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SX019-端盖底板领的数控铣削加工与编程设计【数控铣床类课题】【手动编程】

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sx019 底板 数控 铣削 加工 编程 设计 铣床 课题 手动
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刀具卡片.doc

工序卡片.doc

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目录.doc

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设计说明书.doc[21000字，57页]

零件.dwg


目录

摘要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ……………………………………………………………………………………Ⅱ

目录 …………………………………………………………………………………………Ⅲ

第1章 绪论 ………………………………………………………………………………1

1.1计算机数控的概念与发展 ………………………………………………1

1.2数控技术与数控机床………………………………………………………2

1.3典型数控铣床的概述………………………………………………………3

1.3.1数控铣床的基本构成及特点.…………………………………3

1.3.2数控铣床的分类……………………………………………………4

1.3.3数控铣床的主要加工对象 ……………………………………4

1.3.4典型数控铣床的性能和参数.…………………………………5

第2章 键槽端盖底板的加工工艺分析 .………………………………………7

2.1 零件图工艺分析 ……………………………………………………………7

2.2 加工方法选择 .………………………………………………………………8

2.3 确定装夹方案 .………………………………………………………………8

2.4 确定加工顺序与走刀路线.………………………………………………8

2.5 刀具选择 ………………………………………………………………………8

2.6 切削用量选择 ………………………………………………………………10

2.7 对刀点与换刀点的确定.…………………………………………………12

2.8 拟订数控铣削加工工序卡片..…………………………………………13

第3章 数控加工程序的编制 ……………………………………………………15

3.1 数控铣床的基本编程技术 ……………………………………………15

3.1.1 数控铣床的编程特点 …………………………………………15

3.1.2 数控铣床的坐标系………………………………………………15

3.1.3 数控铣床的编程指令 …………………………………………16

3.1.4 数控铣床的基本编程方法……………………………………18

3.2 数控编程的数值计算..……………………………………………………25

3.2.1基点、节点的含义.………………………………………………25

3.2.2 基点的坐标计算.…………………………………………………26

3.2.3 加工程序……………………………………………………………26

第4章 数控加工中心仿真系统…………………………………………………35

4.1 FANUC 0i 加工中心的仿真操作……………………………………35

4.1.1  CRT/MDI操作面板介绍 …………………………………35

4.1.2  机床操作面板介绍……………………………………………37

4.1.3  手动操作机床 …………………………………………………39

4.1.4  自动操作机床 …………………………………………………40

4.1.5  加工程序的输入和编辑.……………………………………41

4.1.6  输入零件原点参数 .…………………………………………43

4.1.7  输入刀具补偿参数 .…………………………………………43

4.2键槽端盖底板的仿真操作过程 .……………………………………44

4.3 仿真结果 ……………………………………………………………………46

毕业设计小结……………………………………………………………………………47

参考文献 …………………………………………………………………………………48


内容简介：
7 第 1 章 绪论 1.1 计算机数控的概念与发展 1计算机数控的概念 （ 1）数字控制（数控）的概念 GB8129-1997 中对 NC 的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。 （ 2）数控机床（ NC machine tools） 若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。 （ 3）数控系统 在数控机床行业中，数控系统是计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。有时则仅指其中 的计算机数字控制装置。为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。 2计算机数控的发展 从第一台数控机床问世至今的 40 多年中，随着微电子技术的不断发展，数控装置也在不断地更新换代，先后经历了电子管（ 1952 年）、晶体管（ 1959 年）、小规模集成电路（ 1965 年）、大规模集成电路及小型计算机（ 1970 年）和微处理机或微型计算机（ 1974 年）等五代数控系统。 