多轴加工编程与操作 任务1 平面直线轮廓的零件的铣削

多轴加工编程与操作21世纪技能创新型人才培养系列教材·机械设计制造系列PART01任务1平面直线轮廓的零件的铣削PART02任务2平面带圆弧轮廓的零件的铣削PART03任务3平面内外基本轮廓的零件的铣削目录CONTENTSPART04任务4具有平移旋转特征的零件的铣削PART05任务5具有孔类特征的零件的铣削PART06任务6具有型腔特征的零件的铣削PART07任务7具有不规则凸台及型腔特征的零件的铣削PART08任务8具有公式曲线特征的零件的铣削PART09任务9六面体零件的铣削PART10任务10具有倾斜形状特征的零件的铣削PART01任务1平面直线轮廓的零件的铣削任务1平面直线轮廓的零件的铣削根据图1-1所示的图纸，分析尺寸精度及技术要求，制定零件加工工艺方案，编制加工程序，模拟仿真，最终在数控铣床上完成加工。【任务描述】任务1平面直线轮廓的零件的铣削知识目标能正确设定编程坐标系。掌握海德汉iTNC530编程的程序格式。能正确运用直线插补运动指令编写加工程序。能正确建立文件夹及新文件，并正确输入程序。【任务目标】任务1平面直线轮廓的零件的铣削DMU160P机床的基础操作。机床的坐标轴与坐标系。海德汉iTNC530的功能指令

编程的基本操作。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削机床的基础操作机床简介如图1-2所示，德马吉五轴加工中心DMU160PduoBlock是同系列中体积和加工区域最大的5轴加工中心，机床X轴行程为1600mm，Y轴行程1600mm，Z轴行程1000mm，工作台承重4000kg，工作台直径1600mm，是精度最高、效率最快的五轴机床之一。该机床主要用于设备制造、刀具生产、模具制造、航空航天等领域，以及大切屑量情况下的单件生产、小批量生产等。机床装载高性能电主轴，分为功率28kW、转速12000r/min和功率44kW和转速10000r/min两种；齿轮驱动主轴的扭矩为1100Nm，快移速度为60m/min；直驱工作台转速为400r/min；装载超紧凑453位轮式刀库，占地少，换刀时间短，最多5.6s。这些创新特点使其在万能高速加工领域具有广阔的应用空间，通达性和操作舒适性不断提升。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削2.数控系统机床配置HEIDENHAIN（海德汉）iTNC530系统。该系统是面向车间应用的轮廓加工数控系统，操作人员可以在机床上采用简易的对话格式编程语言编写常规加工程序，适用于铣床、钻床、镗床和加工中心。iTNC530最多可控制12个轴。3.机床开关机（1）开机。1）将电气控制柜上的电源开关转到I位置，如图1-3所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削2）测量系统已供给电压，数控系统启动，内存自检，TNC开机并自动初始化，如图1-4所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削3）TNC显示出错信息“电源中断”，如图1-5所示，点击操作面板上的

按钮两次，清除出错信息，解释PLC程序。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削4）外部直流电源故障检查。开启外部直流电源，TNC将检查急停按钮电路是否正常工作。释放急停按钮

，按下电气电源按钮

，系统正常启动。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（2）关机。1）程序结束后，将主轴上的刀具转置刀库中，确保主轴上没有刀具。2）在显示屏右下角点击

数次，当左下角出现

图标时，点击其对应的软键，选择关机功能，如图1-6所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削3）在弹出的对话框中点击屏幕上对应的“是”功能软键，再次确认，如图1-7所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削4）等待TNC将所有的数据写入硬盘，如图1-8所示。当显示“现在可以关闭TNC系统了”信息时，即可切断TNC的电源。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削5）将电源开关搬至O位置

，关闭机床电源。注：不正确关闭TNC系统将导致数据丢失。二、手动操作与手轮操作1.手动操作在【手动操作模式】下，可以通过手动或增量运动来定位机床轴，以设置工件原点和倾斜加工面。（1）选择【手动操作模式】（2）按住机床轴方向键直到轴移动到需要的位置为止，或者连续移动轴（按住轴方向键，再按住机床循环启动按钮）；若要停止移动，可按下进给停止按钮。机床方向键如图1-9所示。在机床轴移动时，可以通过【F】软键

