第四章数控铣床及加工中心

1、第四章第四章 数控铣床与加工中数控铣床与加工中心的程序编制心的程序编制刀具在加工中的配备一刀具材料选用二一、刀具材料 刀具材料：刀具材料： 是指刀具上是指刀具上参与切削参与切削部分的部分的材料。材料。 刀具的切削部分不但要求具刀具的切削部分不但要求具有一定的有一定的几何形状几何形状，还要求，还要求有相应的有相应的刀具材料刀具材料。 目前广泛应用的刀具材料有目前广泛应用的刀具材料有高速钢高速钢和和硬质合金硬质合金。三、常用刀具材料种类及选用 工具钢：碳素工具钢、合金工具钢 高速钢 硬质合金：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽 （ 铌）类 陶瓷 超硬材料：金刚石、立方氮化硼1、 工 具 钢 1）碳素工具钢

2、碳素工具钢是含碳量为0.65%1.3%的优质碳素钢，常用钢号有T7A、T8A、T10A、T12A等。 特点：工艺性能良好，经适当热处理，硬度可达60HRC64HRC，有较高的耐磨性，价格低廉。但热硬性差，在200300时硬度开始降低，故允许的切削速度较低(5m/min10m/min)。 应用：用于制造手用刀具、低速及小进给量的机用刀具。 2 ） 合金工具钢 特点：合金工具钢是在碳素工具钢中加入适当的合金元素铬(Cr)、硅(Si)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)等炼制而成的(合金元素总含量不超过3%5%)，提高了刀具材料的韧性、耐磨性和耐热性。其耐热性达325400，所以切削速度(10m/min

3、15m/min)比碳素工具钢提高了。 应用：用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具，如铰刀、丝锥和板牙等。 2 高 速 钢 高速钢是富含W、Cr、Mo(钼)、V等合金元素的高合金工具钢。在工厂中常称为白钢或锋钢。高速钢的特点 与碳素工具钢、合金工具钢相比，高速钢的热硬性很高，在切削温度高达500650时，仍能保持60HRC的高硬度，因此允许切削速度可提高l2倍(25m/min30m/min)。同时，高速钢还具有较高的耐磨性以及较高的强度和韧性。 与硬质合金相比，其最大优点是可加工性好并具有良好的综合力学性能。其退火硬度为207HBS255HBS，与优质中、高碳钢的退火硬度相近，能够用一般材料

4、刀具顺利切削加工出各种复杂形状；在加热状态下(9001100)能反复锻打制成所需的毛坯；高速钢的抗弯强度是硬质合金的35倍，冲击韧性是硬质合金的610倍；经过仔细研磨，高速钢刀具钝圆半径可小于，其锋利性比硬质合金优良。v 总之，高速钢的切削性能比工具钢好得多，而可加工性能又比硬质合金好得多。v 应用：高速钢仍是世界各国制造复杂、精密和成形刀具的基本材料，是应用最广泛的刀具材料之一。 常用高速钢材料的分类与性能及应用 分类：普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。1）普通高速钢 特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性。可用于制造各种刃形复杂的刀具。切削普通钢料时的切削速度通常不高

5、于40m/min60m/min。普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。 2）高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co(钴)、Al(铝)等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。这类高速钢刀具的耐用度为普通高速钢的1.53倍。 应用：加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。 3） 粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢：是将熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制成钢坯然后经轧制(或锻造)成材的一种刀具材料。 特点：与熔炼高速钢相比，由于碳化物细小，分布均匀，热处理变形小，因此粉末冶金高速钢耐磨性好和可磨削性均得到显著改善

6、。 应用：适于制造切削难加工材料的刀具，特别适于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。 3、硬 质 合 金 硬质合金的组成与特点 硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数量级粉末与金属黏结剂按粉末冶金工艺制成的刀具材料。常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏结剂有Co以及Mo、Ni等。特点：硬质合金具有高硬度、高熔点和化学稳定性好等特点。因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性均超过高速钢，其缺点是抗弯强度低，冲击韧性差；由于硬质合金的常温硬度很高，很难采用切削加工方法制造出复杂的形状结构，故可加工性差。4、陶瓷陶瓷材料是以氧化铝为主要成分在高温下烧结而成的。如：纯Al2O

7、3陶瓷和TiC-Al2O3混合陶瓷两种。 优点：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在1200高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和抗黏结能力强。 缺点：强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/31/2；导热系数低，仅为硬质合金的1/51/2。 应用：钢、铸铁及塑性大的材料(如紫铜)的半精加工和精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料加工特别有效；但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。金刚石 有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具和金刚石复合刀具。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚度约0.5mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。 特点：

8、很好的耐磨性，用于加工硬质合金、陶瓷和高铝硅合金等高硬度、高耐磨材料，刀具耐用度比硬质合金提高几倍甚至几百倍；金刚石有非常锋利的切削刃，能切下极薄的切屑，加工冷硬现象较少；金刚石抗黏结能力强，不产生积屑瘤，很适于精密加工。但其耐热性差，切削温度不得超过700800；强度低、脆性大，对振动很敏感，只宜微量切削微量切削；与铁的亲合力很强，不适于加工黑色金属材料。 应用：用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削。5、其他刀具材料 立方氮化硼 立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成的，是20世纪70年代出现的新材料，硬度高达8000HV9000HV

