第4章 加工中心的操作与编程
4.1 数控加工中心及其组成
4.1.1 加工中心的类型及其组成
加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。其特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、铣削等多种工序的加工，工序高度集中。这种机床一般具有刀库和自动换刀装置，有的还具有分度工作台或双工作台。适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板、模具等复杂型面的零件。
1．按功能特征分类
图4-1 卧式数控加工中心 （
1）镗铣
加工中
心 有
一般立
式、卧
式镗铣
加工中
心和龙
门式加
工中
心。以
镗铣为
主，适
用于加
工
产方式。
（2）钻削加工中心 以钻削为主，刀库形式以转塔头形式为主。适用于中小零件的钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及连续轮廓铣削等多工序加工。
（3）复合加工中心 主要指五轴复合加工，可自动回转主轴头，进行立卧加工。在主轴自动回转后，在水平和垂直面实现刀具自动交换。
2．按所用自动换刀装置分类
（1）转塔头加工中心 转塔头加工中心有立式、卧式两种。主轴数一般为6~12个，换刀时间短、数量少、主轴转塔头定位精度要求较高。
（2）刀库+ 主轴换刀加工中心 这种加工中心特点是无机械手式主轴换刀，利用工作台运动及刀库转动，并由主轴箱上下运动进行选刀和换刀。如图4-1所示的卧式加工中心便属箱体、壳体以及各种复杂零件的特殊曲线和曲面轮廓的多工序加工。适用于多品种小批量的生
图4-2 立式数控加工中心
此类。
（3）刀库+ 机械手+ 主轴换刀加工中心 这种加工中心结构多种多样，由于机械手卡爪可同时分别抓住刀库上所选的刀和主轴上的刀，换刀时间短。并且选刀时间与切削加工时间重合，因此得到广泛应用。如图4-2所示的立式加工中心多用此类机械手式换刀装置。
（4）刀库+ 机械手+ 双主轴转塔头加工中心 这种加工中心在主轴上的刀具进行切削时，通过机械手将下一步所用的刀具换在转塔头的非切削主轴上。当主轴上的刀具切削完毕后，转塔头即回转，完成换刀工作，换刀时间短。
另外还可按所用工作台结构特征分为单、双工作台和多工作台式加工中心。按主轴种类分为单轴、双轴、三轴及可换主轴箱的加工中心等。
卧式镗铣加工中心机床的结构组成如图4-1所示。立式镗铣加工中心机床的结构组成如图4-2、如图4-3所示。
和数控铣床相比，加工中心主要是增加了刀库及换刀装置。当然，基于性价比等方面的考虑，加工中心机床多采用半闭环或闭环数控系统。
4.1.2 加工中心的自动换刀装置
自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。
1．自动换刀装置的形式
自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺、范围及刀具的种类和数量等。自动换刀装置主要有回转刀架和带刀库的自动换刀装置两种形式。
回转刀架换刀装置的刀具数量有限，但结构简单，维护方便。如车削中心上的回转刀架。 带刀库的自动换刀装置是镗铣加工中心上应用最广的换刀装置，主要有机械手换刀和刀库换刀两种方式。其整个换刀过程较复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装
在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调后，按一定的方式放入刀库；换刀时，先在刀库中进行
图4-4 鼓轮式刀库
选刀，并由机械手从刀库和主轴上取出刀具，或直接通过主轴以及刀库的配合运动来取刀，然后进行刀具交换，再将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可以作为独立部件安装在机床以外。
2．刀库的形式
刀库的形式很多，结构各异。加工中心常用的刀库有鼓轮式和链式刀库两种。
鼓轮式刀库结构简单，紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过32把。见图4-4。
（a）径向取刀形式 （b）轴向取刀形式 （c）径向布置形式 （d）角度布置形式
图4-5 链式刀库 链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库
容量较大的数控机床。见图4-5。如图4-3
（b）所示加工中心机床用的就是链式刀库
3．换刀过程 自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。当执行到Txx指令即选刀指
令后，刀库自动将要用的刀具移动到换刀位
置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备；
当执行到M06指令时即开始自动换刀，把
主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装
在主轴上。
（1）选刀
选刀方式常有顺序选刀方式和任选方式两种。
顺序选刀方式是将加工所需要的刀具，按照预先确定的加工顺序依次安装在刀座中，换刀时，刀库按顺序转位。这种方式的控制及刀库运动简单，但刀库中刀具排列的顺序不能错。
任选方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。它可分为刀具编码和刀座编码两种方式。刀具编码方式是利用安装在刀柄上的编码元件（如编码环、编码螺钉等）预先对刀具编码后，再将刀具放在刀座中；换刀时，通过编码识别装置根据刀具编码选刀。采用这种方式编码的刀具可以放在刀库的任意刀座中；刀库中的刀具不仅可在不同的工序中多次重复使用，而且换下来的刀具也不必放回原来的刀座中。刀座编码方式是预先对刀库中的刀座（用编码钥匙等方法）进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具放入指定的刀座中；换刀时，根据刀座编码选刀，使用过的刀具也必须放回原来的刀座中。
目前应用最多的是计算机记忆式选刀。这种方式的特点是，刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存贮器或可编程控制器内。不论刀具存放在哪个地址，都始终记忆着它的踪迹。在刀库上装有位置检测装置。这样刀具可以任意取出，任意送回。刀具本身不必设置编码元件，结构大为简化，控制也十分简单，计算机控制的机床几乎全都用这种选刀方式。在刀库上设有机械原点，每次选刀运动正反向都不会超过180°的范围。
当选刀动作完成后，即处于等待状态，一旦执行到自动换刀的指令，即开始换刀动作。
（2）换刀
有通过机械手换刀和通过刀库-主轴运动换刀两种方式。
对通过机械手换刀的立式加工中心（如XHK716），其换刀动作可分解如下：
