数控铣床的操作与编程

第3章数控铣床的操作与编程第3章数控铣床的操作与编程3.1数控铣床及其组成3.2对刀调整及坐标系设定3.3基本功能指令与程序调试3.4刀具补偿及程序调试3.5综合铣削加工技术思考与练习题第3章数控铣床的操作与编程3.1数控铣床及其组成3.1.1数控铣床的类型及基本组成1．数控铣床的类型(1)数控仿形铣床。通过数控装置将靠模移动量数字化后，可得到高的加工精度，可进行较高速度的仿形加工。进给速度仅受刀具和材料的影响。(2)数控摇臂铣床。摇臂铣床采用数控装置可提高效率和加工精度，可以加工手动铣床难以加工的零件。第3章数控铣床的操作与编程(3)数控万能工具铣床。采用数控装置的万能工具铣床有手动指令简易数控型、直线点位系统数控型和曲线轨迹系统数控型。操作方便，便于调试和维修。当然，这类机床基本都具有钻、镗加工的能力。(4)数控龙门铣床。工作台宽度在630mm以上的数控铣床，多采用龙门式布局。其功能向加工中心靠近，用于大工件、大平面的加工。第3章数控铣床的操作与编程此外，若按照主轴放置方式可有卧式数控铣床和立式数控铣床之分。对立式数控铣床而言，若按Z轴方向运动的实现形式又可有工作台升降式和刀具升降式(固定工作台)。立式升降台数控铣床由于受工作台本身重量的影响，使得采用不能自锁的滚珠丝杠导轨有一定的技术难度，故一般多用于垂直工作行程较大的场合。当垂直工作行程较小时，则常用刀具升降的固定工作台式数控铣床，刀具主轴在小范围内运动，其刚性较容易保证。第3章数控铣床的操作与编程2．数控铣床的结构组成图3-1所示是XK5032型立式数控铣床的外形结构图。和传统的铣床一样，机床的主要部件有床身、铣头、主轴、纵向工作台(X轴)、横向床鞍(Y轴)、可调升降台(手动)、液压与气动控制系统和电气控制系统等。作为数控机床的特征部件有X、Y、Z(刀具)各进给轴驱动用伺服电机、行程限位及保护开关、数控操作面板及其控制台。伺服电机内装有脉冲编码器，位置及速度反馈信息均由此取得，构成半闭环控制系统。若按数控装置控制的轴数，可有两坐标联动和三坐标联动之分。若有特定要求，还可考虑加进一个回转的A坐标或C坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台。这时机床应相应地配制成四坐标控制系统。第3章数控铣床的操作与编程图3-1XK5032型数控铣床第3章数控铣床的操作与编程XK5032型数控铣床是配有高精度、高性能、带有CNC控制软件系统的三坐标数控铣床(可选配FANUC3MA/10M/11M/12M等多种CNC系统)，并可加第四轴。机床具有直线插补、圆弧插补、三坐标联动空间直线插补功能，还有刀具补偿、固定循环和用户宏程序等功能；能完成90%以上的基本铣削、镗削、钻削、攻螺纹及自动工作循环等工作，可用于加工各种形状复杂的凸轮、样板和模具零件。第3章数控铣床的操作与编程XD40型数控铣床是参照加工中心封闭床身结构设计的一种现代全功能立式数控铣床，为其增加刀库和自动换刀装置即可作为加工中心使用。机床构成如图3-2所示，主要由CNC系统、控制电柜、操作控制台、冷却供液系统、排屑器、主轴、工作台及机床本体等部分组成。各进给轴用交流伺服电机驱动，半闭环控制，采用华中世纪星HNC—22M数控系统，功能基本和XK5032型数控铣床类同。第3章数控铣床的操作与编程图3-2XD40型立式数控铣床第3章数控铣床的操作与编程3.1.2数控铣床的传动及速度控制图3-3所示为XK5032型数控铣床的传动系统图。该机床主传动采用专用的无级调速主电动机，由皮带轮将运动传至主轴。主轴转速分为高低两挡，通过更换带轮的方法来实现换挡。当换上96.52mm/127mm的带轮时，主轴转速为80～4500r/min(高速挡)，当换上71.12mm/162.56mm的带轮时，主轴转速为45～2600r/min(低速挡)。每挡内的转速选择可由程序中的S指令给定，也可由手动操作执行。