9、，仅次于金刚石，耐热性却比金刚石好得多，在高于1300时仍可切削，且立方氮化硼的化学惰性大，与铁系材料在12001300高温下也不易起化学作用。 应用：立方氮化硼作为一种新型超硬磨料和刀具材料，用于加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料，具有非常广阔得发展前途。 涂层刀片 涂层刀片是在韧性和强度较高的硬质合金或高速钢的基体上，采用化学气相沉积(CVD)、物理化学气相沉积(PVD)、真空溅射等方法，涂覆一薄层(512)颗粒极细的耐磨、难熔、耐氧化的硬化物(TiC、TiN、TiC-Al2O3)后获得的新型刀片。具有较高的综合切削性能，能够适应多种材料的加工。刀具应用技

10、巧四 工具钢刀具样例高速钢 合金钢铣刀陶瓷刀片 金刚石基本指令编程及应用 （1）G92预置寄存指令，即建立坐标系，机床（刀具、工作台）不产生运动，通过该指令设定起刀点即程序开始运动的起点。n格式：G92 X Y Z ； n式中X、Y、Z尺寸字是指起刀点相对于加工原点的位置。 应用：应用：G92 X20 Y10 Z10 1 加工坐标系的设定指令1 加工坐标系的设定指令G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上。 编程格式编程格式：G53 G90 X Y Z ； 例：G53 G90 X-100 Y-100 Z-20 执行后在机床坐标系中的位置如右图所示 极坐标编程极坐标编程“在实际加工中，

11、我们经常会遇到下图所示的以半径与角度形式标示的零件，以及圆周分布的孔类零件问题：问题：基点计算无外乎是为了确定点的位置坐标，为编程中的相关指令，例如G00、G01、G02、G03、孔加工循环指令等提供目标点数据。当然，要确定点的位置坐标，首先要建立坐标系。在数控编程中，直角坐标系应用很广泛。但它并不是用来确定平面内点的位置的唯一方法。其实，根据需要，还可以通过建立其他坐标系来确定点的坐标。数控系统就为我们提供了极坐极坐标标功能，给以半径与角度形式标示的零件，以及圆周分布的孔类零件的编程带来了极大的方便。下面，我们开始相关内容的学习。 任务导入：任务导入：极坐标编程实例用直角坐标系进行编程 用极

12、坐标指令进行编程计算复杂且容易出错 基点计算较方便 任务分析：任务分析：极坐标系 极坐标系：如图所示，在平面上任取一点O，由O点引一条射线OX，再确定长度单位，以此建立的坐标系。极点：点O。极轴：射线OX。 概念极角：以OX为始边、OP为终边的角度。 点P的极坐标：以（r，）表示。极径r：点P到极点O的距离。极角零度：为所选平面的第一坐标轴的正方向。极角的正向：为逆时针方向。 点的表示点的极坐标表示 例 如右图所示A点与B点的坐标，采用极坐标方式： X半径值 Y角度值 刀具从A点到B点采用极坐标系编程如下： G00 X40.0 Y0； （直角坐标系） G90 G17 G16； （选择XY平面，

13、极坐标生效）G01 X40.0 Y60.0； （终点极径为40，终点极角为60）G15； （取消极坐标） A点 X40.0 Y0； （极径为40，极角为0） B点 X40.0 Y60.0；（极径为40，极角为60） 点的极坐标表示方法指令说明：指令说明：如图，如图，A点、点、B点和点和C点，采用极坐标描述如下：点，采用极坐标描述如下： 806030ACBA点点 X40.0 Y0;B点点 X40.0 Y60.0;C点点 X40.0 Y150.0;ABC二、极坐标编程二、极坐标编程1. 极坐标生效、取消指令 （2）指令说明极坐标半径：用所选平面的第一轴地址来指定（用正值表示）。极坐标角度：用所选平

14、面的第二坐标地址来指定极坐标角度。极坐标的零度方向为第一坐标轴的正方向。角度方向的规定逆时针方向为正向顺时针方向为负向（1）指令格式：G16 （极坐标生效）；G15（极坐标取消）；当使用极坐标指令后，即以极径极径和极角极角来确定点的位置。极坐标系原点 以工件坐标系的零点作为极坐标原点。 用绝对值编程，如“G90 G17 G16 ；” 。极径值: 是指程序段终点坐标到工件 坐标系原点的距离。极角: 是指程序段终点坐标与工件坐 标系原点的连线与X轴的夹角 。以工件坐标系原点作为极坐标原点25502555012345643.3FANUC系统极坐标指令编程（G15、G16）G54G90G40G17G1