前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）数控装置，一般称为NC 数控装置。 20 世纪 70 年代初，随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧 下降，出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机的第四代数控系统。这种数控系统不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序实现，并可将专用程序存储在小型计算机的存储器中，构成控制软件。这种数控系统称为计算机数控系统（ computerized numerical control，即 CNC ）。自 1974 年开始，以微处理机为核心的数控装置（ microcomputerized numerical control，即 MNC）得到迅速发展。 CNC 和 MNC称为软接线（软件）数控系统。由于 NC 硬件数控系统早已被淘 汰，而目前软件数控系统均采用 MNC，因此，许多书中将现代数控系统称为 CNC。 我国从 1958 年开始研制数控机床， 20 世纪 60 年代中期进入实用阶段。自 20 世纪80 年代开始，引入日本、美国、德国等国外著名数控系统和伺服系统制造商的技术，使我国数控系统在性能、可靠性等方面得到了迅速发展。经过“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻关，我国已掌握了现代数控技术的核心内容。目前我国已有数控系统（含主轴与进给驱动单元）生产企业五十多家，数控机床生产企业百余家。 nts8 1.2 数控技术与数控机床 数控技术，简称数控（ Numerical Control-NC），是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控（ Computerized Numerical Control-CNC）。 为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统（ Numerical Control System），数控系统的核心是数控装置（ Numerical Controller）。 采用数控技术进行控制的机床，称为 数控机床（ NC 机床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。 数控机床种类繁多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC 机床。带有自动刀具交换装置（ Automatic Tool Changer-ATC）的数控机床（带有回转刀架的数控 车床除外）称为加工中心（ Machine Center-MC）。它通过刀具的自动交换，只需一次装夹即可以完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。目前加工中心是数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。 在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘）自动交换装置（ Auto Pallet Changer-APC）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元（ Flexible Manufacturing Cell-FMC）。 FMC 不仅实现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作台（托盘）的自动交换和较完善的自动检测、监控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设备的加工效率。 FMC 既是柔性制造系统的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使用，因此其发展速度较快。 在 FMC 和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统（ Flexible Manufacturing System-FMS）。 FMS 不仅可以进行长时间的无人化加工，而且可以 实现多品种零件的全部加工或部件装配，实现了车间制造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进制造系统。 随着科学技术的发展，为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合，构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统（ Computer Integrated Manufacturing System-CIMS）。 CIMS 将一个工厂的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性 的智能化生产，nts9 是当今自动化制造技术发展的最高阶段。 1.3 典型数控铣床的概述 数控铣床是一种用途十分广泛的机床，主要用于精度要求高、轮廓形状较复杂的平面、曲面及壳体类零件的加工。同时可进行钻、扩、锪、铰、螺纹切削、镗孔等加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。 下面以配置 FANUC oi-MB 系统的数控铣床为例进行介绍。 1.3.1 数控铣床的基本构成及特点 1数控铣床的基本构成 数控铣床由以下几个部分组成 （ 1）主机 即铣床机械结构，通常由床身、底座、立柱、横梁、滑座、工 作台等机床基础件以及主传动机构、进给系统等组成。它是整台铣床的基础和框架。 （ 2）控制部分（ CNC 装置） 包括专用计算机、显示器、键盘、输入输出装置等，其为数控铣床的控制核心。 （ 3）驱动装置。 （ 4）辅助装置 冷却、润滑等辅助装置。 2数控铣床的结构特点 与普通铣床相比，数控铣床具有如下结构特点。 （ 1）高刚度和高抗震性 铣床刚度是铣床的技术性能之一，它反应了铣床机构抵抗变形的能力。主要采取了提高数控铣床构件的静刚度和固有频率，改善数控铣床结构的阻尼特性，采用新材料和刚板焊接结构等几方面的措施。 （ 2）减小了热变形对铣床的影响 铣床的热变形是影响铣床加工精度的重要因素之一。由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，因此热变形对数控铣床的影响远比普通铣床严重。为了减小热变形的影响，常采用以下几种措施：改进铣床布局和结构，如采用热对称结构，倾斜床身和斜滑板结构，热平衡等措施；控制温度，采用散热、风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量；对切削部位采用强冷措施及热位移补偿等。 （ 3）传动系统机械结构简化 数控铣床采用的交流、直流电机，其调速范围大，并可无级调速，因此使得主轴箱、进给变速箱及传 动系统大为简化，箱体机构简单。 （ 4）高传动效率和无间隙传动装置 目前数控铣床进给驱动系统中常用的机械装置主要有三种：滚珠丝杠副、静压蜗杆 蜗轮机构和预加载荷双齿轮 齿条。 （ 5）低摩擦系数的导轨 导轨是铣床的基本结构之一。铣床加工精度和使用寿命在很大程度上决定于铣床导轨的质量。 nts10 1.3.2 数控铣床的分类 数控铣床从结构上可分为立式、卧式及立卧两用三种。 （ 1）立式数控铣床 立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。目前三坐标数控立铣占数控铣床的大多数，一般可进行三坐 标联动加工，也可以实行两轴半控制，即在 X、 Y、 Z 三个坐标轴中，任意两轴都可以联动。一般用来加工平面曲线的轮廓。但也可加一个回转坐标，用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。 （ 2）卧式数控铣床 卧式数控铣床主轴的轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘（或万能数控转盘）来实现四坐标、五坐标加工。 （ 3）立卧两用数控铣床 这类铣床可在一台机床上进行立式加工或卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。它的使用范围更广，功能更全。 一般数控铣床上指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台 宽度多在 400mm 以下，规格较大的数控铣床（工作台宽度多在 500mm 以上），其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。 1.3.3 数控铣床的主要加工对象 铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。 1、 平面类零件 即 加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为 一 定 值 的零件 。 2、 直纹曲面类零件 即 由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。 3、 立体曲面类零件 即 加工面为空间曲面的零 件 。 这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具 加工， 易于产生干涉而铣伤邻近表面。 1.3.4 典型数控铣床的性能和参数 本设计中的零件是利用 XK5025 数控铣床加工的，在这里对该机床的性能及主要规格、参数进行简要介绍。 XK5025 数控立式升降台式铣床，对主轴套筒和工作台纵横向移动进行数字式自动控制或手动控制。用户加工零件时，按照待加工零件的尺寸及工艺要求，编制零件加工nts11 程序，通过控制器面板上的操作键盘输入计算机，计算机经过处理发出伺服需要的脉冲信号，该信号经驱 动单元放大后驱动步进电机，实现数控铣床的 X、 Y、 Z 三坐标联动功能（也可加装第四轴），从而完成各种复杂形状零件的加工。 该机床适用于多品种小批量生产的零件，对各种复杂曲线的凸轮、样板、弧形槽等零件的加工效能尤为显著。其驱动部件为高性能、很可靠的混合式步进电机，输出力矩大，高、低速性能均好，且系统具备手动回机械零点功能，机床的定位精度和重复定位精度较高，不需要模具就能确保零件的加工精度，同时本机床所配系统具备刀具半径补偿和长度补偿功能，降低了编程复杂性，提高了加工效率。此外，其还具备零点偏置功能，可实现多工件的 同时加工。 下面列出 XK5025 数控铣床的一些主要规格和参数供参考。 工作台面积（ 宽 长） 250mm 1120mm 工作台纵向行程 680mm 工作台横向行程 350mm 升降台垂直行程 400mm T 型槽数及宽度 3 15.87 或 3 14 T 型槽间距 65mm 工作台允许最大载重 250kg 主轴中心至床身导轨面的距离 360mm 主轴孔锥度 7:24 ISO30 主轴套筒行程 130mm 主轴转速 有级 65 4750r/min 主轴转速 无级 60 3500r/min 铣 削进给速度 0 350mm/min 快速移动速度 2500 mm/min 分辨率 0.001mm 定位精度 0 .013mm/300mm 重复定位精度 0 .005mm 机床外形尺寸 1405 1712 2296mm 机床净重 1500kg 机床电源 380V AC 3 nts7 第 2 章 键槽端盖底板的加工工艺分析 如下图所示，为键槽端盖底板。其材料为 45，毛坯尺寸长宽高为 110mm 90mm 30mm,其数控铣床加工工艺分析如下： 2.1 零件图工艺分析 该零件主要由外轮廓、上下表面、台阶面、键槽、三角形槽、孔组成。