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数控铣床与加工中心编程及加工项目二平面图形加工任务1直线图形加工【学习目标】技能目标：①会确定零件数控加工工艺方案；②能合理设定工件坐标系原点及各轴的方向；③能利用试切法正确完成一把铣刀的对刀，并能正确进行MDI验证；④会计算基点的坐标；⑤会确定适当的走刀路线，并能运用程序指令编制出正确的程序；⑥能严格按照数控铣削编程与操作步骤，完成给定的加工任务。【学习目标】知识目标：①懂得工件坐标系建立原则及其指令G54～G59指令的使用；②懂得参考点、对刀点的概念及工件坐标系与机床坐标系的关系，明确对刀的实质；③懂得一把刀的试切对刀法（步骤）及MDI验证方法；④懂得工艺文件的种类及编制方法；⑤懂得数控铣削编程步骤与加工操作步骤和工作内容；⑥懂得程序的结构与编程指令的含义。【任务描述】加工如图2-1-1所示的字符，字符的笔画宽度为4mm，下凹平底，深度均为1mm，未注圆角由刀具决定，所有加工面的粗糙度为Ra12.5μm。已知毛坯六个平面已经加工完成并合格，毛坯为长方体，尺寸为80×40×20mm，材料为硬铝。试在数控铣床上完成字符的加工。51515401580185199310.510.5图2-1-1字符FLY图样与三维效果图【知识准备】一、工件坐标系52二、参考点（机床原点、工件原点、刀位点）53三、对刀的基本知识54四、对刀实质与G54～G59、G5355五、试切对刀法的操作步骤56六、对刀正确性的MDI验证方法57七、数控程序编制的步骤和工作内容概述58一、工件坐标系1、工件坐标系又称编程坐标系，是编程人员为方便编写数控程序（如取数方便等）而人为建立的坐标系，一般建立在工件上或零件图纸上，如图2-1-2中坐标系X1Y1Z1。立式数控铣床坐标系与工件坐标系图2-1-2XY一、工件坐标系1、工件坐标系又称编程坐标系是编程人员为方便编写数控程序（如取数方便等）而人为建立的坐标系，一般建立在工件上或零件图纸上，如图2-1-2中坐标系X1Y1Z1。2.工件坐标系的建立原则（1）工件坐标系方向的选择工件坐标系必须也采用右手笛卡尔直角坐标系,唯有如此，它才能与数控机床坐标系保持一致（2）工件坐标系原点位置的选择工件坐标系的原点又称为工件零点或编程零点，从理论上讲，编程原点的位置可以任意设定，但为方便求解工件轮廓上基点坐标进行编程，一般按以下要求进行设置：一、工件坐标系2.工件坐标系的建立原则（1）工件坐标系方向的选择（2）工件坐标系原点位置的选择①工件零点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。这样可以消除基准不重合误差。②工件零点尽量选择在精度较高的工件表面上，以提高加工零件的加工精度。③对于对称标注的零件，工件零点应选择在对称中心上。这样取数、编程较为方便。④对于一般零件，工件零点可选择在工件外轮廓的某一角上。⑤Z坐标零点，一般设置在工件上表面（而非毛坯表面）。（2）工件坐标系原点位置的选择二、参考点（机床原点、工件原点、刀位点）1、参考点：是一个固定或任意选择的位置，它可能在机床上，也可能在刀具或工件上。分为两类：一些是固定参考点，是机床生产或调试过程中设定的沿两根或更多轴的精确位置，另一些参考点是程序员在编程中确定的，是可以移动的。表2-1-1编程的三个环节环节关系组成参考点参考点性质机床机床+控制系统（CNC单元）机床原点（G53）固定工件工件+图纸+材料工件坐标系原点（G54~G59）可移动工装夹具+切削刀具刀位点可移动二、参考点：（1）机床原点即机床零点或原点，通常称为机床原点、原点或机床参考位置，是机床坐标系（参见图1-2-6）的原点，是在数控机床上设置的一个固定点，一般位于每根轴的行程范围的正半轴的末端。它在机床装配、调试时就已设置好，一般情况下不允许用户进行更改。某些CNC机床上可能拥有一个以上的机床原点，这由它的设计决定。