标准数控线切割加工程序

5.4.1　ISO标准数控线切割加工程序

目前，我国自主开发的快走丝线切割机床大部分所配备的是功能较低的数控系统，所以其加工所用的工作程序多半还是采用我国自行开发的3B格式和4B格式的程序段，而国外产的慢走丝线切割机床所配备的数控系统功能较高，其工作程序都采用ISO国际标准格式程序段。

1．ISO标准的程序结构

1982年，国际标准化组织ISO正式颁布了数控加工机床所应用的NC程序的格式标准：ISO—6983—1—1982标准，即字-地址可变程序段格式。该标准对NC加工程序的格式规定如下：一个完整的NC程序由程序名、程序主体和程序结束命令三部分所组成，如下例所示：

程序名是整个程序的代号，也是整个程序的代表，它是整个程序移动和储存的辨别依据，对一个NC程序进行储存和浏览、调用时，程序名是其在存储区内唯一的识别依据。所以，程序名是一个程序的名字。根据机床所配备的数控系统的不同，程序号地址符由不同的代号来表示。这里用的是字母P。

程序主体是整个程序的核心部分，它由若干个程序段所组成，每个程序段用来表达自动加工的一个动作，称为一个命令。一个程序段由若干个程序字所组成。一个程序段习惯上也称为一行（字）。

程序结束命令是一个程序结束的标志，为了突出表明程序的结束，方便阅读和编程，它一般要单独占用一行。

当数控系统执行到程序结束指令段时，机床进给自动停止，工作液自动停止，数控系统复位，并为下一个工作循环做好准备。

2．字-地址可变程序段格式

（1）程序段的组成格式　ISO标准中，一个程序段由一个或多个程序字所组成，程序字的多少要由该命令的表达来决定，而且，这种程序段格式中，允许程序字的相互位置进行颠倒，也允许程序段的字数和长度不相同，所以，这种程序段称为字-地址可变程序段。

字-地址可变程序段由程序段号、各种程序字和程序段结束符三部分所组成。例如：N050　G90　G01　X20 000　Y50 000；

其中，N050为程序段号，是该语句的标号；最后的分号“；”是段的结束符号，表明段的结束；其余的字表达了本段的主要内容，是程序段的主体。

（2）字-地址可变程序段的可变性　在这种程序段中，大多数程序字具有自保持作用，或者称为字的续效功能，即程序当中的某个字一旦被指令，就始终有效，直到该字的作用被同组的其他字冲消掉为止。也就是说，如果一个程序段中的某个字已经在前一个程序段中出现过，则它在后面的程序段中就可以省略不写。所以，这种字-地址可变程序段中的好多重复字都可以省略不写，这就使程序大大得到了简化，既节省了程序的编写和储存空间，又方便了对程序的阅读理解和检查修改。所以，这种格式的程序可读性较强。

字-地址可变程序段的格式可参见前面的格式。

（3）程序字　程序字是程序段的组成单元。它是信息传递和存储的基本单元。

① 程序字　程序字由地址符和数字码所组成，不同的地址符和数字码组合代表了不同的含义，称为程序的代码。

② 字地址　地址符由字母A～Z来表示，其常用地址符的功能见表5-2。

表5-2　常用地址符功能表

③ 序号　序号也叫做程序段号，它代表了本程序段的代号，地址符N与其后面的数码，组成了一个序号，可用于对该程序段的寻找和调用。

④ 准备功能　准备功能也叫做G功能、G指令，对准备功能的定义是：令机床建立某种工作方式的功能。准备功能一般需要数控系统进行快速的运算和判断处理，作出相应的控制。常用准备功能的意义参见表5-3。

表5-3　数控线切割机床常用指令代码

（续表）

⑤ 坐标字　坐标字也叫做尺寸字，用来指示移动目标的坐标尺寸。

⑥ 辅助功能 辅助功能也叫做M功能，用来指示机床的一些辅助功能，主要是完成机床的某些开关动作。辅助功能通常可以不需调动数控系统来进行快速的运算。

3．常用准备功能指令

（1）快速点定位指令G00

① G00的指令含义　快速点定位是指在线切割机床没有脉冲放电的情况下，以快速定位的控制方式迅速移动到指定的点位，如图5-24所示。G00只能够严格地定位到指定的点，而对运动时的运动轨迹却不具备有效控制的功能。

程序中的指定点被称为该程序段的目标点。

② G00的程序段格式　G00的程序段格式如下：

G00　x__　y__　；

如图5-25所示，由起点A快速移动到目标点B的执行情况。其程序为：

G00　X 20 000　Y 15 000；

这里的X、Y是目标点B的两个方向上的坐标值，其单位为μm。

图5-24　快速点定位

图5-25　点定位的不同执行方法

③ G00的移动路线　需要指明的是，不同的数控系统对G00的具体执行路线是不同的，如图5-25所示，有些系统直接由A点移动到B点；而有些系统是首先沿45°方向先移动到C点，然后再执行CB段的移动；还有部分旧系统是首先沿X方向移动到D点，再运动到B点。所以，在对机床G00运动方式不明了的情况下，编程时需要考虑移动的安全性。

