数控铣床实训

数控铣床编程与操作教师：万金贵数控铣床实训理论概述（工艺与编程）数控编程基础数控铣削加工工艺数控铣床编程一、数控编程基础（一）数控编程的内容与步骤分析零件图样，确定加工工艺过程；数值计算；编写零件加工程序单；输入/传送程序；程序校验；首件试切。一、数控编程基础（二）数控编程的方法1、手工编程适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件2、自动编程适用于曲线轮廓、三维曲面等复杂型面的编程

程序的结构与格式（FANUC系统）1、程序结构示例：若干程序段O0016；N10G54G00X85Y-25；N20Z-15S800M03M08；N30G01X85F100；N40G03Y50I25；N50G01X-75；N60Y-60；N70G00Z15M05M09；N80M30；程序号（三）数控编程的程序格式2、程序段格式段号N****功能代码

G**F**S**M**坐标字

X**Y**Z**结束符

;程序段的格式：N_

G_

X_Y_Z_

F_

S_

M_

功能地址码意义准备功能

G机床动作方式指令坐标指令X，Y，Z

R

I，J，K坐标轴移动指令

圆弧半径

圆弧中心坐标进给功能

主轴功能F

S进给速度指令

主轴转速指令辅助功能M接通、断开、启动、停止指令立式数控铣床的机床坐标系

机床坐标系机床零点

机床零点是指机床坐标系的原点。机床回零操作

回零的目的是建立正确的机床坐标系。YZXO右手直角笛卡尔坐标系一、数控编程基础（四）数控机床的坐标系统工件坐标系

工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一固定点作原点（也称工件原点）所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件坐标系的各坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴平行。

工件坐标系和工件零点YZXOYZXOYZXO设置工件坐标系数控铣床上加工零件的过程：YZXOYpZpXpOp准备程序安装刀具与工件设置工件坐标系[设置刀补数值]自动加工对刀设置工件坐标系准备程序安装刀具与工件设置工件坐标系[设置刀补数值]自动加工数控铣床上加工零件的主要过程：对刀YZXO设置工件坐标系

X-560.000G54Y-465.000Z-368.000YpZpXpOp绝对值编程G90与相对值编程G91格式：G90XYZ G91XYZG90为绝对值编程，每个轴的编程值是相对于编程原点的。G91为相对值编程，每个轴上的编程值是相对于前一位置而言的，该值等于沿轴移动的距离。一、数控编程基础（四）绝对坐标和相对坐标编程G90、G91为模态功能，G90为缺省值图中给出了刀具由原点按顺序向1、2、3点移动时两种不同指令的区别。

G90G01X0Y0X20.Y15.X40.Y45.X60.Y25.G91G01X0Y0X20.Y15.X20.Y30.X20.Y-20.二、数控铣削加工工艺（一）数控铣削的主要加工对象

数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需2~5 坐标连动的各种平面轮廓和立体轮廓。根据数控铣床的特点，从铣削加工角度来考虑，适合数控铣削的主要加工对象有以下几类：1、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。平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需要三坐标数控机床的两坐标联动（即两轴半坐标联动）即可进行加工，目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。平面类零件示意图２、变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件。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机床摆角加工，没有上述机床时，也可采用三坐标数控铣床，进行两轴半坐标近似加工。３、曲面类零件加工面为直纹曲面或空间曲面的零件。加工空间曲面时，加工面与铣刀始终为点接触。加工立体曲面类零件一般采用三坐标数控铣床，有时根据加工需要的不同，采用四坐标或五坐标数控铣床进行加工。直纹曲面类零件示意图行切加工法示意图三坐标联动加工示意图５、箱体类零件随着数控铣床在机械加工中应用愈来愈广泛，它不仅广泛的应用于模具加工制造领域，还较多的应用于中小批量的零件加工。４、孔类零件二、数控铣削加工工艺（二）数控铣削加工方式１、周铣法（１）顺铣（２）逆铣２、端铣法工艺问题大致可分为以下几方面内容：１、零件图的工艺性分析；２、装夹方案的确定；３、进给路线的确定；４、刀具的选择；５、切削用量的选择；（三）数控铣削工艺问题１、零件图的工艺性分析零件图进行工艺性分析其主要内容包括以下几个方面：（1）数控铣削加工内容的选择（2）零件结构工艺性分析（3）零件毛坯的工艺性分析（4）加工方案分析２、装夹方案的确定（１）定位基准的选择选择定位基准时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工表面都加工出来。定位基准尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。（２）夹具的选择