15、5G0Z100X35Y0Z10M03S400M08G01Z-5F30G42G01X25Y0D1F60G16Y60Y120Y180Y240Y300Y360G15G40G01X35Y0G0Z100M30SIEMENS系统极坐标指令编程（G110/G111/G112）(1)G110G54G90G40G17G0Z100X35Y0Z10M03S400M08G110X0Y0G01Z-5F30G42G01AP=180RP=10D1F60G110X0Y0AP=120RP=25G110X0Y0AP=180RP=25G110X0Y0AP=240RP=25G110X0Y0AP=-60RP=25G110X0Y0AP=

16、0RP=25G110X0Y0AP=60RP=25Y10G40G01X35Y0G0Z100M05M09M3025502555012345643.3 完成下图所示零件的加工 极坐标编程实例直径8018刀具刀具12mm立铣刀立铣刀程序段号加工程序程序说明O0062；主程序N10G90 G94 G21 G40 G17 G54 G15；程序初始化N30M03 S600 ；主轴正转N40G90 G00 X50.0 Y50.0 M08；刀具在XY平面中快速定位，切削液开N50Z20.0；刀具Z向快速定位N60G01 Z8.0 F100；刀具Z向切深N70G17 G16；采用极坐标编程N80G41 G01 X

17、40.0 Y306.0 D01；加工五边形N90 Y234.0；N100 Y162.0；N110 Y90.0；N120 Y18.0；N130 Y306.0；（转下页）N140G40 G01 X60.0 ；N150G01 Z4.0；N160G41 G01 X31.0 Y280.0 D01；加工左侧圆弧凸台N170G02 Y162.0 R31.0；N180G02 X19.0 R6.0；N190G03 Y270.0 R19.0；N200G02 X31.0 R6.0；N210G40 G01 X60.0 Y306.0；N220G41 G01 X19.0 Y306.0；加工右侧圆弧凸台N230G03 Y9

18、0.0 R19.0；N240G02 X31.0 R6.0；N250G02 Y306.0 R31.0；N260G02 X19.0 R6.0；N270G40 G01 X0；取消刀具半径补偿N280G15；取消极坐标N290G91 G28 Z0；程序结束部分N300M05； N310M30；（转下页）O0063；N10G90 G94 G21 G40 G17 G54 G15；程序开始部分N20G91 G28 Z0；N30M03 S600 ； N40G90 G00 X0 Y0；刀具定位N50Z30.0 M08；N60G17 G16；极坐标编程加工孔N70G81 X25.0 Y342.0 Z-25.0 R

19、5.0 F100；N80Y162.0；N90G15 G80； N100G91 G28 Z0；程序结束部分N110M05； N120M30；钻孔加工程序坐标旋转 G68 G69坐标旋转坐标系旋转G68和G69坐标系旋转指令坐标系旋转指令G68格式（格式（XY平面）：平面）：G68 X Y R其中其中:X，Y：旋转中心点坐标：旋转中心点坐标 R：旋转角度，单位为度，逆时针为正。：旋转角度，单位为度，逆时针为正。G69：坐标系旋转取消。单独为一个程序段。：坐标系旋转取消。单独为一个程序段。 旋转加工功能指令旋转加工功能指令G68 G69 格式：格式： G17 G68 X_Y_P_ G18 G68 X

20、_Z_P_ 坐标旋转坐标旋转功能功能 G19 G68 Y_Z_P_ G69 取消坐标旋转功能取消坐标旋转功能，单独，单独为一个程序段为一个程序段X、Y、Z 是旋转中心的坐标值P为旋转角度，单位是（为旋转角度，单位是（），），0P360.000注 意在有刀具补偿的情况下，先进行坐标旋转，然后才进行刀具半径补偿、刀具长度补偿。在有缩放功能的情况下，先缩放后旋转G69以后的第一个移动指令必须用必须用G90绝对值绝对值指定，如用G91指定则不执行正确的移动数控系统处理的顺序顺序是程序是程序镜像镜像比例比例缩放缩放坐标坐标系系旋转旋转刀具刀具半径补偿半径补偿。所以在应用这些功能时，应按顺序指定，取消时，

21、按相反顺序取消时，按相反顺序。如果坐标系旋转指令前有比例缩放指令，则在比例缩放过程中不缩放旋转角度在坐标系旋转方式中，返回参考点指令G28和建立工件坐标系指令G54、G92不能指定63注意事项旋转中心；旋转中心点坐标为绝对坐标，G91不起作用。旋转角度；角度就是编程所取形状方位到实际形状方位之间的角度，R+表示逆时针旋转， R-表示顺时针旋转，单位 度O1234；N10 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100；N20 M03 S1000；N30 G68 X0 Y0 R13.7N40 G00 X-30 Y-80；N50 Z5 M08；N60 G01 Z-6 F50；N70 G41 G01