如许多拥有托盘交换装置的加工中心（多为卧式）都有第二（次要的，副的，非“第二个”））机床参考点。为了到达第一原点位置，可在程序中使用G28；为了到达第二原点位置，可在程序中使用G30。机床原点是CNC机床上可以通过控制面板、手动数据输入(MDI)或运行程序代码来重复到达的一个固定点。固定的机床原点意味着所有其他参考点将取决于这一位置。因此，机床坐标系是数控机床运行的唯一基准二、参考点：（1）机床原点图2-1-2XY二、参考点（2）工件参考点即程序原点或工件原点，是一个移动点从理论上讲，程序员可以在选定在任何地方，但由于实际机床操作中的限制，只能考虑最有利于加工的可能方案。加工精度、调试和操作的便利性与工作状况的安全性是三个决定如何选择工件参考点的因素。二、参考点（3）刀具参考点即刀位点。所谓刀位点，是指确定刀具位置的基准点，用于确定刀具在机床坐标系中的位置而选定的刀具上的特定点，也是编程轨迹所要控制的刀具上的特征点——指令点。车刀的刀位点为刀尖，而在铣削和相关操作中，刀具参考点通常都是刀具回转中心线和切削刃（边）最低位置的交点。如图2-1-4所示。立铣刀、键槽铣刀牛鼻刀面铣刀镗刀麻花钻球头铣刀锥度球头铣刀锥度平底铣刀RAB二、参考点（机床原点、工件原点、刀位点）所有三种参考组别相互关联，一个设置中的错误将会对另一个设置产生影响。参考点知识对理解寄存器指令、偏置和机床几何尺寸是非常重要的。表2-1-1编程的三个环节环节关系组成参考点参考点性质机床机床+控制系统（CNC单元）机床原点（G53）固定工件工件+图纸+材料工件坐标系原点（G54~G59）可移动工装夹具+切削刀具刀位点可移动三、对刀的基本知识1、对刀与对刀点对刀的准确程度将直接影响零件加工的精度，因此，对刀是数控加工中的重要操作。结合机床操作说明，掌握有关对刀方法和技巧，具有十分重要的意义。对刀点是工件在数控机床上定位夹紧后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系（原点）与机床坐标系空间位置关系的参考点。也可以说，对刀点是数控机床加工时刀具相对于工件运动的起点——运行程序进行加工之前必须先对好刀。三、对刀的基本知识2、对刀点的设置原则（1）总原则：操作简单，且对刀误差小。（2）可以设置在工件上，也可以设置在夹具上（参见项目七），但都必须在工件坐标系中有确定的位置；（3）为保证加工精度，应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。如孔的中心点或两条相互垂直的轮廓边的交点作为对刀点较为合适。（4）若零件上没有合适的部位，也可以加工出工艺孔用来对刀。三、对刀的基本知识——刀点的设置四、对刀实质与G54～G59、G531、对刀的实质就是用刀具或（与）工具（如塞尺和对刀棒、寻边器等）找出工件坐标系原点在机床坐标系中的位置（坐标值——称为偏置值，下同），并输入到G54或G55～G59中。2、工件坐标系G54～G59在数控铣床上，对于某一选定刀具，工件坐标系原点的偏置值有三个，应分别输入到工件坐标系（又称工作区偏置）G54～G59（G54为缺省选择）之一中，即存储于寄存器中，以便在程序中利用指令G54等调用。调用的含义即调用工件坐标系偏置值而建立工件坐标系。3、机床坐标系G53与G54～G59相对的指令是G53，其功能是选择机床坐标系，或者说取消工件坐标系选择。G54～G59是模态值，而G53是非模态值。4、对刀方法简介采用刀具对工件试切削而确定工件坐标系原点偏置值的对刀方法又称试切对刀法。五、试切对刀法的操作步骤用刀具试切工件进行对刀的方法称为试切对刀法，可以得到较为准确和可靠的结果。一般使用手轮方式，刀具靠近工件后选择手轮×10倍率进行试切。在进行对刀操作前需要明确的是工件坐标系原点设置在工件上表面左下角。操作步骤如下：六、对刀正确性的MDI验证方法下面分别对三个坐标轴验证。