（2）直线插补指令G01

① G01的指令含义　直线插补指令G01进行直线移动控制。可使机床沿任意斜方向进行直线进给运动。

② G01程序段格式　G01的程序段格式是：

G01　X　Y　U　V　；

如图5-26所示为从起点A直线插补移动到目标B，其加工程序为：

G01　X 60 000　Y 60 000　；

（3）G02、G03圆弧插补指令

① G02、G03的指令含义　G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。

② G02、G03程序段格式 其程序段格式为：

G02　X__　Y__　I__　J__　；

G03　X__　Y__　I__　J__　；

其中，X、Y为圆弧插补的终点坐标指令；I、J为圆心指令，它们是圆心矢量在X、Y两个方向上的投影。

③ 圆心矢量　所谓圆心矢量是指由圆弧起点指向圆心的矢量。

④ 圆心指令的正、负号　当I的方向与X坐标方向保持同向时，取正值；反之取负值。J的取值正、负与I的方法相同。

⑤ G02、G03编程实例　如图5-27所示为由起点A加工顺时针圆弧到目标点B，再从B点逆时针移动到下一个目标点C。其加工程序如下：

G02　X 15 000　Y 10 000　I 5 000　J 0　；

G03　X 20 000　Y 5 000　I 5 000　J 5 000　；

图5-26　直线插补

图5-27　圆弧插补

⑥ 顺时针与逆时针判断　注意圆弧插补中，判断顺时针和逆时针时的视线方向遵守数控机床坐标系设置时的视线方向规则，即视线应迎着第三垂直坐标轴的方向看进来。具体说，本例视线应正对着Z轴方向，由上向下看工件的加工平面。

（4）定起点指令G92

① G92的指令含义　指定电极丝当前坐标位置为起点指令。

G92的作用是指定当前位置为工作起点。所以，一般情况下，机床必须位于要做起点的准确位置。

② G92程序段格式　G92程序段的格式如下：

G92　X__　Y__　；

③ G92编程实例：

如图5-28所示为对凹模的内腔曲面进行线切割加工，机床当前位置在O点。对腔体的加工循环路线顺序为点0 、1、2、3、4、…10、0。其加工程序如下：

图5-28　凹模型腔的线切割加工

（5）镜像、交换加工指令G05、G06、G07、G08、G09、G10、G11、G12

由前面的例子知道，模具零件图形许多都是对称性的，如果采用镜像指令将会使程序变得清晰和简单。

如图5-29所示为一种模具件，它具有典型的对称特征，使用镜像指令可以使程序简化。

镜像序列各指令的含义如下：

G05：X镜像，其关系式为：X=−X，如图5-29中的AB段曲线与BC段曲线的关系。

G06：Y镜像，其关系式为：Y=−Y，如图5-29中的AB段曲线与DA段曲线的关系。

G07：X、Y轴交换，其关系式为：X=Y，Y=X，如图5-30所示。

G08——X镜像，Y镜像，其关系式为 X=−X，Y=−Y。即G08=G05+G06。

图5-29　模具零件的对称性

图5-30　关于X、Y轴交换

G09：X轴镜像，X、Y轴交换。即G09=G05+G07。

G10：Y轴镜像，X、Y轴交换。即G10=G06+G07。

G11：X轴镜像，Y轴镜像，X、Y轴交换。即G11=G05+G06+G07。

G12：消除镜像，每个程序镜像后都要加上此指令，消除镜像后程序段的含义与原程序相同。

利用上述对称和交换指令，可以很方便地生成具有对称性的图形结构，只要在原有的图形基础上加入一个对称指令即可。

（6）间隙补偿指令G41、G42、G40

① G41、G42、G40的指令含义 间隙补偿指令G41和G42用来对电极丝的半径和放电间隙进行偏移补偿。

实际加工程序中，电极丝移动进给路径的编制一般是直接根据零件的加工轮廓尺寸来安排加工进给路线的，这样会使编程很方便。如果数控系统不具备间隙补偿偏移功能，为了让电极丝的中心运动在所需要加工的轮廓线的一边电极丝的半径位置处，就需要根据工件轮廓尺寸及电极丝直径和放电间隙计算出电极丝中心点所在的坐标位置，这需要进行大量的额外计算，而且，每次更换不同直径的电极丝和采用不同的电规准，都要重新进行各个坐标点的计算，给编程和加工都带来很大的麻烦。

采用间隙补偿功能后，电极丝的移动路线完全按照实际工件轮廓来编程，而且凸模、凹模、卸料板、固定板等成套模具零件只需按工件尺寸编制出一套加工程序，只要采用不同的补偿值，就可以满足加工的需要，这样大大地简化了加工程序的编制和计算。