22、Y-30 D01 F100；(A点点)N80 Y30；N90 X30；N100 Y-30；N110 X-30；N140 G40 X-80；N120 G69；N130 G00 Z100 M09；N150 M05；N160 M30；旋转加工功能举例旋转加工功能举例 A正方形练习如图所示，毛坯尺寸为60mm60mm15 mm，试用旋转指令编写加工程序。程序如下：O0002；G17 G90 G54 G0 X0 Y-30 M03 S1000 ；G43 Z100 H02 ； Z5. ；G68 X0 Y0 R-30 ；G41 X-20. Y- 30. D02 ；01 Z-5. F50 ； Y-10. ;G0

23、3 X-20. Y10. R10. ；01 X-20. Y20. , R5. ； X20.; Y-10. ;G03 X20. Y-10. R10. ；01 X20. Y-20. , R5. ； X-25 ;G69 ;G00 Z100 ；G40 X0 Y0 ；M05 ；M30 ；3/10/202267坐标系旋转功能综合练习题 有关该主题的详细内容 支持信息和示例 该主题与听众的联系子程序（M98、M99）如果程序包含固定的加工顺序或多次重复的加工模式，这样的顺序或模式程序可以编写成子程序在存储器中储存以简化编程子程序可以由主程序调用，被调用的子程序也可以调用另一个子程序子程序的构成子程序调用当主

24、程序调用子程序时，它被认为是一级子程序，子程序调用可以嵌套4级 O100 ；子程序；子程序 (的加工的加工程序程序)G41 X20. Y- 10. D01 ；01 Z-5. F50 ； Y0 F100 G02 X40 . Y0 R10. ； X30. Y0 R5. ；G03 X20. Y0 R5. ；G01 Y- 6. ；G00 Z10. ；G40 X0 Y0 ；M99 ；O0001 ；(主程序) G17 G90 G54 ;G0 X0 Y0 ;M03 S1000 ；G43 Z100 H01 ； Z5. ；M98 P100 ； 加工 G68 X0 Y0 R45 ；旋转 45 M98 P100 ；

25、 加工 G68 X0 Y0 R90；旋转 90 M98 P100 ； 加工 G69 ； 取消旋转G00 Z100 ；M05 ；M30 ； 练习：如图所示，试用旋转指令编写加工程序，切削深度 5mm。注意事项：注意事项：1、选择X轴上的任一个作为子程序；2、注意旋转的角度和调用的次数。O200 ； （子程序（子程序 ）X40 Y0 ；G41 X40. Y4. D02 ；01 Z-5. F50 ； X15 . F100 ；G03 X15. Y-4. R4. ；G01 X40. ；G00 Z10. ；G40 X40. Y0 ；M99 ；程序如下：以右端水平放置的凹槽作为子程序 O0002 ；（主程序

26、主程序）G17 G90 G54 G0 X40 Y0 M03 S1000 ；G43 Z100 H02 ； Z5. ；M98 P200 ；G68 X0 Y0 R60.0 ；M98 P200 ；G68 X0 Y0 R 120.0 ；M98 P 200；G68 X0 Y0 R 180.0 ；M98 P200 ；G68 X0 Y0 R 240.0 ；M98 P200 ；G68 X0 Y0 R 300.0 ；M98 P200 ；G69 ；G00 Z100. ；M05 ；M30 ；O1111；（子程序）；（子程序）N10 G00 X60；N20 Z5 M08；N30 G01 Z-5 F100；N40 G41

27、 X40 Y25 D01 ；N50 G03 X40 Y-25 R25；N60 G40 G00 X60 Y0；N70 Z10；N80 M99； O2234；（主程序）；（主程序）N10 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100；N20 M03 S1000；N30 M98 P1111N40 G68 X0 Y0 R120；N50 M98 P1111；N60 G68 X0 Y0 R240；N70 M98 P1111；N80 G69；N90 G00 Z100；N100 G00 X0 Y0；N110 M05；N120 M30；比例缩放加工功能指令：比例缩放加工功能指令：缩放功能缩放功能G50，G51

28、格式：格式： G51 X_Y_Z_P_ 缩放开缩放开 G50 缩放关缩放关其中，G51中的中的X、Y、Z给出缩放中心的给出缩放中心的坐标值坐标值，P后跟缩放倍数。G51既可指定平面缩放，也可指定空间缩放。使用G51指令可用一个程序加工出形状相同，尺寸不同的工件。G51、G50为模态指令，可相互注销，G50为缺省值。 注：注： 有刀补时，先缩有刀补时，先缩放，然后进行刀具长放，然后进行刀具长度补偿、半径补偿。度补偿、半径补偿。缩放中心点不同时，缩放后的缩放中心点不同时，缩放后的轮廓位置也不同轮廓位置也不同G51 X_ Y_ Z_ P_；G51 X_ Y_Z_I_ J_K_；O3234；（主程序）

29、；（主程序）N10 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100；N20 M03 S1000；N30 G00 X-20 Y10；N40 Z30 M08；N50 G01 Z16 F100；N30 G51 X50.Y30. P500(或或0.5）；N40 M98 P1111；N50 G50；N60 G00 X-20 Y10；N70 G01 Z10 F100；N80 M98 P1111；N90 G00 Z100；N100 G40 X0 Y0；N110 M05；N120 M30； O1111；（子程序）；（子程序）N10 G42 G01 X0 D01 ；N20 X90； N30 X50 Y90；N40