①主轴箱回到最高处（Z坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。
② 机械手抓住主轴上和刀库上的刀具，如图4-6（a）所示。
③ 活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具，如图4-6（b）所示。
④ 机械手回转180°，交换刀具位置，如图4-6（c）所示。
⑤ 将更换后的刀具装入主轴和刀库，如图4-6（d）所示。
（a） （b） （c） （d）
图4-6 换刀机械手的换刀过程图4-7 主轴移动式换刀过程
⑥ 机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其它程序动作。
对如XH754型的卧式加工中心，换刀采用的是主轴移动式，其换刀动作分解为：
①主轴准停，主轴箱沿Y轴上升。这时刀库上刀位的空挡正对着交换位置，装卡刀具的卡爪打开。如图4-7（a）所示。
②主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。如图4-7（b）所示。
③刀库伸出，从主轴锥孔中将刀拔出。如图4-7（c）所示。
④刀库转位，按照程序指令要求，将选好的刀具转到最下面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净。如图4-7（d）所示。
⑤刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。如图4-7（e）。 ⑥主轴下降到加工位置、启动，开始下一步的加工。如图4-7（f）所示。
这种换刀机构中不需要机械手，结构比较简单。刀库旋转换刀时，机床不工作，因而影响到机床的生产效率。
如图4-8所示是目前在XH713、XH714、XH715等中小型立式加工中心上广泛采用的刀库移动-主轴升降式换刀方式。其换刀过程为：
① 分度：由低速力矩电机驱动，通过槽轮机构实现刀库刀盘的分度运动，将刀盘上接受刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。如图4-8（a）所示。
② 接刀：气缸活塞杆推出，将刀盘接受刀具的空刀座送至主轴下方并卡住刀柄定位槽。图（b）所示。
③ 卸刀：主轴松刀，铣头上移至第一参考点，刀具留在空刀座内。图（c）所示。
④ 再分度：再次通过分度运动，将刀盘上选顶的刀具转到主轴正下方。图（d）所示。 ⑤ 装刀：铣头下移，主轴夹刀，刀库气缸活塞杆缩回，刀盘复位，完成换刀动作。图（e）、（f）所示。
4.1.2 机床技术规格及其功能
下面以XHK713A型立式加工中心为例介绍一下加工中心机床的技术规格及其主要功能特点，见表4-1所示。该机床采用FANUC-0i（SINUMERIK 802）数控系统，半闭环控制。
4.2 机床控制面板及其操作
本节以XHK713A立式加工中心、FANUC-0i数控系统为例介绍。
4.2.1 数控操作面板
FANUC-0i数控系统的操作面板如图4-9所示。右方为键盘区，各键作用如表4-2所示。
表4-2 数控操作功能键
面板左方为CRT显示器。用于显示程序、数据输入显示、监视坐标图形等。不同的功能方式下有不同的显示内容，有的功能方式下还有多个屏幕显示页，可用翻页键切换。如图4-10所示为当前坐标显示（按POS功能键时）的其中两个画页。
当前位置坐标显示时，共有几组坐标显示，它们分别是：
相对坐标系（RELATIVE）：若需要将某坐标轴位置置为相对零点时，可在3倍文字显示画页下，先按坐标轴地址键，这时所按的地址闪动，然后再按原点[起源]软键（ORIGIN），则该轴相对坐标就被复位为零，若按（ALLEXE）则所有轴的相对坐标值被复位为0。以后位置变动时，在相对坐标系中的坐标值均是相对于此设置的零点的。
工件坐标系（ABSOLUTE）：以G92或预置工件坐标系G54~G59指定的点为原点，显示当前刀具（或机械工作台）的位置坐标。
机床坐标系（MACHINE）：以机床原点为原点的机械现在位置的坐标。
剩余移动量（DISTANCE TO GO）：在自动、MDI、DNC方式加工时，当前程序段中刀具还需要移动的距离。
状态显示用于表示工作方式、零件计数、时间计数、实际进给速度等的状态。
4.2.2 手动操作面板
机床手动操作面板见图4-11所示，主要用于数控系统功能的辅助控制。具体各操作钮的功能说明如下。
（1）方式选择开关： 选择操作方式的开关，有以下几种方式。
① 编辑（EDIT） 编缉方式
② 自动（MEM或AUTO） 存储运转方式（或称自动加工）
③ MDI MDI手动数据输入方式
④ 手动（JOG） 手动连续进给方式
⑤ 手轮 手轮增量进给方式
⑥ 快速 快速进给方式
⑦ 回零（REF或ZRN） 手动返回参考点方式
图4-11 手动操作面板
⑧ DNC 联机通信、计算机直接加工控制方式
⑨ 示教 示教方式
（2） 进给速度修调旋钮：根据程序指定的进给速度，选择修调倍率的旋钮。可在0~150%范围内每隔10%修调。
（3）手动轴选择旋钮：选择移动轴，再按下方的轴移动方向钮。各轴的正负方向遵循标准设定，即以假定工件不动，刀具相对于工件在运动来理解。亦即按编程坐标系来看。
（4）主轴速度修调旋钮：调节主轴转速，可在50~120%范围内每隔10%修调。
（5）快速倍率旋钮：选择快速进给速度倍率的开关。
（6）手轮进给调节：置方式开关为手轮方式后可由手轮进行增量调节。手轮结构参见图2-8，先选择移动轴，再调节移动量，有×1、×10、×100三种选择，对应每刻度值为0.001、0.01、0.1mm。手轮旋转360º，相当于100个刻度的对应值。
（7）循环启动按键：用于自动运转开始的按钮，也用于解除临时停止，自动运转中按钮灯亮。
（8）进给保持按键：用于自动运转中临时停止的按钮，一按此按钮，轴移动减速并停止，灯亮。
（9）跳步按键开关：需跳过带有“/”（斜线号）的程序段时按下此开关（灯亮），置接通状态，此开关对于在“/”号后标有番号的选择程序段跳跃无效。（再按一下，开关断开，灯熄。）
（10）单步按键开关：按下此开关（灯亮），程序运行处于单段方式。每运行一个程序段后都会停止，再按“循环启动”继续执行下一程序段，用于程序的校验，（再按一次，开
关断开，灯熄。）
（11）空运行按键开关：按下此开关（灯亮），自动运转时进行空运转（无视程序指令的进给速度，而按照快移速度移动，但也受到“手动连续进给速度设定开关” 设定的倍率的控制）。常用于程序加工前的校验。（再按一下，开关断开，灯熄）。空运行时将伴有机械各轴的移动，如果同时按下机床锁定开关，则将以空运行的速度校验程序。
（12）Z轴锁定按键开关：按下此开关（灯亮），自动运转时，往Z轴去的控制信号被截断，Z轴不动，但数控运算和CRT显示正常。
（13）机床锁定按键开关：按此开关（灯亮），机械不动，仅让位置显示动作，用于机械不动而要校验程序时。（再按一次，开关断开，灯熄）。如果不是处于空运行方式，则程序按设定的速度运行。
（14）选择停止按键开关：按此开关至灯亮，可在实施带有辅助功能M01的程序段后，停止程序。（再按一下开关断开，灯熄。）