或进给倍率调节旋钮改变倍率。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削2.手轮操作手轮按键功能如图1-10所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削3.单轴移动操作步骤（1）选择【电子手轮操作模式】（2）按住手轮上的【激活】按钮（3）选择轴，如X轴（4）调整进给速率

与

（5）转动手轮，左转为【+】

，右转为

【-】

。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削三、机床的坐标轴与坐标系1.坐标系的建立原则（1）假定刀具相对于静止的工件而运动的原则。由于机床的结构不同，因此有的是刀具运动，零件固定；有的是刀具固定，零件运动。为了编程方便，一律规定为零件固定。（2）标准坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系原则。（3）刀具远离工件的方向规定为坐标轴的正方向。2.机床坐标轴的规定机床坐标系的各个坐标轴与机床导轨平行。描述刀具运动时，需要借助定位系统，以确定刀具运动的准确位置。现代数控系统采用的标准定位系统为右手笛卡尔直角坐标系。该坐标系必须符合右手定则：伸出右手，张开大拇指、食指和中指，并使三个手指相互垂直，则大拇指代表Ｘ轴，食指代表Ｙ轴，中指代表Ｚ轴；三个手指的指向代表线性轴的正方向，如图1-11（a）所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削Z轴：数控机床的Z轴为平行机床的主轴方向，刀具远离工件的方向为Z轴正向；对于立式加工中心，机床主运动为刀具回转，钻入工件方向为Z轴的负方向，退出工件方向为Z轴的正方向。X轴：X轴一般是水平的，平行于工件装夹面。对于立式加工中心，从主轴向立柱方向看，右侧为X轴正向。Y轴：根据已经确定的X轴和Z轴，按右手直角笛卡尔坐标法则确定Y轴的正方向。A、B、C为旋转轴，按右手螺旋法则确定，大拇指指向X、Y、Z轴正方向，其余四指弯曲，指向对应旋转轴A、B、C的正方向，如图1-11（b）所示；U、V、W为平行线性轴，分别平行于X、Y、Z轴，如图1-11（c）所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削五轴机床坐标系如图1-12所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削3.机床零点和机床坐标系机床坐标系是根据坐标系建立原则以机床零点为原点而建立的坐标系，机床零点是机床厂商在机床上设置的一个物理位置，是每台机床在出厂前预先设置好的、唯一的、固定的参考点。其作用是使机床与控制系统同步，建立机床运动坐标的起始点。数控铣床原点一般设置在各坐标轴的正向极限位置。工件坐标系是编程人员为了编程方便而使用的坐标系。工件坐标系原点一般设在零件工艺基准或设计基准上，工件坐标系的坐标轴与机床坐标系的坐标轴方向一致。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削四、海德汉iTNC530的程序格式（1）海德汉iTNC530五轴加工数控程序由程序头、程序内容和程序结束指令三部分组成。BEGINPGM×××MM（程序开始，“×××”为程序名）BLKFORM0.1X＿＿Y＿＿Z＿＿（定义毛坯最小点坐标）BLKFORM0.2X＿＿Y＿＿Z＿＿（定义毛坯最大点坐标）TOOLCALLL＿＿S＿＿（调用刀具，设定转速）LZ+100R0FMAXM3（刀具至第二安全高度，设定主轴正转）LX＿＿Y＿＿F＿＿（沿轮廓编程）LZ+100R0FMAXM30（沿Ｚ轴退刀，程序结束）ENDPGM×××MM（程序结束说明）FMAX：仅在本程序段有效，为非模态指令。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（2）iTNC530数控程序按升序为程序段编号。程序以“BEGINPGM”为开端，包含程序名和当前尺寸单位；程序内容包含工件毛坯定义、刀具定义、刀具调用、进给速率和主轴转速定义，以及路径轮廓、循环等功能；程序结束指令包含ENDPGM字段，以及程序名和当前尺寸单位。（3）程序的每一行称为程序段，基本程序段格式示例及含义如下：NLX+10Y+30R0F100M31）N：程序段号，程序段的编号，用正整数表示。2）L：轨迹功能，并启动程序段编写（Ｌ表示线性轨迹，Ｃ表示圆弧）。3）X、Y：终点坐标。4）R：刀具半径补偿（RL表示刀具半径左补偿，RR表示刀具半径右补偿，R0表示无刀具半径补偿）。5）F：进给速率，铣削常用单位为mm/min。6）M：辅助功能【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削五、iTNC530直线插补功能指令1.概述直线运动是指采用路径功能按顺序对各轮廓元素编写程序，依次创建零件加工程序。