1、数控机床编程与操作基础

1、第一讲第一讲 数控机床编程与操作基础数控机床编程与操作基础一、数控铣床的分类一、数控铣床的分类 1数控铣床按其主轴位置的不同分三类（图数控铣床按其主轴位置的不同分三类（图21） （1）数控立式铣床）数控立式铣床 其主轴垂直于水平面。小型小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴不动方式，与普通立式升降台铣床结构相似；中型中型数控铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直溜板上下运动；大型大型数控铣床因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动方式，其主轴可以在龙门架的纵向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向移动，这类结构又称之为龙门数控铣床。 （2）卧式数

2、控铣床）卧式数控铣床 其主轴平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4至5坐标，进行“四面加工”。 （3）立、卧两用数控铣床）立、卧两用数控铣床 它的主轴方向可以更换（有手动与自动两种），既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，其使用范围更广，功能更全。当采用数控万能主轴头时，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”。2从机床数控系统控制的坐标轴数量分类从机床数控系统控制的坐标轴数量分类 有2.5坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床（只能进行X、Y、Z三个坐标中的任意

3、2个坐标轴联动加工）、3坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床、4坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床、5坐标联动数控铣床坐标联动数控铣床。 图图2-1 各类数控铣床示意图各类数控铣床示意图 a)卧式升降台铣床卧式升降台铣床 b)立式升降台铣床立式升降台铣床 c)龙门式轮廓铣床龙门式轮廓铣床 d)卧式镗铣床卧式镗铣床 立式数控铣立式数控铣床床 常见数控铣床常见数控铣床立式加工中立式加工中心心 卧式加工中卧式加工中心心 五轴联动加工中心五轴联动加工中心 龙门式加工中心龙门式加工中心 二、数控铣床的传动系统与主轴部件二、数控铣床的传动系统与主轴部件 XK5040AXK5040A型数控铣床的布局图型数控铣床的

4、布局图 1-底座 2-强电柜 3-变压器箱 4-垂直升降进给伺服电动机 5-主轴变速手柄和按钮板 6-床身 7-数控柜 8-保护开关 9-挡铁 10-操纵台 11-保护开关 12-横向溜板 13-纵向进给伺服电动机 14-横向进给伺服电动机 15-升降台 16-纵向工作台 三、数控铣床的用途三、数控铣床的用途 一般的数控铣床是指规格较小的升降台式数控铣床，数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床。 一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。 与普通铣床相比，数控铣床的加工精度高，精度稳定性好，适应性强，操作劳动强度低，特别适应于板类、盘类、壳具类、模具类等复杂形状的零件或对精度保持性要求较

5、高的中、小批量零件的加工。1、数控铣削的主要加工对象：、数控铣削的主要加工对象： 1 1）平面类零件）平面类零件 加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件平面类零件(见图1)。其特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。2 2）变斜角类零件）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件变斜角类零件（图2）。变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条线。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工。3 3）曲面类零件）曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件曲面类零件(如图3)。曲面类零件的加工面

6、不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。一般采用三轴联动数控铣床加工；当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。a)带平面轮廓的平面零件 b)带斜平面的平面零件 c)带正圆台和斜筋的平面零件 图图1 平面类零件平面类零件 图图2 变斜角零件变斜角零件 图图3 叶轮叶轮 2、数控机床铣削、数控机床铣削加工内容的选择加工内容的选择 1 1）采用数控铣削加工内容）采用数控铣削加工内容 (1)工件上的曲线轮廓内、外形，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓。 (2)已给出数学模型的空间曲线。 (3)形状复杂，尺寸繁多，划线与检测

7、困难的部位。 (4)用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内、外凹槽。 (5)以尺寸协调的高精度孔或面。 (6)能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状。 (7)采用数控铣削能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动的一般加工内容。 (1)需要进行长时间占机和进行人工调整的粗加工内容，如以毛坯粗基准定位划线找正的加工。 (2)必须按专用工装协调的加工内容(如标准样件、协调平板、模胎等)。 (3)毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位。 (4)简单的粗加工面。 (5)必须用细长铣刀加工的部位，一般指狭长深槽或高筋板小转接圆弧部位。2 2）不宜采用数控铣削加工内容）不宜采用数控铣削加工内容NoIma