（15）程序再启动键开关：用于机械锁定或空运行过程中断电后的接续运行。
（16）手动启停主轴操作按键：手动、手轮方式下，按下启动键，开启主轴，按下停止键，手动关闭主轴。此前需用MDI指定执行主轴转速和旋向，否则按当前模态运转主轴；若从未指定主轴转速和旋向，则主轴将不能运转。
（17）手动冷却操作按键：按下启动键，手动开启冷却液，按下停止键，手动关闭冷却液。
（18）手动选刀操作按键：按下正、反转键，开始正、反方向转动刀库，进行手动选刀操作。按键一次，转动一个刀位。
（19）冲屑和手动润滑按键：冲屑是用于冲刷工作台座下大量的加工残屑；手动润滑是用于对各坐标轴导轨的润滑，一般情况下，系统将自动定时进行导轨润滑。
（20）急停按钮：机床操作过程中若出现紧急情况时，按下此按钮，进给及主轴运行立即停止。
（21）程序保护锁匙：用于提供临时离开时防止其他人员修改程序的保护措施。
（22）电源开关和机床复位按钮：刚开机启动时，先按下电源开，接通电源，系统自检通过后，所有按键灯闪亮一下，显示器正常显示，状态行提示“准备好”，此时可解除急停钮，再按机床复位按钮，状态行显示“*** *** ***”，即可正常使用机床。关机时，先按下急停钮，再按电源关即可。
（23）各种状态及报警指示灯：显示机床及系统各方面的状态及提供报警指示、回零指示等。注意：气压不足时，出现气压报警，系统无法正常工作，待气压充足时方可解除。
4.2.3 基本操作方法
1．手动回参考点
手动回机床原点（参考点）：将手动操作面板上的操作方式开关置“回零”档位，先将手动轴选择为Z轴，再按下“+”移动方向键，则Z轴将向参考点方向移动，一直至回零指示灯亮。然后分别选择Y、X轴进行同样的操作。
2．工作台的手动调整
图4-12 MDI操作画页
工作台拖板的手动调整是采用方向按键通过
产生触发脉冲的形式或使用手轮通过产生手摇脉
冲的方式来实施的。和手柄的粗调、微调一样，
其手动调整也有两种方式。
（1）粗调：置操作方式开关为“手动连续进
给”方式档。先选择要移动的轴，再按轴移动方
向按钮，则刀具主轴相对于工作台向相应的方向
连续移动，移动速度受快速倍率旋钮的控制，移
动距离受按压轴方向选择钮的时间的控制，即按
即动，即松即停。采用该方式无法进行精确的尺
寸调整，当移动量大时可采用此方法。
（2）微调：本机床系统的微调需使用手轮来操作。将方式开关置为“手轮”方式档。再在手轮中选择移动轴和进给增量，按“逆正顺负”方向旋动手轮手柄，则刀具主轴相对于工作台向相应的方向移动，移动距离视进给增量档值和手轮刻度而定，手轮旋转360º，相当于100个刻度的对应值。
3．MDI程序运行
所谓MDI方式是指临时从数控面板上输入一个或几个程序段的指令并立即实施的运行方式。其基本操作方法如下：
（1）置手动操作面板上的方式开关于MDI运行方式。
（2）按数控面板上的“PROG”功能键。屏幕显示如图4-12所示。当前各指令模态也可在此屏中查看出。
（3）在输入缓冲区输入一段程序指令，并以分号（EOB）结束，然后按INSERT（插入）键，程序内容即被加到番号为O0000的程序中。本系统中MDI方式可输入执行最多6行程序指令，而且在MDI程序指令中可调用已经存储的子程序或宏程序。MDI程序在运行以前可编辑修改，但不能存储，运行完后程序内容即被清空。若用M99作结束，则可重新运行该MDI程序。
（4）程序输入完成后，按RESET（复位）键，光标回到程序头，按“循环启动”键即可实施MDI运行方式。若光标处于某程序行行首时，按了“循环启动”键，则程序将从当前光标所在行开始执行。
4.3 加工中心的工艺准备
4.3.1 加工中心的工艺特点
由于加工中心工序集中和具有自动换刀的特点，故零件的加工工艺应尽可能符合这些特点，尽可能地在一次装夹情况下完成铣、钻、镗、铰、攻丝等多工序加工。但一个单工作台的加工中心，不可能包下一个零件的全部加工工序，要充分发挥加工中心的特长，可把一些工序合理地安排在别的数控机床上加工。
加工中心加工的零件尺寸必须与机床工作台、各向行程相适应。加工零件孔的尺寸必须小于自动换刀装置允许的尺寸，不然需要采用手动换刀或用棒铣刀圆弧插补铣孔方法加工，
此时孔加工精度将降低。
由于加工中心具备了高刚度和高功率的特点，故在工艺上可采用大的切削用量，以便在满足加工精度条件下尽量节省加工工时。在机床开动前，必须充分准备好切削刃具，以节省工时。采用一个高质量的刀具，所需费用可从工时上节省出来。选用加工中心作为生产设备时，必须采用合理的工艺方案，以实现高效率加工。
（1）确定采用加工中心的加工内容，确定工件的安装基面、加工基面、加工余量等。
（2）以充分发挥加工中心效率为目的来安排加工工序。有些箱体大平面加工采用龙门铣床、数控铣床更为合适。
（3）对于复杂零件来说，由于加工过程中会产生热变形，淬火后会产生内应力，零件卡压后也会变形等多种原因，故全部工序很难在一次装夹后完成，这时可以考虑两次或多次装夹。
（4）安排加工工序时应本着由粗渐精的原则。首先安排重切削、粗加工，去掉毛坯上的加工余量，然后安排加工精度要求不高的内容，如钻小孔、攻螺纹等，以使零件在精加工前由较充裕的时间冷却以及释放内应力。每个工序之间，应尽量减少空行程移动量。决定工步顺序时应考虑相近位置的加工顺序，以减少换刀次数，节省辅助时间。建议参考以下工序顺序：铣大平面、粗镗孔、半粗镗孔、立铣刀加工、打中心孔、钻孔、攻螺纹、精加工、铰镗精铣等。
（5）当加工工件批量较大，工序又不太长时，可在工作台上一次安装多个工件同时加工，以减少换刀次数。
（6）采用大流量的冷却方式，为减少加工时产生的大量热量对加工精度的影响，为提高刀具耐用度，需积极采用大流量的冷却方式。深孔加工的刀具可采用内冷装置。为实现上述目的，可增添大流量冷却装置、切屑和冷却液分离的排屑装置、容量大的冷却水箱、密封性很好的大防护罩等。
在机床选用上，应了解各类加工中心的规格、最佳使用范围和功能特点。例如卧式加工中心最适宜的是菱形零件箱体、泵体、阀体、壳体等，适合多面加工，多次更换夹具和工艺基准的零件。立式加工中心最适宜的是板类零件如箱盖、盖板、壳体、平面凸轮等单面加工零件，适合工件装夹次数较少的零件。由于同等规格的卧式与立式相比，价格要贵50~100%，因此完成工艺内容相近的加工，采用立式比卧式合算。一般地，机床工作台尺寸应稍大于工件尺寸，这样就可给安装夹具预留空间。个别情况下也有工件尺寸大于坐标行程的，但要求加工区域应在有效行程内，用内部装夹或采用辅助工艺手段进行装夹。当然，还应兼顾考虑工件总重负荷问题、电机功率问题、换刀空间问题等。
对于切削用量而言，应根据刀具的材质、机床切削特性、工件材料等来确定，可从有关的切削手册中查到。一般地，在普通加工中心上，采用国产硬质合金刀具粗加工孔时，选切削速度70m/min，根据孔径大小换算成转速。进给速度可由给定的主轴转速以主轴每转或每齿（指单刀头，如果是双刃则是两倍）取0.1mm。精加工时切削速度可取80m/min，进给速度0.06~0.08mm。刀具材质好时还可加大切削用量，刀杆长时应适当减小切削用量。使用高速钢刀具时，切削速度在20~25m/min左右。铣平面时若使用调整较好的面铣刀或端铣刀，切削速度可用到80~100m/min，进给速度可用0.05mm/每齿。粗铣平面的平面度可在