总体表面粗糙度要求较高，而且键槽及孔 4 10H8对基准面 A有对称度要求，台阶面外轮廓两平行面及孔 4 10H8对基准面 B也有对称度要求。零件材料为 45，切削加工性能较好。 根据以上分析，零件外轮廓、上下表面、台阶面、键槽、三角形槽及 4 10H8孔的加工应分粗、精加工两部分进行，以保证表面粗糙度要求。 2.2 加工方法的选择 nts8 1、上下表面、台阶面、外轮廓、键槽、三角形槽的粗糙度要求为 Ra3.2,可选择粗铣 精铣方案 。 2、孔加工方案的选择 孔加工前，为便于钻头引正，先用中心钻加工中心孔，然后再钻孔。内孔表面的加工方案在很大程度上取决于内孔表面本身的尺寸精度和粗糙度。对于精度较高、粗糙度 Ra 较小的表面，一般不一次加工到规定的尺寸，而要划分加工阶段逐步进行，则该零件孔 4 10H8的加工方案为钻 铰。 2.3 确定装夹方案 该零件的外形比较规则，因此，在加工外轮廓、上下表面、台阶面、键槽、三角形槽及孔时，选用平口虎钳夹紧。 2.4 确定加工顺序及走刀路线 按照基准先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。详见表 2-2键槽端盖底版数控加工工序卡，外轮廓加工采用顺铣方式，刀具沿切线方向切入与切出。 2.5 刀具选择 1、零件外轮廓、键槽、三角形槽采用立铣刀加工，根据侧吃刀量选择立铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入 /切出角；且铣刀直径应尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。 2、孔加工选择 9.8钻头 ， 10铰刀 该零件加工所选刀详见表 2-1 键槽端盖底板数控加工刀具卡片。 nts9 表 2-1 键槽端盖底板数控加工刀具卡片 产品名称 或代号 数控铣工艺分析 零件名称 键槽端盖底板 零件图号 序号 刀具 编号 刀具规格名称 数量 加工表面 备注 1 T1 10 硬质合金立铣刀 1 铣削外轮廓 2 T2 125 硬质合金端面铣刀 1 铣削上下表面 3 T3 12 硬质合金立铣刀 1 铣削台阶面及其 轮廓 4 T4 16 高速钢立铣刀 1 铣键槽 5 T5 10 高速钢立铣刀 1 铣三角形槽 6 T6 3 中心钻 1 钻中心孔 7 T7 9.8 高速钢麻花钻头 1 钻 4 10H8底孔 8 T8 10 铰刀 1 铰 4 10H8 编制 杨红印 审核 批准 共 1 页 第 1 页 nts15 2.6 切削用量选择 1、该零件材料切削性能较好，铣削平面、台阶面、轮廓、键槽及三角形槽时留 0.5mm 精加工余量；孔加工精铰余量留 0.1mm。 2、进给速度，主轴转速计算 a、铣削外轮廓 1）参考文献 （ 2） 表 4-5 取铣削速度 Vc=66m/min 参考文献 （ 7）表 3.6 取精铣时每齿进给量 f2 =0.01mm/z， 粗铣时每齿进给量 f1 =0.0125mm/z， 则 铣削外轮廓时主轴转速 n =1 8.01000 DVc =10 8.0661000 =1680r/min 1800r/min 粗铣时进给速度 V1 = f1 Z n=0.015 4 1800=108mm/min， 取 V1 =100mm/min。 精铣时进给速度 V2 = f2 Z n=0.01 4 1800=72mm/min 2）检验机床功率 参考文献（ 3）得切削功率 Pm=167.9 510 ap9.0 fz 74.0 ae Z n KPm 取 Z=4， n=601800=30r/s， ae=5mm， ap=23mm， fz =0.03mm/z， KPm=1 将它们代入公式算得 Pm=1.47KW 由参考文献（ 1）表 4.2-35得机床功率为 7.5KW，若取效率为 0.85， 则 7.5 0.85=6.375KW 1.47KW，故机床功率足够。 b、铣削上下表面 1）确定铣削深度 ap由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则ap=5mm。 2）确定每齿进给量 fz 采用不对称端铣以提高进给量。根据参考文献（ 7） 表 3.5，当使用 YT15，铣床功率为 7.5KW时， fz =0.09 0.18mm/z，但因nts16 采用不对称端铣，故取 fz =0.18mm/z，精铣时 每转进给量为 f2 =0.5mm/r 3）确定切削速度 根据参考文献（ 7）表 3.8、表 3.15，当 do=125mm，Z=4， ap 5mm， fz 0.24mm/z时， Vt=123m/min， nt=313r/min，各修正系数 为 Kv=0.8 ， Kn=0.8 。故 Vc=VtKv=123 0.8m/min=98.4m/min,n=ntKn=313 0.8=250.4m/min 根据参考文献（ 1）表 4.2-36取 n=300r/min 则 粗铣时进给速度 V 1 =f 1 n=0.18 4 300mm/min=216mm/min235mm/min 精铣时进给速度 V2 =f2 n=0.5 300mm/min=150mm/min 4）校验机床功率 根据参考文献（ 7） 表 3.23，当b=5601000MPa, ae 72mm, ap 5mm,do=125mm,Z=4,Vf=235mm/r,近似为 Pm=4.1KW 机床主轴允许的功率为 7.5 0.85=6.375KW 4.1KW，故机床功率足够。 c、铣削键槽、三角形槽 1）确定铣削深度 ap由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完， 则 ap=5mm。 