数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控铣床上工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件影响进给和切削加工。常用的通用夹具平口钳三爪卡盘３、进给路线的确定数控铣削加工中进给路线对零件加工精度和表面质量有直接的影响，进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有关。下面针对铣削方式和常见的几种轮廓形状来讨论进给路线的确定问题：切削量由多到少切削量由少到多（1）顺铣和逆铣的选择顺铣工件的进给方向逆铣工件的进给方向当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应按照顺铣安排进给路线，所加工的零件表面质量好，刀齿磨损小。当工件表面有硬皮，或机床进给机构有间隙时，应采用逆铣。在数控机床上铣削铝合金时适宜采用顺铣（2）铣削外轮廓的进给路线铣削平面零件外轮廓（凸台）时，一般是采用立铣刀侧刃切削。刀具切入零件时，应避免沿零件外轮廓的法向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕，而应沿切削起始点延伸线或切线方向逐渐切入，保证零件曲线的平滑过渡。同样，在切离工件时也应避免在切削终点处直接抬刀，要沿切削终点延伸线或切线方向逐渐切离工件。即“切向切入，切向切出”。（3）铣削内轮廓的进给路线铣削封闭的内轮廓（凹槽）表面时，同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿轮廓曲线的法向切入和切出。此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓，或者使刀具在切出之前沿已加工轮廓重复切削一段。即“切向切入，切向切出或重复切削一段”。顺铣（对应G41左刀补）的加工路线：外（凸）轮廓加工是顺时针走刀(加工路线)内（凹）轮廓加工是逆时针走刀建刀补进刀撤刀补退刀ABＤB'ＥABCDABＣＣＤ４、刀具的选择数控铣床常用的铣刀种类：（1）面铣刀（2）立铣刀（3）模具铣刀（4）键槽铣刀（5）鼓形铣刀（6）成形铣刀（1）面铣刀面铣刀的圆周表面和端面都有切削刃，主要用于加工零件表面。（2）立铣刀立铣刀的圆柱表面和端面都有切削刃，一般粗齿立铣刀齿数Z=3~4，细齿立铣刀齿数Z=5~8，用于加工零件轮廓侧面及与侧面相垂直的底平面。（3）模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，分圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀，适用于模具加工。（４）键槽铣刀键槽铣刀有两个刀齿，圆柱表面和端面都有切削刃，端面刃沿至中心，加工时可沿轴向进给。（5）鼓形铣刀鼓形铣刀的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。（6）成形铣刀成形铣刀一般是为特定的工件或加工内容专门设计制造的。5、切削用量的选择切削用量包括：（1）切削速度（2）进给速度（3）背吃刀量（4）侧吃刀量（1）切削速度铣削速度vc：铣削速度即为铣刀最大直径处的线速度vc=лdn/1000(m/min)铣削的切削速度与背吃刀量、侧吃刀量、每齿进给量以及铣刀齿数成反比，与铣刀直径成正比（2）进给速度进给速度vf进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移vf=fzzn(mm/min)fz每齿进给量；z齿数；n转数；进给速度的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高、表面粗糙度要求越高，则进给速度越小反之则越大。

（3）背吃刀量：背吃刀量为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。

（4）侧吃刀量：侧吃刀量为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。铣削切削用量示意图切削用量的选择应根据零件的材料、毛坯情况选择。零件表面的加工按照粗加工——半精加工——精加工——光整加工的顺序依次进行，目的是逐步提高加工表面的精度和减小表面粗糙度。一般情况下，粗加工时切削速度应小些，进给速度、背吃刀量、侧吃刀量可以大些精加工时则反之。三、数控铣床编程凯恩帝系统的编程方法与FANUC系统的编程方法相同（一）基本常用指令１、G指令：准备功能指令（1）G00快速点定位XYZ（2）G01直线插补XYZF（3）G02顺圆插补XYIJK（或R）F（4）G03逆圆插补XYIJK（或R）F（5）G17、G18、G19选择加工平面

