一（yī） 入門知識（shí）

本課題主要講述的內容：

1. 數控銑床安全操作規程

2. 數控銑（xǐ）削在工業生產中的地位及（jí）加工範圍

3. 編程基礎（chǔ）知識（shí）(一)：

① 機床的坐標軸及運動代號；

② 基（jī）本指令；

③ 加工（gōng）程序編製初步；

實訓目的：

1.了解掌握桂林（lín）數控銑床的安全操作及基本指令和基礎編程知識。

2. 了解掌握機（jī）床坐標（biāo）軸的（de）判別方式和動運代號，運動方向。

一、安全文明生產

(一) 文明生產

1. 嚴格遵守車間記律，準時上下班；

2. 操作結束（shù）要清掃機床和清（qīng）潔量具；

3. 下（xià）班前要清掃（sǎo）工場（chǎng）、清（qīng）點和清潔量具、清點和清潔刀具、清理整齊工件和毛坯；

4. 廢品（pǐn）工件加工、折斷（duàn）的刀具必須回收（shōu），不得（dé）丟棄（qì）和藏冪；

5. 嚴禁不文明行（háng）為。

(二) 安全（quán）生產

1. 嚴禁在工場追逐、打鬧、快速奔跑；

2. 嚴禁著拖鞋、高跟鞋，嚴禁著不符合工作服要求的（de）服裝（zhuāng）（如寬大的、衣領或套袖上有裝飾帶的），頭發長（zhǎng）的同學必須戴帽子，頭發必須盤（pán）在帽子內；

3. 操（cāo）作機床嚴格按照老（lǎo）師（shī）規定的步驟執行；

4. 一台機床隻能單人操作！同組其他同學在旁邊隻能觀察操（cāo）作過程、口頭指出錯（cuò）誤，嚴禁（jìn）動手！唯一的例外是：發生緊急情況時，可代（dài）操作者（zhě）拍按"急（jí）停"按鈕！

5. 發生事故要及（jí）時停機，並馬上報（bào）告老師處理；嚴禁私（sī）自處理！嚴（yán）禁隱瞞不報！

6. 對刀時要及時調（diào）整"進給倍率"旋鈕（按鍵）：刀具（jù）遠離工件時（大於50mm），可用較大倍率；靠近工件時（shí）（50～10mm），必須用較小（xiǎo）倍率（10％～20％）；準備切到工件時（1～10mm），必須選用1～2％倍率檔！

7. 加工工件過程：檢（jiǎn）查平口鉗裝（zhuāng）夾是否牢（láo）靠→正確裝夾工件→對刀、設置坐標偏置→登錄程序→檢（jiǎn）查程序→提高坐標偏置（zhì）（如G54）中的Z坐標偏置（zhì）100mm（即 +Z 方向）→正確設置刀（dāo）具補償→選擇（zé）"空運行"、"單段"之後，自動運（yùn）行程序；觀察走刀軌跡是否正確。若正確，則取消"空運（yùn）行"、恢複坐標偏置、保留"單段"→開始（shǐ）加工；

8. 切削（xuē）前必（bì）須確認已經取消（xiāo）"空運（yùn）行"、調整"進給倍率"旋鈕（按鍵）到較低檔、坐標偏置正確、"單段"已經選用。切入工件（jiàn）後可取消"單（dān）段"、調整"進給倍（bèi）率"到100％或（huò）適當倍率；