30、 X10 Y10；N50Y-10；N60 G00 Z30；N70 M99； 例例3：如图4.7所示零件，第二层三角形凸台ABC的顶点坐标为A（10，10），B（90，10），C（50，90），若第一层三角形凸台是在第二层三角形凸台基础上以（50，30）的点为比例缩放中心，比例缩放系数为0.5， 镜像功能镜像功能G51.1，G50.1 格式：格式： G51.1 X_Y_Z_ M98 P_ G50.1 X_Y_Z_G51.1建立镜像，由指令坐标轴后的建立镜像，由指令坐标轴后的坐标值坐标值指定镜像位置（对称轴、线、点），指定镜像位置（对称轴、线、点），G50.1指令用于取消镜像。指令用于取消镜像。G

31、51.1、G50.1为模态指令，可相互注销，为模态指令，可相互注销，G50.1为缺省值。为缺省值。1030-101030-10-30R10-30Y1234X注：注： 有刀补时，先镜像有刀补时，先镜像 ，然后进行刀具长度补偿、半径补偿。，然后进行刀具长度补偿、半径补偿。O3234；（主程序）；（主程序）N10 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100；N20 M03 S1000；N30 M98 P1111；型腔；型腔N40 G51.1 X0；N50 M98 P1111；型腔；型腔N60 G50.1；N70 G51.1 X0 Y0；N80 M98 P1111；型腔；型腔N90 G50.1；N1

32、00 G51.1 Y0；N110 M98 P1111；型腔；型腔N120 G50.1；N130 G00 Z100 M09；N140 M05；N150 M30；O1111；（子程序）；（子程序）N10 G00 X40 Y50；N20 G43 Z5 H01 M08N30 G01 Z-25 F30；N40 X60 F100；N50 G41 X45 Y40 D01；N60 G03 X60 Y25 R15；N70 G03 X60 Y75 R25；N80 G01 X40 Y75；N90 G03 X40 Y25 R25；N100 G01 X60 Y25；N110 G03 X75 Y40 R15；N120 G

33、01 G40 X60 Y50；N130 G49 G00 Z10；N140 X0 Y0；N70 M99；R25R155050程序编制步骤： (1) 零件工艺分析零件工艺分析(2) 确定定位基准和装夹方法确定定位基准和装夹方法(3) 选择工件零点，确定工件坐标系选择工件零点，确定工件坐标系(4) 确定加工顺序，刀具布置并选刀确定加工顺序，刀具布置并选刀(5) 确定走刀路线及编程尺寸确定走刀路线及编程尺寸(6) 确定加工所用的工艺参数确定加工所用的工艺参数(7) 编写程序编写程序(8) 检验程序检验程序(9) 试切削试切削(10) 完善程序完善程序注意：注意：(8) 检验程序检验程序检查功能指令是否

34、错漏；检查功能指令是否错漏；沿走刀路线检查沿走刀路线检查G01、G02、G03、刀具补偿指、刀具补偿指令等。令等。检查刀具指令检查刀具指令T与加工部位是否一致；与加工部位是否一致；检查坐标指令数据是否正确无误。检查坐标指令数据是否正确无误。(9) 试切削试切削图形运行检查图形运行检查；空运行；空运行；实物慢速切削实物慢速切削(10) 完善程序完善程序加工中心功能介绍及应用 加工中心简介概述 加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数字控制机床。 它与数控铣床、数控镗床的组成部分相同，本质区别在于：加工中心具有自动交换刀具的功能。 工件经一次装夹后，数字控制系统能控制机床工件

35、经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能。依次完成工件上多面多工序的加其他辅助机能。依次完成工件上多面多工序的加工，工，实现钻、铣、镗、扩、铰、攻螺纹、切槽实现钻、铣、镗、扩、铰、攻螺纹、切槽等等多种加工功能。多种加工功能。 （1）全封闭/半封闭防护 （2）工序集中，加工连续进行 （3）使用多把刀具，刀具自动更换。 （4）使用多个工作台，工作台自动互换 （5）功能强大，趋向复合加工。 （6）高自动化、高精度、高效率加工中

36、心的特点：1、适合于加工中心的零件 （1）周期性重复投产的零件 （2）高效、高精度工件 （3）合适批量的工件 （4）工位和工序可集中的工件 （5）形状复杂的零件工艺特点及加工对象 （1）箱体类零件 （2）复杂曲面 （3）异型件 （4）板类零件 （5）雕铣图案类零件2.按零件形状特点分类适合于加工中心加工的零件 （1）箱体类零件 具有一个以上的孔系，内部有型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。 例如：汽车的发动机缸体 变速箱体 主轴箱 齿轮泵壳体（2）复杂曲面 在航空航天、汽车、轮船、国防等领域的产品，复杂曲面类占有较大比重。 1）凸轮类 2）整体叶轮类 3）模具类缝纫机凸轮丰田汽车进排气凸轮