法那克系统手动输入操作步骤如下：1、Z轴验证：2、X轴验证3、Y轴验证还可以采用其他操作方法验证对刀的正确性七、数控程序编制的步骤和工作内容概述表2-1-2数控编程的具体步骤序号通用工作步骤数控编程的工作内容1资讯：明确任务，获取信息零件的工艺性分析2决策：做出决定制定数控加工工艺方案（即正确的走刀路线）3计划：制定计划编制工艺文件，如工艺过程卡片和刀具明细表，必要时绘制走刀路线图；并建立工件坐标系，进行数学处理，形成坐标卡片4实施：实施计划编写零件加工程序5检查：检查控制程序检验6评估：评定反馈首件试切（在数控机床加工工件），进一步优化并保存程序程序错误程序错误是导致CNC机床不能按计划工作或根本不能工作的程序数据。它分为两大类：语法错误和逻辑错误。（1）语法错误是程序中一个或几个位置错误或多余的字符，包括不符合控制系统编程格式的程序输入。系统会显示错误信息及代码，并中断程序运行，因此语法错误没有多大害处，极少导致工件报废。（2）逻辑错误则定义为导致机床背离程序员的目的运动的错误，一般它比语法错误严重得多——它不仅可能导致废品，而且可能损坏机床甚至伤到操作人员。如冷却液功能、程序停止、丢失负号或小数点、坐标数值计算错误、切削用量及换刀点等选择不当。首件试切标准调试操作步骤①安装刀具②安装夹具③安装工件④设置刀具偏置；⑤检查程序⑥重新安装工件⑦试切⑧调整安装⑨开始正式（批量）生产⑩保存程序【任务实施】1、资讯——工艺性分析图样标注完整，所有尺寸均为未注公差尺寸，且标注到字的笔画中心线，结构简单，在数控机床上加工很容易保证精度要求。2、决策——制定工艺方案只需要选用直径3mm的键槽铣刀（又称中心端铣刀）垂直下刀，刀具中心按字符笔画中心线运动即可完成各个字符的加工。3、计划————编制工艺文件【任务实施】4、实施——编写零件加工程序O2100(FLY);(程序名为加工零件名称或功用的简要注释，便于在CNC系统内识别程序)(φ4键槽铣刀，H01=0)(程序注释和说明放在括号“（）”内，其中内容数控系统不运行)N10G20G17G40G49G50G69G80;(机床工作状态设定)N20G90G54G00X20.0Y20.0M03S800.;(绝对坐标编程——程序的开始均采用G90模式，调用G54建立工件坐标系，在换刀位置水平面上快速定位到1点（X20Y20），移动的同时启动主轴正转，转速800r/min)N30Z100.0;(—Z向安全检查位置，建议Z50~Z100，用于目测检验偏置设置的正确性。最好改为G01Z100.F2000或G01G43Z100.H01F2000;以便于使用进给倍率按钮。G43H01见项目3)N40Z5.0;(安全平面，加工进给的开始点，一般设置在毛坯表面上方2~5mm)N50G01Z-1.F50;(下刀，开始加工字符“F”，首次使用G01设定进给速度50mm/min)N60X5.F70;(———————到达2点)【任务实施】N70G00Z5.0;(——————————转换为G00模式抬刀，节约时间)N80Y5.0;(————————————定位到3点)N90G01Z-1F50;(—————————下刀)N100Y35.0F70;(—————————加工到4点)N110X24.0;(——————————加工到5点，字符F加工完毕)N120G0Z5.0;(——————————抬刀)N130X33.0;(———————————定位到6点)N140G01Z-1.0F50;(————————下刀，开始加工字符L)N150Y5.0F70;(—————————加工到7点)N160X51.0;(—————————加工到8点，字符L加工完毕)N170G00Z5.0;(——————————抬刀)【任务实施】N180X64.5;(—————————定位到9点)N190G1Z-1.F50;(——————下刀，开始加工字符Y)N200Y20.0F70;(————————加工到10点)N210X54.0Y35.0;(———————加工到11点)N220G0Z5.0;(——