数控铣床编程知识.docx

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数控铣床编程知识

数控铣床主要能铣削平面、沟槽和曲面，还能加工复杂的型腔和凸台。

数控铣床主轴安装铣削刀具，在加工程序控制下，安装工件的工作台沿着X、Y、Z三根坐标轴的方向运动，通过不断改变铣削刀具与工件之间的相对位置，加工出符合图纸要求的工件。

由于数控铣床配置的数控系统不同，使用的指令在定义和功能上有一定的差异，但其基本功能和编程方法还是相同的。

1.数控铣床的主要功能

1）点位控制功能　数控铣床的点位控制主要用于工件的孔加工，如中心钻定位、钻孔、扩孔、锪孔、铰孔和镗孔等各种孔加工操作。

2）连续控制功能　通过数控铣床的直线插补、圆弧插补或复杂的曲线插补运动，铣削加工工件的平面和曲面。

3）刀具半径补偿功能

2.如果直接按工件轮廓线编程，在加工工件内轮廓时，实际轮廓线将大了一个刀具半径值；在加工工件外轮廓时，实际轮廓线又小了一个刀具半径值。

使用刀具半径补偿的方法，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出符合图纸要求的轮廓。

利用刀具半径补偿的功能，改变刀具半径补偿量，还可以补偿刀具磨损量和加工误差，实现对工件的粗加工和精加工。

3.4）刀具长度补偿功能　改变刀具长度的补偿量，可以补偿刀具换刀后的长度偏差值，还可以改变切削加工的平面位置，控制刀具的轴向定位精度。

4.5）固定循环加工功能　应用固定循环加工指令，可以简化加工程序，减少编程的工作量。

5.6）子程序功能　如果加工工件形状相同或相似部分，把其编写成子程序，由主程序调用，这样简化程序结构。

引用子程序的功能使加工程序模块化，按加工过程的工序分成若干个模块，分别编写成子程序，由主程序调用，完成对工件的加工。

这种模块式的程序便于加工调试，优化加工工艺。

6.7）特殊功能　在数控铣床上配置仿形软件和仿形装置，用传感器对实物扫描及采集数据，经过数据处理后自动生成NC程序，进而实现对工件的仿形加工，实现反向加工工程。

总之，配置一定的软件和硬件之后，能够扩大数控铣床的使用功能。

7.2.数控铣床加工范围

1）平面加工　数控机床铣削平面可以分为对工件的水平面（XY）加工，对工件的正平面（XZ）加工和对工件的侧平面（YZ）加工。

只要使用两轴半控制的数控铣床就能完成这样平面的铣削加工。

2）曲面加工　如果铣削复杂的曲面则需要使用三轴甚至更多轴联动的数控铣床。

8.3.数控铣床的装备

1）夹具　数控铣床的通用夹具主要有平口钳、磁性吸盘和压板装置。

对于加工中、大批量或形状复杂的工件则要设计组合夹具，如果使用气动和液压夹具，通过程序控制夹具，实现对工件的自动装缷，则能进一步提高工作效率和降低劳动强度。

2）刀具　常用的铣削刀具有立铣刀、端面铣刀、成形铣刀和孔加工刀具。

HNC-21M对刀方法

1．数控铣削加工的对刀

　　当工件以及刀具（或对刀工具）都安装好后，可按下述步骤进行对刀操作。

　　先将方式开关置于“回参考点”位置，分别按+X、+Y、+Z方向按键令机床进行回参考点操作，此时屏幕将显示对刀参照点在机床坐标系中的坐标，若机床原点与参考点重合，则坐标显示为（0，0，0）。

1）以毛坯孔或外形的对称中心为对刀位置点

（1）以定心锥轴找小孔中心

图7－1定心锥轴找孔中心图7－2百分表找中心

　　　如图7-1所示，根据孔径大小选用相应的定心锥轴，手动操作使锥轴逐渐靠近基准孔的中心，手压移动Z轴，使其能在孔中上下轻松移动，记下此时机床坐标系中的X、Y坐标值，即为所找孔中心的位置。