G17——XY

G18——ZX

G19——YZ

（6）G40XY刀具半径补偿撤消（7）G41XYD左偏刀具半径补偿（8）G42XYD右偏刀具半径补偿（9）G54~G59选择工件加工坐标系（10）G90绝对方式编程（11）G91增量方式编程２、M指令：辅助功能（1）M00程序停（2）M01程序选择停止（3）M03主轴正转（4）M05主轴停（5）M08切削液开（4）M09切削液停（5）M30完成程序段指令后返回“程序开始”（6）M98调用子程序（7）M99子程序结束X、Y——圆弧终点坐标I、J——对应于X、Y的圆心相对坐标，是圆弧起点到圆心的X、Y轴方向的增量，有正负号。当加工圆弧大于180度时R为负值；当加工整圆时必须用I、J表示！

圆弧插补指令（G02、G03）格式：G02G03X__Y__R_I_J_圆弧插补G02*、G03*为什么当加工圆弧大于180度时R为负值？两点不能唯一确定一条圆弧轨迹AB202040350G02XBYBR-20.G02XBYBR20.G03XBYBR-20.G03XBYBR20.当加工整圆时必须用I-J-K-表示G02I9.G03J9.凸凹G41—刀具左补偿G42—刀具右补偿G40—刀具补偿取消刀具半径补偿指令（G41、G42、G40）刀补是什么?为什么要有刀补?刀补如何实施?刀具半径补偿的两种应用及区别？（G41、G42）刀具半径补偿应用要注意的原则？（二）刀具半径补偿（简称刀补或刀偏）铣凸台示意图刀心轨迹凸台轮廓图纸要求Φ8平底键槽铣刀建刀补撤刀补ABＤB'ＥＣ刀补进行XYO建刀补指令:

G41D01G01XBYB

F_撤刀补指令:G40

G01XEYE

F_在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合，如图所示。如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，而加工出的零件尺寸比图纸要求小了一圈（外轮廓加工时）或大了一圈（内轮廓加工时），为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个刀具半径。

1、刀具半径补偿的目的如果数控系统不具备刀具半径补偿自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具中心运动轨迹，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨、或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿自动补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。

2、刀具半径补偿的方法铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿（用G41定义）和刀具半径右补偿（用G42定义）。当不需要进行刀具半径补偿时，则用G40取消刀具半径补偿。编程时，使用D代码（D01~D99）选择刀补表中对应的半径补偿值。

二维刀具半径补偿仅在指定的二维进给平面内进行，进给平面由G17、G18、G19指定，刀具半径则通过调用相应的刀具半径补偿寄存器号码（用D指定）来取得。3、刀具半径补偿指令的格式

G41——左偏刀具半径补偿，是指沿着刀具运动方向向前看(假设工件不动)，刀具位于工件切削轮廓左侧的刀具半径补偿。这时相当于顺铣。

G42——右偏刀具半径补偿，是指沿着刀具运动方向向前看(假设工件不动)，刀具位于工件切削轮廓右侧的刀具半径补偿。此时为逆铣。

G40：刀具半径补偿取消，使用该指令后，使G41，G42指令无效。

G17：XOY平面内指定。

X、Y：为G00/G01的参数，即建立与撤消刀具半径补偿直线段的终点坐标值。

D：为G41/G42的参数，即刀补号码（刀具半径补偿寄存器的地址字），在对应刀补号码的寄存器中存有刀具半径补偿值。G41、G42都是模态代码，可以在程序中保持连续有效。

4、刀具半径补偿的过程（1）刀补建立。刀补的建立是指刀具从起点接近工件时，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。该过程的实现必须有G00或G01功能才有效。（2）刀补进行。在G41或G42程序段后，程序进入补偿模式，此时刀具中心与编程轨迹始终相距一个偏置量，直到刀补取消。（3）刀补取消。刀具离开工件时，刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程称为刀补取消。刀补的取消用G00或G01来执行。

