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1CNC铣床基本介绍CNC铣床如图1所示。因无自动刀具交换装置(ATC,AutomaticToosChanger)及刀具库，故必须用手动方式换刀。图2所示为立式综合切削中心机。图3所示为卧式综合切削中心机。综合切削中心机(MC,MachineCenter)因具备ATC及刀具库，故可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时再下指令，由ATC自动换刀。所以综合切削中心机即CNC铣床加上ATC及刀具库。图１CNC铣床图２立式综合切削中心机图４图盘型刀具库图３卧式综合切削中心机刀具库有二种：圆盘型，如图4所示。链条型，如图5所示。圆盘型刀具库用于刀具数目较少者，且换刀方式大都采用无臂式的换刀，换刀速度较慢，但故障率较少。键条型刀具库用于刀具数目较多者，且换刀方式大都采用有臂式的换刀，换刀速度较快。有臂式的换刀臂如图6所示。综合切削中心机为了减少装置工件的时间，大型工件常使用自动梭台交换装置（APC，AutomaticPalleteChanger）；如图7所示；小型工件可用机械手(Robot)上下工件。如图8所示。2图５链条型刀具库图６有臂式的换刀臂图７卧式综合切削中心机附自动梭台交换装置图８立式综合切削中心机附机械手综合切削中心机为了增加加工复杂性，常在床台上加装第四轴旋转轴，如图9所示，甚至增加两旋转轴成为5轴加工机，如图10所示。5轴加工机主要应用于几何外形复杂的航天零件加工及模具加工。CNC铣床（或加工中心机）程序制作图１０五轴加工机图９加装Ａ轴的四轴加工机3计算机数值控制工具机是经由程序中的指令操控计算机数值控制系统去执行以往必须由人工操作的所有加工动作。故学习程序制作必须完全了解程序中指令的功能及格式，这样才能将传统人工操作工具机的加工经验及相关知识，很正常的用指令来描述加工顺序。简而言之，CNC铣床（或MC）的程序就是依据您已具有的加工知识和加工顺序，用正确的指令依序描述组合而成。故制作CNC铣床（或MC）程序时必须考虑下列几点：1.依工件形状及尺寸标示决定程序原点位置及加工顺序。2.工件的夹持方法。用虎钳夹持或用T槽螺栓、压板、梯枕或制作特殊夹具。3.刀具的选择：包括铣刀的直径、刀刃长度、材质及其它刀具的选用并决定各把刀具的刀号及刀长补正号码、刀径补正号码。4.切削条件：包括各把刀具的主轴转速、切削深度、进给速率、精铣预留量等。2-1程序制作CNC程序是由指令组成，而指令是由英文字母与数值组成（如N10，G28，G90，G91，M03，F100，S2500，T01等）或特殊符号（如/选择性单节删除指令，；单节结束指令）。例子：G28G91Z0；G28X0Y0；G54；M06T01；M03S1000；G90G00G43Z5.H01；G00G41X25.Y30.D11；G01Z-5.F50；M30；上面例子程序中每一列即称为一个单节(Block)，每一单节是由至少一个字语(Word)所组成，字语是由一个地址(Address)和数值(Number)组成。每一单节后面加一单节结束符号；，以界定单节的范围。如此CNC控制器即依照程序中的单节指令，依序执行程序。地址用英文字母表示，其意义如表1所示，地址依照已设定的程序机能而有不同的意义，其目的在限定其后数值的意义。4表１各地址之意义机能位址意义程序号码：(ISO)，O(EIA)程序号码顺序号码N顺序号码准备机能G动作模式（直线、圆孤等）坐标轴字语X、Y、Z坐标轴移动指令A、B、C、U、V、W附加轴移动指令R圆弧半径I、J、K圆弧中心坐标进给机能F进给速率主轴转速机能S主轴转速刀具机能T刀具号码、刀具补正号码辅助机能M机械侧ON／OFF控制B床台位置补正号码H、D补正号码指令暂停P、X暂停时间子程序号码指定P子程序号码指定重复次数L子程序重复次数参数P、Q、R固定循环2-1.1数据输入格式CNC程序中的每一指定皆有一定的固定格式，使用不同的控制器其格式亦不同，故必须依据该控制器的指令格式书写指令，若其格式有错误，则程序将不被执行而出现警示讯息。