9. 加工過（guò）程必（bì）須值（zhí）守在（zài）機床操作位；

10. 嚴格遵守學校頒布的《數控銑床安全操作規程》。

二、數控銑削（xuē）簡（jiǎn）介（jiè）

(一) NC技術

NC(Numerical Control)技術就是：用數值和符號構成的數字信息自動控製機床的（de）運轉。與傳統機床依靠操作者操縱手柄進行加工相比，數控機床是依靠（kào）NC係統發出（chū）的控製信息以脈衝的方式來控製機床各軸的運動進行零件的（de）輪廓形狀加工的。因此，進行準確控（kòng）製加工複雜的二維、三維（wéi）零件在數控機床上利用（yòng）2軸、3軸乃至4軸、5軸（zhóu）聯動，能夠輕而易舉的實現，在傳統機床上是很難操作的，並且對（duì）操作者的經（jīng）驗技術要求較高。傳（chuán）統機械加工要求操作者始終專注於機床的運動、及時作出合（hé）適的手柄操縱；數控機械加工首（shǒu）件驗證合格後，加工過程幾乎不再需要（yào）幹預，解脫操作者的束縛，可用於準備其他的生產準備工作（zuò），節約人力資源，提（tí）高生產效益。數控加工（gōng）技術得到迅速（sù）普及、迅速提高的。目（mù）前（qián），在役（yì）的數（shù）控機床（chuáng）一般為CNC(Computer Numerical Control)數控機床。

數控加工技術從產生至（zhì）今，已經在機械加工領域廣泛應用：如數控車床、數控鏜銑床、數控磨床、數控衝床、數控切割（gē）機、數控電火花（線切割）機（jī）、數控激光加工機床等等，數控車（chē）削、數控（kòng）鏜銑削、數控（kòng）電火花線切割是目前數控加工的主力。數控機床是（shì）柔性生（shēng）產（chǎn）線、無人值守車間的（de）基本（běn）構成單位。

(二) 數控銑床主要（yào）功（gōng）能

不（bú）同檔次的數（shù）控銑床的功能有較大的差別，但都應具備以下主要功能：

1. 直線插補：數控銑削加工的最基本功能（néng）之一。

2. 圓弧插補：數控銑削加工的最基本功能之一。

3. 固定循環：固定循環是指係統（tǒng）開發者所開發（fā）的、係統本身的有機組成、參數化（huà）的應用於（yú）簡（jiǎn）化編程的加工子程序，並以固定指令格式應用，主要用於實（shí）現一些具（jù）有典型性的需（xū）要多次重複（fù）的加工動作，如各（gè）種（zhǒng）孔、螺紋、溝槽等的加工。使用固定（dìng）循環可（kě）以有效地簡化程序（xù）的編製（zhì）。

4. 刀具補償（cháng）：一般包括（kuò）刀具半徑補償、刀具（jù）長度補償、刀具位置補（bǔ）償功能等。

刀具（jù）半徑補償——平麵輪廓加（jiā）工

刀具（jù）長度補償——設置刀具長度

5. 鏡向、旋轉、縮放、平（píng）移：

通過機床數控係統對加（jiā）工（gōng）程序進（jìn）行鏡向、旋轉、縮放、平移處理，簡化程序編製。

6. 自動加、減速控製：

機床在刀具改（gǎi）變運動方向時自動（dòng）調整進給速度，保持良好的加工狀態，避免造成刀具變（biàn）形、工件表麵受（shòu）損、加工過程（chéng）速度不穩等情形（xíng）。

7. 數據輸入輸出（chū）及 DNC 功能：

數控銑床（chuáng）一般通過 RS232C 接口進行數（shù）據的輸入及輸出，包括加工程序和機床參數（shù）等。當執行的加工程序超過存儲空間時，就應當采用 DNC 加（jiā）工（gōng），即外部計（jì）算機直接控製數控銑床進行加（jiā）工。

8. 子程序功能（néng）：

對於需（xū）要多次重複（fù）的加工動作或加工區域，可以將其編成子程序，在主程（chéng）序需要的時候調用它（tā），並且可以實現子（zǐ）程序的多級嵌套，以簡化程序的編寫。

9. 自診斷功能：

自診斷是數控係統在運轉中的自我診斷，它是數控係統的一（yī）項重要功能，對數控機床的維修、程序的調試等具有重要的作用。

10. 用戶宏功能：

在程序中使用（yòng）變量，通過對變（biàn）量（liàng）進行賦值及處理的方（fāng）法達到程序功能，這種（zhǒng）有變量的程序稱為宏程序。利用（yòng）宏程序編（biān）程，可進一步提高、擴展數控（kòng）銑床的使（shǐ）用性能。

