数控铣床的常用操作

第5章数控铣床的常用操作

随着科学技术的发展，数控铣床与在当今的各种机械制造、模具生产等行业中得到了广泛运用。用于完成铣削加工的数控机床称为数控铣床。它能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型铣削及三维复杂面的铣削，如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等。另外，数控铣床还具有孔加工的功能，通过特定的功能指令可进行一系列孔的加工，如钻孔、扩孔、较孔、镗孔和攻螺纹等。5.1数控铣床简介5.1.1数控铣床的分类数控铣床种类很多，按其体积大小可分为小型、中型和大型数控铣床。一般数控铣床是指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度一般在400mm以下，规格较大的数控铣床，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性加工单元。按其控制坐标的联动轴数可分为二轴半联动、三轴联动和多轴联动的数控铣床等。如对于有特殊要求的数控铣床，可以加进一个回转的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，这时机床数控系统为四轴联动控制的数控系统，可用来加工螺旋槽、叶片等空间曲面零件。常用的分类方法是按其主轴的布局形式分为立式数控铣床，卧式数控铣床和立卧两用数控铣床。1.按主轴布置形式分类（1）立式数控铣床立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用范围也最广泛。立式数控铣床中又以三坐标（x、y、z）联动铣床居多，其各坐标的控制方式主要有以下几种：工作台纵、横向移动并升降，主轴不动方式。目前小型数控铣床一般应用这种方式。工作台纵、横向移动，主轴升降方式。这种方式一般运用在中型数控铣床中，如图3-1所示。龙门架移动式，即主轴可在龙门架的横向与垂直导轨上移动，而龙门架则沿床身做纵向移动。许多大型书控铣床都采用这种结构，又称之为数控龙门铣床，如图3-2所示。图3-1立式升降台铣床

图3-2数控龙门铣床（2）卧式数控铣床卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面，主要用来加工箱体类零件，如图3-3所示。为了扩大功能和加工范围，通常采用增加数控转盘来实现四轴或五轴加工。这样，工件在一次加工中可以通过转盘改变工位，进行多方位加工，使配有数控转盘的卧式数控铣床加工箱体类零件和需要在一次安装中改变工位的零件时具有明显的优势。图3-3卧室数控铣床图3-4立卧两用数控铣床（3）立卧两用数控铣床立卧两用数控铣床的主轴轴线方向可以变换，使一台铣床具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能，如图3-4所示，这累铣床适应性更强，使用范围更广，生产成本低。所以，目前两用数控铣床的数量正在逐渐增多。立卧两用数控铣床靠手动和自动两种方式更换主轴方向。有些立卧两用数控铣床采用主轴头，使其可以加工出与水平面呈不同角度的工件表面。这可以在这类铣床的工作台上增设数控转盘，以实现对零件的“五面加工”。2.按数控系统的功能分类（1）经济型数控铣床经济型数控铣床一般是在普通立式铣床或卧式铣床的基础上改造而来的，采用经济型数控系统，成本低，机床功能较少，主轴转速和进给速度不高，主要用于精度要求不高的简单平面或曲面零件加工，如图3-5所示。（2）全功能数控铣床全功能数控铣床一般采用半封闭或闭环控制，控制系统功能较强，数控系统功能丰富，一般可实现四坐标或以上的联动，加工适应性强，应用最为广泛，如图3-6所示。图3-5经济型数控铣床图3-6全功能数控铣床（3）高速铣削数控铣床我们一般把主轴转速在8000～40000r/min的数控铣床称为高速铣削数控铣床，其进给速度可达10～30m/min。这种数控铣床采用全新的机床结构（主体结构及材料变化）、功能部件（电主轴、直线电机驱动进给）和功能强大的数控系统，并配以加工性能优越的刀具系统，可对大面积的曲面进行高效率、高质量的加工。高速铣削是数控加工的一个发展方向，目前，其技术正日趋成熟，并逐渐得到广泛应用，但机床价格昂贵，使用成本较高。5.1.2数控铣床的主要功能

各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。1.点位控制功能此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。2.连续轮廓控制功能此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3.刀具半径补偿功能此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。4.刀具长度补偿功能此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。5.比例及镜像加工功能比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。6.旋转功能该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。7.子程序调用功能有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。8.宏程序功能该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。5.1.3数控铣床特点