37、轴（3）异型件 外形不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工。 如支架、基座、样板、靠模。（4）雕铣图案类零件 利用CAM软件，配合一定工装和专用工具，利用加工中心完成刻字、刻图案等加工。 按照机床结构分 1）立式加工中心 2）卧式加工中心 3）龙门式加工中心 4）复合加工中心 加工中心分类加工中心的加工中心的 加工中心的刀库加工中心的刀库加工中心的刀库加工中心的刀库机械手换刀 换刀比较灵活，换刀时间短。把用过的刀送回刀库，并从刀库上取出新刀送入主轴，同时进行。无机械手交换刀具方式结构简单，成本低，换刀的可靠性较高。这种换刀系统多为中、小型加工中心采用。换刀时，必须首先将用过的刀具送回刀

38、库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间长。无机械手换刀就位旋转换入新刀ATC刀具自动交换 （AUTO TOOL CHANGE ）为进一步提高数控机床的加工效率，实现一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向的发展需求，必须有自动换刀装置，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。 air traffic control空中交通管制109 类别型式 特 点 转 塔 式回转刀架多为顺序换刀，换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少各种数控车床，数控车削加工中心转塔头 顺序

39、换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑。但刚性较差，刀具主轴数受限制 数控钻、镗、铣床 刀库式刀具与主轴之间直接换刀换刀运动集中，运动部件少，但刀库容量受限。各种类型的自动换刀数控机床。尤其是对使用回转类刀具的数控镗、铣床类立式、卧式加工中心机床。要根据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置类型。用机械手配合刀库进行换刀 刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，刀库容量大 表1 自动换刀装置类型 适用范围110二、刀具的选择二、刀具的选择 自动选刀：按数控装置的刀具选择指令，自动选刀：按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置从刀库中将所需要的刀具转换到

40、取刀位置，称为自动选刀。，称为自动选刀。 在刀库中，选择刀具通常采用在刀库中，选择刀具通常采用 ： 1 1顺序选择刀具顺序选择刀具 2 2任意选择刀具任意选择刀具 加工中心程序编制加工中心的基本编程指令 1.自动换刀指令（M06） 格式：M06 T ；说明： 不同的加工中心，其换刀程序也是有所不同的。一般 盘式刀库：选刀与换刀同时进行， 链式刀库：选刀与换刀分开进行， 其选刀动作可以与机床加工重合起来，利用切削时间进行选刀。加工中心的基本编程指令换刀动作（指令）：选刀（T）；换刀（M06） 例：方法一（选刀与换刀同时进行） G28 Z0； M06 T02；例：方法二（选刀与换刀分开进行） G0

41、1 X10 Y10 F200 T02； , G28 Z0； M06 ； M03 S2000 T03; , (1)换刀动作（指令）：选刀（T）；换刀（M06） (2)选刀和换刀通常分开进行。 (3)为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。 (4)换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。 (5)换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0），要求在换刀前用准备功能指令（G28）使主轴自动返回Z0点。 (6)换刀过程:接到T指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一

42、方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。自动换刀程序的编制换刀程序编制方法1)主轴返回参考点和刀库选刀同时进行，选好刀具后进行换刀。N02 G28 Z0 T02 Z轴回零，选T02号刀；N03 M06 换上T02号刀缺点：选刀时间大于回零时间时，需要占机选刀。2)在Z轴回零换刀前就选好刀N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直线插补，选T02号刀N11 G28 Z0 M06 Z轴回零，换T02号刀N20 G01 Z_ F_ T03 直线插补，选T03号刀N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 顺圆弧插补注：对卧式加工中心，上面程序的G28 Z0应为G28 Y0 刀具长度

43、补偿指令 G43、G44、G49刀具磨损刀具长度差值铣削固定循环数控铣床（加工中心）配备的固定循环功能，主要用于孔加工，包括钻孔、镗孔、攻螺纹等。使用一个程序段就可以完成一个孔加工的全部动作。如果孔加工的动作无需变更，则程序中所有模态的数据可以不写，因此可以大大简化编程。（1）固定循环动作固定循环通常由6个动作组成，如图所示。 X轴和Y轴的快速定位； 刀具快速从初始点进给到R点； 以切削进给的方式执行孔加工的动作； 在孔底相应的动作； 返回到R点； 快速返回到初始点。 对工件孔加工时，根据刀具的运动位置可以分为四个平面（如图所示）：b初始平面、bR平面、b工件平面b孔底面 初始平面 初始平面是

44、为了安全下刀而规定的一个平面。初始平面到零件表面的距离可以任意设定在一个安全的高度上，当使用同一把刀具加工若干孔时，只有孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完了时，才使用G98功能使刀具返回到初始平面上的初始点。 R点平面 R点平面又叫R参考平面，这个平面是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面。距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，一般可取25mm。使用G99时，刀具将返回到该平面上的R点。 工件平面 以这个平面作为Z方向为零的平面 孔底平面 加工盲孔时孔底平面就是孔底的Z轴高度，加工通孔时一般刀具还要伸出工件底平面一段距离，主要是保证全部孔深都加工到尺寸，钻削加工时还应考虑钻头钻尖对孔深的影