(三) 數控銑床主要加工（gōng）內容

數控（kòng）銑床目前主要（yào）應用於模（mó）具行業、小批零件加工、產品試（shì）製，減少甚至不用專用的工具、夾具、量具以及專用刀具，主要加工內容：

1. 平麵類零件：

型麵為平（píng）麵或（huò）可展成平麵的零件稱為平麵類零件，這一類零件的加工特點是：一般用兩（liǎng）坐標聯動就可以加工，其數控銑削相對（duì）比較簡單。

2. 曲麵類零件：

型麵為空間的、不能展成（chéng）平麵的零件稱（chēng）為曲麵類零件，其加工特點是：任（rèn）何方式的加工，銑刀與（yǔ）零件表麵始終是點接觸。

3. 變斜角類零件：

型（xíng）麵不能展（zhǎn）成平（píng）麵、但又存（cún）在有直素線的零件稱為（wéi）變斜（xié）角類（lèi）零件（jiàn），其加工特點（diǎn）是：周銑時，零件的被加工表麵與銑刀柱（zhù）麵接觸處可以是一條直線。

4. 孔及螺紋：

采用定尺寸刀具進（jìn）行鑽、擴（kuò）、鉸、鏜及攻絲等，一（yī）般數控銑都有鏜、鑽、鉸功能。

三、編（biān）程基礎知（zhī）識（一）

(一（yī）) 基本指令介紹

1. 機床的（de）坐標軸及（jí）運動代號

圖1-1 右手直角（jiǎo）笛卡爾坐標係圖 圖1-2 編（biān）程平麵與坐標軸

數控機（jī）床坐標軸命（mìng）名遵循ISO標準：立（lì）式數控銑床的主軸運動方向定義為（wéi）Z軸,刀具離開（kāi）工件的方向為+Z向，麵向機床，以右手直角笛卡兒坐標（biāo）係判定X、Y坐標軸：大拇指代表X軸（zhóu），食指代表Y軸，中（zhōng）指（zhǐ）代表Z軸，各手指的指向代表對應軸運動的"+"向如圖1-1所示；繞X軸的旋轉為A，繞Y軸的旋轉為B，繞Z軸的旋轉為C，以右手螺旋法則判定（dìng）運動的"+、-"向。坐標指令書（shū）寫格式：X___ Y___ Z___ A___ B___ C___ 各坐標（地址）後的"___"表示（shì）對應軸的運動（dòng）方向和目標（biāo）。

2. 基（jī）本指（zhǐ）令（lìng）：

(1) 編程平麵指令：

坐（zuò）標平麵規定如圖（tú）1-2示，分述如下：

G17——之後的程序都是以XY平麵為切削平麵，本指令為模態指令。

G18——之後的程序都是以XZ平麵為切削平麵，本指令（lìng）為模態指令。

G19——之（zhī）後的程序都是以YZ平麵（miàn）為切（qiē）削平麵，本指令（lìng）為模態指令。

數控係統一般默認在XY平麵編程，所以在程序中可以不用指（zhǐ）定G17。

(2) 坐標（biāo）係指令：

① 可設定偏置G54、G55、G56、G57（、G58、G59）：

指定程序自動執行加工零件時，編（biān）程坐標係原點（diǎn）在機械坐標係中的位置：工件編程原點（diǎn）偏離機（jī）床原點的方（fāng）向和距離。都為模態指令。任意（yì）一個坐（zuò）標係指令作用和（hé）效果（guǒ）都是相同的，編程時（shí）設置編（biān）程原點不必（bì）考慮工件在機床中的的裝夾位置。加工時，通過對刀方式找到工件裝夾（jiá）在（zài）機械坐標係中（zhōng）的位置，然後把這一位置設定於相應的寄存器，設定完成。

以上坐標係指令的坐標原點在斷電、重新上電後不變。

② 可編程偏置G92：

指定程序自動執行加工零件時，編程坐標係原點在加工（gōng）中的位置：刀具當前點（執行G92程序段（duàn）時，刀具所處的位（wèi）置）偏離工（gōng）件（jiàn）編程原點的方向和距離，為模態指令。