8、ge四、认识四、认识FANUC数控系统数控铣床操作面板数控系统数控铣床操作面板显示器显示器机床机床控制面板控制面板NoImage手摇脉冲发生器（手手摇脉冲发生器（手轮）轮）NC键盘键盘急停按钮急停按钮1 1、 机床坐标系（机床上固有的坐标系）机床坐标系（机床上固有的坐标系） 1 1）机床坐标系的确定）机床坐标系的确定 （1 1）机床相对运动的规定）机床相对运动的规定 编程时，假定工件静止，刀具运动，实际恰相反；编程时，假定工件静止，刀具运动，实际恰相反；五、五、 数控机床的坐标系数控机床的坐标系（2 2）机床坐标系的规定）机床坐标系的规定 在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确在

9、数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为系被称之为机床坐标系机床坐标系。 数控机床的坐标轴和运动方向均已标准化，这给数控数控机床的坐标轴和运动方向均已标准化，这给数控系统和机床的设计、程序编制和使用维修带来极大的便利。系统和机床的设计、程序编制和使用维修带来极大的便利。 右手笛卡儿直角坐标系右手笛卡儿直角坐标系决定标准机床坐标系中决定标准机床坐标系中X X、Y

10、Y、Z Z坐标坐标轴的相互关系：轴的相互关系： 大拇指大拇指XX坐标；食指坐标；食指YY坐标；中指坐标；中指ZZ坐标；坐标； 各指的指向为该坐标的正方向；各指的指向为该坐标的正方向； 右手螺旋定则（大拇指的指向为各坐标的正向，四指的旋右手螺旋定则（大拇指的指向为各坐标的正向，四指的旋转方向为旋转坐标的正向）转方向为旋转坐标的正向） 决定围绕决定围绕X X、Y Y、Z Z坐标旋转的旋转坐标，用坐标旋转的旋转坐标，用A A、B B、C C表示；表示； (a)(a)右手直角坐标系统右手直角坐标系统 (b)X(b)X、Y Y、Z Z移动轴移动轴 A A、旋转轴、旋转轴 数控立式铣床的坐标系 返回（3

11、3）坐标轴方向的确定）坐标轴方向的确定 Z Z坐标：坐标：规定平行于主轴轴线（若没有主轴，则规定垂直于工规定平行于主轴轴线（若没有主轴，则规定垂直于工件装夹表面）的坐标为件装夹表面）的坐标为Z坐标；坐标；若有几根主轴，则若有几根主轴，则Z坐标为平行与垂直于工件装夹表坐标为平行与垂直于工件装夹表面的一根主轴；面的一根主轴；若主轴能摆动（在摆动范围内），若主轴能摆动（在摆动范围内），Z坐标就是只与标坐标就是只与标准坐标系的一个坐标平行的坐标或是能与标准坐标系准坐标系的一个坐标平行的坐标或是能与标准坐标系的多个坐标平行，但垂直于工件装夹表面的坐标；的多个坐标平行，但垂直于工件装夹表面的坐标；Z轴的轴

12、的正方向正方向是使刀具远离工件的方向；是使刀具远离工件的方向；在刀具旋转的机床上：在刀具旋转的机床上： 若若Z Z轴是水平的轴是水平的，则从主轴向工件看（从机床后面，则从主轴向工件看（从机床后面向前看），向前看），X X轴的正向指向右边；轴的正向指向右边； 若若Z Z轴是垂直的轴是垂直的，从主轴向立柱看（从机床正面，从主轴向立柱看（从机床正面看），对于看），对于单立柱机床单立柱机床，X X轴的正向指向右边；轴的正向指向右边； 对于对于双立柱机床双立柱机床，从主轴向左侧立柱看时，从主轴向左侧立柱看时，X X轴的轴的正向指向右边；正向指向右边； X坐标：坐标：在工件旋转的机床上，在工件旋转的机床上

13、，X X轴的运动方向是在工件的轴的运动方向是在工件的径向并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心径向并平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向为的方向为X X轴的正向；轴的正向； 确定确定XZXZ的坐标的正方向后，用右手直角坐标系确的坐标的正方向后，用右手直角坐标系确定定Y Y坐标的方向；坐标的方向；Y坐标：坐标：（4 4）机床原点的设置）机床原点的设置 机床原点机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。标系的原点。 它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点，在数控机

14、床的使用说明书上行加工运动的基准参考点，在数控机床的使用说明书上均有说明；均有说明；工件坐工件坐标系标系原点原点机床坐机床坐标系标系原点原点 （1 1）机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。位置点。 （2 2）机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上）机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。参考点对机床原点的坐标是一个已知数。 注意注意：通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合：通

