第5章数控铣削编程完毕

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理§5.2数控铣床常用编程指令§5.3

典型零件加工程序编制第5章数控铣削编程通过本章的学习了解数控铣床主要加工对象，掌握数控铣床分类和结构，数控铣床夹具的确定，数控铣床的对刀，学会数控铣床的工艺编制和固定循环编程等。学习目的

本章的学习重点是数控铣床的分类和结构、工艺编制和编程编制，了解分类和结构的发展概况。重点第5章数控铣削编程5.1.1数控铣床主要对象

5.1.2数控铣床结构及类型

5.1.3数控铣床工件的安装

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理

1.平面类零件定义：加工平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。

2.曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，又称立体类零件。

5.1.1数控铣床主要加工对象3.变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件，这类零件多数为飞机零件。加工这类零件最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，如果没有上述机床，也可以用三坐标数控铣床上进行21/2坐标近似加工。4．孔5．螺纹

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理中型大型卧式立卧两用式两轴半控制三轴控制多轴控制小型立式按体积分按主轴布局形式分按控制坐标的联动轴数分5.1.2数控铣床结构及类型

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理（1）立式数控铣床小型数控铣床X、Y、Z方向的移动一般都由工作台完成：主运动由主轴完成，与普通立式升降台铣床相似。中型数控立铣的纵向和横向移动一般由工作台完成，且工作台还可手动升降：主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向伸缩。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理

大型数控立铣，由于需要考虑扩大行程，缩小占地面积和刚性等技术问题，多采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理目前三坐标数控立铣占大多数。一般都可以进行三坐标联动加工，也有部分机床只能进行三个坐标中的任意两个坐标联动加工，称为2l/2坐标加工。有些铣床其主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中其中的一个或两个作数控摆角运动，此类机床称为四坐标或五坐标数控立式铣床。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理

五坐标数控龙门铣床，机床控制的坐标轴越多尤其是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但是机床结构更加复杂，对数控系统的要求更高，编程难度更大，设备的价格也更高。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理（2）卧式数控铣床该类数控铣床主轴轴线平行于水平面。如图所示，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、五坐标加工。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理这样不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。万能数控转盘可以把工件上各种不同的角度或空间角度的加工面摆成水平来加工。这样，可以省去很多专用夹具或专用角度的成型铣刀。对于箱体类零件或需要在一次安装中改变工位的工件来说，选择带数控转盘的卧式数控铣床进行加工是非常合适的。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理（3）立、卧两用数控铣床

目前，这类铣床正在逐步增多。由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，使其应用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，给用户带来了很大的方便。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理立、卧两用数控铣床的主轴方向的变换有手动和自动两种方式，采用数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床，其主轴头可以任意变换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理（1）刀具补偿功能一般包括刀具半径补偿功能和刀具长度补偿功能。2.数控铣床的主要功能不同档次的数控铣床的功能有较大的差别，但都应具备以下主要功能。

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理

（2）公制、英制单位转换可以根据图纸的标注选择公制单位（mm）和英制单位（inch）进行程序编制，以适应不同企业的具体情况。（3）绝对坐标和增量坐标编程（4）进给速度、主轴转速调整（5）工件坐标系设定

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理（6）数据输入输出及DNC功能（7）子程序（8）数据采集功能（9）自诊断功能

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：（2）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准（1）定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容（3）定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合（4）必须多次安装时，应遵从基准统一原则

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理5.1.3数控铣床工件的安装在数控镗铣机床上，要想合理应用好夹具，首先要对机床的加工特点有比较深刻的理解和掌握，同时还要考虑加工零件的精度、批量大小、制造周期和制造成本；根据数控镗铣特点和加工需要，目前常用的夹具类型有专用夹具、组合夹具、可调夹具和成组夹具。一般的选择顺序是单件生产中尽量用虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后选用专用夹具和成组夹具。在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。在选择时要综合考虑各种因素，选择最经济的、最合理的夹具形式。

数控夹具选择的一般规律1.工件的装夹

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理图5.15三维效果图图5.14零件图样工件的装夹实例1