該坐標係指令在斷（duàn）電、重新上上電後消失；程序必須在（zài）G92程序段起點處結束，否則程序將不能循環（huán）加工。

圖1-3 G92設定加（jiā）工原點

在圖1-3中明確表達了，G92時通過（guò）刀具當前位置（執（zhí）行G92程序段時（shí）的為（wéi）置）、G92X___Y___Z___ 所指定的數值和方向來確定加工坐標係的坐標原點的。

(3) 數值（zhí）類型指令：

① 絕對和相對：

絕對坐標方式G90：坐標值是刀（dāo）具運動終點相對（duì）於編（biān）程坐標係原點的距離和方向，為（wéi）模態指令。

相對坐標方（fāng）式（shì）G91：坐標值（zhí）是刀具（jù）運動終點相對於刀具運動起點的距離和方（fāng）向，為模態指令。

采用G91、G90編程都可以，一般由圖樣的標注方式確定，這樣可以減少尺寸鏈的換算，方便坐標的計算。

絕對和相（xiàng）對編程方式（shì）編程舉例：如圖1-4示

圖（tú）1-4 G90、G91編程舉例

② 公製和英製：

FANUC：公（gōng）製G21、英製G20，為模（mó）態指（zhǐ）令。

國（guó）產機床一般默認為公製，所以編程時一般可以不在程序中指定G71、G21。

(4) 進給指令

F___ ：指令進給速度的大小（xiǎo）。有兩種方式：每分鍾進給量G94、主軸每轉（zhuǎn）進給量G95。這兩個都為模態（tài）指（zhǐ）令，其中F及其指令的數值在重新指令後才（cái）改變。

(5) 主軸轉速指令：

S___ ：指令主軸轉速（sù）的大小，一般（bān）是不能帶（dài）小數點（diǎn）的（de）。與M04（反轉）、M03（正轉）結合（hé）使用，M05為主軸停止轉動。這四個都為模態指令，其中S及其指令的數（shù）值在重新（xīn）指令後才改變。

(6) 快速（sù）定（dìng）位指令：

G00 X___ Y___ Z___ ：以係統內定（dìng）的（de）移動速度，刀具快速移（yí）動到"X___ Y___ Z___"點。如（rú）圖1-5示，G00有兩（liǎng）種刀具路徑：第一，先順著（zhe）正方體的空間對角線三軸聯（lián）合移動（dòng），接著以正方（fāng）形的對角線雙軸聯合移動，最後單軸移動；第二，從起（qǐ）點到終點的空間直線三軸聯合移動。采用哪（nǎ）一種路徑，在（zài）係統參數中設定，加（jiā）工的（de）NC程序是不能控製的。為模態指令。

為了確保安全、避免浪費過多的時間在考慮G00路徑與工件（或（huò）毛坯）、夾具的（de）安（ān）全關係，禁止編（biān）程時采用三軸聯動進行快速定位！

圖1-5 G00的走刀路徑

(7) 基本（běn）切削指令：

① 直線插補（bǔ）指令：

G01 X___ Y___ Z___ F___ ："X___ Y___ Z___"為走刀的終點坐標；刀具順著（zhe）起點到終點的（空間、二維（wéi）、單軸）直線進行切削；必須指令或已經指令了"F___" ；為模態指令。

② 圓弧插補指（zhǐ）令：

順（shùn）圓弧（hú）G02、逆圓弧G03：判定方法是（shì），順著（zhe）垂（chuí）直於圓弧平麵（miàn）的軸，從"+"方向往（wǎng）"-"方向觀察，如果刀（dāo）具順時針（zhēn）方向切削，采（cǎi）用G02；如果刀具逆時針方（fāng）向切削，采用G03，如圖1-6所（suǒ）示。編（biān）程格式如下：

圖1-6 順、逆圓弧（hú）的判斷（duàn）

半徑編程：FANUC—— G02（G03）X___ Y___ Z___ R___

被加工圓弧的圓心角≤180°時，半徑R___賦值為無符號數；360°＞圓心角＞180°時，半徑R___賦值（zhí）為帶"-"號的數，這是為了避免如圖（tú）1-7所是的歧義；圓心角（jiǎo）=360°時，不能用半徑編程因為已知圓上的一點和圓的半徑，可以有無數個圓（yuán）。

