数控铣削加工与编程校本教材.docx
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数控铣削加工与编程校本教材
数控铣削加工与编程校本教材
前言
随着现代制造业在我国的持续发展，市场对数控人才的需求量越来越大，在此背景下中职学校相续开设了数控专业。
根据数控铣削编程与操作技能对工人的技术要求我们编写了次书，编写时参考了相关行业的技能鉴定规范及数控铣削中级技术工人的等级考核标准。
本书的主要特色
1、以就业为导向，水平本位为原则，重点突出与操作技能相关的必备专业知识，理论知识以“必需、够用”为度，具有较强的针对性。
2、所有的课题均来自于教学实践，突出实训与生产实践相结合，以能生产出合格的产品为标准，具有较强的使用性和可操作性。
3、将数控铣削中级技术工人等级考核标准引入教学实训，将数控铣削编程及操作训练与职业技能鉴定的标准结合、相统一，达到上岗前培训和满足就业的需要。
本书的编写参照了高等教育出版设《数控铣削编程与操作训练》，同时得到了身边很多同事的协助指导，在此表示感谢。
因为编者水平有限，书中出现不当或错漏之处，敬请批评指正。
第一章数控铣床的简介
第一节数控铣床组成简介
第二节数控铣床的基本安全操作及日常保养
第二章数控铣床编程的基础知识
第一节编程的基础知识及要求
第二节常用编程指令
第三节刀补指令的学习
第四节简化编程指令的学习
第三章数控铣削加工工艺
第一节数控铣床加工工艺系统
第二节数控铣削加工工艺
第三节数控铣床的对刀与刀补的应用
第四节项目实训
第四章孔加工技术
第一节孔加工工艺分析
第二节钻孔指令的学习
第三节精加工孔指令的学习
第四节孔加工零件项目实训
第五章轮廓加工技术
第一节外轮廓加工技术
第二节内轮廓加工技术
第三节项目实训一
第六章腔槽加工技术
第一节槽内零件加工技术
第二节内外型腔加工技术
第三节项目实训
第七章宏程序简单应用
第一节宏程序简介
第二节宏程序编程
第三节项目实训一
第八章综合项目实训
第一节综合项目实训一
第二节综合项目实训二
第一章数控铣床的简介
学习要求
1、学会数控机床的基本操作
2、掌握机床保养和常见故障排除
3、熟悉操作面板
4、学会准确调整安装刀具、夹具
第一节、数控铣床组成简介
一、数控铣床
数控铣床是用计算机数字化信号控制的铣床。
它能够加工出普通铣床所能加工的零件轮廓，也能够加工普通铣床难以加工的立体曲面和空间曲线，并且效率比普通铣床更高。
加工中心是具有刀库并且能自动换刀的镗铣类数控机床，它除自动换刀之外功能与数控铣床一致。
二、铣床的组成部分
1、铣床主机
铣床的主机是铣床的机械本体，包括床身、主轴箱、工作台和进给机构。
2、控制部分
数控装置是数控铣床的控制部分，它包括信息输入、处理和输出三部分组成。
3、驱动部分
它是数控铣床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机和进给伺服电动机等。
4、辅助部分
它是数控铣床的一些配套部件，包括刀库、液压装置、气动装置、冷却系统、润滑系统和排屑装置等。
三、机床控制面板
1、CRT操作面板
如图所示
使用说明
序号
功能键
用途
1
向上移动光标
2
向下移动光标
3
向左移动光标
4
向右移动光标
5
PgUp
向上翻页，使编辑程序向程序头滚动一屏，光标位置不变。
如果到了程序头，则光标移到文件首行的第一个字符处。
6
pgDn
向下翻页，使编辑程序向程序尾滚动一屏，光标位置不变。
如果到了程序尾，则光标移到文件末行的第一个字符处
7
Del
删除键，删除光标所在的数据；或者删除一个数控程序或者删除全部数控程序
8
Alt
替代键，用输入的数据替代光标所在的数据。
9
Upper
上档键
10
Enter
确认键，确认当前操作；结束一行程序的输入并且换行。
11
Bs
退格键，删除光标前的一个字符光标向前移动一个字符位置余下的字符左移一个字符位置
12
Sp
空格键，空出一格。
13
Esc
取消键，取消当前操作。
14
Tap
跳档键
2、机床操作面板
使用说明
方式选择
进入自动加工模式。
按一下"循环启动"按键运行一程序段，机床运动轴减速停止，刀具、主轴电机停止运行；再按一下
“循环启动”按键又执行下一程序段，执行完了后又再次停止。
手动方式，手动连续移动台面或者刀具。
增量进给。
回参考点。
主轴控制
在手动方式下，当主轴制动无效时，指示灯灭按一下“主轴定向按键”，主轴立即执行主轴定
向功能。
定向完成后，按键内指示灯亮，主轴准确停止在某一固定位置.
