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第4章数控铣床编程与操作4.1数控铣床编程概述•数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，在数控加工中占据了重要地位。数控铣床的加工工艺范围广、工艺复杂、涉及的技术问题多。目前发展迅速的加工中心、柔性制造系统等都是在数控铣床的基础上产生、发展起来的。数控铣床主要用于加工平面和曲面轮廓的零件，还可以加工复杂型面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等，同时也可以对零件进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工。4.1.1数控铣床的类型•1．数控铣床结构组成•2．数控铣床的分类1.数控铣床结构组成•1）主轴伺服驱动系统•2）进给伺服驱动系统•3）数控装置•4）机床本体•5）辅助装置2．数控铣床的分类•1）按机床主轴布置形式分类•(1)立式数控铣床•(2)卧式数控铣床•(3)立卧两用数控铣床•(4)龙门式数控铣床•2）按数控系统功能分类•(1)经济型数控铣床•(2)全功能型数控铣床•(3)高速铣削数控铣床4.1.2数控铣床的主要加工对象•1.平面类零件•加工面平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。•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称为变斜角类零件。•3.立体曲面类零件•加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。4.1.3数控铣床编程与加工特点•1．数控铣床编程特点•2．数控铣床加工特点1．数控铣床编程特点•（1）数控铣削加工对象多为具有圆弧甚至非圆曲线轮廓及有曲面的零件，必须根据加工部位特点和曲面的类型特点确定刀具类型以及设计进给路线。•（2）在设置工件坐标系时要正确选择程序原点。在确定程序原点的位置时，不仅要便于对刀测量，而且要便于编程计算，必要时采用多程序原点编程。•（3）用立铣刀侧刃对零件内外轮廓表面加工时，为减少编程计算工作量及控制零件加工符合尺寸公差要求，常使用刀具半径补偿功能。•（4）轮廓加工时，应处理好刀具沿工件轮廓的切向切入和切向切出以及顺铣还是逆铣加工等问题；槽铣削加工时为便于下刀通常使用键槽刀并安排斜线下刀或螺旋线下刀。•（5）为避免刀具在下刀时与工件或夹具发生干涉或碰撞，应处理好安全高度和进给高度的Z轴位置。•（6）数控系统为简化编程，一般都提供固定循环功能，只不过不同的数控系统具有的固定循环种类、功能不同。如FANUC系统只有孔加工固定定循环，而SIMENS系统却有非常丰富的CYCLE循环，不但有孔加工固定定循环还有挖槽加工、平面加工、轮廓加工等各种固定循环。此外还有子程序及宏程序编程功能，几何图形的傹像、旋转、比例缩放编程功能，在编程时应充分利用，以提高编程效率。2．数控铣床加工特点•（1）对零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。•（2）能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。•（3）以加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件，如在卧式数控铣床上可方便地对箱体类零件进行钻孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削端面、挖槽等多道工序的加工。•（4）加工精度高、加工质量稳定可靠。•（5）生产效率高。一般可省去划线、中间检验等工作，可省去复杂的工装、减少对零件的安装、调整等工作。•（6）从切削原理讲，无论是端铣还是周铣都属于断续切削方式，因此对刀具的要求较高，如良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状态下，还要求有良好的红硬性。4.2数控铣床编程常用指令4.2.1数控铣床的坐标系与参考点•1．数控铣床坐标系•2．