（2）用百分表找孔中心

　　如图7-2所示，用磁性表座将百分表粘在机床主轴端面上，手动或低速旋转主轴。

然后手动操作使旋转的表头依X、Y、Z的顺序逐渐靠近被测表面，用步进移动方式，逐步降低步进增量倍率，调整移动X、Y位置，使得表头旋转一周时，其指针的跳动量在允许的对刀误差内（如0.02mm），记下此时机床坐标系中的X、Y坐标值，即为所找孔中心的位置。

（3）用寻边器找毛坯对称中心

　　将电子寻边器和普通刀具一样装夹在主轴上，其柄部和触头之间有一个固定的电位差，当触头与金属工件接触时，即通过床身形成回路电流，寻边器上的指示灯就被点亮。

逐步降低步进增量，使触头与工件表面处于极限接触（进一步即点亮，退一步则熄灭），即认为定位到工件表面的位置处。

图7－3寻边器找对称中心

　　如图7-3所示，先后定位到工件外（内）边缘正对的两侧表面，记下对应的X1、X2、Y1、Y2坐标值，则对称中心在机床坐标系中的坐标应是（（X1+X2）/2，（Y1+Y2）/2）。

2）以毛坯相互垂直的基准边线的交点为对刀位置点

　　如图7-4所示，使用寻边器或直接用刀具对刀。

图7-4对刀操作时的坐标位置关系

（1）按X、Y轴移动方向键，令刀具或寻边器移到工件左（或右）侧空位的上方。

再让刀具下行，最后调整移动X轴，使刀具圆周刃口接触工件的左（或右）侧面，记下此时刀具在机床坐标系中的X坐标xa。

然后按X轴移动方向键使刀具离开工件左（或右）侧面。

（2）用同样的方法调整移动到刀具圆周刃口接触工件的前（或后）侧面，记下此时刀具在机床坐标系中的Y坐标ya。

最后让刀具离开工件的前（或后）侧面，并将刀具回升到远离工件的位置。

（3）如果已知刀具或寻边器的直径为D，则基准边线交点处的坐标应为（xa+D/2，ya+D/2）。

图7－5Z向对刀设定

3）刀具Z向对刀

　　当对刀工具中心（即主轴中心）在X、Y方向上的对刀完成后，可取下对刀工具，换上基准刀具，进行Z向对刀操作。

Z向对刀点通常都是以工件的上下表面为基准的，这可利用Z向设定器进行精确对刀，其原理与寻边器相同。

如图7-5所示，若以工件上表面为Z=0的工件零点，设Z向设定器的标准高度为50，则当刀具下表面与Z向设定器接触致指示灯亮时，刀具在工件坐标系中的坐标应为Z=50，将此时刀具在机床坐标系中的Z坐标值减于50后的结果记下来。

• 工件坐标系的建立

1）用G54等预置工件坐标系

　　XY方向的对刀通常是用寻边器来进行的，由于刀具的刀位点是刀具的回转中心，亦即是寻边器的回转中心。

用上述方法找到中心或边线交点之后，若要将该点设为工件零点，可以将该点在机床坐标系中的坐标值预置到G54（/G55/G56/G57/G58/G59）寄存器的X、Y地址中。

　　Z方向的对刀必须要用加工用的刀具来进行，若用上述Z向设定器对好刀并推算出在工件Z零点处时刀具在机床坐标系中的Z值后，可以将该值预置到G54（/G55/G56/G57/G58/G59）寄存器的Z地址中。

2）用G92指令来建立工件坐标系

　　如图4所示，假定编程原点（或工件原点）预设定在距对刀用的基准表面距离分别为xb，yb，zb的位置处。

若将刀具刀位点置于对刀基准面的交汇处，则此时刀具刀位点在工件坐标系中的坐标为（xb，yb，zb），如前所述，其在机床坐标系中的坐标应为（xa+D/2，ya+D/2，za）。