第3章数控铣床的操作与编程图3-3XK5032型数控铣的传动系统图第3章数控铣床的操作与编程工作台的纵向(X轴)和横向(Y轴)进给运动、主轴套筒的垂直(Z轴)进给运动，都是由各自的交流伺服电机驱动的，分别通过同步齿形带传给滚珠丝杠，实现进给。床鞍的纵、横向导轨面均采用了贴塑面，提高了导轨的耐磨性，消除了低速爬行现象。各轴的进给速度范围是5～2500mm/min，各轴的快进速度为5000mm/min。当然，为方便调整，实际移动速度可由机械操作面板上的速度修调开关修调。第3章数控铣床的操作与编程XD40型立式数控铣床的主传动是由主电机皮带轮传动传递到主轴，由主轴驱动模块实现变频无级调速的。X、Y、Z各进给轴均由交流伺服电机通过联轴器直接带动滚珠丝杠完成各个方向的进给运动。Z轴运动是整个铣头(包括主电机及主传动系统)一起进行的。XD40型立式数控铣床的主要技术参数见表3-1。第3章数控铣床的操作与编程表3-1XD40型立式数控铣床的主要技术参数项目参数项目参数工作台工作面积910400mm2工作台承载重量300kg工作台纵向最大行程X:600mmY:400mmZ:540mm进给速度X、Y、Z工进:1～5000mm/minX、Y快进:20000mm/minZ快进:15000mm/min主轴孔锥度No.40(7∶24)最大钻孔直径22mm主轴最高转速5000r/min最大镗孔直径100mm最小设定单位0.001mm编程尺寸范围99999.999mm插补功能空间直线、平面圆弧联动轴数3轴(可扩展到4轴)第3章数控铣床的操作与编程3.1.3操作面板及其基本控制功能XD40型立式数控铣床采用HNC—22M标准化操作控制面板，如图3-4所示。第3章数控铣床的操作与编程图3-4HNC—22M数控铣床操作控制面板第3章数控铣床的操作与编程通过各操作开关可实现以下控制功能。1)电源开关合上机床电柜总电源开关后，再按下操作面板上的电源“ON”键，数控系统的控制电源接通后即进入控制软件界面。2)急停按钮进入系统后，松开此开关，机床才可正常使用。在机床操作过程中，出现紧急情况时，按下此按钮，进给及主轴运行立即停止，进入急停状态。紧急情况解除后，顺时针方向转动按钮可以退出急停状态。第3章数控铣床的操作与编程3)功能键区包括工作方式选择、增量倍率选择、机床锁住及超程解除等。工作方式选择：此开关可用于对机床操作选择处于自动、单段、手动、步进(增量)、回参考点五种方式。增量倍率选择：步进增量方式下，可通过此开关设定增量进给倍率(共有 ×1、×10、×100、×100四挡)。若此开关处于 ×100挡，则每次按压轴移动方向按钮一次，拖板在相应的方向移动0.1 mm(即100个设定单位)。当工作方式选择为“增量”时，只要手轮不处于“OFF”状态即为手轮操作有效，此时增量倍率以手轮上的旋钮来设定；只有当手轮处于“OFF”状态，才是操作面板的步进增量有效控制模式。第3章数控铣床的操作与编程超程解除：当某进给轴沿某一方向持续移动而碰到行程硬限位保护开关时，系统即处于超程报警保护状态，此时若要退出此保护状态，必须置方式开关于“手动”方式，在按住此按钮直至屏幕顶行显示为“正常”后，同时按压该轴的反方向移动按键，向相反的方向移动方可。机床锁住：在自动运行开始前，将此按钮按下，再按“循环启动”执行程序，则送往机械侧的控制信息将被截断，机械部分不动。数控装置内部照常进行控制运算，同时LCD显示信息也在变化。这一功能主要用于校验程序，检查语法错误。第3章数控铣床的操作与编程4)主轴及刀具操作键区主轴装刀与卸刀：本机床可使用标准BT40(7∶24)刀柄的预装刀具，采用气动松/紧刀装置，在“手动”操作方式下，按下“换刀允许”键至灯亮，再按下主轴上的装卸刀具按键即可进行主轴手动装卸刀。装卸刀完成后必须按下“换刀允许”键至灯熄，否则主轴将不能正常工作。第3章数控铣床的操作与编程冷却开关：按下此按钮，供液电机启动，打开冷却液，再按此钮，供液停止。主轴正转：按下此按钮，主轴电机正转，同时按钮内指示灯点亮。主轴停转：按下此按钮，主轴电机停止运转，同时按钮内指示灯点亮。