工件坐标系的建立•3．数控机床参考点1．数控铣床坐标系•机床坐标系是数控机床安装调试时便设定好的一固定坐标系。数控机床安装调试时，制造厂家在机床上设置了一个固定点，以这一点为坐标系原点而建立的坐标系为机床坐标系，该点称为机床原点。•编程坐标系是编程人员在对图纸上零件编程计算时建立的坐标系，程序中坐标数据就是基于该坐标系中的坐标值。在编程坐标系中不考虑与机床坐标系之间关系，也不考虑刀具动还是工件动，一律按刀具动编程。编程坐标系原点叫编程原点，由编程人员根据工件的形状、尺寸和定位基准等来选定。•工件坐标系又叫加工坐标系、工作坐标系，是在工件加工过程中用来描述刀具的刀位点相对工件运动轨迹的一个坐标系。工件坐标系原点叫工件原点。因为对刀后，工件原点就是编程原点，所以工件原点的选择方法与编程原点相同。2．工件坐标系的建立指令•工件坐标系是当数控系统执行G92指令建立起来的坐标系或用G54～G59预置的坐标系。•1）用G92指令建立工件坐标系格式G92X_Y_Z_；•其中：X、Y、Z为当前刀具刀位点在工件坐标系中的坐标值。注意事项使用G92指令建立工件坐标系注意事项：•X、Y、Z值用绝对坐标值指定，有几个直线移动轴就对应设置几个坐标轴坐标值。•程序段单独一行，放在程序移动指令之前，一般放在首段。•用该指令建立工件坐标系，刀具以此点为程序起始点，加工之前，必须将刀具通过对刀移至这一点，工件加工完毕，刀具必须返回这一点。否则加工第二个工件就会出现尺寸错误。•用G92设定的工件坐标系，当执行该指令，就会在系统内部建立工件坐标系，刀具并不产生移动，机床断电工件坐标系就丢失。2）用G54～G59预置工件坐标系•格式（以G54为例）：G54•此方式设定的工件坐标系与机床坐标系有关联，它将工件坐标系原点在机床坐标系中的绝对坐标值在调用前通过MDI方式预先输入到数控系统相应的工件坐标系中，通过运行此指令来建立工件坐标系。在数控系统中，共有6个预定的工件坐标系，根据需要分别用G54～G59来选择。当工件尺寸很多且相对具有多个不同的标注基准时，可将其中几个基准点在机床坐标系中的坐标值通过MDI方式预先输入到系统中，作为G54～G59的坐标原点，一旦程序执行到G54～G59指令之一时，则该工件坐标系原点即为当前程序原点。后续程序段中的绝对坐标值均为相对此程序原点的坐标值。工件零点偏置机床原点XYZXYZ工件坐标系选择(G54~G59)G54原点G59原点G59工件坐标系G54工件坐标系。。。注意事项•G54～G59坐标系注意事项：•不能建立机床坐标系的数控机床不能使用G54～G59选择工件坐标系；•对用增量式位置检测元件的数控机床，开机必须返回参考点，建立机床坐标系后才可运行G54～G59指令建立工件坐标系；•选择工件坐标系必须在有移动指令的程序段之前或之中指定。•G54～G59指令程序段可以和G00、G01指令组合，如执行G54G90G01X10Y10时，运动部件在选定的加工坐标系中进行移动。程序段运行后，无论刀具当前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的X10Y10点上。3）工件坐标系G92、G54、G55～G59使用区别•G54～G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别：•利用G54设置工件原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正；•利用G55～G59设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值。G92与G54～G59的区别•G92指令与G54～G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。•G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。•G54～G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，断电不丢失，它与刀具的当前位置无关，除非再通过MDI方式修改。而G92设定的工件坐标系与刀具的当前位置有关，断电丢失。3．