此时若用MDI执行G92XxbYybZzb，即可建立起所需的工件坐标系。

　　另外，也可先将刀具移到某一位置处，记下此时屏幕上显示的该位置在机床坐标系中的坐标值，然后换算出此位置处刀具刀位点在工件坐标系中的坐标，再将所算出的X、Y、Z坐标值填入程序中G92指令内，在保持当前刀具位置不移动的情况下去运行程序，同样可正确建立工件坐标系。

3）刀具补偿

（1）刀具半径补偿

图7－6刀具半径补偿

直接按零件图纸上的轮廓轨迹进行编程，在整个程序中少量的地方加上几个刀补开始及刀补解除的代码指令。

这样无论刀具半径大小如何变换，无论刀位点定在何处，加工时都只需要使用同一个程序或稍作少量的修改，按照实际刀具使用情况将当前刀具半径值输入到刀具数据库中即可。

　　对于刀具半径补偿应用需要考虑刀补方向、刀补加/卸载等问题。

需要让刀具走在编程轮廓左侧时用G41、走在右侧时用G42，刀补的加/卸载都应该安排在加工轮廓外的待切除的余料方向上，且引入/引出轨迹应为直线段。

　　合理使用刀径补偿还可以实现粗、精加工的余量控制。

（2）刀具长度补偿

　　刀长正补偿G43、刀长负补偿G44，在一般不连刀柄一起更换的铣削加工中，使用G43、G44的意义不大，仅在刀长磨损后进行修正。

但对使用多把刀具的加工中心或刀柄整体装卸的铣床批量加工，刀长补偿很有用途，因此关于刀长补偿将在以后说明，本节不作探讨。

3．程序实例

（1）利用刀具半径补偿对如图7-7（a）所示零件进行编程，其原点在零件表面几何正中心，编程如下：

％1000

G90G54G40G49G80

G00Z100

X-60Y-50

S500M03

G43Z5H01M8

G01Z-3F100

G41G01X-50D01

Y40

X-10

G03X10R10

G01X50

Y-40

X10

G02X-10R10

G01X-60

G40G01Y-50

G00Z100M9

M05

M30

主程序号

建立工件坐标系，并使数控系统初始化

绝对值方式，快进到Z=100

绝对值方式，快进到X=-60，Y=-50

主轴以500r/min速度正转

Z轴快移到Z=5

直线插补至Z=-3

绝对值方式，引入左刀补，直线插补至X=-50，Y=－50

直线插补至X=-50，Y=40

直线插补至X=-10，Y=40

逆圆插补至X=10，Y=40

直线插补至X=50，Y=40

直线插补至X=50，Y=-40

直线插补至X=10，Y=-40

顺圆插补至X=-10，Y=－40

直线插补至X=-60，Y=－40

解除刀补

快速提刀到Z100处

主轴停转

程序结束，复位。

图7－7刀补编程图例

（2）外形轮廓的铣削。

如图7-7（b）所示零件，以中间ø30的孔定位加工外形轮廓，考虑刀具半径补偿的情况下，编程如下：

程序内容

含义

%0004

G92X150.0Y160.0Z120.0

G90G00X100.0Y60.0

G43Z-2.0H01S600M03

G42G01X75.0D01F100M8

X35.0

G02X15.0R10.0

G01Y70.0

G03X-15.0R15.0

G01Y60.0

G02X-35.0R10.0

G01X-75.0

G09Y0

X45.0

X75.0Y20.0

Y65.0

G40G00X100.0Y60.0M05

G49Z120.0M9

X150.0Y160.0

M30

主程序号

建立工件坐标系，以刀座下底面中心为对刀点，编程零点为w

绝对值方式，快进到X=100，Y=60

刀座底面移到指令高度Z=-2，实际到达高Z=-2+45=43处

刀径补偿引入，插补至X=75，Y=60，进给速度100mm/s

直线插补至X=35，Y=60