其中尤以数值数据输入时应特别小心。一般CNC铣床或MC皆可选择用公制单位mm或英制单位英吋为坐标数值的单位。公制可精确到0.001mm，英制可精确到0.0001英吋，此也是一般CNC机械的最小移动量。若输入X1.23456时，实际输入值是X1.234mm或X1.2345英吋，多余的数值即被忽略不计。且字数也不能太多，一般以7个字为限，如输入X1.2345678，因超过7个字，会出现警示讯息，表1是地址和指令数值范围。表1中所列是计算机能接受之指令范围，而CNC工具机实际使用范围受到其机械本身的限制，故应参考CNC工具机的操作手册而定。例如表1中X轴可移动±99999.999mm，但实际上CNC工具机X轴的行程可能只有650mm，进给速率F最大可输入100000.0mm∕min，但实际上CNC工具机可能限制在3000mm∕min以下。故在程序制作时，要确定不超过CNC工具机规格的实际限制，所以一定要参照CNC工具机制造厂发行的说明书。表１地址与指令范围（FANUC0M）机能位址公制单位英制单位程序号码：(ISO)O(EIA)1－99991－9999顺序号码N1－99991－9999准备机能G0－990－99坐标轴字语X、Y、Z、Q、R、I、J、K±99999.999mm±9999.9999inchA、B、C±99999.999deg±9999.9999deg进给机能F1－100000.0mm／min0.01－400.0inch／min5主轴转速机能S0－99990－9999刀具机能T0－990－99辅助机能M0－990－99暂留X、P0－99999.999sec0－99999.999sec子程序号码指定P1－99991－9999重复次数L1－99991－9999补正号码D、H0－320－322-1.2CNC工具机坐标系统CNC铣床或MC是依据坐标系统来确定其刀具运动的路径，因此坐标系统对CNC程序设计极为重要。CNC工具机各轴的标注，CNS是采用右手直角坐标系统。如图1所示，大姆指表示X轴，食指表示Y轴，中指表示Z轴，且手指头所指的方向为正方向。X、Y、Z轴向是用于标注线性移动轴；另外定义三个旋转轴，绕X轴旋转者称为A轴，绕Y轴旋转者称为B轴，绕Z轴旋转者称为C轴。三旋转轴的正方向皆定义为顺着移动轴正方向看，顺时针回转为正，逆时针回转为负，如图2所示。(a)右手直角坐标系统(b)X、Y、Z移动轴A、Ｂ、Ｃ旋转轴图１图２CNC工具机先定义Z轴，以工具机的主轴线为Z轴，再以刀具远离工件的方向为正，故以立式CNC铣床为例，主轴向上为＋Z方向，向下为－Z方向，如图3所示。接着定义X轴，以操作者面向床柱，其刀具沿左右方向移动者为X轴，且规定向右为正方向；最后依右手直角坐标系统决定Y轴，故其刀具沿前后方向移动者为Y轴，向前为正Y方向，向后为负Y方向。以上定义者称为程序坐标系（或称为工件坐标系），其三轴的交点即1－4节所述的程序原点。图3的右侧所示即为程序坐标系。程序设计人员是依据程序坐标系来指述刀具动路，且必须假设工件固定不动，刀具沿着工件轮廓移动加工。图3所示，标示于CNC工具机上的坐标轴所形成的坐标系称为机械坐标系，一般CNC铣床或MC在机械上会贴上机械坐标系的轴向。机械的移动是根据机械坐标系，因为CNC铣床或MC在X、Y轴上实际是工件移动而非刀具移动，所以为了符合程序设计人员假设工件固定不动，其机械坐标系的X、Y轴正、负方向与程序坐标系相反。故程序设计人员指令刀具向程序坐标系的X轴正方向移动，而实际上是工件向机械坐标系的X轴正方向移动，使两者一致。6图３程序坐标系与机械坐标系2-1.3坐标位置的表示方式：绝对值和增量值CNC程序除了一些基本设定，如程序原点，刀具号码，主轴转速，进给速率等外，最主要的是命令刀具移动或切削至某一坐标位置。而坐标位置的表示有绝对值和增量值两种。绝对值是以程序原点为依据来表示坐标位置。