削加工，以提高零件的表面質(zhì)量。
程序舉例：
N0010 S1000 M13；主軸轉(zhuǎn)、冷卻液開
N0020 T0302
N0030 G01 X32.4 FO.1
N0040 S3500 M03；主軸轉(zhuǎn)速有較大的變化
N0050 G04 XO 6；延時(shí) 0． 6S
N0060 G01 Z-10.0 FO.02
在加工程序中有多種功能順序執(zhí)行時(shí)，必須設(shè)置G04指令。如機(jī)械手接零件、雙主軸同步、從第1刀塔轉(zhuǎn)換到第2刀塔加工等等，按動(dòng)作的復(fù)雜程度，設(shè)定不同的G04延遲量，以使前一動(dòng)作完全結(jié)束，再進(jìn)行下一動(dòng)作，避免干涉。
在銑加工過程中，當(dāng)加工刀徑相同的圓弧角時(shí)，可設(shè)置G04指令。可以消除讓刀所帶來的錐度和實(shí)際加工的R偏差，但圓弧角的表面質(zhì)量會(huì)下降。
程序舉例：
N0120 G03 X20.5 Y18.6 R6 F100
N0130 G04 XO.5
N0140 G01 Y50.5 F300
在主軸空運(yùn)行時(shí)，用G04設(shè)置每檔轉(zhuǎn)速的時(shí)間，編一段熱機(jī)程序，讓設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，可以使熱機(jī)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
返回參考點(diǎn)G26、G27、G28、G29指令
參考點(diǎn)是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，通過參考點(diǎn)返回功能刀具可以容易地移動(dòng)到該位置。參考點(diǎn)主要用作自動(dòng)換刀或設(shè)定坐標(biāo)系，刀具能否準(zhǔn)確地返回參考點(diǎn)，是衡量其重復(fù)定位精度的重要指標(biāo)，也是數(shù)控加工保證其尺寸一致性的前提條件。
實(shí)際加工中，巧妙利用返回參考點(diǎn)指令，可以提高產(chǎn)品的精度。
對(duì)于重復(fù)定位精度很高的機(jī)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(diǎn)再重新運(yùn)行到加工位置。如此做法的目的實(shí)際上是重新校核一下基準(zhǔn)，以確定加工的尺寸精度。
對(duì)于多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是多軸多刀塔機(jī)床，程序開始段，一般設(shè)回參考點(diǎn)指令，避免換刀或多軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)出現(xiàn)干涉情況。
四軸以上的加工中心在進(jìn)行B軸旋轉(zhuǎn)前，雙主軸車床在主、副軸同步加工前，設(shè)置回參考點(diǎn)指令，可防止發(fā)生撞刀事故。如：HERMLE 600U五軸五聯(lián)動(dòng)立式加工中心，配Heidenhain i530數(shù)控系統(tǒng)，其B軸可±110°旋轉(zhuǎn)，而刀庫(kù)在主軸后面，在B軸旋轉(zhuǎn)前，都加回參考點(diǎn)指令。
雙主軸車床，只在一主軸加工時(shí)，用回參考點(diǎn)指令，使另一主軸在參考點(diǎn)位置，能使程序順利執(zhí)行并保證加工精度。如 S188雙主軸雙刀塔數(shù)控車銑中心，只在一個(gè)主軸加工零件時(shí)，首先用G28指令，將另一主軸和刀塔返回參考點(diǎn)位置，以便加工順利進(jìn)行。
對(duì)于多軸縱切機(jī)床，當(dāng)因各種原因要封閉某一軸時(shí)，用回參考點(diǎn)指令，使此一軸在參考點(diǎn)位置，然后再進(jìn)行封閉，能保證此軸的位置度。如TONUS DECO2000機(jī)床，因加工要求必須封閉X4和Z4軸，在此情況下，在進(jìn)行系統(tǒng)屏蔽X4和Z4軸之前，執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作。