2）确定每齿进给量 fz 根据参考文献（ 7）表 3.4，得精铣时每齿进给量 f2 =0.045mm/z,粗铣时每齿进给量 f1 =0.06mm/z 3）确定切削速度 Vc根据参考文献（ 7）表 3.13，当 do=16mm,Z=3, f z =0.045mm/z 时， Vt=55m/min,nt=458r/min,各修正系数为 Kv= Kn=1.15, 故 Vc=VtKv=55 1.15m/min=63.25m/min n=ntKn=458 1.15r/min=526r/min 575r/min 则 粗铣时进给速度 V 1 =f 1 n=0.06 575 4mm/min=138mm/min150mm/min nts17 精铣时进给速度 V2 =f2 n=0.045 575 4mm/min=100mm/min d、钻孔 1）确定进给量 f 根据参考文献（ 7）表 2.7，当 do 8 10mm,钢 b800MPa 时，进给量 f=0.22 0.28mm/r,由于钻孔后需要用铰刀精加工，则要乘以系数 0.5，即实际进给量 f1 =0.28mm/r 0.5=0.14mm/r。根据参考文献（ 7）表 2.24，取铰孔时进给量 f2 =0.2mm/r 2）确定切削速度 根据参考文献（ 7）表 2.14， 45号钢 b=580 680MPa的加工性分类为 5， 根据参考文献（ 7）表 2.13，钻孔进给速度 f1 =0.14mm/r 时的切削速度V1 =22m/min。 根据参考文献（ 7）表 2.24，加工材料为钢，硬度中等，铰刀直径 do=520mm时切削速度 V2 =7m/min。 则 钻孔时主轴转速 n1 =711000dV=8.9 221000=714.5r/min 735r/min 铰孔时主轴转速 n2 =8 21000dV=1071000=223r/min 250r/min 根据参考文献（ 1）表 4.2-15，取 n1 =735r/min, n2 =250r/min。 则 钻孔时进给速度 V1 =f1 n1 =0.14 735mm/min 100mm/min, 铰孔时进给速度 V2 =f2 n2 =0.2 250mm/min=50mm/min 2.7 对刀点与换刀点的确定 在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数 控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起始点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。 对刀点的选择原则是：便于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查；引起的加工误差小 对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上），但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。nts18 刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千 分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与“对刀点”一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；立铣刀、端铣刀到头底面的中心，球头铣刀的球头中心，故对于此零件的对刀点选在（ -47.435， 0）处。 加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如车床）。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部件为准。故本零件的换刀点位置为（ 0， 0， 100）处。 2.8 拟订数控铣削加工工序卡片 为了更好地指导编程和加工操作，把零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表 2-2 所示的键槽端盖底板零件数控加工工序卡片。 nts19 表 2-2 键槽端盖底板数控加工工序卡片 单位名称 南通职业大学 产品名称或代号 零件名称 零件图号 数控铣削工艺分析 键槽端盖底板 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 平口虎钳 XK5025 数控中心 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格/mm 主轴转速/r min1 进 给速度 /mm min1 背吃刀量 /mm 备注 1 粗铣定位基准面 B T1 10 1500 100 4.5 自动 2 精铣定位基准面 B T1 10 1500 72 0.5 自动 3 粗铣 A面 T1 10 1500 100 4.5 自动 4 精铣 A面 T1 10 1500 72 0.5 自动 5 粗铣上表面 T2 125 300 235 2.5 自动 6 精铣上表面 T2 125 300 150 0.5 自动 7 粗铣下表面 T2 125 300 235 6.5 自动 8 精铣下表面 T2 125 300 150 0.5 自动 9 粗铣台阶面及其轮廓 T3 12 1500 100 4.5 自动 10 精铣台阶面及其轮廓 T3 12 1500 72 0.5 自动 11 粗铣键槽 T4 16 575 150 4.5 自动 12 精铣键槽 T4 16 575 100 0.5 自动 13 粗铣三角形槽 T5 10 575 150 2.5 自动 14 精铣三角形槽 T5 10 575 100 0.5 自动 15 钻所有孔 的中心孔 T6 3 1000 自动 16 钻 4 10H8底孔至 9.8 T7 9.8 735 100 自动 17 铰 4 10H8孔 T8 10 250 50 0.1 自动 编制 杨红印 审核 批准 共 1页 第 1页 nts15 第 3 章 数控加工程序的编制 3.1 数控铣床的基本编程技术 3.1.1 数控铣床的编程特点 数控铣床是通过两轴联动来加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。数控铣削加工编程具有如下特点： 1、数控铣床一般仅具有直线和圆弧的插补功能， 因此非圆曲线的加工是按编程允许误差将曲线分割成许多小段再用直线或圆弧逼近得到，编程时需计算各节点坐标。 