在手动方式下，当主轴制动无效时，指示灯灭按一下“主轴冲动按键”，指示灯亮。
主电机
以机床参数设定的转速和时间转动一定的角度。
在手动方式下，主轴处于停止状态时，按一下“主轴制动”按键，指示灯亮主电机被锁定在
当前位置。
按一下“主轴正转”按键，指示灯亮主电机以机床参数设定的转速正转。
按一下“主轴停止”按键，指示灯亮主电机停止运转。
按一下“主轴反转”按键，指示灯亮主电机以机床参数设定的转速反转。
增量倍率
选择手动台面时每一步的距离。
X1为0.001毫米，X10.为0.01毫米，X100为0.1毫米，X1kK为1毫米。
置光标于旋钮上，点击鼠标左键选择。
锁住按钮
禁止进刀；在手动运行开始前按一下“Z轴锁住”按键，指示灯亮，再手动移动Z轴，Z轴坐
标位置信息变化，但Z轴不运动。
禁止机床所有运动在自动运行开始前，按一下“机床锁住”按键（指示灯亮），再按“循环启动”按键系统继续执行程序，显示屏上的坐标轴位置信息变化但不输出伺服轴的移动指令，所以机床停止不动，这个功能用于校验程序。
刀具松紧
在手动方式下，通过按压“允许换刀”按键，使得允许刀具松/紧操作有效（指示灯亮）
按一下“刀具松/紧”按键，松开刀具默认值为夹紧。
再按一下又为夹紧刀具，如此循环.
数控程序运行控制开关
程序运行开始；模式选择旋钮在“自动”、“单段”和“MDI”位置时按下有效，其余时间按下无效。
程序运行停止，在数控程序运行中，按下此按钮停止程序运行。
空运行
按下此键,各轴以固定的速度运动。
超程解除
在伺服轴行程的两端各有一个极限开关，作用是防止伺服机构碰撞而损坏，每当伺服机构碰
到行程极限开关时，就会出现超程。
当某轴出现超程，（“超程解除”按键内指示灯亮时）
系统视其状况为紧急停止，要退出超程状态时必须：
（1）松开急停按钮置工作方式为手动或手摇方式
（2）一直按压着超程解除按键控制器会暂时忽略超程的紧急情况
（3）在手动（手摇）方式下使该轴向相反方向退出超程状态
（4）松开超程解除按键
若显示屏上运行状态栏运行正常取代了出错表示恢复正常能够继续操作
冷却启停
在手动方式下，按一下“冷却开/停”冷却液开，默认值为冷却液关，再按一下又为冷却液关，
如此循环.
主轴正转及反转的速度可通过主轴修调调节，按压主轴修调右侧的100%按键，指示灯亮。
主轴修调倍率被置为100%，按一下“+”按键，主轴修调倍率递增5%，，按一下“-”按键，主轴修调倍率递减5%，机械齿轮换档时，主轴速度不能修调。
手动移动机床主轴按钮。
急停
机床运行过程中，在危险或紧急情况下按下急停按钮，CNC即进入急停状态。
伺服进给及主轴运转立停止工作（控制柜内的进给驱动电源被切断）。
松开急停按钮，左旋此按钮，自动跳起，CNC进入复位状态。
第二节、数控铣床的基本安全操作及日常保养
1、、安全操作基本注意事项
01、工作时必须穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜等，不允许戴手套操作机床。
02、不要移动或损坏安装在机床上的警示牌。
03、注意不要在机床周围放置障碍物，工作空间应充足大。
04、某一项工作如需要两人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致。
05、不允许采用压缩空气清洗机床、电器柜及AC单元。
2、、工作前的准备
01、机床工作开始前要有预热，认真检查润滑系统工作是否正常，如机床长时间未开动，可先采用手动方式向个部分供油润滑。
02、使用的刀具应与机床允许的规格相符，有严重破损底刀具要即时更换。
03、调整刀具所用工具不要遗忘在机床内。
04、刀具安装好后应实行一、二次试切削。
05、检查夹具夹紧工件的状态。
3、、开机和工作过程中的安全注意事项
01、按下数控铣床控制面板上的“N%”按钮，启动数控系统，等自检完毕后实行数控铣床的强电复位。
02、手动返回数控铣床参考点，首先返回+Z方向，然后返回+X和+Y方向。
03、手动操作时，在X、Y移动前，必须使用Z轴处于较高位置，以免撞刀。
04、数控铣床出现报警时，要根据报警号，查找原因，即时排除报警。
05、更换刀具时应注意操作安全。
在装入刀具时应将刀柄和刀具檫试干净。
06、在自动运行程序前，必须认真检查程序，确保程序的准确性。
在操作过程中必须集中注意力，谨慎操作。
运行过程中，一旦发生问题，即时按下复位按钮或紧急停止按钮。
07、实习学生在操作时，旁观的同学禁止按控制面板的任何按钮、旋钮，以免发生意外及事故。
08、严禁任意修改、删除机床参数。
09、禁止用手接触到尖和铁屑，铁屑必须要要钩子或毛刷来清理。
10、禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部位。
11、禁止在加工过程中测量工件、变速，更不能用棉纱檫试工件和清扫机床。
12、铣床运转中操作人员不能离开岗位。
13、在加工过程中，不允许打开机床防护门。
14、严格遵守岗位责任制。
4、工作完成后的注意事项
01、清除切屑、檫试机床，使机床与环境保持清洁状态。