数控铣床是主要采用铣削方式加工工件的数控机床，能完成各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平面曲线和空间曲线等复杂型面的加工。与普通铣床相比，数控铣床具有以下特点：（1）半封闭或全封闭式防护经济型数控铣床多采用半封闭式；全功能型数控铣床会采用全封闭式防护，防止冷却液、切屑溅出，保证安全。（2）主轴无级变速且变速范围宽主传动系统采用伺服电机（高速时采用无传动方式—电主轴）实现无级变速，且调速范围较宽，这既保证了良好的加工适应性，同时也为小直径铣刀工作形成了必要的切削速度。（3）采用手动换刀，刀具装夹方便数控铣床没有配备刀库，采用手动换刀，刀具安装方便。（4）一般为三坐标联动数控铣床多为三坐标（即X，Y，Z三个直线运动坐标）、三轴联动的机床，以完成平面轮廓及曲面的加工。（5）应用广泛与数控车削相比，数控铣床有着更为广泛的应用范围，能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型腔铣削及三维复杂型面的铣削，如各种凸轮、模具等，若再添加圆工作台等附件（此时变为四坐标），则应用范围将更广，可用于加工螺旋桨、叶片等空间曲面零件。此外，随着高速铣削技术的发展，数控铣床可以加工形状更为复杂的零件，精度也更高。5.1.4数控铣床加工对象

数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要二至五坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。根据数控铣床的特点，从铣削加工角度考虑，适合数控铣削的主要加工对象有以下几类。1.平面类零件加工面平行或垂直于定位面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件，如图3-7所示。目前在数控铣床上加工的大多数零件属于平面类零件，其特点是各个加工面是平面，或者可以展开成平面。平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需要用三坐标数控铣床的两坐标联动（即两轴半坐标联动）就可以把它们加工出来。2.曲面零件加工面为空间的零件称为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋桨等，如图3-8所示。曲面类零件不能展开为平面。加工时，铣刀与加工面始终为终点接触，一般采用球头刀在三轴数控铣床上加工。当曲面较复杂、通道较窄、会伤及相邻表面以需要刀具摆动时，要采用四坐标或五坐标铣床加工。图3-7典型的平面零件图3-8曲面零件3.变斜角类零件加工面与水平面的平角呈连续变化的零件称为变斜角零件，如图3-9所示的飞机变斜角梁缘条。变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但加工中，加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。最好采用四坐标、五坐标数控铣床摆角加工，若没有上述机床，也可以采用三坐标数控铣床进行两轴半近似加工。图3-9变斜角类零件4.箱体类零件箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有一定型腔或空腔，在长、宽、高方向有一定比列的零件。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系、轮廓及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、较、锪、攻螺纹等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需要多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。这类零件在加工中心上加工，一次装夹可完成普通机床60%～95%的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时节省费用，缩短生产周期。加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多，需工作台多次旋转角度才能完成的零件，一般选卧式镗类加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。箱体类零件的加工方法，主要有以下几种。（1）当既有面又有孔时，应先铣面，后加工孔。（2）所有孔系都先完成全部孔的粗加工，再进行精加工。（3）一般情况下，直径>Ф30的孔都应铸造出毛坯孔。在普通机床上先完成毛坯的粗加工，给加工中心加工工序的留量为4～6mm（直径），再加上加工中心进行面和孔的粗、精加工。通常分“粗镗-半精镗-孔端倒角-精镗”四个工步完成。（4）直径<Ф30的空可以不铸出毛坯孔，孔和孔的端面全部加工都在加工中心上完成。可分为“锪平端面-（打中心孔）-钻-扩-孔端倒角-铰”等工步。有同轴度要求的小孔（<Ф30），须采用“锪平端面-（打中心孔）-钻-半精镗-孔端倒角-精镗（或铰）”工步来完成，其中打中心孔需视具体情况而定。（5）在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在大小孔相距很近的情况下，更要采取这一措施。（6）对于跨距较大的箱体的同轴孔加工，尽量采取调头加工的方法，以缩短刀辅具的长径比，增加刀具刚性，提高加工质量。（7）螺纹加工，一般情况下，M6以上、M20以下的螺纹孔可以在加工中心上完成。M6以下，M20以上的螺纹可在加工中心上完成底孔加工，攻螺纹可通过其他手段加工。因加工中心的自动加工方式在攻小螺纹时，不能随机控制加工状态，小丝锥容易折断，从而产生废品，由于刀具、辅具等因素影响，在加工中心上攻M20以上大螺纹有一定的困难。但这也不是绝对的，可视具体情况而定，在某些机床上可用镗刀片完成螺纹切削（用G33代码）。5.2数控铣床组成与技术参数

