一 入門知識

本課題主要講述的內容：

1. 數控銑床安全操作規程

2. 數控銑削在工業生產中的地位及加工范圍

3. 編程基礎知識(一)：

① 機床的坐標軸及運動代號；

② 基本指令；

③ 加工程序編制初步；

實訓目的：

1.了解掌握桂林數控銑床的安全操作及基本指令和基礎編程知識。

2. 了解掌握機床坐標軸的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. 操作結束要清掃機床和清潔量具；

3. 下班前要清掃工場、清點和清潔量具、清點和清潔刀具、清理整齊工件和毛坯；

4. 廢品工件加工、折斷的刀具必須回收，不得丟棄和藏冪；

5. 嚴禁不文明行為。

(二) 安全生產

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服裝（如寬大的、衣領或套袖上有裝飾帶的），頭發長的同學必須戴帽子，頭發必須盤在帽子內；

3. 操作機床嚴格按照老師規定的步驟執行；

4. 一臺機床只能單人操作！同組其他同學在旁邊只能觀察操作過程、口頭指出錯誤，嚴禁動手！唯一的例外是：發生緊急情況時，可代操作者拍按"急停"按鈕！

5. 發生事故要及時停機，并馬上報告老師處理；嚴禁私自處理！嚴禁隱瞞不報！

6. 對刀時要及時調整"進給倍率"旋鈕（按鍵）：刀具遠離工件時（大于50mm），可用較大倍率；靠近工件時（50～10mm），必須用較小倍率（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：檢查平口鉗裝夾是否牢靠→正確裝夾工件→對刀、設置坐標偏置→登錄程序→檢查程序→提高坐標偏置（如G54）中的Z坐標偏置100mm（即 +Z 方向）→正確設置刀具補償→選擇"空運行"、"單段"之后，自動運行程序；觀察走刀軌跡是否正確。若正確，則取消"空運行"、恢復坐標偏置、保留"單段"→開始加工；

8. 切削前必須確認已經取消"空運行"、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。切入工件后可取消"單段"、調整"進給倍率"到100％或適當倍率；

9. 加工過程必須值守在機床操作位；

10. 嚴格遵守學校頒布的《數控銑床安全操作規程》。

二、數控銑削簡介

(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制機床的運轉。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NC系統發出的控制信息以脈沖的方式來控制機床各軸的運動進行零件的輪廓形狀加工的。因此，進行準確控制加工復雜的二維、三維零件在數控機床上利用2軸、3軸乃至4軸、5軸聯動，能夠輕而易舉的實現，在傳統機床上是很難操作的，并且對操作者的經驗技術要求較高。傳統機械加工要求操作者始終專注于機床的運動、及時作出合適的手柄操縱；數控機械加工首件驗證合格后，加工過程幾乎不再需要干預，解脫操作者的束縛，可用于準備其他的生產準備工作，節約人力資源，提高生產效益。數控加工技術得到迅速普及、迅速提高的。目前，在役的數控機床一般為CNC(Computer Numerical Control)數控機床。

數控加工技術從產生至今，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、數控沖床、數控切割機、數控電火花（線切割）機、數控激光加工機床等等，數控車削、數控鏜銑削、數控電火花線切割是目前數控加工的主力。數控機床是柔性生產線、無人值守車間的基本構成單位。

(二) 數控銑床主要功能

不同檔次的數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：固定循環是指系統開發者所開發的、系統本身的有機組成、參數化的應用于簡化編程的加工子程序，并以固定指令格式應用，主要用于實現一些具有典型性的需要多次重復的加工動作，如各種孔、螺紋、溝槽等的加工。使用固定循環可以有效地簡化程序的編制。

4. 刀具補償：一般包括刀具半徑補償、刀具長度補償、刀具位置補償功能等。

刀具半徑補償——平面輪廓加工

刀具長度補償——設置刀具長度

5. 鏡向、旋轉、縮放、平移：

通過機床數控系統對加工程序進行鏡向、旋轉、縮放、平移處理，簡化程序編制。

6. 自動加、減速控制：

機床在刀具改變運動方向時自動調整進給速度，保持良好的加工狀態，避免造成刀具變形、工件表面受損、加工過程速度不穩等情形。

7. 數據輸入輸出及 DNC 功能：

數控銑床一般通過 RS232C 接口進行數據的輸入及輸出，包括加工程序和機床參數等。當執行的加工程序超過存儲空間時，就應當采用 DNC 加工，即外部計算機直接控制數控銑床進行加工。

8. 子程序功能：

對于需要多次重復的加工動作或加工區域，可以將其編成子程序，在主程序需要的時候調用它，并且可以實現子程序的多級嵌套，以簡化程序的編寫。

9. 自診斷功能：

自診斷是數控系統在運轉中的自我診斷，它是數控系統的一項重要功能，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：

在程序中使用變量，通過對變量進行賦值及處理的方法達到程序功能，這種有變量的程序稱為宏程序。利用宏程序編程，可進一步提高、擴展數控銑床的使用性能。

(三) 數控銑床主要加工內容

數控銑床目前主要應用于模具行業、小批零件加工、產品試制，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. 平面類零件：