02、检查润滑油、冷却液的状态，即时添加或更换。
03、依次关掉机床操作面板上的电源和总电源。
课后训练：
1、观看数控铣床加工综合类零件的演示
2、在数控机床上完成以下操作
（1）、返回参考点操作
（2）、变化不同的速度，手动使机床工作台左右移动，前后移动、主轴上下移动。
（3）、在主轴上安装刀具。
（4）、MDI操作使主轴以n=500r/min的速度旋转。
（5）、输入程序与编辑程序。
（6）、程序图形模拟。
（7）、锁住机床运行程序。
第二章数控铣床编程的基础知识
学习要求
1、掌握数控程序的结构
2、了解各地址的数控含义
3、学习华中数控系统铣床编程的各种指令
4、会使用所学习的指令实行编程
第一节编程的基础知识及要求
一、数控编程
1、数控编程的概念
在数控机床上加工零件，首先要实行程序编制，将零件的加工顺序、工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度等）以及辅助操作等加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定的格式编写成加工程序单，并将程序单的信息通过控制介质输入到数控装置，由数控装置控制机床实行自动加工。
从零件图纸到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程称为数控程序编制。
2、数控编程的方法
（1）手工编程。
手工编程时，整个程序的编制过程由人工完成。
这就要求编程人员不但要熟悉数控代码及编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和一定的数值计算水平。
手工编程对简单零件通常是能够胜任的，但对于一些形状复杂的零件或空间曲面零件，编程工作量十分巨大，计算繁琐，花费时间长，而且非常容易出错。
不过，根据当前生产实际情况，手工编程在相当长的时间内还会是一种行之有效的编程方法。
手工编程具有很强的技巧性，并有其自身特点和一些应该注意的问题，将在后续内容中予以阐述。
（2）自动编程。
自动编程是指编程人员只需根据零件图样的要求，按照某个自动编程系统的规定，编写一个零件源程序，输入编程计算机，再由计算机自动实行程序编制，并打印程序清单和制备控制介质。
自动编程既能够减轻劳动强度，缩短编程时间，又可减少差错，使编程工作简便。
当前，实际生产中应用较广泛的自动编程系统由数控语言编程系统和图形编程系统。
对于几何形状不太复杂的零件和点位加工，所需的加工程序不多，计算也较简单，出错的机会较少，这时用手工编程还是经济省时的，所以，至今仍广泛地应用手工编程方法来编制这类零件的加工程序。
但是对于复杂曲面零件；几何元素并不复杂，但程序量很大的零件（如一个零件上有数千个孔）；以及铣削轮廓时．数控装置不具备刀具半径自动偏移功能，而只能按刀具中心轨迹实行编程等情况。
因为计算相当繁琐及程声量大，手工编程就很难胜任，即使能够编出来，也耗时长，效率低，易出错。
3、数控编程的步骤
数控编程的一般步骤如图1-2所示。
图2-1数控编程的步骤
（1）分析图样、确定加工工艺过程。
在确定加工工艺过程时，编程人员要根据图样对工件的形状、尺寸、技术要求实行分析，然后选择加工方案、确定加工顺序、加工路线、装卡方式、刀具及切削参数，同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效能，加工路线要短，要准确选择对刀点、换刀点，减少换刀次数。
（2）数值计算。
根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据。
对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，需要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，有的还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。
对于形状比较复杂的零件（如非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据要求的精度计算出其节点坐标值，这种情况一般要用计算机来完成数值计算的工作。
（3）编写零件加工程序单。
加工路线、工艺参数及刀位数据确定以后，编程人员能够根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。
此外，还应填写相关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、数控刀具明细表、工件安装和零点设定卡片、数控加工程序单等。
（4）制备控制介质。
制备控制介质就是把编制好的程序单上的内容记录在控制介质（穿孔带、磁带、磁盘等）上作为数控装置的输入信息。
当前，随着计算机网络技术的发展，可直接由计算机通过网络与机床数控系统通讯。
（5）程序校验与首件试切。
程序单和制备好的控制介质必须经过校验和试切才能正式使用。