5.2.1数控铣床的组成数控铣床的基本组成如图3-11所示，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服电机、伺服装置、数控系统等组成。图3-11数控铣床的组成床身用于支撑和连接机床各部件。主轴箱用于安装主轴，主轴下端的锥孔用于安装铣刀，当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。主轴箱还可沿立柱上的导轨在Z向移动，使刀具上升或下降。工作台用于安装工件或夹具。工作台可沿滑鞍上的导轨在X向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在Y向移动，从而实现工件在X和Y向的移动。无论是X、Y向，还是Z向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现。伺服装置用于驱动伺服电机。控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态。控制电源则用于向伺服装置和控制器供电。5.2.2数控铣床的技术参数

数控铣床的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、定位精度、重复定位精度等，其具体内容及作用详见表5-1。表5-1数控铣床的主要技术参数5.3数控铣床面板与常用操作

本节以数控铣床型号XK5032，选用FANUC0-MD数控系统为例，介绍数控铣床的操作。5.3.1机床操作面板机床操作面板由CRT/MDI面板和两块操作面板组成。1.CRT/MDI面板如图5-1所示，CRT/MDI面板有一个9〞CRT显示器和一个MDI键盘组成，CRT/MDI面板各键功能如表5-1。图5-1CRT/MDI面板表5-1CRT/MDI面板各键功用说明键名称功能说明RESET复位键按下此键，复位CNC系统。包括取消报警、主轴故障复位、中途退出自动操作循环和输入、输出过程等OUTPTSTART输出启动键按下此键，CNC开始输出内存中的参数或程序到外部设备地址和数字键按下这些键，输入字母、数字和其它字符INPUT入键除程序编辑方式以外的情况，当面板上按下一个字母或数字键以后，必须按下此键才能到CNC内。另外，与外部设备通讯时，按下此键，才能启动输入设备，开始输入数据到CNC内CAN取消键按下此键，删除上一个输入的字符CURSOR光标移动键用于在CRT页面上，一步步移动光标↑：向前移动光标↓：向后移动光标PAGE页面变换键用于CRT屏幕选择不同的页面↑：向前变换页面↓：向后变换页面POS位置显示键在CRT上显示机床现在的位置PRGRM程序键在编辑方式，编辑和显示在内存中的程序在MDI方式，输入和显示MDI数据MENUOFSET刀具偏置数值和宏程序变量的显示的设定DGNOSPRARM自诊断的参数键设定和显示参数表及自诊断表的内容OPRALARM报警号显示键按此键显示报警号AUXGRAPH图象图象显示功能2.下操作面板如图5-2所示，面板上个按钮、旋钮、指示灯功用说明如表5-2所示。图5-2下操作面板表5-2下操作面板各开关功用说明开关名称功用说明CNCPOWERCNC电源按钮按下ON接通CNC电源，按下OFF断开CNC电源CYCLESTART循环启动按钮（带灯）在自动操作方式，选择要执行的程序后，按下此按钮，自动操作开始执行。在自动循环操作期间，按钮内的灯亮。在MDI方式，数据输入完毕后，按下此按钮，执行MDI指令FEEDHOLD进给保持按钮（带灯）机床在自动循环期间，按下此按钮，机床立即减速、停止，按钮内灯亮MODESELECT方式选择按钮开关EDIT：编辑方式AUTO：自动方式MDI：手动数据输入方式HANDLE：手摇脉冲发生器操作方式JOG：点动进给方式RAPID：手动快速进给方式ZRM：手动返回机床参考点方式TAPE：纸带工作方式TEACH：手脉示教方式BDT程序段跳步功能按钮（带灯）在自动操作方式，按下此按钮灯亮时，程序中有“/”符号的程序将不执行SBK单段执行程序按钮（带灯）按此按钮灯亮时，CNC处于单段运行状态。