在修理某一軸的伺服單元時(shí)，一般先進(jìn)行回參考點(diǎn)操作(如有可能)，以避免在該軸失電時(shí)，坐標(biāo)位置的丟失。如美國(guó)哈挺公司COBRA 42機(jī)床，因X軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有雜音需檢查，在檢查前執(zhí)行返回參考點(diǎn)操作。
相對(duì)編程G91與絕對(duì)編程G90指令
相對(duì)編程是以刀尖所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，刀尖以相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行位移來編程。就是說，相對(duì)編程的坐標(biāo)原點(diǎn)經(jīng)常在變換，運(yùn)行是以現(xiàn)刀尖點(diǎn)為基準(zhǔn)控制位移，那么連續(xù)位移時(shí)，必然產(chǎn)生累積誤差。絕對(duì)編程在加工的全過程中，均有相對(duì)統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)，即坐標(biāo)原點(diǎn)，所以其累積誤差較相對(duì)編程小。
數(shù)控車削加工時(shí)，工件徑向尺寸的精度比軸向尺寸高，所以在編制程序時(shí)，徑向尺寸最好采用絕對(duì)編程，考慮到加工時(shí)的方便，軸向尺寸采用相對(duì)編程，但對(duì)于重要的軸向尺寸，也可以采用絕對(duì)編程。數(shù)控銑床加工時(shí)，對(duì)于重要的尺寸應(yīng)采用絕對(duì)編程。在數(shù)控車銑加工中心加工零件時(shí)，一般在車加工時(shí)用相對(duì)編程，變換為銑加工時(shí)，用絕對(duì)編程。如：EMCO 332數(shù)控車銑中心，配西門子 840D數(shù)控系統(tǒng)，雙主軸雙刀塔，在進(jìn)行車銑加工時(shí)的程序：
M06 T10
M38；車方式，默認(rèn)在G91相對(duì)編程
M04 S1000 M08
G95 FO.03
G00 X8.0 YO Z10.0
G00 Z1.0
G01 Z-11.55 FO.01
M06 T13
M39；銑方式，G91相對(duì)編程、G90絕對(duì)編程
G00 G90 X-L12 Z1；L12已賦值
G01 G90 Z-9.5 F1200
G01 G91 XO.30
G00 G90 Z1
另外，為保證零件的某些相對(duì)位置，按照工藝的要求，進(jìn)行相對(duì)編程和絕對(duì)編程的靈活使用。
主軸松開夾緊指令
主軸松開和夾緊指令，在正常的情況下，是裝卸零件時(shí)使用，但對(duì)于多主軸車床來說，還有其他的用途：
用于雙軸同步加工。在加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件時(shí)，用主、副軸分別夾持零件的兩端，利用夾套夾緊時(shí)的后縮力，使零件處于被拉緊狀態(tài)，再進(jìn)行切削加工，可以防止因讓刀產(chǎn)生錐度，并能提高零件表面的加工質(zhì)量。
對(duì)于數(shù)控縱切車床，經(jīng)過合理地設(shè)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(zhǎng)數(shù)倍的細(xì)長(zhǎng)零件。筆者就曾在TONUS DECO2000機(jī)床(Z軸行程64mm)上用此方法加工出長(zhǎng)96mm的φ0.6mm和φ0.8mm臺(tái)階軸。
如：TONUS DECO2000機(jī)床為數(shù)控縱切車床，配基于FUNAC16系統(tǒng)而改進(jìn)的、具有電子凸輪功能的、專為縱切機(jī)床配套的PNT2000(TONUS專利產(chǎn)品)數(shù)控系統(tǒng)，其編程方式有別于一般的車、銑，每一工步是技流程在各個(gè)框圖中分別編，現(xiàn)僅列主加工工步的程序：
G00 G100 Z1=0 X1=1；主軸旋轉(zhuǎn)、冷卻、調(diào)刀另有工步
G01 X1=0.6 FO.05
G01 Z1=-60.0 FO.02
G01 X1=1.2 FO.05
G00 G100 X1=20