在数控铣床上使用刀具半径补偿时，必须特别注意其执行过程的原则，否则往往容易引起加工失误甚至报警，使系统停止运行或刀具半径补偿失效等。

（1）过切现象。在刀具补偿模式下，如果存在有连续二段以上没有移动指令或存在非补偿平面内的移动指令段，则有可能产生过切现象。比如：只有G、M、S、F、T代码的程序段；G04程序段；G17平面内的Z轴移动指令等。5、刀具半径补偿注意事项

为了防止在半径补偿建立与取消过程中刀具产生过切现象（如图中的OM），刀具半径补偿建立与取消程序段的起始位置与终点位置最好与补偿方向在同一侧（图中的OA）（2）切向切入、切向退出。

在铣削内、外轮廓时，由于铣刀在切入点停留的时间较长（过渡时间较长），会在该点产生明显的刀痕。为避免刀痕的产生，铣削凸台时，可使用与切入点处轮廓相切的切入、切出直线。对于凹形轮廓通常使用切入圆弧和切出圆弧，切入、切出圆弧的半径需小于工件的圆弧半径，并使之接近工件的圆弧半径。

当进行轮廓铣削时，应避免法向切入工件轮廓和法向从工件轮廓退刀，应设计、使用切入、切出的辅助轮廓段。

（3）刀补建立与撤消轨迹的要求。

刀补建立程序段轨迹与刀补进行状态开始的前进方向密切有关。另外，由于刀具补偿的矢量是与补偿开始的第一程序段开始的方向垂直，所以刀补的建立与撤消不能取法向，即α≠90º，应从切向建立与撤消刀具补偿，才能更好地满足加工的要求。

还要引起注意的是，α≮90º，否则要引起刀补失败。这是由于刀具补偿的建立（或撤消）方向与补偿开始后的前进方向相反，致使系统无法判别刀具补偿的左、右，产生报警。

总之，α要满足的条件为：90º<α≤180º。另外，刀具补偿建立与撤消轨迹的长度距离必须大于刀具半径补偿值，否则系统会产生报警。

（4）刀补建立与撤消移动指令

刀补模式的建立与取消程序段只能在Ｇ00或Ｇ01移动指令模式下才有效。为保证刀补建立与取消时刀具与工件的安全，通常采用G01运动方式来建立或取消刀补。如果采用G00运动方式来建立或取消刀补，则应采取先建立刀补再下刀和先退刀再取消刀补的编程加工方法。（5）刀补方向的改变

从左向右或从右向左切换补偿方向时，通常要经过取消补偿方式。1、在选择好加工的行走路线后，在某一侧面上找一点P；2、在此点作切线延长线，并在延长线上找一点P1；3、根据刀偏补偿要求找一点P0，并满足：

1）沿刀具在P1点的进给方向看，P0偏离P1的方向与刀偏方向一致（偏左或右）；

2）90°＜∠P0P1P＜180°；

3）P0、P1之间的距离大于刀偏值；4、外轮廓退刀时应沿刀具轨迹的切线延长线上退出，内轮廓封闭曲线应重叠一段；5、最好不要在工件的加工面上直接抬刀。注：以上几点在大多数情况下适用，但遇到较为特殊的情况时，应具体问题具体分析。总结根据加工进给路线及建立刀具半径补偿的要求，总结以下几点：建刀补进刀退刀如果内轮廓与刀具相比尺寸太小例如：R8内轮廓刀具半径R4建刀补进刀退刀撤刀补撤刀补

（1）刀具因磨损、重磨、换新刀而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具半径。6、刀具半径补偿的应用

（2）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗、精加工。如图所示，刀具半径r，精加工余量m。粗加工时，输入刀具直径D=2（r+m),则加工出细点划线轮廓；精加工时，用同一程序，同一刀具，但输入刀具直径D=2r，则加工出实线轮廓。