0.02mm、表面粗糙度在3.2m左右。
4.3.2 刀具及刀库数据设置
1．刀具规格型式
加工中心上使用的刀具分刃具部分和连接刀柄部分。刃具部分包括钻头、铣刀、铰刀、丝锥等，和数控铣床所用刃具类似。由于加工中心自动换刀时一般都是连刀柄一起更换的，因此其对刀柄的要求更为重要。连接刀柄应满足机床主轴自动松开和拉紧定位、准确安装各种切削刃具，适应机械手的夹持和搬运，适应在自动化刀库中储存和搬运识别等各种要求。
加工中心及数控镗铣床所用的刀具基本已规范化，制订了一系列标准。下面主要介绍一下TSG整体式工具系统。
TSG工具系统中的刀柄，其代号由四部分组成，各部分的含义如下：
上述代号表示的工具为：自动换刀机床用7：24圆锥工具柄（GB10944），锥柄为45号，前部为弹簧夹头，最大夹持直径32mm，刀柄工作长度（锥柄大端直径处到弹簧夹头前端面的距离）为120mm。TSG工具刀柄的型式代号及规格参数分类见表4-3、表4-4。TSG工具系统所用刀具见附录四。
表 4-3 工具柄部型式代号
2．对刀与刀库设定
加工中心的对刀总体上和数控铣床的对刀相类似。有基准刀具的对刀（确定刀具刀位点相对于工件坐标原点或机床坐标原点的位置）和其它各刀具的对刀（各刀具刀位点相对于基准刀具刀位点间的位置偏差）两方面的内容。由于加工中心对刀柄、刀座本身就具有较高的精度要求，并且要求在整个程序运行之前，全部刀具都应对刀调试完毕，因此加工中心的基准刀具通常就是没装刀具的空刀座本身，其对刀方法可参考第3章3.2.2中数控铣床的对刀内容。由于所用的刀柄基本上都是标准尺寸，所以各刀具相对于刀座的尺寸差通常就在预调仪上测定完成，也就是说，各刀具的对刀过程一般都可在机外进行，一台预调仪可为多台机床服务。
表4-4 工具的用途代号及规格参数
刀具补偿数据的设定可通过数控操作面板的OFFSET SETTING功能项进行。其操作大致如下：
（1）置工作方式开关于MDI手动数据输入方式。
（2）按数控操作面板上的“OFFSET SETTING”功能按键后，CRT屏幕显示如图4-13所示。
（3）按光标移动键，让光标停在要修改设定的数据位置上，（图中N0.为刀具补偿地址号，若同时设置几何补偿和磨损补偿值，则刀补是它们的矢量和）当欲设定的数据不在当前画页时，可按页面键翻页。
（4）输入要修改设定的数据（注意相应的取值范围与数据位数）。
（5）按“INPUT”输入键，则修改设定后的数据即存贮到相应的地址寄存器内。
除按上述方法设置刀补数据外，该机床系统还可允许在程序中用G10指令输入修改。其格式为： 或其中，L10用于输入H代码的几何补偿值，L12用于输入D代码的几何补偿值。P后为
图4-15 正弦线切削
和为新的补偿值。
4.3.3 机床及工件的坐标系统 刀具补偿号，R后为刀具补偿值，G90时为新设置值，G91时是与指定的刀具补偿号中的值相加，相加后的
加工中心机床的坐标轴及其运动方向按1.3节的原则确定，遵循右手直角坐标系法则。但在编程使用过程中，一定要理解机床工作台和刀具间的相对运动关系。X、Y、Z的运动方向均是以刀具相对工件运动为准，即假定工件（工作台）相对静止，设想是刀具在运动。大多数加工中心都是将参考点设定在机床原点上的，而机床坐标原点一般设定在各轴行程极限点上。但究竟是取在正向还是负向极限处，则各机床厂均有所不同，应仔细阅读机床说明书。
加工中心的工件坐标系建立同样使用G92 X Y Z 格式，除此以外，加工中心机床的数控系统通常也都提供G54~G59另外6个预置工件坐标系的指令功能。可通过按“OFFSET SETTING”功能键后，再按“坐标系”软键如图4-14所示画页设置。
除可采用MDI手动输入方法外，该机床系统还可在程序中通过变更工件坐标系G10指令进行。其格式为： 其中P=0时，为外部工件零点偏移；P=1~6时，对应于G54~G59的零点。X、Y、Z为各轴零点的偏移值，即加工工件坐标系相对于机床零点的偏移值。
如：G90 G10 L2 P6 X50.0 Y-75.0 Z-20.0；即是设定G59的坐标原点在机床坐标系中坐标为（50.0，-75.0，-20.0）。
4.4 加工中心编程与上机调试
4.4.1 基本程序指令
加工中心配备的数控系统，其功能指令都比较齐全。第3章的3.3.1中数控铣床所用到的G、M、F、S等功能指令基本上都适用于加工中心，这些指令就不再重复说明。在此主要介绍一些前面没有进行说明的程序指令。当然这些指令并非所有加工中心都有，也并非只有加工中心才有。具有什么样的指令功能，主要取决于该机床采用的数控控制软件系统。有些数控系统虽然只是配备在数控铣床上，但可能它本来就是为加工中心所设计的。以下介绍的内容主要是在第三章所介绍的指令基础上进行的补充，目的是全面地了解一些指令，以增强对各种数控机床的适应能力。
1．虚轴指令或称假想轴切削指令 G07
假想轴切削指令和第3章3.3.2中所介绍的空间螺旋线切削指令功能一起使用时，如果先设定圆弧插补平面的某一个坐标轴为假想轴，则刀具在执行螺旋切削时，只沿另外两坐标轴移动，形成正弦函数曲线轨迹，而在假想轴方向，刀具并不移动。指令格式：
G07 X 0 或G07 Y0 或G07 Z0 设定X（或Y、Z）轴为假想轴。
G07 X 1 或G07 Y1 或G07 Z1 假想轴取消。
例如图4-15所示的正弦线，是按YZ平面内一半径为10 的整圆形状，同时在X方向升高50的螺旋线进行编程的。（设定Z轴为假想轴。）
N1 G07 Z0
N2 G91 G19 G02 Y0 Z0 J10.0 X50.0 F100
N3 G01 Z10.0
N4 G07 Z1
图4-17 软行程极限点
图4-16 极坐标编程图例 2．极坐标系设定指令G15、G16 G15：极坐标系指令取消；
G16：极坐标系指定。极坐标轴的方位取
决于G17、G18、G19指定的加工平面。
当用G17指定加工平面时，+X轴为极轴，
程序中的X坐标指令极半径，Y坐标指令极角。
当用G18指定加工平面时，+Z轴为极轴，
程序中的Z坐标指令极半径，X坐标指令极角。
当用G19指定加工平面时，+Y轴为极轴，程序中的Y坐标指令极半径，Z坐标指令极角。
在如图4-16所示钻孔加工中，采用极坐标指令各孔位时，程序如下：
G17 G90 G16 极坐标指令编程，XY加工平面。
G00 X100.0 Y30.0 移到孔#1的上方，极半径100，极角30 °
. . . 钻孔#1
G00 X100.0 Y150.0 移到孔#2的上方，极半径100，极角150°
. . . 钻孔#2
G00 X100.0 Y270.0 移到孔#3的上方，极半径100，极角270°
. . . 钻孔#3
G15 取消极坐标编程方式。
3．存贮行程极限指令 G22、G23