这种编程方法通常需按工件图样要求输入各轮廓元素终点的坐标，iTNC530将根据刀具数据和半径补偿通过坐标计算刀具的实际路径。进给速率F是指刀具中心的运动速率（mm/min）。每个机床轴的最大进给速率可以各不相同，进给速率可以通过机床参数来设置。要编程实现快速移动需输入“FMAX”命令，当iTNC530数控系统屏幕显示“FEEDRATEF=?”（进给速率F=?）时，按【ENT】或【FMAX】软键。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削输入数值确定的进给速率持续有效，直到执行定义了不同进给速率的程序段为止。FMAX命令仅在所编程序段内有效，执行完含有FMAX命令的程序段后，进给速率将恢复到以数值形式定义的最后一个进给速率。程序运行期间，可以用进给倍率调节旋钮调整进给速率。程序示例：LX+100Y+100F3000进给速率为3000mm/minLX+300FMAX进给速率为机床的快速移动速率LY+100进给速率默认上一程序段的值【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削2.单一插补运动程序段仅有一个坐标，iTNC530数控系统将沿平行于编程机床轴的方向移动刀具。根据机床结构的不同，零件程序可以定义移动刀具或者移动固定工件的机床工作台。程序示例：LX+120F500其中，“L”表示直线路径功能，“X+120”表示终点坐标。刀具保持Y轴和Z轴坐标不动，沿X轴移至X=120位置处，如图1-13所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削3.二维插补运动程序段有两个坐标，iTNC530数控系统将在编程平面内移动刀具。程序示例：LX+100Y+70F1000刀具保持Z轴坐标不动，在XY平面内移至X=100，Y=70位置处，如图1-14所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削4.三维插补运动程序段有三个坐标，iTNC530数控系统在空间中将刀具移至编程位置，如图1-15所示。程序示例：LX+120Y+0Z-12F1000【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削5.多轴同时运动iTNC530数控系统可同时控制五轴联动。例如，可同时运动三个线性轴和两个旋转轴，如图1-16所示。这种程序十分复杂，很难在机床上进行编程，一般由CAM系统创建。程序示例：LX+30Y+50Z+2A+15B+60C+45R0F1000其中，A+15表示绕X轴旋转+15°，B+60表示绕Y轴旋转+60°，C+45表示绕Z轴旋转+45°【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削六、SmartKey的使用1.授权钥匙TAG授权钥匙TAG如图1-17所示，可用作授权的钥匙和数据存储。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削2.运行方式选择键的含义【Ⅰ】在加工间关闭的状态下运行的安全运行模式，可进行绝大多数操作，为系统默认状态。【Ⅱ】在加工间开启的状态下运行的调整运行模式，系统限制主轴转速最高800r/min，进给速率最大2m/min。【Ⅲ】在加工间开启的状态下运行，与调整运行模式相同，系统限制主轴转速最高5000r/min，进给速率最大5m/min。【Ⅳ】扩展的手工干预模式，可获得更大权限，需要特殊授权。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削七、辅助功能指令（M功能指令）iTNC530数控系统的辅助功能主要用于控制程序运行和机床功能，如主轴的启、停，冷却液的开、关以及刀具的轮廓加工。注意：（1）有的M功能指令在定位程序段开始处生效，有的则在结束处生效。（2）在定位程序段结束处最多可以输入两个M功能指令。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削八、编程基本操作为了便于编辑和管理程序/文件，首先介绍操作面板的操作指令区域。操作面板由显示器与键盘组成，显示器部分共分为11个区域，如图1-18所示为显示面板区域，显示面板区域功能介绍见表1-2。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削【知识学习】序号区域功能1左侧标题行显示当前选中的机床运行方式（手动操作、MDI、电子手轮、单段运行、自动运行、smarT.NC等）2右侧标题行显示当前选中的程序运行方式（程序保存/编辑、程序测试等）3授权运行状态显示当前机床的运行方式及SmartKey状态4主轴监控显示机床当前的监控状态（主轴温度、震动、倍率等）5垂直功能键显示机床功能6位置显示显示当前位置的实际或名义坐标值，可通过MOD-模式键设置