15、常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的的而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。 机床参考点机床参考点 数控机床开机时，必须先回零，即确定机床原点，而确数控机床开机时，必须先回零，即确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。后，刀具（或工作台）移动才有基准。 为什么要返回参考点？为什么要返回参考点？ 在机床通电后，要在机床上

16、建立唯一的坐标系，而大在机床通电后，要在机床上建立唯一的坐标系，而大多数数控机床的位置反馈系统都使用增量式的旋转编码器多数数控机床的位置反馈系统都使用增量式的旋转编码器或者增量式的光栅尺作为反馈元件，因而机床在通电开机或者增量式的光栅尺作为反馈元件，因而机床在通电开机后，无法确定当前在机床坐标系中的真实位置，所以都必后，无法确定当前在机床坐标系中的真实位置，所以都必须首先返回参考点，从而确定机床的坐标系原点。须首先返回参考点，从而确定机床的坐标系原点。 定义：定义： 工件坐标系工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一点为原点（也称人员选择工件上

17、的某一点为原点（也称程序原点程序原点），），建立一个坐标系，称为建立一个坐标系，称为工件坐标系工件坐标系。 工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的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。工件坐标系所取代。2、工件坐标系、程序原点、工件坐标系、程序原点 1 1） 工件坐标系工件坐标系 （1 1）工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺）工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。等建立的坐标系。 （2 2）工件坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时）工件坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如图不必考虑工件毛坯在机床上的

18、实际装夹位置。如图4 4所示，所示，其中其中O O2 2即为编程坐标系原点。即为编程坐标系原点。 （3 3）编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选）编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。定的编程坐标系的原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如图相应的坐标轴方向一致，如图5 5所示为车削零件的编程原点。所示为车削零件的编程原点。 格式：格式：G54G54、G55G55、G56G56、G57G57

19、、G58G58或或G59G59（表示设定当前机床坐标位置为工（表示设定当前机床坐标位置为工件坐标系原点）件坐标系原点） 说明：说明：G54G54G59G59是系统预定的六个工件坐标系，可根据需要任意进行选用，是系统预定的六个工件坐标系，可根据需要任意进行选用，如图所示。如图所示。 选用工件坐标系时以简化编程为原则，复杂零件的编程可根据需要设定多个选用工件坐标系时以简化编程为原则，复杂零件的编程可根据需要设定多个工件坐标系，但这些坐标系中原点所对应的机床坐标值，必须要输入到相应的工件坐标系，但这些坐标系中原点所对应的机床坐标值，必须要输入到相应的参数中，坐标系之间没有影响。参数中，坐标系之间没有

20、影响。2 2）工件坐标系选择）工件坐标系选择G54G54G59G59六、数控铣床安全操作规程六、数控铣床安全操作规程 1 1、数控铣床属贵重精密仪器设备、数控铣床属贵重精密仪器设备, ,由专人负责管理和操作。使用时必须按规定填写由专人负责管理和操作。使用时必须按规定填写使用记录使用记录, ,必须严格遵守安全操作规程必须严格遵守安全操作规程, ,以保障人身和设备安全。以保障人身和设备安全。 2 2、开车前应检查各部位防护罩是否完好、开车前应检查各部位防护罩是否完好, ,各传动部位是否正常各传动部位是否正常, ,各润滑部位应加油各润滑部位应加油润滑。润滑。 3 3、刀具、刀具, ,夹具夹具, ,工

21、件必须装夹牢固工件必须装夹牢固. .床面上不得放置工具床面上不得放置工具, ,量具。量具。 4 4、开机后、开机后, ,在在CRTCRT上检查机床有无各种报警信息上检查机床有无各种报警信息, ,检查报警信息及时排除报警检查报警信息及时排除报警, ,检查检查机床外围设备是否正常机床外围设备是否正常. .检查机床换刀机械手及刀库位置是否正确。检查机床换刀机械手及刀库位置是否正确。 5 5、各项坐标回参考点、各项坐标回参考点, ,一般情况下一般情况下Z Z向坐标优先回零向坐标优先回零, ,使机床主轴上刀具远离加工工使机床主轴上刀具远离加工工件件, ,同时观察各坐标运行是否正常。同时观察各坐标运行是否