（3）采用同一程序段加工同一公称直径的凹、凸型面。如图所示，对于同一公称直径的凹、凸型面，内外轮廓编写成同一程序，在加工外轮廓时，将偏置值设为+D，刀具中心将沿轮廓的外侧切削；当加工内轮廓时，将偏置值设为-D，这时刀具中心将沿轮廓的内侧切削。刀补编程举例例0.加工如图所示零件凸台的外轮廓，采用刀具半径补偿指令进行编程。使用左补偿。O0822N10G54N20G90N30G40N40M03S1000N50G00Z30.N60X0Y0N70Z3.N80G01Z-3.F50N90G41X20.Y10.F100D01N100Y62.N110G02X44.Y86.R24.N120G01X96.N130G03X120.Y62.R24.N140G01Y40.N150X100.Y14.N160X15.N170G40X0Y0N180G00Z30.N190M05N200M30（三）编程的一般步骤

1．分析零件图纸和制定工艺过程及工艺路线

2．数值处理3．编写加工程序4．程序输入

5．程序检验

编程举例例1.工件毛坯尺寸为60x60mm铝合金方料，所用刀具为Ø8mm键槽铣刀，加工图形如下：例题分析1、该零件所需数控铣削加工部分为凸的方形，其外形轮廓加工尺寸为50×50mm及深度的尺寸为3mm2、根据顺、逆铣的加工特点，选择顺铣，因此刀具进给应为顺时针方向。3、选择工件左下角为切入点，根据进给路线要求做延伸线并找寻一点B（-25，-26）4、根据刀偏建立要求找寻一点A（-30，-31）

点A即为加工起始点。5、C（-30，-25）点为加工结束点程序——O0001N10G54N20G90N30G40N40M03S1000N50G00Z20.N60X0Y0N70X-30.Y-31.N80Z3.N90G01Z-3.F100N100G41X-25.Y-26.D01N110Y25.N120X25.N130Y-25.N140X-30.N150G00Z20.N160G40X100.Y50.N170M05N180M30例2.如图所示,加工一正六边形凸台,高3mm,所用刀具为直径8mm的键槽铣刀。坐标系怎样设定？刀补如何建立与撤消？O0001；N010

G90

G54

G00

X0

Y-53.97S1500

M03；(绝对坐标编程，建立工件座标系，快速定位，并指令主轴以1500r/min正转。）N020

Z50.；（刀具快速定位之工件上方５０ｍｍ。）N030

Z2.；

（快速接近工件表面２ｍｍ。）N040

G01

Z-3.

F30；

（切削工件至3ｍｍ。）

N050

G41

G01

X15.

D01

F150；进行刀具半径左补偿N060

G03

X0

Y-38.971

R15.；圆弧方式切入工件N070

G01

X-22.5；（进行六边形加工。）N080

X-45.

Y0；N090

X-22.5

Y38.971；N100

X22.5；N110

X45.

Y0；N120

X22.5

Y-38.971；N130

X0；N140

G03

X-15.

Y-53.971

R15.；（圆弧方式切离工件。）N150

G40

G01

X0；（取消刀具半径补偿。）N160

G00

Z50.；

（刀具快速太高至工件表面上方５０ｍｍ。）N170

M05；（主轴停转。）N180

M30；（程序结束。）（四）子程序在一个加工程序中，若其中某些加工内容完全相同或相似，为了简化程序，可以把这些重复的程序段单独列出，并按一定的格式编写成子程序。主程序在执行过程中如果需要某一子程序，则可通过调用指令来调用该子程序，子程序执行完后又返回到主程序，继续执行后面的程序段。（四）子程序１、子程序的应用（１）在零件上若干处具有相同的轮廓形状的情况下，只需编写一个加工该轮廓的子程序，然后用主程序多次调用该子程序即可完成对工件的加工。（２）加工中反复出现具有相同轨迹的走刀路线，如果相同轨迹的走刀路线出现在某个加工区域或在这个加工区域的各个层面上，则采用子程序编写加工程序比较方便，在程序中常用增量值确定切入深度，实现零件的分层切削。（３）在加工较复杂的零件时，往往包含许多独立的程序，有时工序之间需要作适当的调整，为了优化加工程序，可把每一个独立的工序编成一个子程序，这样可形成模块式的程序结构，便于对加工顺序进行调整，主程序中只有换刀和调用子程序