为了避免程序错误造成刀具和机床部件或其它附件相撞，数控机床有两种行程极限。一种行程极限是由机床行程范围决定的最大行程范围，该范围由行程开关及参数设定，用户不得改变，属于硬行程极限。另一种行程极限是可随意设定改变的软行程极限，可用参数设定，也可用G22来指定，用G23指令来取消。其格式为： I格式中X、Y、Z坐标指令为行程极限上极限点相对机床零点的坐标值；I、J、K为行程极限下极限点相对机床零点的坐标值。如图4-17所示，在这上下极限点之间的三维空间范围内，刀具可以移动；如果刀具移动超出这个范围，机床立即停止移动，避免发生危险。
4．参考点操作指令G27、G30
第3章3.3.3中已经介绍了G28、G29两个参考点操作的基本指令，有的机床另外还有G27、G30两个指令也是和参考点的操作有关的。 ； 返回参考点校验的指令。 ； 第二参考点返回指令。
执行G27指令时，刀具以快进速度移动到程序指令的X、Y、Z坐标位置。如果所到达
图4-18 螺纹切削 图4-19 图4-20 刀位偏移编程图例 刀具位置偏移指令
的位置是机床原点（参考点），则返回参考点的各轴指示灯亮；如果指示灯不亮，则说明所给指令值有错误或机床定位误差过大。执行G27指令后，并不会暂停程序运行，若不希望继续执行下一程序段，则必须在该程序段后增加M00或M01或采用单段运行方式。
G30为自动返回第二参考点的指令，其功能与G28指令类似，后面跟的X、Y、Z坐标亦为中间点的坐标。不同之处是刀具返回的第二参考点并不是机床固有的参考点，而是通过参数来设定的第二参考点。若G30指令后出现G29指令，则刀具将经由G30指定的中间点后移到G29指令的坐标点。通常G30指令用于自动换刀位置与机床固有参考点不同的场合。
同样要求在执行G27、G30指令以前，机床必须返回过一次第一参考点，且要求必须先取消刀具补偿。
5．螺纹切削指令G33
格式：G33 X Z F Q
螺纹导程用F直接指定，Q指令螺纹切削的开始角度（0~360°）。 对锥螺纹，其斜角a
和螺纹车削加工一样，螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段和降速退刀段。切削到孔底时，应使用M19主轴准停指令，让主轴停在固定的方位上，然后刀具沿螺孔径向稍作移动，避开切削面轴向退刀。再启动主轴，作第二次切削。
多头螺纹可用 Q指令变换螺纹切削开始角度来切削。
6．刀具位置偏移指令G45~G48
G45~G48指令可使程序中被指令轴的位移沿其移动方向扩大或缩小一或两倍的偏移量。 G45：沿指令轴移动方向扩大一个偏移量 G46：沿指令轴移动方向缩小一个偏移量 G47：沿指令轴移动方向扩大两倍偏移量 G48：沿指令轴移动方向缩小两倍偏移量 偏移量用H或D代码设定，通常多用H代码。各指令执行结果如图4-19所示。
图(a)：G91 G45 X100.0 H01 (H01)=40
或 G91 G46 X100.0 H01 (H01)= -40
图4-21 刀位偏置的应用
图(b)：G91 G45 X140.0 H01 (H01)= -40
或 G91 G46 X140.0 H01 (H01)=40
或 G91 G47 X140.0 H01 (H01)= -20
或 G91 G48 X140.0 H01 (H01)=20
图(c)： G91 G45 X-100.0 H01 (H01)=40 或 G91 G47 X100.0 H01 (H01)=20 或 G91 G48 X100.0 H01 (H01)= -20
或 G91G46 X-100.0 H01 (H01)= -40
或 G91 G47 X-100.0 H01 (H01)=20
或 G91 G48 X-100.0 H01 (H01)= -20
图(d)：G91 G45 X-140.0 H01 (H01)= -40 或 G91 G46 X-140.0 H01 (H01)=40
或 G91 G47 X-140.0 H01 (H01)= -20 或 G91 G48 X-140.0 H01 (H01)=20
例：如图4-20所示，铣刀直径为φ16mm，（D01）= 8mm。
在实际应用中，很少象上例那样使用G45~G48指令，因为它使用起来很麻烦，没有G41、G42方便。G45~G48一般用于程序零点至参考点的距离不确定的情况下，这样可避免修改程序，而只须更改偏移量即可。如图4-21所示，可按如下编程处理。
G91 G00 G45 X0 H01 沿X轴负向移动H01的值
G46 Y0 H02 沿Y轴负向移动H02的值
若按如下定值编程： G91 G00 X-150.0
Y-300.0
相比之下，采用G45~G46指令的程序就比较灵活。
4.4.2 自动换刀程序的编写
实际上，加工中心的编程和数控铣床编程的不同之处，主要在于增加了用M06、M19和Txx进行自动换刀的功能指令，其它都没有多大的区别。
M06---自动换刀指令。本指令将驱动机械手进行换刀动作，不包括刀库转动的选刀动作。 M19---主轴准停。本指令将使主轴定向停止，确保主轴停止的方位和装刀标记方位一致。 T功能指令是铣床所不具备的，因为T指令即Txx ，是用以驱动刀库电机带动刀库转动而实施选刀动作的。T指令后跟的两位数字，是将要更换的刀具地址号。若T指令是跟在某加工程序段的后部时，选刀动作将和加工动作同时进行。
对于前述不采用机械手换刀的立、卧式加工中心而言，其在进行换刀动作之时，是先取下主轴上的刀具，再进行刀库转位的选刀动作，然后再换上新的刀具。其选刀动作和换刀动作无法分开进行，故编程上一般用“Txx M06”的形式（南通的XH713A立式加工中心是将换刀所需要执行的各个动作代码做成一个子程序“O9000”，自动换刀时就采用“Txx M98P9000”的指令格式来调用，M19、M06指令在子程序中）。而对于采用机械手换刀的加工中心来说，合理地安排选刀和换刀的指令，是其加工编程的要点。因此对这类机床有必要首先来领会一下“T01 M06”和“M06 T01”的本质区别。
“T01 M06 ”是先执行选刀指令T01，再执行换刀指令M06。它是先由刀库转动将T01号刀具送到换刀位置上后，再由机械手实施换刀动作。换刀以后，主轴上装夹的就是T01号刀具，而刀库中目前换刀位置上安放的则是刚换下的旧刀具。执行完“T01 M06”后，刀库即保持当前刀具安放位置不动。
“M06 T01”是先执行换刀指令M06，再执行选刀指令T01。它是先由机械手实施换刀动作，将主轴上原有的刀具和目前刀库中当前换刀位置上已有的刀具（上一次选刀Txx指令所选好的刀具）进行互换，然后再由刀库转动将T01号刀具送到换刀位置上，为下一次换刀作准备。换刀前后，主轴上装夹的都不是T01号刀具。执行完“M06 T01”后，刀库中目前换刀位置上安放的则是T01号刀具，它是为下一个M06换刀指令预先选好的刀具。
在对加工中心进行换刀动作的编程安排时，应考虑如下问题：
（1）换刀动作必须在主轴停转的条件下进行，且必须实现主轴准停即定向停止（用M19指令）。
（2）换刀点的位置应根据所用机床的要求安排，有的机床要求必须将换刀位置安排在参考点处或至少应让Z轴方向返回参考点，这时就要使用G28指令。有的机床则允许用参数设定第二参考点作为换刀位置，这时就可在换刀程序前安排G30指令。无论如何，换刀点的位置应远离工件及夹具，应保证有足够的换刀空间。