7显示零点来自预设值表正在启用的基准点编号8工艺显示显示刀具名、刀具轴、转速、进给速率、旋转方向和冷却润滑剂的信息9状态表格表格概况位置显示可达5个轴，包括刀具信息，正在启用的M功能，正在启用的坐标变换，正在启用的子程序，正在启用的程序循环，用PGMCALL调用的程序，当前的加工时间，正在启用的主程序名10监控显示显示轴的功率和温度11水平功能键显示编程功能表1-2显示面板区域功能介绍任务1平面直线轮廓的零件的铣削控制面板分为18个区域，如图1-19所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削在TNC系统中创建新目录的步骤如下：（1）按【程序编辑】按钮

，进入“程序编辑”界面，如图1-21所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（2）按【程序管理】按钮

，进入“文件管理”界面，如图1-22所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（3）按方向键，把文件名上的高亮条移到左侧目录窗口的驱动器【TNC】上，点击【新目录】软键，如图1-23所示。（4）在弹出的“新目录”对话框中输入新的目录名称（最多16字节），如图1-24所示，选择【是】或按【ENT】键确认，目录创建完成。

【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（5）创建新文件。在当前目录下，高亮条在“新目录”上，按右方向键把高亮条移到右侧的文件窗口。点击【新文件】软键，在弹出的“新文件”对话框中输入文件名，如“TEST.H”（最多25字节，不能有“\”“/”“？”“＜”“＞”等符号，文件的扩展名必须为“Ｈ”），选择【是】或按【ENT】键确认，如图1-25所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（6）自动生成如下内容：０BEGINPGMTESTMM

１BLKFORM0.1Z１ENDPGMTESTMM光标自动停在Ｚ处，并在信息提示区“程序编辑”下弹出对话信息“主轴？”，如图1-26所示。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（7）定义工件毛坯。在如图1-27所示的程序编辑界面中，如主轴（刀轴）为Z轴，按【ENT】键确认；系统自动弹出“X”，并显示提示信息“定义工件毛坯：最小点？”，需要输入工件毛坯最小点X值“0”，生成“X+0”；接着弹出“Y”，输入Y值，确认；最后输入Z值，确认。系统弹出下一行“2BLKFORM0.2X”，同时，提示信息变为“定义工件毛坯：最大点？”，如图1-28所示。输入工件毛坯最大点的X、Y、Z坐标，确认后即完成毛坯定义，其中0.1表示输入工件毛坯最小点坐标，0.2表示输入工件毛坯最大点坐标。【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（8）定义的毛坯为长方形，各边分别与X轴、Y轴和Z轴平行，通过毛坯上的两个极限值点的坐标来定义，最小点在毛坯的左前下方，最大点在毛坯的右后上方。（9）坐标值以工件坐标系为基准。最小点只能用X、Y和Z的绝对坐标表示，最大点可用绝对坐标或增量坐标表示，增量坐标为相对于最小点的值。采用图1-29所示的工件坐标系时，定义毛坯的程序段如下：最小点（MIN）：BLKFORM0.1ZX+0Y+0Z-25（只能用绝对坐标）最大点（MAX）：BLKFORM0.2X+60Y+60Z+0（绝对坐标）最大点（MAX）：BLKFORM0.2IX+60IY+60IZ+25（增量坐标）最大点（MAX）：BLKFORM0.2IX+60IY+60Z+0（混合坐标）【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（10）采用图1-30所示的工件坐标系时，定义毛坯的程序段为：最小点（MIN）：BLKFORM0.1ZX-30Y-30Z-25（只能用绝对坐标）最大点（MAX）：BLKFORM0.2X+30Y+30Z+0（绝对坐标）最大点（MAX）：BLKFORM0.2IX+60IY+60IZ+25（增量坐标）最大点（MAX）：BLKFORM0.2