2、具备刀补功能，可直接按工件尺寸编程。 3、具备镜像功能，加工轴对称零件时只要编写一半加工程序即可。 4、具备子程序调用功能。当工件上有相同加工部位时，可以调用子程序，以简化程序编制。 3.1.2 数控铣床的坐标系 （一）、机床坐标系 机床坐标系是机床本身固有的，是以机床原点为坐标系原点建立起来的 X 、 Y 、 Z 轴直角坐标系。机床坐标系的原点也称为机械零点，每次启动机床后，机床三个坐标轴一次走到机 床正方向的一个极限位置，这个极限位置是机床装配完工后确定的一个固定位置，该位置就是机床坐标系的原点。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。 图 3.1 为立式铣床的标准坐标系。 图 3.1 立式铣床标准坐标系 nts16 （二）、工件坐标系 为了确定零件加工时在机床中的位置，必须建立工件坐标系，也称为编程坐标系。工件坐标系采用与机床坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点即工件原点，工件原点是任意的，它由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定。它在工件装夹完毕后，通过对刀确定。通常选 择工件原点位置时应注意： 1、 工件原点应选在零件图的尺寸基准上，以便于坐标值的计算，减少错误。 2、 工件原点尽量选在精度较高的加工表面，以提高被加工零件的加工精度。 3、 对于一般工件原点，通常设在工件外廓的某一角上。 4、 Z 轴方向上的工件原点，一般设在工件上表面。 5、 对于对称的零件，工件原点应设在对称中心上。 3.1.3 数控铣床的编程指令 表 3 1 常用文字码及其含义 功能 文字码 含义 程序号 O/：（ ISO/EIA） 表示程序名代号 (1 9999) 程序段号 N 表示程序段代号 (1 9999) 准备功能 G 确定移动方式等准备功能 坐标字 X、 Y、 Z 、 A、 B、C 坐标轴移动指令 ( 99999.999mm) R 圆弧半径 ( 99999.999mm) I、 J、 K 圆弧圆心坐标 ( 99999.999mm) 进给功能 F 表示进给速度 (1 1000mm/min) 主轴功能 S 表示主轴转速 (0 9999r/min) 刀具功能 T 表示刀具号 (0 99) 辅助功能 M 冷却液开、关控制等辅助功能 (0 99) 偏移号 H 表示偏移代号 (0 99) 暂停 P 、 X 表示暂停时间 (0 99999.999s) 子程序号及子程序调用次数 P 子程序的标定及子程序重复调用次数设定 (1 9999) 宏程序变量 P、 Q、 R 变量代号 数控铣床的编程功能指令与数控车床的编程功能指令相似，也可分为准备功能指令和辅助功能指令两大类。由于生产数控机床的厂家众多，且所用数控系统也各不相同，故编程时必须严格遵守机床使用说明书中的规定。这里以配置nts17 FANUC 0i 系统的 XK5025 立式数控铣床为例介绍基本的编程功能指令及 程序编制的基本方法 。 FANUC-0i 数控系统的主要特点是：轴控制功能强，其基本可控制轴数为 X、 Y、 Z 三轴，扩展后可联动控制轴数为四轴；编程代码通用性强，编程方便，可靠性高。常用文字码及其含义见表 3 1。 （一）、准备功能指令 选择准备功能指令是编制程序的核心问题。准备功能指令也称为 G 功能，其由地址字 G 和两位数值来表示，跟在 G 后面的数字决定了该程序段的指令的意义。常用准备功能代码如表 3 2 所示。其中 00 组的 G 代码为非模态代码，其余均为模态代码。 表 3 2 常用 G 功能代码 指 令 组 功 能 指 令 组 功能 G00 01 快速定 位 G42 07 刀具半径右补偿 G01 直线插补 G43 08 正向刀具长度补偿 G02 圆弧插补 /螺旋线插补 CW G44 负向刀具长度补偿 G03 圆弧插补 /螺旋线插补 CCW G49 刀具长度补偿取消 G04 00 暂停 G53 00 选择机床坐标系 G17 02 选择 XY 平面 G54 14 选择工件坐标系 1 G18 选择 XZ 平面 G55 选择工件坐标系 2 G19 选择 YZ 平面 G56 选择工件坐标系 3 G20 06 英寸输入 G57 选择工件坐标系 4 G21 毫 米输入 G58 选择工件坐标系 5 G27 00 返回参考点检测 G59 选择工件坐标系 6 G28 返回参考点 G90 03 绝对值方式编程 G29 从参考点返回 G91 相对值方式编程 G33 01 螺纹切削 G92 00 设定工件坐标系 G40 07 取消刀具半径补偿 G98 10 固定循环返回到初始点 G41 刀具半径左补偿 G99 固定循环返回到 R 点 （二）、辅助功能指令 XK5025 立式数控铣床的辅助功能指令与数控车床基本相同。如表 3 3 所示。 表 3 3 常用 M 功能代码 指令 功 能 指令 功 能 M00 程序停止 M05 主轴停止旋转 nts18 M01 选择停止 M08 切削液开 M02 程序结束 M09 切削液关 M03 主轴顺时针方向旋转 M98 子程序调用 M04 主轴逆时针方向旋转 M99 子程序结束 （三）、其它功能指令 1、进给功能 进给功能也称为 F 功能。表示刀具中心运动时的进给速度，由地址码 F 和数字构成。 F 功能以每分钟进给距离的方式指定进给速度。 F 功能的单位可以是mm/min ，也可以是 mm/r；可以按公制形式输入，也可以转换成英制。 F 值的指 定方法很多，在 XK5025 立式数控铣床系统中采用的是直接指定法，范围在 0350mm/min 之间，用户可根据实际切削情况，任意选用。例如： F120 表示120mm/min。 2、主轴功能 主轴功能也称 S 功能，即用来指定主轴的转速。它由地址码 S 及后面的整数数字组成，单位为 r/min。目前常用的也是直接指定法，如 S1500 表示主轴转速为 1500r/min。