顺圆插补至X=15，Y=60

直线插补至X=15，Y=70

逆圆插补至X=-15，Y=70

直线插补至X=-15，Y=60

顺圆插补至X=-35，Y=60

直线插补至X=-75，Y=60

直线插补至X=-75，Y=0处，并准停校验以确保尖角形成

直线插补至X=45，Y=45

直线插补至X=75，Y=20

直线插补至X=75，Y=65，轮廓切削完毕

取消刀径补偿，快速退至X=100，Y=60的下刀处，主轴停

快速抬刀至刀座底面处于高度Z=120的对刀点平面

快速退刀至对刀点

程序结束，复位。

1．先回参考点

　　按功能键区的“回零”功能按键，然后分别按+X、+Y、+Z轴移动方向按键，使各轴返回参考点，回参考点后，相应的指示灯将点亮。

再将坐标显示切换到机床坐标系的指令（或实际）坐标的显示方式，此时屏幕上坐标显示应为（0，0，0）。

2．对刀操作

　　假设以工件毛坯上表面中心为工件零点。

将待加工工件装夹到台钳上，保证工件有一定的高度露出。

（1）选择操作方式为“手动”，按机床操作面板上的“-X”、“-Y”或“-Z”键，则刀具相对工件向X、Y或Z轴的正方向移动，逐步移动刀具向工件前端靠近，快要碰到时切换到“增量”方式，按先粗后精的方式去碰触工件前端面（最好是用塞尺或厚0.1mm的纸，以刚好能抽动为界），若以“×1”的增量移动，达到前进一步不能抽动，后退一步能抽动，则说明此时刀具周刃与工件的间距为0.1mm或一个塞尺厚的距离。

若用电子寻边器，则以灯亮灯熄为分界。

记下此时刀具在机床坐标系中的Y坐标值Y1。

（2）提刀到刀具高出工件上表面，移动Y轴，再下刀让刀具去碰触工件后端面。

然后记下此时刀具在机床坐标系中的Y坐标值Y2。

（3）计算出Y0=（Y1+Y2）/2的值，然后提刀后移动Y轴到Y0坐标值处。

（4）采用同样的方法分别寻找工件的左右端面，然后算出X方向的板中心在机床坐标系中的坐标值X0。

（5）换上实际要使用的刀具，移动Z轴去碰触工件上表面，记下此时刀具在机床坐标系中的Z坐标值Z0。

若对金属坯件采用高度为50mm的Z向设定器对刀，则当刀具碰触至Z向设定器灯亮灯熄的分界处时，刀具下底面距离工件上表面即为50。

计算Z0时则应该加上50。

3．坐标系的预置设定

　　在主菜单下按“F4MDI”→“F3坐标系”，进入到坐标系预置设定画面，在命令行输入Xx0Yy0Zz0后回车，即可将前述对刀得到的（x0，y0，z0）预置到G54坐标系中，然后返回到MDI，按“F6MDI运行”，输入“G54”，按“循环启动”键执行，即可在右侧坐标显示栏目中看到当前工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值为（x0，y0，z0），说明坐标系预置已经生效。

　　同理，若要设定G55、G56等，可在“F3坐标系”画面出现后按翻页键切换到相应的页面进行预置输入。

　　G92是一个非预置性的工件坐标系建立方法，它是依赖于当前刀具位置的，若上述对刀完成后，刀具停留在（x0，y0，z0）处，可直接按“F6MDI运行”，输入“G92X0Y0Z0”来立即建立一个工件坐标系，意思就是声明当前位置点即为工件原点。

4．刀具半径补偿的设定

　　在主菜单下按“F4MDI”→“F2刀具表”，进入到刀具补偿值设定画面，可从“#0001”号开始刀长补偿值H01，刀具半径补偿值D01。

5．刀补程序调试运行

（1）、语法检查

　　在设定好坐标系和刀具补偿后，输入上述程序1、2，然后按程序校验，再按循环启动以校验程序，检查程序有无语法错误和路线错误。

（2）XY超程检查

　　若无错误，可按“Z轴锁定”，再按“循环启动”，进行仅有XY移动的程序运行方式，进一步检查程序运行轨迹，同时也可检查有无超程情形的发生，以查看工件装夹位置是否合理。