校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控装置中，让机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否准确。
还能够在数控机床的显示器上模拟刀具与工件切削过程的方法实行检验，但这些方法只能检验出运动是否准确，不能查出被加工零件的加工精度。
所以有必要实行零件的首件试切。
当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正。
所以作为一名编程人员，不但要熟练数控机床的结构、数控系统的功能及标准，而且还必须是一名好的工艺人员，要熟悉零件的加工工艺、装夹方法、刀具、切削用量的选择等方面的知识。
4、数控铣床坐标系
规定数控机床坐标轴和运动方向，是为了准确地描述机床运动，简化程序的编制，并使所编程序具有互换性。
国际标准化组织当前已经统一了标准坐标系，我国也颁布了相对应的标准（JB3051-82），对数控机床的坐标和运动方向作了明文规定。
（1）数控铣床坐标系建立的原则
原则一：
刀具相对于静止的工件坐标而运动：
原则二：
坐标正方向判断顺序先Z后X再Y。
标准坐标系是一个右手笛卡儿直角坐标系。
在图2-1中，大拇指的方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向，中指为Z轴正方向。
图2-1坐标轴
（2）、机床坐标系和机床原点
机床坐标系是机床上固有的坐标系。
机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点，在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。
在标准中，规定平行于机床主轴（传递切削力）的刀具运动坐标轴为Z轴，取刀具远离工件的方向为正方向。
如果机床有多个主轴时，则选一个垂直于工件装夹面的主轴为Z轴。
X轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。
对于刀具作旋转运动的机床（如铣床、镗床），当Z轴为水平时，沿刀具主轴后端向工件方向看，向右的方向为X的正方向；如Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看时，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边。
上述正方向都是刀具相对工件运动来说。
在确定了X、Z轴的正方向后，可按右手直角笛卡儿坐标系确定Y轴的正方向，即在Z－X平面内，从+Z转到+X时，右螺旋应沿+Y方向前进。
（3）、工件坐标系及原点
工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一已知点为原点称编程原点或工件原点。
工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。
工件坐标系的原点选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件，一般情况下以坐标式尺寸标注的零件，编程原点应选在尺寸标注的基准点；对称零件或以同心圆为主的零件，编程原点应选在对称中心线或圆心上；Z轴的程序原点通常选在工件的上表面。
5、数控编程格式及内容
国际上已形成了两个通用标准：
国际标准化组织（IS%）标准和美国电子工业学会（EIA）标准。
我国根据IS%标准制定了JB3051-82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》等国标。
因为生产厂家使用标准不完全统一，使用代码、指令含义也不完全相同，所以需参照机床编程手册。
1、数控程序的结构
一个完整的数控程序是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。
例如：
％
Ｏ0029；…………………………………………………………程序号
N10G15G17G21G40G49G80；
N20G91G28Z0；
N30T1M6；程序内容
N40G90G54S500M03；
。
。
。
N100M30；………………………………………………………程序结束
（1）程序号
程序号是一个程序必需的标识符。
它是由地址符后带若干位数字组成。
地址符常见的有：
“%”、“%”、“P”等。
日本FANUC系统为“%”。
后面所带的数字一般为4～8位。
如：
%2000
（2）程序体
它表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。
它由很多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，程序段以“；”为结束符。
（3）程序结束
它是以程序结束指令M02或M30，结束整个程序的运行。
2、程序段格式
零件的加工程序是由程序段组成。