在自动方式，每按一下CYCLESTART按钮，只执行一个程序段DRN空运行按钮（带灯）在自动方式或MDI方式，按此按钮灯亮时，机床执行空运行方式MLK机床锁定按钮（带灯）在自动方式、MDI方式或手动方式下，按下此按钮灯亮时，伺服系统将不进给（如原来已进给，则伺服进给将立即减速、停止），但位置显示仍将更新（脉冲分配仍继续），M、S、T功能仍有效地输出E-STOP急停按钮当出现紧急情况时，按下此按钮，伺服进给及主轴运转立即停止工作MACHINERESET机床复位按钮当机床刚通电，急停按钮释放后，需按下此按钮，进行强电复位。另外，当X、Y、Z碰到硬件限位开关时，强行按住此按钮，手动操作机床，直至退出限位开关（此时务必小心选择正确的运动方向，以免损坏机械部件）PROGRAMPROTECT开关（带锁）需要进给程序存储、编辑或修改、自诊断页面参数时，需用钥匙接通此开关（钥匙右旋）FEEDRATEOVERRIDE进给速率修调开关（旋钮）当用F指令按一定速度进给时，从0%-150%修调进给速率当用手动JOG进给时，选择JOG进给速率JOGAXISSELECT手动JOG方式时，选择手动进给轴和方向。务必注意：各轴箭头指向是表示刀具运动方向（而不是工作台）MANUALPULSEGENERATOR手摇脉冲发生器当工作方式为手脉HANDLE或手脉示教TEACH.H方式时，转动手脉可以正方向或负方向进给各轴AXISSELECT手脉进给轴选择开关用手选择手脉进给的轴HANDLEMULTIPLIER手脉倍率开关用手选择手脉进给时的最小脉冲量MACHINEPOWERREADYPOWER电源指示灯主电源开关合上后，灯亮READY准备好指示灯当机床复位按钮按下后机床无故障时，灯亮ALARMSPINDLECNCLUBESPINDLE主轴报警指示CNCCNC报警指示LUBE润滑泵液面低报警指示HOMEXYZIV分别指示各轴回零结束3.右操作面板如图5-3所示，面板上各开关功用说明如表5-3所示。图5-3右操作面板表5-3右操作面板各开关功用说明开关名称功用说明SPINDLELOAD主轴负载表表示主轴的工作负数SPINDLESPEEDOVERRIDE主轴转速修调开关在自动或手动时，从50%-120%修调主轴转速STOPCWCCWSPINDLEMANUALOPERATE主轴手动操作按钮在机床处于手动方式（JOG、HANDLE、TFACH、H、RAPID）时，可启、停主轴CW：手动主轴正转（带灯）CCW：手动主轴反转（带灯）STOP：手动主轴停止（带灯）COOLMANUALOPERATE手动冷却操作按钮在任何工作方式下都可以操作ON：手动冷却启动（带灯）OFF：手动冷却停止（带灯）5.3.2手动操作

手动操作的方法如表5-4所示。表5-4手动操作的方法项目MODESELSCT方式选择开关选择、修调开关操作说明备注手动参考点返回ZRM按JOGAXISSELECT的+X或+Y或+Z键选择一个轴每次只能选择一个轴手动连续进给JOGFEEDRATEOVERRIDE选择点动速度按JOGAXISSELECT中键+X或-X或+Y或-Y或+Z或-ZRAPID手摇脉搏发生器手动进给HANDLE由AXISSELECT选择欲进给轴X、Y或Z由HANDLEMULTIPLIET调节脉搏当量旋转“MANUALPULSEGENERATOR”主轴手动操作OGRAPIDHANDLETEACH.H调节“SPINDLESPEEDOVERRIDE”按“SPINDLEMANUALOPERATE”中键CW或CCW或STOP每次开机后，在MDI页面输入一次S。以后直接手动冷却泵启/停任何方式按“COOLMANUALOPERATE”中键ON或OFF5.3.3自动操作

自动操作的方法如表5-5所示。表5-5自动操作的方法项目PROGRAMPROTECTMODESELECT方式选择开关功能键操作说明内存操作AUTOPRGRM输入程序号→CURSOR↓→CYCLESTARTMDI操作右旋MDIPRGRM软键NEXT→键入坐标字→INPUT→CYCLESTART5.3.4加工程序的输入和编辑