型面為平面或可展成平面的零件稱為平面類零件，這一類零件的加工特點是：一般用兩坐標聯動就可以加工，其數控銑削相對比較簡單。

2. 曲面類零件：

型面為空間的、不能展成平面的零件稱為曲面類零件，其加工特點是：任何方式的加工，銑刀與零件表面始終是點接觸。

3. 變斜角類零件：

型面不能展成平面、但又存在有直素線的零件稱為變斜角類零件，其加工特點是：周銑時，零件的被加工表面與銑刀柱面接觸處可以是一條直線。

4. 孔及螺紋：

采用定尺寸刀具進行鉆、擴、鉸、鏜及攻絲等，一般數控銑都有鏜、鉆、鉸功能。

三、編程基礎知識（一）

(一) 基本指令介紹

1. 機床的坐標軸及運動代號

圖1-1 右手直角笛卡爾坐標系圖 圖1-2 編程平面與坐標軸

數控機床坐標軸命名遵循ISO標準：立式數控銑床的主軸運動方向定義為Z軸,刀具離開工件的方向為+Z向，面向機床，以右手直角笛卡兒坐標系判定X、Y坐標軸：大拇指代表X軸，食指代表Y軸，中指代表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運動的"+、-"向。坐標指令書寫格式：X___ Y___ Z___ A___ B___ C___ 各坐標（地址）后的"___"表示對應軸的運動方向和目標。

2. 基本指令：

(1) 編程平面指令：

坐標平面規定如圖1-2示，分述如下：

G17——之后的程序都是以XY平面為切削平面，本指令為模態指令。

G18——之后的程序都是以XZ平面為切削平面，本指令為模態指令。

G19——之后的程序都是以YZ平面為切削平面，本指令為模態指令。

數控系統一般默認在XY平面編程，所以在程序中可以不用指定G17。

(2) 坐標系指令：

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，編程坐標系原點在機械坐標系中的位置：工件編程原點偏離機床原點的方向和距離。都為模態指令。任意一個坐標系指令作用和效果都是相同的，編程時設置編程原點不必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在機械坐標系中的位置，然后把這一位置設定于相應的寄存器，設定完成。

以上坐標系指令的坐標原點在斷電、重新上電后不變。

② 可編程偏置G92：

指定程序自動執行加工零件時，編程坐標系原點在加工中的位置：刀具當前點（執行G92程序段時，刀具所處的位置）偏離工件編程原點的方向和距離，為模態指令。

該坐標系指令在斷電、重新上上電后消失；程序必須在G92程序段起點處結束，否則程序將不能循環加工。

圖1-3 G92設定加工原點

在圖1-3中明確表達了，G92時通過刀具當前位置（執行G92程序段時的為置）、G92X___Y___Z___ 所指定的數值和方向來確定加工坐標系的坐標原點的。

(3) 數值類型指令：

① 絕對和相對：

絕對坐標方式G90：坐標值是刀具運動終點相對于編程坐標系原點的距離和方向，為模態指令。

相對坐標方式G91：坐標值是刀具運動終點相對于刀具運動起點的距離和方向，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。

絕對和相對編程方式編程舉例：如圖1-4示

圖1-4 G90、G91編程舉例

② 公制和英制：

FANUC：公制G21、英制G20，為模態指令。

國產機床一般默認為公制，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。有兩種方式：每分鐘進給量G94、主軸每轉進給量G95。這兩個都為模態指令，其中F及其指令的數值在重新指令后才改變。

(5) 主軸轉速指令：

S___ ：指令主軸轉速的大小，一般是不能帶小數點的。與M04（反轉）、M03（正轉）結合使用，M05為主軸停止轉動。這四個都為模態指令，其中S及其指令的數值在重新指令后才改變。

(6) 快速定位指令：

G00 X___ Y___ Z___ ：以系統內定的移動速度，刀具快速移動到"X___ Y___ Z___"點。如圖1-5示，G00有兩種刀具路徑：第一，先順著正方體的空間對角線三軸聯合移動，接著以正方形的對角線雙軸聯合移動，最后單軸移動；第二，從起點到終點的空間直線三軸聯合移動。采用哪一種路徑，在系統參數中設定，加工的NC程序是不能控制的。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（或毛坯）、夾具的安全關系，禁止編程時采用三軸聯動進行快速定位！

圖1-5 G00的走刀路徑

(7) 基本切削指令：

① 直線插補指令：

G01 X___ Y___ Z___ F___ ："X___ Y___ Z___"為走刀的終點坐標；刀具順著起點到終點的（空間、二維、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 圓弧插補指令：

順圓弧G02、逆圓弧G03：判定方法是，順著垂直于圓弧平面的軸，從"+"方向往"-"方向觀察，如果刀具順時針方向切削，采用G02；如果刀具逆時針方向切削，采用G03，如圖1-6所示。編程格式如下：

圖1-6 順、逆圓弧的判斷

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___賦值為帶"-"號的數，這是為了避免如圖1-7所是的歧義；圓心角=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。

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___" 為走刀的終點坐標，"I___ J___ K___"為起點指向圓心的向量，具體如下：