主轴反转：按下此按钮，主轴电机反转，同时按钮内指示灯点亮。第3章数控铣床的操作与编程5)速度修调键区MDI方式及自动运行方式下可通过此按键调整主轴转速、快进速度、进给速度的修调倍率(按“+”键递增、“-”键递减、“100%”键直接到程序设定值)，若程序指令为F200，倍率开关处于×30挡，则实际进给速度为200×30=60mm/min。第3章数控铣床的操作与编程6)轴移动方向按钮(+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z)在手动或步进方式下，按压此六个按钮之一，各轴将分别在相应的方向上产生位移，手动方式时拖板作连续位移直到松开为止，手动移动的速度为系统设定的该轴的最大移动速度的1/3乘以进给倍率；在步进增量方式下，每按下后再释放某按钮一次，该拖板即在对应方向上产生一固定的位移，其位移量等于轴的最小设定单位乘增量倍率(系统最小设定单位为0.001 mm)。在手动方式下，若同时按快移按钮和某个轴移动方向按钮，则在对应轴方向上，将无视进给速度修调倍率的设定，以该轴的最大移动速度乘以快进倍率产生位移。第3章数控铣床的操作与编程7)程序执行及暂停键(即循环启动和进给保持)循环启动：在自动加工功能菜单下，当选择并调入需要运行的加工程序后，再置工作方式开关于“自动”方式，然后按下此按钮(按钮灯亮)，即开始自动执行程序指令。机床进给轴将以程序指令的速度移动。进给保持：在自动运行过程中，按下此按钮(按钮灯亮)，机床运动轴减速停止，程序执行暂停，但加工状态数据将保持，若再按下“循环启动”按钮，则系统将继续运行。注意，若暂停期间按过主轴停转按键，则在继续运行前必须先启动主轴，否则有可能引发事故。第3章数控铣床的操作与编程8)程序输入及编辑键区编写、修改程序用的地址(字母)键、数字键及编辑用键等。第3章数控铣床的操作与编程3.1.4控制软件界面与菜单结构启动HNC—22M控制软件后，显示屏幕显示如图3-5所示的环境界面。第3章数控铣床的操作与编程图3-5控制软件环境界面第3章数控铣床的操作与编程界面顶行用于显示工作方式及运行状态等；第二行显示MDI及自动运行时当前正执行的程序行内容；右侧工件指令坐标显示的是当前刀具在工件坐标系中的坐标和实时进给速度(修调后的)；工件坐标零点显示的是建立工件坐标系后当前工件原点在机床坐标系中的坐标值。第3章数控铣床的操作与编程界面中央为工件加工的图形跟踪显示或加工程序内容、文本信息等主要显示区，可按F9键以“图形/综合坐标/工件坐标/程序文本”的顺序进行切换。图形显示边界可在设置菜单的毛坯设定中设置后按“PgUp/PgDn”键缩放调整，主显示区下方为当前程序制式(直径/半径编程、公/英制单位、F的分进给/转进给单位)及修调倍率(进给/快进/主轴)信息显示，进入到MDI画面即可查看当前系统的一些模态代码信息。第3章数控铣床的操作与编程界面下部为MDI、坐标设定、设置等的键盘输入缓冲区，输入后按“ENTER”键确认送入。最下部为菜单行(多级菜单变化都在同一行中进行)，菜单可通过屏幕底部的对应功能键切换。控制软件系统的菜单结构见附录B。整个菜单的显示切换均在屏幕底行上进行，菜单选取由功能键F1～F10操作，进入各级子菜单后均可按F10键返回主菜单或逐级返回，扩展功能菜单通常是在系统调试维护时使用的。第3章数控铣床的操作与编程3.2对刀调整及坐标系设定3.2.1数控铣床的位置调整1．手动回参考点参考点是用于确定机床坐标系的参照点，也是用于对各机械位置进行精度校准的点。当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重启动时，严格地讲应该是每次开机启动后，都应该先对机床各轴进行手动回参考点的操作，重新进行一次位置校准。手动回参考点的操作步骤如下：第3章数控铣床的操作与编程(1)将机床操作面板上的工作方式开关置于“回零”的位置上。(2)分别按压 +X、+Y、+Z轴移动方向按钮一下，则系统即控制机床自动往参考点位置处快速移动，当快到达参考点附近时，各