圖1-7 半徑編程的歧義

圓心編程：G02（G03）X___ Y___ Z___ I___ J___ K___

"X___ Y___ Z___" 為走（zǒu）刀的終點坐標，"I___ J___ K___"為起點指向圓心的向量，具（jù）體如下：

I=圓心X坐（zuò）標-圓弧起點X坐標（biāo）

J=圓心Y坐標-圓弧（hú）起點Y坐標

Z=圓心Z坐標-圓弧起點Z坐標

采用圓心編程，從幾何意義上，圓弧總是唯一的，因此可（kě）以編（biān）製任何弧度的圓弧。

③ 倒圓、倒角指令：

在兩（liǎng）個相鄰的輪廓圖（tú）素（直線或圓弧）之間（jiān）插入直線或圓弧過渡。

倒圓指令：G01 X___Y___，R___

FANUC係統R___ ，寫入圓角大小。

倒角指令：G01 X___Y___，C___

FANUC係統C___ ，寫（xiě）入輪廓圖素交點至過渡直線的端點之（zhī）間的長度，如圖1-8示，寫入A5—B3（B3—A6）、A7—B4（B4—A8）的長度。

圖1-8 圓角、直線的過渡

說明：

a．倒圓得到的圓（yuán）弧與"兩個相鄰的輪廓圖素"都相切，如圖（tú）1-8示，A1和A2、A3和A4必須是切點，才可用倒圓指令（lìng）；

b．倒角得到的線段垂直於"兩個相鄰的輪廓圖素"夾角的角度平分線；

c．隻（zhī）能（néng）在（zài）當前編程平麵（miàn）中執行（háng）倒圓、倒角功能；

d．如（rú）果其中一（yī）個輪廓圖素長度不（bú）夠（gòu），則在倒圓、倒角是會自動縮減編程值；

(8) 程序代號和程序段代號：

程序代號：FANUC —— O×××× 字母"O"後接1～4位（wèi）阿拉伯數字。

(9) 刀具半徑補償指令：

G40、G41、G42：刀具半徑補（bǔ）償的取消（xiāo）、左補償、右補償。

① 指令格式：

G41 D____

G42 D____

② 判斷方法：順著刀具運動方向觀察，刀具向右偏，使用G42；刀具向左（zuǒ）偏，使用G41,如圖1-9。

圖1-9 G41、G42的選用

③ 建（jiàn）立半（bàn）徑補償條件： 程序段中（zhōng）指令了G41、G42時，該段必（bì）須具備如下條件

a. 指令（lìng）了在補償平麵的G00、G01的移動。

b. 在補償平麵的移動量大於最（zuì）大的刀具半徑補償值。

c. 指令了或預先指令了D____（D00除外）。

d. 該程序段必（bì）須是"非零件輪廓的圖素（輔助刀具（jù）路徑）"。

④ 半徑（jìng）補償建立（lì）後：

a. FANUC係統不能（néng）有連（lián）續兩個非補償平麵（miàn）運動的程序（xù）段。例如（rú）：M05、M01、M00、G09、G04等非運動程序段，G17平麵編程時的Z方向運動、G18平麵（miàn）編（biān）程時的Y方向運動、G19平麵編（biān）程時的X方向運動。

b. 同一直線不宜分成兩個（gè）程序段。

c. 每一個輪廓圖素（sù）的路徑長（程序段的路徑）應該大於當時的刀具半徑補償（cháng）值。

d. 凹圓弧的（de）半徑必須大於（最大的）刀具半徑補償（cháng）值（zhí）。

e. 一般來說，程序不宜有分支。

⑤ 說明：

a. 建立（lì）和撤銷刀具半徑補償必須在非工件廓型上（shàng）進行。

b. D____僅（jǐn）僅代表補償值所在的（de）寄存器地址（代號（hào）），補償值由寄存器中的數值確定。一般來說，該數值等於：刀具補償值=刀具半徑 + 預留餘量（liàng）。