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理工作台工作台定位销低于加工面定位销（3个）图5.16装夹方案1：找正法图5.17装夹方案2：用夹具装夹工件的装夹实例2

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理工件的装夹实例3——组合夹具装夹应用工步1装夹示意图工步2装夹示意图工步3装夹示意图工步1加工完成工步2加工完成工步3加工完成表面1表面1表面2表面2表面1表面1加工中心加工工序的工步内容：工步1：粗铣表面1及槽、钻扩铰孔工步2：粗精铣表面2型面工步3：精铣表面1型面图5.18加工工序的工步

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理对刀是确定工件在机床上的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点(即对刀点)来实现。

光电式寻边器对刀心轴块规对刀偏心式寻边器对刀零件简图工件原点块规XY2.常用对刀方式图5.19对刀方式

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理偏心式寻边器对刀主要特点：对刀时寻边器不需回转；可快速对工件边缘定位；对刀精度可达0.005mm；应用范围包括表面边缘、内孔及外圆的高效对刀。

图5.20偏心式寻边器对刀

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理对刀过程：10mm的直柄可安装于弹簧夹头刀柄或钻夹头刀柄上；请以手指轻压测测头的侧边，使其偏心0.5mm；使其以400-600rpm的速度转动；如图b所示使测头与工件的端面相接触，慢慢地碰触移动，就会变成如图c所示，测头不再振动，宛如静止的状态接触，以更细微的进给来碰触移动的话，测头就会如图4所示，开始朝一定的方向滑动。这个滑动起点就是所要寻求的基准位置；工件端面所在的位置，就是加上测头半径5mm的坐标位置。

abcd图5.21偏心式寻边器对刀

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理

图5.22Z轴设定器图5.23自动对刀器

刀具长度方向的对刀：Z轴设定器：是用以对刀具长度补偿的一种测量装置。对刀准确、效率高等特点；缩短了加工准备时间。采用手动方式工作，即：对刀时，机床的运动由操作者手动控制，特别适合单件、小批量生产；自动对刀器：能在对刀时将对刀器产生的信号通过电缆输出至机床的数控系统，以便结合专用的控制程序实现自动对刀、自动设定或更新刀具的半径和长度补偿值；对刀仪：用于机外对刀，在使用前就可测量出刀具的准确尺寸数据。图5.24对刀仪刀具长度测量刀具直径测量

§5.1数控铣床结构组成及其工作原理§5.2数控铣床常用编程指令5.2.1刀具半径补偿指令5.2.2简化编程指令5.2.3子程序调用5.2.1刀具半径补偿指令（G40、G41/G42）§5.2数控铣床常用编程指令指令格式：（1）G00/G01G41/G42D

X

Y

F

；建立刀具补偿（2）G00/G01G40X

Y

；取消刀具补偿注：1.G41刀具半径左补偿指令：沿着进给方向看，刀具在工件左侧；

2.G42刀具半径右补偿指令：沿着进给方向看，刀具在工件右侧。§5.2数控铣床常用编程指令5.2.2简化编程指令§5.2数控铣床常用编程指令1.镜像指令建立镜像：G24X_Y_Z_；取消镜像：G25X_Y_Z_；

X_Y_Z_为对称轴例:加工如图所示零件1234XYO001;主程序……M98P100;调用程序号为100的子程序加工块1G24X0;以Y为对称轴M98P100;加工块2G25X0;取消Y轴镜像G24X0Y0;以原点为对称轴M98P100;加工块3G25X0Y0;取消原点镜像G24Y0;以X为对称轴M98P100;加工块4G25Y0;取消X轴镜像……2.缩放功能§5.2数控铣床常用编程指令建立缩放：G51X_Y_Z_P_;X_Y_Z_为缩放中心,P_为缩放倍数;P=待缩放加工尺寸/原加工尺寸取消缩放：G50缩放不能用于补偿量,并且对A、B、C、U、V、W轴无效。……G51X_Y_P2M98P100;P100为加工内△子程序G50……YX3.旋转变换§5.2数控铣床常用编程指令建立坐标旋转：G68α_β_P_；(α,β)为旋转中心，P为旋转角度(°)，0≤P≤360.000°取消坐标旋转功能:G69