（3）为了节省自动换刀时间，提高加工效率，应将选刀动作与机床加工动作在时间上重合起来。比如可将选刀动作指令安排在换刀前的回参考点移动过程中，如果返回参考点所用的时间小于选刀动作时间，则应将选刀动作安排在换刀前的耗时较长的加工程序段中。
（4）若换刀位置在参考点处，换刀完成后，可使用G29指令返回到下一道工序的加工起始位置。
（5）换刀完毕后，不要忘记安排重新启动主轴的指令，否则加工将无法持续。
图4-22 换刀编程图例
换刀程序实例：
如图4-22所示零件，加工工序安排见第1章表1-9。分别用40的端面铣刀铣上表面，用20的立铣刀铣四侧面和A、B面，用6的钻头钻6个小孔，14的钻头钻中间的两个大孔。采用刀座对刀，各刀具长度和刀具直径分别设定在H01~H04、D01~D04中。在首次加工时，已经将第一把刀具预先安装在主轴刀座上。加工前，刀具停留在离工件零点高100mm
4.4.3 程序输入与上机调试
1．程序的检索和整理
程序的检索是用于查询浏览当前系统存贮器内都存有哪些番号的程序，程序整理主要用于对系统内部程序的管理，如删除一些多余的程序。
（1）将手动操作面板上的工作方式开关置编辑（EDIT）或自动挡，按数控面板上的程序（PROG）键显示程序画面。
（2）输入地址“O”和要检索的程序号，再按 [O SRH] 软键，检索到的程序号显示在屏幕的右上角，若没有找到该程序，即产生“071”的报警。再按 [O SRH] 软键，即检索下一个程序。在自动运行方式的程序屏幕下，按“►”软键，按“FL.SDL”软键，再按“目录（DIR）”软键，即可列出当前存贮器内已存的所有程序。
（3）若要浏览某一番号程序（如O0001）的内容，可先键入该程序番号如“ O0001” 后，再按向下的光标键即可。若如此操作产生“071”的报警，则表示该程序番号为空，还没有被使用。
（4）由于受存贮器的容量限制，当存贮的程序量达到某一程度时，必须删除一些已经加工过而不再需要的程序，以腾出足够的空间来装入新的加工程序。否则将会在进行程序输入的中途就产生“070”的存贮空间不够的报警。删除某一程序的方法是：在确保某一程序如“O0002”已不再需要保留的情况下，先键入该程序番号“ O0002” 后，再按删除（DELETE）键即可。注意：若键入“O0010，O0020”后按“DELETE”则将删除程序号从O0010到O0020之间的程序。若键入“O-9999”后按“DELETE”则将删除已存贮的所有程序，因此
图4-23 程序显示画页
应小心使用。
2．程序输入与修改
程序输入和修改操作同样也必须在编辑档方式下进行。 （1）用手工键入一个新程序
① 先根据程序番号检索的结果，选定某一还没有被使用的程序番号作为待输程序番号（如 O0012），键入该番号 O0012 后按插入（INSERT）键，则该程序番号就自动出现在程序显示区，具体的程序行就可在其后输入。如图4-23所示。
② 将上述编程实例的程序顺次输入到机床数控装置中，可通过 CRT 监控显示该程序。注意每一程序段（行）间应用“ ；”（EOB键）分隔。
（2）调入已有的程序
若要调入先前已存贮在存贮器内的程序进行编辑修改或运行，可先键入该程序的番号如“O0001”后再按向下的光标键，即可将该番号的程序作为当前加工程序。
（3）从PC机、软盘或纸带中输入程序
在PC机中用通讯软件设置好传送端口及波特速率等参数，联接好通讯电缆，将欲输入
的程序文件调入并作好输出准备，置机床端为“编辑”方式，按“PROG”功能键，再按下 [操作] 软键，按“►”软键，输入欲存入的程序番号，如“O0013”，然后再按[READ]和[EXEC]软键，程序即被读入至存贮器内，同时在 CRT 上显示出来。如果不指定程序号，就会使用PC机、软盘或纸带中原有的程序番号；如果机床存贮器已有对应番号的程序，将出现“073”的报警。
（4）程序的编辑与修改
① 采用手工输入和修改程序时，所键入的地址数字等字符都是首先存放在键盘缓冲区内，此时若要修改可用退格键“CAN”来进行擦除重输，当一行程序数据输入无误后，可按“INSERT”或“ALTER”键以插入或改写的方式从缓冲区送到程序显示区（同时自动存贮），这时就不能再用“CAN”键来改动了。
② 若要修改程序局部，可移光标至要修改处，再输入程序字，按“改写（ALTER）”键则将光标处的内容改为新输入的内容；按“插入（INSERT）”键则将新内容插入至光标所在程序字的后面；若要删除某一程序字，则可移光标至该程序字上再按“删除（DELET）”键。本系统中程序的修改不能细致到某一个字符上，而是以某一个地址后跟一些数字（简称程序字）作为程序更改的最小单位。
③ 若要删除某一程序行，可移光标至该程序行的开始处，再按“；”+“DELET”，若按“Nxxxx”+“DELET”则将删除多个程序行。
3．程序的空运行调试 空运行调试的意义在于：
（1）用于检验程序中有无语法错误。有相当一部分可通过报警番号来分析判断。 （2）用于检验程序行走轨迹是否符合要求。从图形跟踪可察看大致轨迹形状，若要进一步检查尺寸精度，则需要结合单段执行按键以察看分析各节点的坐标数据。
（3）用于检验工件的装夹位置是否合理。这主要是从工作台的行程控制上是否超界，行走轨迹中是否会产生各部件间的位置干涉重叠现象等来判断。
（4）用于通过调试而合理地安排一些工艺指令，以优化和方便实际加工操作。 空运行操作方法： 将光标移至主程序开始处，或在编辑档方式下按复位（RESET）键使光标复位到程序头部，再置工作方式为“自动”档，按下手动操作面板上的“空运行”开关至灯亮后，再按“循环启动”按钮，机床即开始以快进速度执行程序，由数控装置进行运算后送到伺服机构驱动机械工作台实施移动。空运行时将无视程序中的进给速度而以快进的速度移动，并可通过“快速倍率”旋钮来调整。有图形监控功能时，若需要观察图形轨迹，可按数控操作面板上的“GRAPH”功能键切换到图形显示画页。
和数控铣床一样，校验程序时还可利用“机械锁定”、“Z轴锁定”等开关按键的功能。机械锁定时数控装置内部在按正常的程序进程模拟插补运算，屏幕上刀具中心的位置坐标值同样也在不停地变动，但从数控装置往机械轴方向的控制信息通路被锁住，所以此时机械部件并没有产生实质性的移动。若同时按下“机械锁定”和“空运行”按钮，则可以暂时不用考虑出现机械轴超程及部件间的干涉等问题，同时又可快速地检验程序编写的合理与否，及时地发现并修改错误，从而缩短程序调试的时间。
以上操作中，若出现报警信息都可通过按“RESET（复位）”键来解除。若出现超程报
警，应先将工作方式开关置“手
图4-24 固定循环动作分解
动”或“手轮”档，再按压相反方向的轴移动方向按键，当轴移至有效行程范围内后，按“RESET（复位）”按键解除报警。若在自动运行方式下出现超程，解除报警后，程序将无法继续运行。
4．正常加工运行 当程序调试运行通过，工件装夹、对刀操作等准备工作完成后，即可开始正常加工。
正常加工的操作方法和空