45、响。固定循环的定义平面G90(91)：绝对：绝对(增量增量)坐标方式；坐标方式；G98(99)：返回初始平面：返回初始平面(R点平面点平面)；X 、Y：加工起点到孔位的距离：加工起点到孔位的距离(G91)或孔位坐标或孔位坐标(G90)；指定加工孔的位置指定加工孔的位置R：初始点到：初始点到R 点的距离点的距离(G91)或或R 点的坐标点的坐标(G90)；Z：R 点到孔底的距离点到孔底的距离(G91)或孔底坐标或孔底坐标(G90)；Q：每次进给深度：每次进给深度(G73/G83)；P：刀具在孔底的暂停时间；：刀具在孔底的暂停时间；F：切削进给速度；：切削进给速度；k：固定循环的次数。：固定循环的

46、次数。G90(91) G98(99) (G73G88) X_Y_Z_R_Q_P_F_K_孔加工固定循环指令格式 孔加工方式指令以及指令中Z、R、Q、P等指令都是模态指令，因此只要指定了这些指令，在后续的加工中不必重新设定。如果仅仅是某一加工数据发生变化，仅修改需要变化的数据即可 沿钻孔轴的移动距离 固定循环沿钻孔轴的移动距离，既指令中的地址R和地址Z的数据指定与G90或G91的方式选择有关，图 给出了G90或G91时的坐标计算方法。选择G90方式时，R与Z一律取其终点坐标值；选择G91方式时，则R是指自初始点到R点的距离，Z是指自R点到孔底平面Z点的距离。 返回点平面 当刀具到达孔底后，刀具可

47、以返回到R点平面或初始位置平面，由G98和G99指定。如果指令了G98则刀具返回到初始平面；如果指令了G99则刀具返回到R点平面。如图 所示。常用的铣削固定循环编程方法常用的铣削固定循环编程方法 固定循环功能表 G G代码代码孔加工动作孔加工动作（Z Z方向）方向）孔底动作孔底动作返回方式（返回方式（+Z+Z方向）方向）用用 途途G73G73间歇进给间歇进给 快速进给快速进给高速深孔往复排屑钻高速深孔往复排屑钻G74G74切削进给切削进给暂停暂停主轴正转主轴正转切削进给切削进给攻左旋螺纹攻左旋螺纹G76G76切削进给切削进给主轴定向停止主轴定向停止刀具移位刀具移位快速进给快速进给精镗孔精镗孔G

48、80G80 取消固定循环取消固定循环G81G81切削进给切削进给 快速进给快速进给钻浅孔（中心孔、铰孔）钻浅孔（中心孔、铰孔）G82G82切削进给切削进给暂停暂停快速进给快速进给锪孔、镗阶梯孔锪孔、镗阶梯孔G83G83间歇进给间歇进给 快速进给快速进给深孔往复排屑钻深孔往复排屑钻G84G84切削进给切削进给暂停暂停主轴反转主轴反转切削进给切削进给攻右旋螺纹攻右旋螺纹G85G85切削进给切削进给 切削进给切削进给精镗孔精镗孔G86G86切削进给切削进给主轴停止主轴停止快速进给快速进给镗孔镗孔G87G87切削进给切削进给主轴停止主轴停止快速进给快速进给背镗孔背镗孔G88G88切削进给切削进给暂停暂

49、停主轴停止主轴停止手动操作手动操作镗孔镗孔G89G89切削进给切削进给暂停暂停切削进给切削进给精镗阶梯孔精镗阶梯孔固定循环指令 钻孔指令 镗孔指令 攻螺纹指令高速深孔钻销循环指令 G73深孔钻销循环指令 G83钻孔循环指令 G81钻孔、镗孔循环指令 G82精镗孔循环指令 G76 镗孔循环指令 G85镗孔循环指令 G86 背镗孔循环指令 G87左旋攻螺纹 G74右旋攻螺纹 G84区别钻孔循环指令G81的格式为：G81 X_ Y_ Z_F_R_K_【说明】X_Y_为孔的位置，可以放在G81指令后面也可以放在G81指令的前面。Z_为孔底位置。F_为进给速度（mmmin）R_为参考平面位置高度。K_为

50、重复次数，仅在需要重复时才指定，K的数据不能保存，没有指定K时，可认为K=1.有G98和G99两种返回方式。按如图所示方式钻孔，主轴正传，刀具以进给速度向下运动钻孔，到达孔底位置后，快速退回（无孔底动作）。钻孔循环(G81)钻孔循环指令钻孔循环指令G82钻孔循环指令G82的格式为：G82 X_ Y_ Z_ F _ R_ P_【说明说明】P_为在孔底位置的暂停时间，单位为ms。该指令一般用于扩孔和沉孔的加工。该指令同样有G98和G99两种返回方式。其它参数和G81指令相同。 与G81格式类似，唯一的区别是：G82在孔底加进暂停动作，即当钻头加工到孔底位置时，刀具不作进给运动，并保持旋转状态（暂停