数控铣床参考点•数控铣床都有一个参考点，这个参考点是由机床制造商设置在机床上的一个固定基准位置点，通过限位开关或传感器来建立。作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动的起始点。从实际意义上讲，机床零点是固定不变的，通常在机床各坐标轴正向极限。当机床启动后，机床通过返回参考点操作，来确定机床原点坐标位置，通常机床原点与参考点偏置距离是通过机床参数设置的，数控铣床大多将机床原点和参考点设置重合。快速定位指令：G00•功能：快速定位，属非切削加工指令。•指令格式：GOOX__Y__Z__；•说明：指令中X、Y、Z地址后数值为快速定位目标点的坐标值，可绝对方式编程和增量方式编程。•如图，刀具由A点快速定位至B点。•绝对方式编程为：•G90G00X92.Y35.；•增量方式编程为：•G91G00X62.Y-25.；快速定位若三轴或两轴同时移动时，移动轨迹不一定是直线，更多是一条折线。4.2.2加工平面的选择•坐标平面选择指令是用来选择圆弧插补的平面和刀具补偿平面的。•G17表示选择XY平面，G18表示选择ZX平面，G19表示选择YZ平面。•各坐标平面如图所示。一般数控车床默认在ZX平面内加工，数控铣床上电激活为G17，默认在XY平面内加工。XYZG17G18G194.2.3直线插补指令G01•功能：该指令用来指令刀具在两点之间作直线插补移动。三轴联动插补时，加工空间直线；两轴联动插补时，加工平面直线。•指令格式：G01X_Y_Z_F_；说明•指令中X、Y、Z地址后数值为直线插补终点坐标值，可绝对方式编程和增量方式编程。如图刀具由A点直线插补至B点，•绝对值编程为：•G90G01XxbYybZzbFf；•增量值编程为：•G91G01X（xb-xa）Y（yb-ya）Z（zb-za）Ff；•F后的值为指令直线插补的进给速度，若三轴联动或两轴联动时，F值则为合成速度值。实际进给速度可用进给倍率修调。•G01和F指令都是模态指令。•如进给速度F已在前段程序中给定并且不需改变时，本段程序中可不写出。若某轴没进给，则指令中可省略该轴坐标。•如Y、Z轴不进给可写成G01X_F_的形式。例题假设刀具由程序原点出发沿E-A-B-C-D-E方向铣削轮廓外形，编程如下：………；G90G00X0Y0；EG01X-10.Y30.F80；（E—A）G91X-40.；（A—B）Y-18.；（B—C）G90X-22.Y0；（C—D）X0.；（D—E）………..；\4.2.4圆弧插补指令G02、G03•功能：指令刀具从起点沿圆弧切削到终点。当工件上有圆弧轮廓时，可用G02或G03指令圆弧切削加工。G02表示顺时针圆弧插补,G03表示逆时针圆弧插补。•判断方法为：依据右手坐标系统，沿着垂直圆弧插补平面的第三轴负方向看去，顺时针的为G02，逆时针的为G03。•指令格式•G17GO2/（G03）X—Y—I—J—/（R—）F—；•G18GO2/（G03）X—Z—I—K—/（R—）F—；•G19GO2/（G03）Y—Z—J—K—/（R—）F—；不同平面内顺逆圆判断说明•格式中G17、G18、G19指定圆弧插补平面，其中G17为XY平面，G18为XZ平面，G19为YZ平面。X、Y、Z后的值在G90方式时为圆弧终点坐标的绝对坐标值；在G91方式时，为圆弧终点相对圆弧起点的增量坐标值。I、K、J后的值为圆弧圆心点相对圆弧起点在X、Y、Z方向上的增量值。I、J、K坐标值一律使用增量值而与G90或G91方式无关。当用R编程时，由于规定相同圆弧起点、终点和圆弧半径的有两个插补走向相同的圆弧，如图4-13所示，为了区别二者，特规定当圆弧圆心角小于或等于180度时，R取正值；当圆弧圆心角大于180度时，R取负值。•R编程应用举例，如图所示两段圆弧编程如下；•G17G90G03X0Y25.R-25.F80•（圆弧1A到BR编程）•G17G90G03X0Y25.I0J25.8•（圆弧1A到BI、J编程）•G17G90G03X0Y25.R25.F80•（圆弧2A到BR编程）•G17G90G03X0Y25.I-25.J0F80•（圆弧2A到BI、J编程）•从上例可看出：圆弧起点、终点和半径及圆弧走向相同的两段圆弧，编程时I、J值是不同的，这是因为两段圆弧的圆心不同所致。•用R编程时，如不用+R/-R就无法区分是哪段圆弧。注意事项•圆弧插补编程时注