I=圓心X坐標-圓弧起點X坐標

J=圓心Y坐標-圓弧起點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，因此可以編制任何弧度的圓弧。

③ 倒圓、倒角指令：

在兩個相鄰的輪廓圖素（直線或圓弧）之間插入直線或圓弧過渡。

倒圓指令：G01 X___Y___，R___

FANUC系統R___ ，寫入圓角大小。

倒角指令：G01 X___Y___，C___

FANUC系統C___ ，寫入輪廓圖素交點至過渡直線的端點之間的長度，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．倒圓得到的圓弧與"兩個相鄰的輪廓圖素"都相切，如圖1-8示，A1和A2、A3和A4必須是切點，才可用倒圓指令；

b．倒角得到的線段垂直于"兩個相鄰的輪廓圖素"夾角的角度平分線；

c．只能在當前編程平面中執行倒圓、倒角功能；

d．如果其中一個輪廓圖素長度不夠，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"后接1～4位阿拉伯數字。

(9) 刀具半徑補償指令：

G40、G41、G42：刀具半徑補償的取消、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；刀具向左偏，使用G41,如圖1-9。

圖1-9 G41、G42的選用

③ 建立半徑補償條件： 程序段中指令了G41、G42時，該段必須具備如下條件

a. 指令了在補償平面的G00、G01的移動。

b. 在補償平面的移動量大于最大的刀具半徑補償值。

c. 指令了或預先指令了D____（D00除外）。

d. 該程序段必須是"非零件輪廓的圖素（輔助刀具路徑）"。

④ 半徑補償建立后：

a. FANUC系統不能有連續兩個非補償平面運動的程序段。例如：M05、M01、M00、G09、G04等非運動程序段，G17平面編程時的Z方向運動、G18平面編程時的Y方向運動、G19平面編程時的X方向運動。

b. 同一直線不宜分成兩個程序段。

c. 每一個輪廓圖素的路徑長（程序段的路徑）應該大于當時的刀具半徑補償值。

d. 凹圓弧的半徑必須大于（最大的）刀具半徑補償值。

e. 一般來說，程序不宜有分支。

⑤ 說明：

a. 建立和撤銷刀具半徑補償必須在非工件廓型上進行。

b. D____僅僅代表補償值所在的寄存器地址（代號），補償值由寄存器中的數值確定。一般來說，該數值等于：刀具補償值=刀具半徑 + 預留余量。

c. G41、G40及G42、G40一般應該成對使用。

(10) 程序結束指令：

M30、M02都是程序結束指令，M30程序結束后有復位動作，M02則沒有。

(二) 加工程序編制初步

1. 識圖：了解圖樣的技術要求、技術條件，如尺寸、偏差、形位公差、材料及其切削性能等。

2. 制定工藝：根據圖樣特點，制訂加工工序，如機床類型、夾具、量具、刀具，及加工部位的先后順序（程序路徑和方向）。

3. 選定坐標系：遵循基準統一原則，優先選擇設計基準為編程原點；其次考慮基準重合原則，可采用裝配基準、裝夾定位基準為編程原點。一般情況，可選擇圖形已知點、圖形中心、模具中心，配合增量編程、坐標變換，既便于對刀、又便于編程、更利于保證加工質量。

4. 對圖樣進行處理：首先是補充進、退刀引線、刀具補償線及安全下刀點；其次是對工件輪廓圖形進行必要的補充，對圖形作補充一般只有開放輪廓或半開放輪廓才需要，在今后的相應課題中會有講述。下面講述進退刀引線。一般的，手工編程的進退刀引線、刀具補償線有如下形式：

(1) 圓弧進刀法

圓弧（如圖1-10）：K ＞ 最大刀具半徑補償值

R ＞ 最大刀具半徑補償值+毛坯余量（從使用G00的安全考慮）

圓弧進刀法在切入工件輪廓點B刀具可以平滑過渡，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) 法線進刀法

法線進退刀（如圖1-11）：K＞最大刀具半徑補償值（同時要保證：K＞毛坯余量+安全量+刀具半徑）

圖1-11法線過渡

法線進刀法在切入工件輪廓點B刀具不能平滑過渡，在B點會留下且刀痕，如果精加工余量足夠小（相對于工藝系統剛性而言），則切痕不會很明顯。法線進刀法在進刀時有刀具半徑補償，退刀必須是發線，而且必須撤銷刀具補償。法線進刀比較簡單，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 ＞ 最大刀具半徑補償值

M ＞ 毛坯余量+安全量

直線延伸進刀法在工件輪廓不再有切入、切出點，但一般情況只有加工外輪廓、而且有直角過渡時才方便應用。在延伸線上不能建立刀具補償，否則可能會得不到欲求之補償路徑。

圖1-12 直線過渡

5. 對圖樣進行數學處理：目前我們主要工作是計算基點（節點）坐標

6. 經過以上步驟，可以進行程序單的編寫了。

(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

工藝：粗加工留余1mm（S250，F30）→半徑加工留余0.2~0.3mm（F60）→精加工到尺寸（S300，F120）

2. 練習件二（如圖1-14）：

圖1-14 練習件二

刀具：Φ12立銑刀

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

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