先旋转再刀补；先缩放再旋转。O001……N05M98P100调用子程序不%100N10G68X0Y0P45；旋转45度N15M98P100；加工2调用%100N20G69；取消旋转N25G68X0Y0P90；旋转90度N30M98P100；加工3调用%100N35G69；取消旋转……%100；子程序…….§5.2数控铣床常用编程指令%100N105#T01=6;N110G41G01X20Y-5DT01F300;刀具半径左补偿N115Y0；到轮廓1的起点N120G02X40I10;顺圆插补N125X30I-5;N130G03X20I-5;逆圆插补N135G00Y-6;快速向下移动6N140G40X0Y0;取消刀补，回到刀点N145M99;子程序返回§5.2数控铣床常用编程指令5.2.3子程序调用1.子程序的概念

在一个加工程序中，如果其中有些加工内容完全相同或相似，为了简化程序，可以把这些重复的程序段单独列出，并按一定的格式编写成子程序。主程序在执行过程中如果需要某一子程序，通过调用指令来调用该子程序，子程序执行完后又返回到主程序，继续执行后面的程序段。（1）子程序的嵌套为了进一步简化程序，可以让子程序调用另一个子程序，这种程序的结构称为子程序嵌套。在编程中使用较多的是二重嵌套，其程序的执行情况如图3-26所示。§5.2数控铣床常用编程指令2.子程序的应用

a.零件上由多处相同的轮廓形状

b.加工中反复出现具有相同轨迹的走刀路线

c.在加工较复杂的零件时，模块式的程序结构，便于对加工顺序的调整，主程序中只有换刀和调用子程序等指令。§5.2数控铣床常用编程指令3.调用子程序Ｍ98指令指令格式M98P__××××；指令功能调用子程序指令说明P__为要调用的子程序号。××××为重复调用子程序的次数，若只调用一次子程序可省略不写，系统允许重复调用次数为1～9999次。4.子程序结束M99指令

指令格式M99；指令功能子程序运行结束，返回主程序指令说明

1)执行到子程序结束M99指令后，返回至主程序，继续执行M98P_××××程序段下面的主程序；

2)若子程序结束指令用M99P___格式时，表示执行完子程序后，返回到主程序中由P___指定的程序段；§5.2数控铣床常用编程指令

3)若在主程序中插入M99程序段，则执行完该指令后返回到主程序的起点。

4)若在主程序中插入/M99程序段，当程序跳步选择开关为“OFF”时，则返回到主程序的起点；当程序跳步选择开关为“ON”时，则跳过/M99程序段，执行其下面的程序段；

5)若在主程序中插入/M99P___程序段，当程序跳步选择开关为“OFF”时，则返回到主程序中由P___指定的程序段；当程序跳步选择开关为“ON”时，则跳过该程序段，执行其下面的程序段。5.子程序的格式O（或：）××××……M99格式说明：其中O（或：）××××为子程序号，“O”是EIA代码，“：”是ISO代码。§5.2数控铣床常用编程指令§5.2数控铣床常用编程指令例：如图所示,在一块平板上加工6个边长为10mm的等边三角形，每边的槽深为-2mm，工件上表面为Z向零点。其程序的编制就可以采用调用子程序的方式来实现(编程时不考虑刀具补偿)。子程序调用实例§5.2数控铣床常用编程指令O10N10G54G90G01Z40F2000//进入工件加工坐标系N20M03S800//主轴启动N30G00Z3//快进到工件表面上方N40G01X0Y8.66//到1#三角形上顶点N50M98P20//调20号切削子程序切削三角形N60G90G01X30Y8.66//到2#三角形上顶点N70M98P20//调20号切削子程序切削三角形N80G90G01X60Y8.66//到3#三角形上顶点N90M98P20//调20号切削子程序切削三角形N100G90G01X0Y-21.34//到4#三角形上顶点N110M98P20//调20号切削子程序切削三角形N120G90G01X30Y-21.34//到5#三角形上顶点N130M98P20//调20号切削子程序切削三角形N140G90G01X60Y-21.34//到6#三角形上顶点N150M98P20//调20号切削子程序切削三角形N160G90G01Z40F2000//抬刀N170M05//主轴停N180M30//程序结束子程序：O20N10G91G01Z-2F100//在三角形上顶点切入（深）2mmN20G01X-5Y-8.66//切削三角形N30G01X10Y0//切削三角形N40G01X5Y8.66//切削三角形N50G01Z5F2000//抬刀N60M99//子程序结束§5.2数控铣床常用编程指令（1）数控镗铣加工零件的表面不外乎平面、轮廓、曲面、孔和螺纹等，主要要考虑到所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。（2）在数控镗铣床上可铣削平面、平面轮廓及曲面。（3）孔加工的方法有钻削、扩削、铰削、铣削和镗削等；螺纹的加工可采用攻螺纹、铣螺纹等方法。