在编程时除用 S 功能指定主轴转速外，还要用 M 代码指定主轴是沿顺时针方向旋转还是沿逆时针方向旋转。使用 S 功能一定要根据机床说明书中规定的转速范围，例如 XK5025 立 式数控铣床的无级主轴转速范围为 603500r/min，用户可根据切削材料的性质，在给定范围内选择合适的主轴转速。 3、刀具功能 刀具功能也称 T 功能。由地址码 T 及后面的两位整数数字组成，数字代表刀具的编号，用来选择刀具。 3.1.4 数控铣床的基本编程方法 （一）、绝对值方式和增量值方式编程 1、绝对值方式编程 程序格式： G90 G90 表示程序段中的编程尺寸按绝对坐标给定，即所有的坐标尺寸数字都是相对于固定的编程原点即工件原点的。 2、增量值方式编程 程序格式： G91 G91 表示程序段中的编程尺寸按相对坐标 给定，即程序段中终点坐标都是按相对于前一坐标点给出的。 一般系统开机后，默认为绝对值方式编程，若用 G91 指定为增量值方式编程后，必须用 G90 指令才可恢复为绝对值方式编程。 nts19 （二）、工件 坐标系的建立 1、设置 工件 坐标系 程序 格式 G92 X Y Z ； G92 指令程序段只是设定 工件 坐标系，并不产生任何动作 。执行 G92 指令后，也就确定了刀具刀位点的初始位置与工件坐标系坐标原点的相对距离。对于具有机床坐标原点的数控机床，当采用绝对坐标编程时，第一个程序段的指令通常是设定对刀点在工件坐标系中的坐标值。 2、选 择机床坐标系 程序 格式 G53 X Y Z ； G53 指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中 X、 Y、 Z 后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。 注意： 1） G53 是非模态指令，仅在本程序段内有效。 2） G53 指令在 G90 状态下有效，在 G91 状态下无效。 3） G53 指令取消刀具半径补偿和长度补偿。 4）执行 G53 指令前必须以手动或自动方式完成机床回零操作。 3、选择 1 6 号 工件 坐标系 G54、 G55、 G56、 G57、 G58、 G59 选择 1 6 号 工件 坐标系 ， 这些指令可以分别用来选择相应 的 工件 坐标系。 编程格式： G54(G55G59) G00 (G01) X Y Z (F ) ； 该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件坐标系中的位置。 G54 G59 指令程序段可以和 G00、 G01 指令组合，如 G54 G90 G01 X 10 Y10时，运动部件在选定的 工件 坐标系中进行移动。 在加工中心的有关章节中，G54G59 会有详细介绍。 （三）、快速定位与直线插补 1、快速定位 程序格式： G00 X Y Z 式中 X、 Y、 Z 为刀具移动的目标点坐标。 用 G00 指定点定位，命令刀具以点位控制方 式，从刀具所在点以最快的速度，移动到下一个目标点。 注意： 1）程序中使用了 G00 指令后，进给速度指令 F 无效， G00 指令中的快速移动速度由机床制造厂商对每个轴单独设定。 2）当 Z 轴按指令远离工作台时，先 Z 轴运动，再 X、 Y 轴运动。当 Z 轴按指令接近工作台时，先 X、 Y 轴运动，再 Z 轴运动。 nts20 3）目标点的坐标可以用绝对值，也可以用增量值。 4）使用 G00 指令时，刀具的实际运动路线并不一定是直线，因此要注意刀具是否会与工件和夹具发生碰撞。对不适合联动的场合，可每轴单动。 2、直线插补 程序格式： G01 X Y Z F 式中 X、 Y、 Z 为刀具移动的目标点坐标， F 为进给速度。 用 G01 指定直线插补，其作用是指令两个坐标（或三个坐标）以联动的方式，按指定的进给速度 F，插补加工出任意斜率的平面（或空间）直线。 G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程由 G90/G91 决定， F 为模态指令。 （四）、圆弧插补 圆弧插补的编程格式有两种，分别如下： 1、用分矢量 I、 J、 K 表示圆心位置 G02（ G03） X Y I J F 2、用圆弧半径 R 指定圆心位置 G02（ G03） X Y R F 其中 、 G02 表示顺时针圆弧插补，G03 表示逆时针圆弧插补。判别方法如图 3.2 所示，沿圆弧所在平面（如 X, Y）的另一个坐标的负方向（ Z）看去，顺时针方向用 G02表示，逆时针方向为 G03。 、 X、 Y、 Z 为圆弧终点坐标值，可以用绝对坐标，也可以用增量坐标，由 G90 和 G91 决定。 、 I、 J、 K 不论是 G90 还是G91 状态，均为圆心相对于圆弧起点的增量坐标，也可理解成圆弧起点到圆心的矢量（矢量方向指向圆心） 。根据矢量在 X、 Y、 Z 轴上的投影决定其数值及符号，如图 3.3 所示。 图 3.2 圆弧的顺逆判别 nts21 图 3.3 I、 J、 K 的选择 、 R 为圆弧半径值，由于在同一半径 R 的情况下，从圆弧的起点 A 到终点 B 的圆弧可能有两个，如图 3.4 所示，即圆弧段 a 和 b。为区别两者，规定圆弧所对圆心角小于等于 180时，用“ R”表示（圆弧段 a），正号可以省略；而当圆心角大于 180时，则用“ R”表示（圆弧段 b）。 注意：当圆弧是一个封闭的整圆时，只可用分矢量编程法。用半径 R 编程时，机床不动作。如图 3.5 所示为一个 封闭的整圆，要求由 A 点顺时针插补并返回 A 点。其程序格式为： G90 G02 X50 Y0 I-50 J0 F120 或 G91 G02 X0 Y0 I-50 J0 F120 编制整圆时，指令中 I、 J 不可同时为零，否则系统会发出错误信息。 、 F 规定了沿圆弧切向的进给速度。 （五）、刀具半径补偿指令 G40、 G41、 G42 1、刀具半径补偿的目的 X A 图 3.4 R 的判别 图 3.5 整圆编程 R50 Y nts22 数控机床在实际加工过程中是 通过 控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具有一定的半径尺寸 ，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。 因此，采用 刀具半径补偿功能 来解决这一问题。 2、刀具半径补偿的方法 使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上手工输入刀具半径，数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。即执行刀具半径补偿后，刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。 如图 3.6 所示，图上的实线为零件的轮廓轨迹，计算机根据刀具半径值自动计算后，控制刀具中心向外移动一个刀具半径后沿图中虚线走刀。 操作时还可以用同一个加工程序，加工同一公称尺寸的内、外两个型面；也可通过改变刀具半径的偏移量，对零件轮廓进行粗、精加工；或通过改变刀补值来控制零件轮廓尺寸的精度。 程序格式： G41（ G42、 G40） G01 X Y D F 式中： G41 刀具半径左补偿指令。 G42 刀具半径右补偿指令。 G40 刀具半径补偿取消指令。 X、 Y 建立刀补直线段的终点坐标值。 D 数控系统存放刀具半径值的内存地址，后有两位数字，如 D01 代表了存储在刀补内存表第 1 号中的刀具的半径值，刀具的半径值需预先用手工输入。如果 D 省略，通常默认为 D01。 选择 G41 或 G42 的判别方法为：假设工件不动，沿着刀具进给方向，当刀具中心在工件轮廓左侧时，用刀具半径左补偿指令 G41，如图 3.7 所示；当刀具中心在工件轮廓右侧时，则用刀具半径右补偿指令 G42，如图 3.8 所示。 图 3.6 刀具半径补偿加工示意图 nts23 图 3.7 刀具半径左补偿指令 G41 图 3.8 刀具半径右补偿指令 G42 注意： 机床通电后，为取消半径补偿状态。 在使用 G41、 G42 指令前，刀具补偿参数必须已经在系统中设置完成； G40、 G41、 G42 只能与 G00 或 G01 指令一起使用，不能和 G02、 G03 一起使用，且只有在刀具运动的过程中才能建立与取消刀具半径补偿。 在程序中用 G42 指令建立右刀补，铣削时对于工件将产生逆铣效果，故常用于粗铣；用 G41 指令建立左刀补时，铣削时对工件将产生顺铣效果，故常用于精铣。 G40 必须与 G41 或 G42 成对使用，且其间不得出现任何转移加工，如镜像、子程序等；在一般情况下，刀具半径补偿量为 正值，如果补偿值为负，则G41 和 G42 正好相互替换。 G41、 G42 不能重复使用，即在程序中如果前面已经有了 G41（或 G42）指令之后，就不能再直接使用 G42（或 G41）指令，若想使用，则必须先用 G40指令解除原补偿状态后，再使用 G41 或 G42，否则补偿就会出现不正常现象。 半径补偿指令为续效指令，直到 G40 的出现才无效，否则将一直执行下去。 3、刀具半径补偿的步骤 刀具半径补偿的过程分为三步： 、刀补建立，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程； 、刀补进行，执行有 G41、 G42 指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量； 、刀补取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹要过渡到与编程轨迹重合的过程。最后一段刀补轨迹加工完成后，刀具离开工件应有一段直线使刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合，这与建立刀补方式类似。刀补终点应选择在工件以外，否则会碰刀。 当刀补从 N0030 开始建立时，机床只能预读两句，而 N0040， N0050 都是 Z轴移动，没有 X， Y 轴移动，机床无法判断下一步补偿的矢量方向，确定不了前进的方向。此时尽管用 G41 进入了刀补状态，但刀具中心并未加上刀补，而直nts24 接运动到 P1 点 。当在 P1 点执行完 N0040， N0050 段后，再执行 N0060 段，刀具中心从 P1 点运动到 A 点，于是发生过切。为避免过切，可在刀补之前选择一个与工件不干涉的点，让 Z 轴降到所需的高度后再进行刀补。注意，刀补建立程序段后，只可有一个程序段为 Z 轴移动，而不能接下来两句都是 Z 轴移动，否则会产生过切。 4、刀具半径补偿的应用： 、避免计算刀心轨迹，直接用零件轮廓尺寸编程； 、刀具因磨损、重磨、换刀而引起直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置状态输入刀具半径改变的数值。如图 3.9 所示， 1 为未磨损刀具， 2为磨损 后刀具，两者直径不同。只需将刀具参数库中的刀具半径 r1 改为 r2，即可用同一程序继续加工。 图 3.9 刀具补偿的应用 图 3.10 利用刀补值进行粗精加工 、可用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀补值进行粗、精加工。如图3.10 所示，刀具半径为 r，精加工余量为 。粗加工时，输入刀具半径 R= r ，则加工出点划线所示轮廓；精加工时，用同一程序，同一把刀具，但输入刀具半径 R r，则加工出实线轮廓； 、利用刀 补值控制轮廓尺寸精度。因刀补值具有小数点后 2 4 位的精度，故可控制轮廓尺寸精度。如图 3.11 所示，单面加工，若测得尺寸 L 偏大了 值（实线轮廓），则将原来的刀补值 R = r 改为 R= r ，即可获得尺寸 L（点划线轮廓）； 图 3.11 利用刀补值控制轮廓尺寸精度 图 3.12
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