运行类似，只是应先按压“空运行”按键至灯熄，以退出空运行状态。按“循环启动”开始加工运行，按“进给保持”即处于暂停状态，再按“循环启动”即可继续加工运行。
4.5 钻、镗固定循环及程序调试
在数控车削加工编程中，已经介绍了采用固定循环编程的方便之处，而通过第3章的钻孔编程实例可知，当需要钻多个孔时，每一个孔的加工都至少需要几段程序，程序量相当大。尽管可用子程序调用技术，但其功能也受到限制，特别是当孔深不同时，子程序处理起来难度也很大。本节介绍的固定循环则可以很方便地处理钻、镗加工编程问题。很多数控铣床中就已经具备钻镗固定循环的指令功能。 4.5.1 钻、镗固定循环的实现
1．固定循环的动作组成
如图4-24所示，以立式数控机床加工为例，钻、镗固定循环动作顺序可分解为： （1）X和Y轴快速定位到孔中心的位置上
（2）快速运行到靠近孔上方的安全高度平面（R平面） （3）钻、镗孔（工进） （4）在孔底做需要的动作
（5）退回到安全平面高度或初始平面高度 （6）快速退回到初始点的位置 2．固定循环指令格式
G90（G91）G99（G98）G73（~G89）其中G98、G99为孔加工完后的回退方式指令。G98指令是返回初始平面高度处，G99则是返回安全平面高度处。当某孔加工完后还有其它同类孔需要接续加工时，一般使用G99指令，只有当全部同类孔都加工完成后或孔间有比较高的障碍需跳跃的时候，才使用G98指令，这样可节省抬刀时间。
G73~G89为孔加工方式指令，对应的固定循环功能见表4-5
图4-25 各种钻镗固定循环图解
X、Y为孔位中心的坐标；
Z为孔底的Z坐标（G90时为孔底的绝对Z值，G91时为R平面到孔底平面的Z坐标增量）；
R为安全平面的Z坐标（G90时为R平面的绝对Z值，G91时为从初始平面到R平面的Z坐标增量）；
Q：在G73、G83间歇进给方式中，为每次加工的深度，在G76、G87方式中为横移距离。在固定循环有效期间Q是模态值。
P为孔底暂停的时间，用整数表示，单位ms。仅对G82、G88、G89有效。 F为进给速度；
L为重复循环的次数，L1可不写，L0将不执行加工，仅存贮加工数据。
上述固定循环中的指令数据，不一定都写，根据需要可省去若干地址数据。固定循环指令是模态指令，一旦指定，持续有效，直到被另一固定循环指令所替代，或被G80所取消。此外，G00、G01、G02、G03等也起取消固定循环指令的作用。
3．各循环方式说明
（1）G73--用于高速深孔钻削。如图4-25（a）所示，每次背吃刀量为q（用增量表示，在指令中给定），退刀量为d，由NC系统内部通过参数设定。G73指令在钻孔时是间歇进给，有利于断屑、排屑，适用于深孔加工。
（2）G74--用于左旋攻螺纹。如图4-25（b）所示，执行过程中，主轴在R平面处开始反转直至孔底，到达后主轴自动转为正转，返回。
（3）G76--精镗。如图4-25（c）所示，加工到孔底时，主轴停止在定向位置上，然后使刀头沿孔径向离开已加工内孔表面后抬刀退出，这样可以高精度、高效率地完成孔加工，退刀时不损伤已加工表面。刀具的横向偏移量由地址Q来给定，Q总是正值，移动方向由系
统参数设定。
（4）G81--一般钻孔循环，用于定点钻。如图4-25（d）所示。
（5）G82--可用于钻孔、镗孔。动作过程和G81类似，但该指令将使刀具在孔底暂停，暂停时间由P指定。孔底暂停可确保孔底平整，常用于做锪孔、做沉头台阶孔。
（6）G83--深孔钻削。如图4-25（e）所示，q、d与G73相同，G83和G73的区别是：G83指令在每次进刀q深度后都返回安全平面高度处，再下去作第二次进给，这样更有利于钻深孔时的排屑。
（7）G84--右旋攻螺纹。G84指令和G74指令中的主轴转向相反，其它和G74相同。 （8）G85--镗孔。动作过程和G81一样，G85进刀和退刀时都为工进速度，且回退时主轴照样旋转。
（9）G86--镗孔。动作过程和G81类似，但G86进刀到孔底后将使主轴停转，然后快速退回安全平面或初始平面。由于退刀前没有让刀动作，快速回退时可能划伤已加工表面。因此只用于粗镗。
（10）G87--反向镗孔。如图4-25（f）所示，执行时，X、Y轴定位后，主轴准停，刀具以反刀尖的方向偏移，并快速下行到孔底（此即其R平面高度）。在孔底处顺时针启动主轴，刀具按原偏移量摆回加工位置，在Z轴方向上向上一直加工到孔终点（此即其孔底平面高度）。在这个位置上，主轴再次准停后刀具又进行反刀尖偏移，然后向孔的上方移出，返回原点后刀具按原偏移量摆正，主轴正转，继续执行下一程序段。
（11）G88--镗孔。如图4-25（g）所示，加工到孔底后暂停，主轴停止转动，自动转换为手动状态，用手动将刀具从孔中退出到返回点平面后，主轴正转，再转入下一个程序段自动加工。
（12）G89--镗孔。此指令与G86相同。但在孔底有暂停。
在使用固定循环指令前必须使用M03或M04指令启动主轴；程序格式段中X、Y、Z或R指令数据应至少有一个才能进行孔的加工；在使用带控制主轴回转的固定循环（如G74、G84、G86等）中，如果连续加工的孔间距较小，或初始平面到R平面的距离比较短时，会出现进入孔正式加工前，主轴转速还没有达到正常的转速的情况，影响加工效果。因此，遇到这种情况，应在各孔加工动作间插入G04指令，以获得时间，让主轴能恢复到正常的转速。 4.5.2 点位加工编程实例与调试
如图4-26（a）所示零件，共有13个孔，需要使用三把直径不同的刀具，其刀具号、刀具直径及刀杆长度如图（b）所示，分别按H11=200，H15=190，H31=150设置刀具长度补偿。全部都是钻、镗点位加工，不需使用刀径补偿，均采用钻镗固定循环编程，编程如下：
图4-26 固定循环编程图例
4.6 综合加工技术
4.6.1 用户宏指令编程
宏指令编程是指象高级语言一样可以使用变量进行算术运算（+、-、*、/）、逻辑运算（AND、OR、NOT）和函数（SIN、COS等）混合运算的程序编写形式。在宏程序形式中一般都提供循环、判断、分支和子程序调用的方法，可用于编制各种复杂的零件加工程序。当不具备自动编程辅助手段、数控系统的指令功能有限，但却提供宏程序功能时，熟练应用宏程序指令进行编程，可以显著地增强机床的加工能力，同时可精简程序量。
各种数控系统的宏程序格式和用法均有所不同。比如T-600M系统使用V1~V99来规定变量符号，用[V1=...]，[V2=...]等形式来设定变量和给变量赋值，在调用宏程序时还可传值调用。FANUC-3MA数控系统是使用#100、#101...等来规定变量名，用G65指令按一定的格式来设置变量和赋值。HCNC-1M数控系统也是使用#0、#1、...、#1199等作变量名，直接用#1=...、#2=...等形式设定变量和赋值。在一个程序中宏指令和NC系统指令可混合使用，主、子程序的调用关系基本上还是和前面介绍的一样，用M98、M99指令进行。
FANUC-3MA系统中宏指令格式为：G65 Hm P#I Q#j R#k
其中m--取01~99，表示宏指令功能，见表4-6；#I--运算结果的变量名 #j--待运算的变量名1（或常数） #k--待运算的变量名2（或常数）