然后，改变刀具半径补偿值，重新运行程序，以察看随着刀具半径补偿大小变化时，刀具中心轨迹的变化情况。

（3）Z轴检查

　　若上述运行正常，可重新设置刀长补偿H01为100，解除“Z轴锁定”，然后按“循环启动”，运行程序，以查看Z轴运行情况。

（4）加工运行

　　若X、Y、Z轴运行正常，可将刀长补偿值H01置为0，检查确认刀具和工件装夹可靠后，再按“循环启动”，进行正常加工运行。

六、注意事项

（1）回参考点时应先走Z轴，待提升到一定高度后再走向X、Y轴，以免碰撞刀、夹具；

（2）对刀时，将工件原点在机床坐标系中值保存时，默认情况下是将工件原点在机床坐标系中值输入到G54中，若程序编制中使用是G55或G56等来建立工件坐标系时，通常要利用“Pgup”、“Pgdn”键来将工件坐标原点在机床系中值正确输入到相应的地址中。

（3）若程序中引进了刀具补偿，则在加工前必须进行刀具补偿设置。

（4）在进行X、Y、Z超程检查时，可修改程序中的进给速率，以加快机械部件的移动速度，减少调试时间。

但在Z轴下刀时应适当注意，防止调试时刀具接触工件。

检查无误后，将速度修改为正常值，方可正常进行加工。

七、问题解决：

（1）若刀具和工件不动，当每次启动系统或急停后都需要重新对刀吗？

（2）说说工件原点、编程原点、机床原点的区别。

（3）选定一工件原点，写出铣削实训报告中图示轮廓的程序。

并解释各程序段的含义。

（4）数控铣床上的刀具补偿内容有哪些？

人工编程预刀补和机床自动刀补分别是如何进行的？

机床自动刀补有哪些优势？

一、铣刀分类

按刀具的结构分类，可分为镶嵌式刀具，采用焊接式或机夹式，其中机夹式刀具又可分为可转为与不可转位两种；整体式铣刀；特殊形式的刀具，例如减震式，复合式等。

根据刀具的材料分类，分为硬质合金的刀具；高速钢的刀具；陶瓷刀具；金刚石刀具；立方氮化硼刀具等。

1、机夹可转位刀具分为：

1）铣刀（粗、精）包括：

1面铣刀，有刀片立装式、平装式等

2立铣刀，有球头立铣刀、过中心刃键槽刀、立铣刀等

3角度铣刀，有28°、30°、45°、60°等

4成型铣刀，有曲面铣刀、组合面铣刀、螺纹铣刀等

5三面刃铣刀

2）孔加工刀具（粗、精）包括：

1镗刀，有单刃、双刃

2钻头，有深、浅孔钻头；内、外冷却式；内、外排屑式

3铰刀，有单刃、多刃铰刀；内、外冷却式；深、浅孔式等

4扩（锪）孔刀具

2、整体刀具分为

1）硬质合金（含焊接）刀具，包括

1丝锥；镗刀

2钻头（深、浅孔钻；内、外冷却式钻头；阶梯钻）

3立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽刀、立铣刀等）

4三面刃铣刀（整体式、焊接式）

5铰刀（单刃、多刃铰刀；内、外冷却式铰刀；深、浅孔铰刀等）

2）高速钢

1钻头（深、浅孔；内、外冷却；阶梯钻等）

2立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽刀、立铣刀等）

3三面刃铣刀

4铰刀（单刃、多刃内；外冷却；深、浅孔）

课题二数控铣床面板介绍

2.1.1MPG手持单元

MPG手持单元由手摇脉冲发生器、坐标轴选择开关组成，用于手摇方式增量进给坐标轴。

MPG手持单元的结构如图2.1.1所示。

图2.1.1MPG手持单元结构

2.2.1软件操作界面

HNC-21M的软件操作界面如图2.2.1所示。

其界面由如下几个部分组成:

图2.2.1HNC-21M的软件操作界面

①图形显示窗口

可以根据需要，用功能键F9设置窗口的显示内容。

②菜单命令条

通过菜单命令条中的功能键F1～F10来完成系统功能的操作。

③运行程序索引

自动加工中的程序名和当前程序段行号。

④选定坐标系下的坐标值

坐标系可在机床坐标系/工件坐标系/相对坐标系之间切换。

显示值可以在指令位置/实际位置/剩余进给/跟踪误差/负载电流/补偿值之间切换。

⑤工件坐标零点

工件坐标系零点在机床坐标系下的坐标。

⑦辅助机能

自动加工中的M、S、T代码。

当前加上程序行

当前正在或将要加工的程序段。

⑨当前加上方式、系统运行状态及当前时间。

工作方式：

系统工作方式根据机床控制面板上相应按键的状态可在自动（运行）、单段（运行）、手动（运行）、增量（运行）、回零、急停、复位等之间切换。

运行状态：

系统工作在“运行正常”和“出错”之间切换。

操作界面中最重要的一块是菜单命令条。

系统功能的操作主要通过菜单命令条中的功能键F1～F10来完成。

由于每个功能包括不同的操作，菜单采用层次结构，即在主菜单下选择一个菜单项后，数控装置会显示该功能下的子菜单，用户可根据该子菜单的内容选择所需的操作，如图2.2.2所示。

注意:

本说明书约定用F1F4格式表示在主菜单下按F1，然后在子菜单下按F4。

图2.2.2菜单层次

当要返回主菜单时，按子菜单下的F10键即可

HNC-21M的菜单结构如图2.2.3所示

.

图2.2.3HNC-21M的菜单结构

项目二、数控机床控制面板的操作

1、数控铣床的工作原理

数控机床进行加工，首先将被加工零件的形状、尺寸及工艺要求等，通

过手工或计算机进行零件的加工编程，把加工零件所需机床的动作及工艺参

数按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输

入数控装置。

数控系统对输入的加工程序进行数控处理，完成零件的加工。

2、数控机床的组成及功用

（1）程序载体

　　在机床加工中，机床的全部动作和刀具相对的运动轨迹，都通过编制

加工程序以一定的格式和代码存储在一种载体上如磁带穿孔纸带、磁盘等

（2）输入输出装置

将程序载体内有加工的信息输入的数控装置

（3）数控装置

　　完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算及实现各种控制

（4）伺服系统

伺服系统就是机床的执行机构，其作用是把来自数控装置的

脉冲信号转化为机床移动部件的运动

（5）机床本体

控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，

包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械运

一、FANUC（发那科）系统

英文标识

按键

用途说明

POS

位置键

用于显示位置界面。

在屏幕（CRT）上显示刀具现在位置，可以用机床坐标系、工件坐标系、增量坐标及刀具运动中距离指定位置剩余的移动量等四种不同的方式表示。

PROG

程序键

用于显示程序界面。

在编辑方式下，编辑和显示在内存中的程序，可进行程序的编辑、检索及通信；在MDI方式，可输入和显示MDI数据，执行MDI输入的程序；在自动方式可显示运行的程序和指令值进行监控。

OFFSET

SETTING

偏置/设置键

用于显示偏置/设置（SETTING）界面。

刀具偏置量设置和宏程序变量的设置与显示；工件坐标系设定页面；刀具磨损补偿值设定页面等。

SYSTEM

系统键

用于显示系统界面。

设定和显示运行参数表，这些参数供维修使用，一般禁止改动；显示自诊断数据。

MESSAGE

信息键

用于显示信息界面。

按此键显示报警信息等。

CUSTOM

GRAPH

图形显示键

用于显示宏程序界面和图形显示界面。

SHIFT

换档键

在该MDI键盘上有些键具有两个功能，按下SHIFT键可以在这两个功能之间进行切换，当