加工程序的输入和编辑方法如表5-6所示。表5-6加工程序的输入和编辑方法类别项目PROGRAMPROTECTMODESELECT功能键操作说明将纸带上的程序输入内存单一程序输入，程序号不变右旋EDIT或AUTOPRGRMINPUT单一程序输入，程序号变键入程序号→INPUT多个程序输入INPUT或键入程序号→INPUTMDI键盘输入程序EDIT输入程序号→INSRT→键入字→INSRT→段结束键入EOB→INSRT检索程序号检索EDIT或AUTO键入程序号→按CURSOR↓或键入地址O→按CURSOR↓程序段检索程序号检索→键入段号→按CURSOR↓或键入N→按CURSOR↓指令字或地址检索程序号检索→程序段检索→键入指令或地址→按CURSOR↓编辑扫描程序EDIT程序号检索→程序段检索→按CURSOR↓或PAGE↓扫描程序插入一个程序检索插入位置前一个字→键入指令字→INSRT修改一个字检索要修改的字→键入指令字→ALTER删除一个字检索要删除的字→DELET删除一个程序段检索要删除的程序段号→DELET删除一个程序检索要删除的程序号→DELET删除全部程序键入0-9999→DELET5.3.5刀具偏置

如果NC程序使用刀具半径补偿指令，在运行此程序之前必须通过刀具偏置的方法设定刀具半径补偿值，还可以通过刀具偏置的方法调整刀具半径的补偿量。刀具偏置有绝对值方式和增量值方式两种输入方法，采用哪一种输入方式由机床的内定参数设定。下面分别介绍。1.绝对值方式输入刀具偏置量输入刀具偏置量的方法，按刀具偏置功能键MENUOFFSET，在CRT上显示刀具偏置页面，如图5-4所示，按↓PAGE钮可以调整显示页面。（1）选定刀具偏置号选定刀具编置号有二种方法，一种方法是按CURSOR↓或↑光标键，移动光标至要找的刀具偏置号处，如果连续按光标按钮，光标在屏幕上顺序移动，直至找到需要的刀具偏置号（如果移动光标超出这一页面，将进入下一页面）；另一种方法是按NOQP按钮，输入要找的刀具偏置号，再按INPUT按钮，从而选定需要的刀具偏置号。（2）输入刀具偏置值（带小数点也可以）按INPUT键，输入刀具偏置值，如图5-5所示，刀具偏置号为25，输入刀具偏置值为15.4mm。2.增量值方式输入刀具偏置量增量值方式输入刀具偏置量是指输入刀具偏置量的减少量或增加量。例如当前刀具偏置量5.678输入刀具偏置量（增量值）1.5屏幕显示刀具偏置量7.176（5.678+1.5）增量值方式输入刀具偏置量的方法同绝对值方式输入刀具偏置量的方法基本相同，但存储的刀具偏置量为原来刀具偏置量与输入刀具偏置量增量的代数和。3.注意本机床输入刀具偏置量的方式为增量方式输入刀具偏置量。在自动运行期间，当刀具偏置量被修改时，新的刀具偏置量不是立刻有效，只有程序再次出现H代码时，并且H代码指定的刀具偏置号与表内修改的刀具偏置号相符合时才有效。4.数控铣床对刀操作1)设置工件坐标系零点（图4－4－6）2)刀具接触工件左侧，记录坐标X值。3)刀具接触工件前侧，记录坐标Y值。OFFSETO2000N2000NO.DATENO.DATA0170.00002515.4000180.0000260.0000190.0000270.0000200.0000280.0000210.0000290.0000220.0000300.0000230.0000310.0000240.0000320.000ACTUALPOSITION（RELATIVE）X4.数控铣床对刀操作1)设置工件坐标系零点（图4－4－6）2)刀具接触工件左侧，记录坐标X值。3)刀具接触工件前侧，记录坐标Y值。0.000Y0.000Z0.000NO.025=MDIOFFSETMACROOFFST

OFFEOFFSOFFSETO2000N2000NO.DATENO.DATA00110.0000090.000002-1.00001010.0000030.000011-20.0000040.0000120.00000520.0000130.0000060.000