c. G41、G40及G42、G40一般應該成對使用。

(10) 程（chéng）序結束指令（lìng）：

M30、M02都是程序結束（shù）指令，M30程序結束後有複位動作，M02則沒有。

(二) 加工程序編（biān）製初步

1. 識圖：了解圖樣的技術（shù）要求、技術條件，如（rú）尺寸、偏差、形位公（gōng）差、材料及其切削性（xìng）能等。

2. 製定工藝：根據圖樣特點，製訂加工工序，如機（jī）床類型、夾具、量具、刀具，及加工部（bù）位的先後順序（程序路徑和方向）。

3. 選定坐標係：遵循基準（zhǔn）統一原則，優先選擇設計（jì）基準為（wéi）編程原點；其次考慮基準重（chóng）合原則，可采用（yòng）裝配基準、裝夾（jiá）定位基準為編程原點。一般情況，可選擇圖形已知點、圖形中（zhōng）心（xīn）、模具中心，配合增量編程、坐（zuò）標變（biàn）換，既便於對刀（dāo）、又便於編程（chéng）、更利於保（bǎo）證加工質量。

4. 對圖樣進行處（chù）理：首先（xiān）是補充進、退刀引線、刀具（jù）補償線及安全下刀點；其次是對工件輪廓（kuò）圖形進行必要的補充，對圖形作補充一般隻有開放輪（lún）廓或半開放輪廓才（cái）需要，在今後的相應課題中會有講述。下麵講述進退刀引線。一般的，手工編程的進退刀引線、刀具補償（cháng）線（xiàn）有（yǒu）如（rú）下形式（shì）：

(1) 圓弧進刀法

圓弧（如圖1-10）：K ＞ 最大刀具半（bàn）徑補償值

R ＞ 最大刀具半徑補償值+毛坯（pī）餘量（從使用G00的安全考慮）

圓弧進（jìn）刀法在切入工件輪廓點B刀具可以平滑過（guò）渡，在B點不會留下且刀痕。建議加工程序優先考慮這一進刀方法。

圖1-10 圓弧過渡

(2) 法（fǎ）線進刀（dāo）法

法線進退刀（如圖1-11）：K＞最（zuì）大刀具半徑（jìng）補償值（同（tóng）時要保證：K＞毛坯餘量+安全量+刀具半徑）

圖1-11法線過渡

法線進刀（dāo）法在切入工件輪廓點B刀具不（bú）能平滑過渡，在B點會留下且刀痕，如果精加工餘量（liàng）足夠小（相對於工藝係統剛性而言），則切痕不會很明顯。法線（xiàn）進刀法在（zài）進刀時有刀具半徑補償，退刀必須是（shì）發線，而且必須撤銷刀具補償。法（fǎ）線進（jìn）刀比較簡單，編程時可適當考慮這一進刀方法。

(3) 直線延伸進刀法（切向進刀）

直線延伸進刀法（如圖1-12）：K ＞ 最大刀具半（bàn）徑補償值

M ＞ 毛坯餘量+安全量

直線延伸進刀法在工件（jiàn）輪廓不（bú）再有切入、切出點，但一般情況（kuàng）隻有加工外輪廓、而且有（yǒu）直角過渡時才方便應用。在（zài）延伸線上不能建立（lì）刀具補償，否則（zé）可能（néng）會（huì）得（dé）不到欲求之補償路徑。

圖1-12 直線過渡

5. 對圖（tú）樣進行數學處理：目前我們主要工作是計算基點（節點（diǎn））坐標

6. 經過以上步驟，可以進行程序單的編（biān）寫了。

(三) 編程練習

確定下圖的進退刀引線、刀補線（安全下刀點），編寫程序單。

1. 練習件一（如圖1-13）：

圖1-13 練習件一

刀具：Φ16立銑刀（dāo）

工藝：粗加工留餘1mm（S250，F30）→半徑（jìng）加工留餘0.2~0.3mm（F60）→精加工到（dào）尺寸（S300，F120）

2. 練習件二（如圖1-14）：

圖1-14 練習件二

刀具：Φ12立銑（xǐ）刀（dāo）

工藝：粗加（jiā）工留餘1mm（S300，F30）→半精加工留餘（yú）0.2~0.3mm（F60）→精加工到尺寸（S350，F120）

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