M111；松主軸
G04 XO.4
G01 Z1=0.0 FO.1
M110；主軸第二次夾緊
G04 XO.4
G01 G100 X1=1.2
G01 X=0.8 F=0.05
G01 Z1=-36.0 FO.02
G01 X1=1.2 FO.05
G00 G100 X1=20；轉(zhuǎn)換到切斷工步。
G53零點(diǎn)漂移指令
在一般情況下，G53～G59等指令，是運(yùn)用在零件加工過程中需重新建立編程原點(diǎn)的情況下，如多個(gè)零件同時(shí)加工等，但如合理使用此類指令，可提高機(jī)床的效率。
對(duì)于大部分?jǐn)?shù)控設(shè)備來說，在開機(jī)之后，必須進(jìn)行一段時(shí)間的熱機(jī)，以消除因主軸或刀塔發(fā)熱所帶來的誤差。如果對(duì)機(jī)床熟悉，就可以在加工程序的開頭設(shè)置G53～G59等指令，人為進(jìn)行補(bǔ)償，可以大幅縮短熱機(jī)時(shí)間。如 S-188雙主軸雙刀塔數(shù)控車銑中心，因控制的軸數(shù)較多，如要尺寸完全穩(wěn)定，每天需空運(yùn)行2h左右，經(jīng)一段時(shí)間的摸索，現(xiàn)用G53指令，即：G53 XO.04 YO.01。在2h內(nèi)，每0.5h減少XO.01 YO.005，可將熱機(jī)時(shí)間控制在0.5h以內(nèi)。
批量生產(chǎn)，當(dāng)工作臺(tái)可以裝夾數(shù)個(gè)零件時(shí)，在編程中運(yùn)用G53～G59等指令，定義幾個(gè)不同的加工原點(diǎn)，可以一次裝夾加工數(shù)個(gè)零件，節(jié)省換刀時(shí)間，提高工作效率。如 VC750型立式加工中心，工作臺(tái)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(gè)零件。程序如下：
G54 P1 M98
／G55 P1 M98
／G56 P1 M98
／G57 P1 M98
M99
將要加工的程序編成子程序(P1號(hào))，在調(diào)試時(shí)不執(zhí)行帶／的程序，批量生產(chǎn)后再執(zhí)行。
G79跳轉(zhuǎn)指令
G79指令為強(qiáng)行跳轉(zhuǎn)，在車銑復(fù)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(shù)控車銑中心，配NUM 1050數(shù)控系統(tǒng)，帶自動(dòng)拉料機(jī)構(gòu)，在零件加工程序的編制中，如：
$ G79 N2037
N2037 GO X52.0 Z2.0
加入G79指令，可以很方便地進(jìn)行各工步程序的調(diào)試，免去一般程序每調(diào)一步都要從頭找程序段或在每一程序段結(jié)束加 M01的麻煩；同時(shí)可以直接跳轉(zhuǎn)到程序結(jié)束句進(jìn)行割斷。
G09減速與精確定位指令
G09指令其功能是在執(zhí)行下一條程序之前，減速并準(zhǔn)確地停止在當(dāng)前條程序所確定的位置。在精加工時(shí)使用，可以使加工的形位尺寸準(zhǔn)確，如 S-188雙主軸雙刀塔數(shù)控車銑中心，配NUM 1050數(shù)控系統(tǒng)：
G01 Z1 FO.02
G01 G09 ZO.5
G01 G09 X9.745 Z-0.4
G01 Z-11.52
3 結(jié)束語(yǔ)
數(shù)控加工是基于數(shù)控程序的自動(dòng)化加工方式，在實(shí)際加工中，對(duì)G、M代碼進(jìn)行深入分析與研究，對(duì)傳統(tǒng)加工方法進(jìn)行變革，需要有較強(qiáng)的程序指令運(yùn)用能力和豐富的實(shí)踐技能。作者從事數(shù)控技術(shù)教學(xué)、數(shù)控加工及數(shù)控設(shè)備的維護(hù)近20年，碰到非常多的技術(shù)難題，在特殊G、M代碼的使用方面，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在數(shù)控加工程序中，用好這些特殊G、M代碼，對(duì)提高零件的加工質(zhì)量和精度，使用、維護(hù)好數(shù)控機(jī)床具有重要意義。