程序段格式是指一个程序段中，字、字符、数据的书写规则，通常有字—地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式和固定程序段格式，最常用的为字—地址程序段格式。
一个程序段由若干个“字”组成；字则由地址字（字母）和数值字（数字及符号）组成。
地址字有，N、G、X、Y、Z、I、J、K、P、Q、R、A、B、C、F、S、T、M、L等，后面跟相对应的数值字。
表示地址的英文字母的含义见表2-1。
地址
功能
含义
地址
功能
含义
A
坐标字
绕X轴旋转
N
顺序号
程序段顺序号
B
坐标字
绕Y轴旋转
%
程序号
程序号、子程序的指定
C
坐标字
绕Z轴旋转
P
暂停时间或程序中某功能的开始使用的顺序号
D
刀具半径补偿号
刀具半径补偿指令
Q
固定循环终止段号或固定循环中的定距
E
第二进给功能
R
坐标字
固定循环定距离或圆弧半径的指定
F
进给速度
进给速度指令
S
主轴功能
主轴转速的指令
G
准备功能
动作方式指令
T
刀具功能
刀具编号的指令
H
刀具长度补偿号
刀具长度补偿指令
U
坐标字
与X轴平行的附加轴增量坐标值
I
坐标字
圆弧中心相对于起点的X轴向坐标
V
坐标字
与Y轴平行的附加轴增量坐标值
J
坐标字
圆弧中心相对于起点的Y轴向坐标
W
坐标字
与Z轴平行的附加轴增量坐标值
K
坐标字
圆弧中心相对于起点的Z轴向坐标
X
坐标字
X轴的绝对坐标值或暂停时间
L
重复次数
固定循环及子程序重复次数
Y
坐标字
Y轴的绝对坐标值
M
辅助功能
机床开/关指令
Z
坐标字
Z轴的绝对坐标值
第二节常用编程指令
一、F、S、T功能
1、进给速度F
F指令用于控制刀具的进给功能。
F的单位取决于G94（每分钟进给量mm/min）或G95（每转进给量mm/r）。
进给功能有两种：
（1）快速移动
当指定定位指令G00时，刀具以CNC设置的快速移动速度移动，与F无关。
（2）切削速度
刀具以程序中编制的切削进给速度F移动。
F可通过下面公式求得：
F=Fz*Z*N
其中，Fz：
每齿进给量
Z：
齿数
N：
主轴转速
F指令是模态指令。
当工作在G01、G02或G03方式下时，F将一直有效直到被新的F值所取代。
借助操作面板上的倍率开关，F可在一定范围内实行倍率调节。
而当执行攻丝循环G84、螺纹切削G33时倍率开关失效，进给倍率固定在100%。
2、主轴功能S
主轴功能S控制主轴转速。
是由地址码S和在其后面的若干数字组成，单位为转/每分钟（r/min）；S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。
主轴转速N可通过下面公式求得：
N=1000v/πd
其中，v：
切削速度，单位mm/min。
d：
刀具直径，单位mm。
（1）恒线速度控制（G96）
当数控机床的主轴为伺服主轴时，能够通过指令G96来设定恒线速度控制。
系统执行G96指令后，便认为用S指定的数值表示切削速度。
例如G96S200，表示切削速度为200m/min。
（2）主轴转速控制（G97）
G97是取消恒线速度控制指令。
编程G97后，S指定的数值表示主轴每分钟的转速。
例如G97S1200，表示主轴转速为1200r/min。
（3）、切削用量的选择
进给量和转速各有两个单位。
在数铣（加工中心）编程时常用单位是转速S（r/min），进给量F（mm/min）
例8-1使用Φ80mm，6齿的面铣刀，铣削碳钢表面，已知切削速度νc=100m/min。
fz=0.08mm/齿，求主轴转速n及进给量νf。
n=1000νc/πD
=[1000×100/（3.14×80）]
=400r/min
νf=fz×z×n
=（0.08×6×400）
=192mm/min
3、刀具功能T
T代码用于选择刀具，其后的数值表示选择的刀具号。
T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。
在加工中心上执行T指令时，刀库首先转动，选择所需的刀具，然后等待直到M06指令作用时自动完成换刀。
T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值（刀具半径补长和刀具长度补偿）。
T指令为非模态指令，但被调用的刀补值一直有效到再次换刀调入新的刀补值。
二、M功能
表2-3JB3208-83准备功能M代码
代码
功能
代码
功能
M00
程序停止
M06
更换刀具
M01
程序有条件停止
M08
冷却液开
M02
程序结束
M09
冷却液关
M03
主轴顺时针方向
M30
程序结束并返回起点
M04
主轴逆时针方向
M98
子程序调用
M05
主轴停止
M99
子程序返回
M06，M98，M99
在同一程序段中若有两个M代码出现时，虽其动作不相冲突，但以排列在最后面的代码有效，前面M代码被忽略而不执行。
注：
M代码分为前指令码和后指令码，前指令码和同一程序段中的移动指令同时执行，后指令码在同段的移动指令完后才执行
换刀
升级会员 