增量值是以前一点为依据来表示两点间实际的向量值（包括距离和方向）。CNC铣床或MC大都以G90指令设定X、Y、Z数值为绝对值；用G91指令设定X、Y、Z数值为增量值。在同一程序中可以增量值与绝对值混合使用。使用原则是依据工件图上尺寸的标示，用何种方式表示较方便，则使用之。兹以图1、图2及图3说明之。绝对值指令格式：G90X__Y__Z__；增量值指令格式：G91X__Y__Z__；7在使用上，大都以绝对值和增量值混合使用较多。简而言之，不用加减计算即可得到坐标位置，则以那种方式表示之，因比较方便也。兹以图3所示之工件图说明之。假设铣刀已定位至H点，接着沿A→B→C→D→E→F→G→程序原点→A点，完成轮廓切削的程序如下：：：G90G01X18.F100；＝＞H→B，用绝对值表示较方便。G91X35.Y-20.；＝＞B→C，用增量值表示较方便。G90X92.；＝＞C→D，用绝对值表示较方便。Y15.；＝＞D→E，用绝对值表示较方便。G91X-60.；＝＞E→F，用增量值表示较方便。Y-15.；＝＞F→G，增量值或绝对值皆方便，但沿用上单节增量指令，可不必再用G90设定为绝对值，故用增量值表示之。X-32.；＝＞G→程序原点，理由同上。Y60.；＝＞程序原点→A，理由同上。：：2-1.4坐标位置数值的表示方式CNC程序即控制刀具移动到某坐标位置，其坐标位置数值的表示方式有2种：1.用小数点表示法：即数值的表示用小数点.明确的标示个位在那里。如X25.36，其中5为个位，故数值大小很明确。2.不用小数点表示法：即数值中无小数点者。则CNC控制器会将此数值乘以最小移动量（公制：0.001mm，英制0.0001英吋）做为输入数值。如X25，则CNC控制器会将25×0.001mm＝0.025mm做为输入数值。所以要表示贰拾伍公厘，可用25.或25000表示，一般用小数点表示法较方便，并可节省系统之记忆空间，故常被使用。以下之地址均可选择使用小数点表示法或不使用小数点表示法：X、Y、Z、I、J、K、F、R等。8但也有一些地址不允许使用小数点表示法，如P、Q、D等。例如暂停指令，如指令程序暂停5秒，必须如下书写：G04X5.；或G04X5000；或G04U5.；或G04U5000；或G04P4000；皆可。一般皆采用小数点表示方式来描述坐标位置数值，故在键入CNC程序，尤其是坐标数值是整数时，常常会遗漏小数点。如欲输入贰拾伍公厘，但键入Z25，其实际的数值是0.025mm，相差1000倍，可能会撞机或大量铣削，不可不谨慎。程序中用小数点表示与不用小数点表示的数值，可以混合使用。如下面例1：例1.G00X25.Y3000Z5.；G01Z-5.F100.；X36000Y50.；某些专用的G机能指令必须置于特定的数值之前。例2.G20；＝＞设定英制单位。X2.0G04；＝＞其暂停时间是20sec。因为现处于英制单位(G20)故X2.0先被以距离译码为20000吋，接着执行G04暂停指令，则20000会被转换成20sec。故例2若写成如例3，则暂停时间为2sec。例3.G20；G04X2.0；＝＞其暂停时间为2sec。因为X2.0在G04之后，直接被解读为时间，以sec为单位，故X2.0是2sec。例4.F100.G98；（错误）G98F100.；（正确），表示进给速率是100mm／min。2-1.5程序号码：O□□□□早期的数值控制(NC)机械，因无内存，故程序是储存在纸带上，执行时，常以光学式读带机将纸带上的程序读入控制器内，再依指令控制机械运作。图1是EIA编码的NC纸带。目前计算机数值控制(CNC,ComputNumberContral)机械，都具有记忆程序的功能。将CNC程序储存在内存内，为了区别不同的程序，故在程序的最前端用程序号码以区分之，方便日后欲执行那一程序时，只需呼叫出来，即可进行编辑或执行程序。图1目前CNC程序的编码有二种：EIA编码或ISO编码，在台湾大多使用EIA编码。在9CNC控制器内，一般皆可接受这二种编码，故为了区别