② G41、G42左右方向的判断　左、右偏移补偿的方向规定如图5-31所示。

G41：左偏移补偿。即顺着电极丝前进的方向看，电极丝处在工件的左边。

G42：右偏移补偿。即顺着电极丝前进的方向看，电极丝处于工件的右边。

③ G41、G42程序段格式 G41和G42的程序段格式为：

G41　D__　；

G42　D__　；

G40；

程序段中的字D用来调用D存储库中的电极丝半径和火花间隙所需要的偏移值。在使用完G41或G42后，要及时地使用G40把不再使用的偏移补偿值消除掉。

图5-31　G41和G42方向的规定

（7）锥度加工指令G50、G51、G52

① G51、G52的指令含义　G51：锥度加工左偏移　沿着电极丝前进的方向看，电极丝上段在底平面加工轨迹的左边。

G52：锥度加工右偏移　沿着电极丝前进的方向看，电极丝上段在底平面加工轨迹的右边。

G50：取消锥度加工指令。

②G51、G52程序段格式　G51、G52的程序段格式分别为：

G51　A__　；

G52　A__　；

G50　；

③ G51、G52程序段的锥度指令　程序段中的A表示电极丝倾斜的角度值。一般的四轴联动数控线切割机床切割锥度可达±6°/50mm。

每次使用完G51、G52锥度偏移后，要及时地用G50取消倾斜角度A中存储的值。

在线切割加工中，锥度加工是通过驱动机床的U、V工作台（轴）来实现的。U、V工作台通常装在上导轮部位，在进行锥度加工时，机床控制系统通过驱动U、V工作台，使上导轮相对X、Y工作台进行平移，从而带动电极丝进行所要求的移动。

④ G51、G52加工锥度的应用　锥度加工指令G51、G52、G50的使用情况如图5-32所示，在顺时针进给时，使用G51指令锥度左偏移进给所加工出来的工件为上大下小，而使用G52锥度右偏移进给加工出来的工件为上小下大；逆时针进给时，锥度左偏移G51加工出来的工件为上小下大，锥度右偏移G52加工出来的工件为上大下小。

对于U、V工作台装在上导轮部位的线切割机床，为了保证凹模刃口的正确方向，应将刃口基准面朝下安装，如图5-32所示。以工作台面为编程基准面，凹模刃口平面紧贴着工作台面安装，电极丝在凹模孔的右侧，逆时针加工时，沿着电极丝的前进方向看，上导轮带动电极丝向右倾斜可以实现刃口的上大下小，所以应该使用右偏移G52指令。

锥度加工中的另外三个重要工艺参数为W、H和S，其含义如下：

图5-32　锥度加工与刃口方向

W——下导轮中心到工作台面的距离，单位为mm；

H——工件厚度，单位为mm；

S——工作台面到上导轮中心高度，单位为mm。

（8）G90、G91绝对值与增量值指令

G90、G91的指令含义　G90、G91的作用为坐标性质指令。

G90为绝对值指令，即在G90以后再出现的X、Y、Z坐标字，其值为绝对值。X、Y、Z字的坐标值都是以当前工件坐标的原点为：零点基准的，直到G91指令出现为止。

G91为增量值指令，其意义为：在G91指令以后所出现的X、Y、Z的值均为增量值，即X、Y、Z的坐标值都是在前一个程序段的基础之上的增加量。

（9）G92 工件坐标系原点设定指令

① G92指令含义　G92是用来设定工件坐标系的原点位置的。

② G92程序段格式　G92程序段的格式如下：

G92　X__　Y__　；

本程序段的含义是指定当前机床坐标位置是处于本G92指令所设定的当前工件坐标系的X__　Y__坐标位置，而该工件坐标系的原点位置是依据当前机床位置为参考点来计算和设定的。所以，进行G92设定时的机床当前位置很重要，它必须处于所要设定的工件坐标系的参考点处。

（10）G54～G59工件坐标系设定指令

G54、G55、G56、G57、G58、G59为工件坐标系1、2、3～6的设定。其含义是每次出现了G54指令，意味着程序转入G54工件坐标系中，以后的坐标字X、Y都意味着是G54工件坐标系中的坐标值。

G54～G59可以为一个工件设定六个不同的工件坐标系。在多孔凹模加工中，利用G54～ G59来设定各个孔的加工坐标系，如图5-63所示，可以很方便地利用G54～G59指令在各个孔位置间进行很方便的转换，简化了编程计算，缩小了加工时的定位误差。

（11）G80、G82、G84手动操作指令。

G80——接触感知指令。

G80指令可以使电极丝从当前位置开始移动直到其接触到工件，然后自动精确停止。所以G80是用来使电极丝自动碰触工件用的指令。

G82——半程移动指令。

G82指令可以使电极丝沿指定坐标轴返回本次移动距离的一半，用于工件安装过程中的快速校正和返回原点。

G85——校正电极丝指令。

G84指令能通过微弱放电来帮助检查、校正电极丝与工作台的垂直度。

4．线切割数控系统的常用辅助功能指令

M00——程序暂停，M00可以使程序在当前位置暂时停止不动，要继续后面的程序，需要按下“回车”键，才能执行下面的程序。

M02——程序结束，M02是整个程序结束的指令。

M05——接触感知解除指令。

M96——子程序调用指令。

M97——子程序调用结束，返回主程序指令。