表4-6 FANUC-3MA系统的宏指令功能定义
如G65 H02 P#100 Q#102 R#103， 即表示 #100= #102 + #103；
G65 H26 P#101 Q#102 R#103， 即表示 #101=（#101x #102）/ #103。
图4-27 宏指令编程图例
表4-7 HCNC-1M系统的宏指令主要使用规范
T-600M与HCNC-1M数控系统的宏指令基本上就和高级语言（如FOXBASE、BASIC等）一样直接采用数学表达式的形式，比较直观、容易理解。如HCNC-1M系统中可直接使用如下表达式进行赋值。
#2 = 175 / SQRT[2] * COS[ 55 * PI / 180 ] 以及 #3 = 150.0 等。
如图4-27所示零件上需要钻6个均匀分布的孔，而且孔口要刮平。分别采用FANUC-3MA、HCNC-1M、T-600M系统宏指令编程，变量定义见表4-8。
当使用FANUC-3MA数控系统时，编程如下：
如果采用HCNC-1M系统和T-600M系统，则程序编写如下：
4.6.2 加工中心的编程与调试要点
（1）首先应进行合理的工艺分析。由于零件加工工序多，使用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗、半精、精加工，周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高精度和生产率。加工顺序如前所述的按铣大平面、粗镗孔、半粗镗孔、立铣刀加工、打中心孔、钻孔、攻螺纹、精加工、铰镗精铣等。
（2）根据批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。一般对批量在10件以上，而刀具更换较频繁时，以采用自动换刀为宜。但当加工批量很小而使用的刀具种类又不多时，把自动换刀安排到程序中，反而会增加机床的调整时间，当然，这时就相当于把加工中心机床当数控铣床来使用了。
（3）自动换刀要留出足够的换刀空间。有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要注意避免发生撞刀事故。为安全起见，有的机床要求换刀前必须先回到参考点（或Z轴回到参考点高度）后进行换刀。如XHK716型立式加工中心机床，若没有回参考点的信号，则机械手将不能动作。
（4）为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。
（5）对于编好的程序，应认真检查，并于加工前安排好试运行，从编程的出错率来看，采用手工编程出错率高，特别是在生产现场，为临时加工而编程时，出错率更高，认真检查程序并安排好试运行就更为必要。
（6）尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中，或按工序顺序添加程序段号标记。当零件加工程序较多时，为便于程序调试，一般将各工序内容分别安排到不同的子程序中，主程序内容主要是完成换刀及子程序调用的指令。这样安排便于按每一工序独立地调试程序，也便于因加工顺序不合理而做出重新调整。对需要多次重复调用的子程序，可考虑采用G91增量编程方式处理其中的关键程序段，以便于在主程序中用M98 Pxxxx Lxx方式
调用，这样可简化程序量。
（7）尽可能地利用机床数控系统本身所提供的镜象、旋转、固定循环及宏指令编程处理的功能，以简化程序量。
（8）对加工时所要使用的第一把刀具，可以把它直接安装在主轴上，并将这把刀的刀号输入设置到某地址号中。这样，在加工程序的开头就可以不进行换刀操作。但在程序结束前必须要有换刀程序段，以便使加工最后用的刀具换为加工开始时用的刀具，使这个程序还能继续进行下一个零件的加工。若在调整时，主轴上先不装刀，所要用的几把刀具全装在刀库上。那么，在程序的一开头，就要是换刀的程序段，以便使主轴装上刀具。当然，这次换刀时，主轴上是空的，只是把刀库上的刀具装上主轴，再以后的程序则与前述相同。以后再要重复使用这个程序加工时，这种最前面安排的装刀程序段就没有用了。这样可以使用系统提供的选择跳跃功能，即在程序段前增加“/”，按下操作面板上的“选择跳跃”至灯亮（有效），则以后这些带“/”的程序段就跳过不执行。当需要运行这些程序段时，可在重复运行这些程序前，再按下“选择跳跃”至灯熄（无效）。这些程序段可按下述形式编制。
/ T01 选01号刀具
/ M06 T02 换刀，再预选好02号刀具备用。 . . .
如果刀库参考点位置的刀座上安装的是T01号刀具，则前一段程序可省去。 4.6.3 加工中心的操作要点
（1）熟悉机床的加工范围，如机床原点、XYZ行程、工件、夹具安放位置、工件坐标系、各坐标的干涉区、换刀空间等。
（2）熟悉数控系统各项指令，如主轴挂档指令、主轴转速指令、进给速度指令、刀具指令等的用法及实施情况。
（3）确定加工零件的加工部位和装夹方式、设计和制造夹具的准备。
（4）编制工艺文件内容 包括工艺卡片、刀具卡片、夹具和刀具图纸、加工工序图、刀具轨迹图、加工程序单、程序试切修改记录等。
（5）编制程序和输入程序 加工程序编制好后，将程序输入控制系统的存贮器。输入方法可应用自动编程机、数控纸带穿孔机等把程序通过介质输入数控系统。
（6）试运行 安装好夹具和工件后，检查刀库刀具和现场各项参数如工件坐标系、刀具补偿量等。各项工作准备好后，按下机床锁定开关，使机械不动，校验程序是否有误。再单独锁定Z轴，在工作台上放上一张纸，在机床主轴上夹一支铅笔，画出程序运行的轨迹图，或利用图形监控功能察看轨迹图形。然后安装工件试运行，以检查刀具准备是否正常和刀具夹具有无干涉等。
（7）试切 操作者通过试运行对程序有了全面了解后，就可以对零件进行试加工。在试切过程中，首先采用单段运行方式，了解一段、执行一段。在运行程序中可使用倍率开关适当降低进给速度和快进速度，以随时判断运动轨迹。在程序运行过程中，要着重了解主、子程序的显示、工件寄存器和缓冲寄存器的显示（状态显示区的显示）、坐标显示等。必须及时掌握执行程序各状态的命令、机床坐标系位置、了解下一段的运动量等。
试切后需全面检查各项精度，根据检查结果调整参数，进行全面修改。将经过试切考验合格的加工程序及时贮存在工艺文件和程序单上。
图4-28 综合加工应用图例
4.6.4 综合加工应用实例
如图4-28所示模具型腔零件，中央为一凹球面，四角部各有几个螺钉孔，呈对称布局。采用立式加工中心编程加工。
编程加工的思路是：先对某一角部的螺钉孔编程，采用固定循环编程方式，先钻孔、再攻丝。然后使用镜象处理方法，对其余几个角部的螺钉孔加工编程。球面加工时采用球形铣刀，使用宏指令编程技术。从粗加工到精加工，通过循环语句来实现，使得整个程序大大简化。粗加工时，先加工较小半径的球形曲面，然后逐步将球形半径增大一个粗切间隔值进行加工，直至加工到最终球面半径大小。每次加工球形曲面时，均是以Y-Z为主要联动加工平面，X为第三坐标轴方向，求出任一Y-Z横切面内的圆弧半径后即可按圆弧插补进行编程加工。下面是在HCNC-1M数控系统下的应用程序。