51、时间由P代码指定），使孔的表面更光滑，在加工盲孔时提高了孔深的精度。深孔钻孔循环指令深孔钻孔循环指令G83深孔钻孔循环指令G83的格式为：G83 X_Y_Z_R_Q_F_K_Q_为每次进给深度，始终用正值增量值指令设置。该指令同样有G98和G99两种返回方式。其它参数和G81指令相同。 G83指令和G81的区别是：由于是深孔加工，采用间歇进给（分为次进给），有利于排屑。每次进给深度为q，直到孔底位置为止，该指令因钻孔时有多次提刀动作，钻孔效率较低，通过设置系统内部参数d控制退刀过程。 指令格式：G73 X Y Z R Q F K ； 其中：Q ：每次切削进给的深度，其他与G81相同。注意：该指

52、令与G81的区别 高速深孔钻循环(G73) 该循环执行高速深孔钻不易断屑的孔加工。它执行间歇切削进给直到孔的底部，同时从孔中排出切屑，每次进给深度为q，最后一次进给深度q，退刀量为d（由系内部设定），直到孔底位置为止。该钻孔加工方法因为退刀距离短，比G83钻孔速度快，退刀采用快速进给移动取消循环指令取消循环指令G80由于孔加工循环指令为模态指令，一旦某个孔加工循环指令有效，在其它的孔加工方式指定前，或者在能够取消孔加工循环的G代码（G80、G01等）被指定前均有效。取消循环有两种方法。方法一：采取G80指令。G80指令被执行以后，固定循环（G73、G74、G76、G81G89）该被指令取消，R

53、点和Z点的参数以及除F外的所有孔加工参数均被取消。方法二：01组的G代码也会起到取消固定循环指令的作用，例如G01G02G03等。各个钻孔指令比较G81切削进给快速进给钻孔循环(浅孔浅孔 )G82切削进给暂停快速进给钻孔、镗阶梯循环（浅孔浅孔）G83间歇进给快速进给深孔钻孔循环（深孔深孔） G73间歇进给快速进给高速深孔钻孔循环（高速深孔高速深孔 ）例题(1) 钻削如图 所示的四个孔. 程序如下:O0001 G90 G54 G00 X0 Y0 M03；Z30.；G98 G81 X15.0 Y15.0 Z-8.0 R5.0 F50；X-15.0；G99 G73X15. Y-15. Z-18. R

54、5. Q3.0 F60；X-15.0；G80；M05；M30； 攻丝循环指令攻丝循环指令G74(左左) G84(右右)G74 攻反螺纹时主轴攻反螺纹时主轴反转反转，到孔底时主轴，到孔底时主轴 正转，然后退回。正转，然后退回。G74 指令动作循环见图。指令动作循环见图。注意：注意：(1) 攻丝时速度倍率、进给保持均不起作用；攻丝时速度倍率、进给保持均不起作用；(2) R 应选在距工件表面应选在距工件表面7mm 以上的地方；以上的地方；(3) 如果如果Z 的移动量为零，该指令不执行。的移动量为零，该指令不执行。G74 X_Y_Z_R_P_F_K_ 攻丝循环指令攻丝循环指令G84(右右)G84 攻螺

55、纹时从攻螺纹时从R 点到点到Z 点主轴点主轴正转正转，在孔底暂停后，主轴反转，然后退回。在孔底暂停后，主轴反转，然后退回。G84 指令动作循环见图。指令动作循环见图。注意：注意：(1) 攻丝时速度倍率、进给保持均不起作用；攻丝时速度倍率、进给保持均不起作用；(2) R 应选在距工件表面应选在距工件表面7mm 以上的地方；以上的地方；(3) 如果如果Z 的移动量为零，该指令不执行。的移动量为零，该指令不执行。G84 X_Y_Z_R_P_F_K_选用T02号刀具(10丝锥。螺距为2mm)启动主轴正转1000r/min 在(10，10)位置攻螺纹，螺纹的深度为10mm，参考平面高度为5mm，螺纹加工

56、循环结束返回参考平面，进给速度F=(主轴转速)150(螺纹螺距)2=300在(50，10)位置攻螺纹(G84为模态指令，直到G80取消为止)在(50,30)位置攻螺纹在(10,30)位置攻螺纹取消攻螺纹循环对已有的4个孔进行攻螺纹，攻螺纹深度10mm，其数控加工程序为：N02 T01 M06;N04 G90 S150 M03;N06 G00 X0. Y0. Z30. M08;N08 G84 G99 X10. Y10. Z-10. R5 F300;N10 X50;N12 Y30;N14 X10;N16 G80;N18 G00 Z30N20 M30镗孔循环指令镗孔循环指令 镗孔循环指令G85 G86 和G89G85 指令与G84 指令相同，但在孔底时主轴不反转。G86 指令与