IX+60IY+60Z+0（混合坐标）【知识学习】任务1平面直线轮廓的零件的铣削一、图纸分析看懂工件图样，了解图样上各加工部位的尺寸标注和精度要求等。二、检测毛坯确定工件的加工余量：毛坯为60mm×60mm×25mm的六面体，六个面均为精加工表面，材料为铝合金。三、工件装夹根据工件的形状特点，采用平口虎钳装夹工件。选毛坯的侧面和底面为精基准，工件的编程坐标系设定在工件上表面的对称中心，如图1-31所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削四、刀具的选择轮廓加工常用的刀具为立铣刀，立铣刀根据刀柄形式可分为直柄和锥柄两种；根据材料可分为高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀等，如图1-32所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，通常由2～4个刀齿组成，刀齿和主切削刃均匀分布。圆柱表面的主切削刃呈螺旋线形，螺旋角的范围为30°～45°，这样有利于确保切削过程的平稳性，提高加工精度。端部的副切削刃分布在底端面上，用来加工与侧面垂直的底平面。根据工件的材料及形状特点，本任务选取整体高速钢两刃直柄直角立铣刀，直径Φ16mm，长度60mm。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削五、刀具的建立刀具表用于定义程序段中刀具的编号、长度和半径，还可用于为刀具设置不同的补偿量。1.建立刀具（1）选择【手动操作模式】（2）选择【刀具表】，如图1-33所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（3）将【编辑】软键设置在【开】位置，如图1-34所示；光标选中1号刀，然后填充对应的刀具信息。Name为刀具名称、PTVP为刀具直径类型、L为刀具长度、R为刀具半径。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（3）将【编辑】软键设置在【开】位置，如图1-34所示；光标选中1号刀，然后填充对应的刀具信息。Name为刀具名称、PTVP为刀具直径类型、L为刀具长度、R为刀具半径。注：将软键切换到【编辑】→【关】或退出刀具表之前，修改不生效。如果修改当前刀具的数据，则在该刀的下一个TOOLCALL后生效。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削2.装刀刀位表用于设定新刀具在刀库中的位置以及查看刀库中存储的刀具的位置。（1）在手动状态下，将光标移至要存储的刀具号上，点击【刀库管理】软键，如图1-35所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（2）点击【刀具存储】→【刀具位置手动】，选择2号刀库，机床刀库会提示并自动将2号转至换刀位置，如图1-36至图1-39所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（2）点击【刀具存储】→【刀具位置手动】，选择2号刀库，机床刀库会提示并自动将2号转至换刀位置，如图1-36至图1-39所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削（3）按下刀库开门键，踩下松刀开关，将装好刀具的刀柄装在刀库中并关好刀库安全门，按【确认】按钮，如图1-40所示。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削六、建立工件坐标系与对刀工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件坐标系是数控铣床加工前必不可少的一步。对刀是数控加工过程中的主要操作，在一定条件下，对刀精度可决定零件的加工精度，对刀效率会直接影响数控加工效率。仅仅掌握对刀方法是不够的，还要了解数控系统的各种对刀方式，以及在加工程序中调用这些方式的方法；此外，要熟悉各种对刀方式的优缺点和使用条件等。本任务采用试切对刀法设定工件坐标系。【任务实施】任务1平面直线轮廓的零件的铣削1.X、Y方向的试切对刀步骤（1）选择【手动数据输入（MDI）定位】

，输入D16R0立铣刀TOOLCALL1ZS2000;，调用1号刀具并将B、C轴回零LB+0