22、正常。 6 6、开车后应关好防护罩、开车后应关好防护罩, ,不准用手直接清除切屑不准用手直接清除切屑. .装卸工件装卸工件, ,测量工件必须停机操作。测量工件必须停机操作。 7 7、数控铣床运转时、数控铣床运转时, ,操作人员不得擅自离开岗位操作人员不得擅自离开岗位, ,必须离开的须停机。必须离开的须停机。 8 8、手动工作方式、手动工作方式, ,主要用于工件及夹具相对于机床各坐标主要用于工件及夹具相对于机床各坐标 的找正的找正, ,工件加工零点的工件加工零点的粗测量以及开机时回参考点粗测量以及开机时回参考点. .一般不用于工件加工。一般不用于工件加工。 9 9、数控铣床的运行速度较高、数控铣

23、床的运行速度较高, ,在执行操作指令和程序自动运行之前在执行操作指令和程序自动运行之前, ,预先判断操作预先判断操作指令和程序的正确性和运行结果指令和程序的正确性和运行结果, ,做到心中有数做到心中有数, ,然后再操作然后再操作, ,加工中心加工程序应经过加工中心加工程序应经过严格审验后方可上机操作严格审验后方可上机操作. .以尽量避免事故的发生以尽量避免事故的发生 1010、数控铣床运转时、数控铣床运转时, ,发现异响或异常发现异响或异常, ,应立即停机应立即停机, ,关闭电源关闭电源, ,及时检修及时检修, ,并作好相关并作好相关记录。记录。 1111、工作结束后、工作结束后, ,应关闭电

24、源应关闭电源, ,清除切屑清除切屑, ,擦拭机床擦拭机床, ,加油润滑加油润滑, ,清洁和整理现场。清洁和整理现场。1. 1.文件名文件名 文件名格式是由字母文件名格式是由字母O O后跟一位或多位（最多为七位）字母、数字或字母后跟一位或多位（最多为七位）字母、数字或字母与数字的组合，新建立的文件名不能与数控系统中已存在的文件名相同。法与数字的组合，新建立的文件名不能与数控系统中已存在的文件名相同。法兰克系统的文件名以字母兰克系统的文件名以字母O O开头，否则新建立的文件名在数控系统中开头，否则新建立的文件名在数控系统中“选择选择程序程序”界面的电子盘上无法显示，不能直接读取，而该程序仍然存在于

25、数控界面的电子盘上无法显示，不能直接读取，而该程序仍然存在于数控系统中。系统中。 2. 2.程序名程序名 文件名建立后即可编写程序，程序第一行须写程序名，程序名是由文件名建立后即可编写程序，程序第一行须写程序名，程序名是由%或字或字母母O O开头，后跟程序号（必须是数值）组成。子程序接在主程序结束指令后开头，后跟程序号（必须是数值）组成。子程序接在主程序结束指令后编写，程序名不能和主程序名或其它子程序名相同。编写，程序名不能和主程序名或其它子程序名相同。 3. 3.程序段程序段 一个零件的程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程序段号的顺序一个零件的程序是按程序段的输入顺序执行的，而不是按程

26、序段号的顺序执行的。书写程序时建议按升序书写程序段号，但也可不书写程序段号。程执行的。书写程序时建议按升序书写程序段号，但也可不书写程序段号。程序段的格式如下：序段的格式如下： N G X Y Z F S M T ; 程序段号程序段号 准备功能准备功能 坐标运动位置坐标运动位置 工艺性指令工艺性指令七、程序的格式七、程序的格式 1. 1. 准备功能准备功能（G G功能）功能） 准备功能指令由大写字母准备功能指令由大写字母G G后跟一位或两位数字组成，它用来规定刀具和工后跟一位或两位数字组成，它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床和工件坐标系、坐标平面、刀具补偿、固定循环指令件的相对运动轨迹、

27、机床和工件坐标系、坐标平面、刀具补偿、固定循环指令等多种加工操作。等多种加工操作。 2. 2. 辅助功能辅助功能 （MM功能）功能） 辅助功能由大写字母辅助功能由大写字母MM后跟一位或两位数字组成，主要用于控制零件程序的后跟一位或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向，以及机床各种辅助功能的开关动作。走向，以及机床各种辅助功能的开关动作。MM指令在同一程序段中不能同时出指令在同一程序段中不能同时出现两个或多个，否则执行后出现的现两个或多个，否则执行后出现的MM指令代码。指令代码。 3. 3. 进给功能进给功能（F F功能）功能） 进给功能由地址符进给功能由地址符F F后跟若干位数字组成，后跟若干位数字组成，F F指令表示刀具相对于工件的合成指令表示刀具相对于工件的合成进给速度（进给率）进给速度（进