5.3.1常用加工方法§5.3

典型零件加工程序编制铣削平面类零件周边轮廓一般采用立铣刀。刀具的尺寸应满足：1）刀具半径R小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径ρmin，一般可取R=(0.8～0.9)ρmin；2）如果ρmin过小，为提高加工效率，可先采用大直径刀具进行粗加工，然后按上述要求选择刀具对轮廓上残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。（1）平面轮廓加工①刀具的选择§5.3

典型零件加工程序编制确定走刀路线的一般原则是：1）保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。2）缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间。3）方便数值计算，减少编程工作量。4）尽量减少程序段数。注意：对于平面轮廓的铣削，无论是外轮廓或内轮廓，要安排刀具从切向进入轮廓进行加工，当轮廓加工完毕之后，要安排一段沿切线方向继续运动的距离退刀，这样可以避免刀具在工件上的切人点和退出点处留下接刀痕。

②走刀路线的确定§5.3

典型零件加工程序编制图5.25铣削圆的切入切出路径③切入切出路径§5.3

典型零件加工程序编制刀具悬伸长时将产生振动和变形此时插铣可能是唯一可行的方案侧铣加工④走刀路线对切削加工影响实例铣削夹紧不良的工件时刀具的路径：对于长刀具长度（大于3倍直径），在由于振动不可能侧铣的情况下推荐使用插铣（轴向铣削）

插铣加工侧铣加工§5.3

典型零件加工程序编制（2）型腔加工a.环切法b.行切法c.行切+环切法图5.27型腔加工图5.26型腔加工的走刀方式§5.3

典型零件加工程序编制①开始切削型腔的方法主要有以下三种方法：1）预钻削起始孔。不推荐这种方法：这需要增加一种刀具，从切削的观点看，刀具通过预钻削孔时因切削力而产生不利的振动。当使用预钻削孔时，常常会导致刀具损坏；2）最佳的方法之一是使用X/Y和Z方向的线性坡走切削，以达到全部轴向深度的切削；3）可以以螺旋形式进行圆插补铣。这是一种非常好的方法，因为它可产生光滑的切削作用，而只要求很小的开始空间。

图5.28坡走铣图5.29螺旋插补铣§5.3

典型零件加工程序编制走刀路线的选择2轴半联动加工3轴联动加工5轴联动加工刀具轴线补偿平面实际刀具轨迹编程轨迹加工工件适用于曲率半径变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工各种曲面类零件最理想的加工方法适用于曲率半径变化较大和精度要求较高的曲面的精加工（3）曲面加工图5.30曲面的加工§5.3

典型零件加工程序编制顺铣与逆铣顺铣逆铣在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同。

在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反。

图5.31顺铣与逆铣§5.3

典型零件加工程序编制孔加工方法的选择孔加工的常用方法选择：1）对于直径大于φ30mm的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗——半精镗——孔口倒角——精镗的加工方案；2）孔径较大的可采用立铣刀粗铣——精铣加工方案；3）孔中空刀槽可用锯片铣刀在孔半精镗之后、精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行单刀镗削，但单刀镗削效率较低；4）对于直径小于φ30mm无底孔的孔加工，通常采用锪平端面——打中心孔——钻——扩——孔口倒角——铰加工方案，对有同轴度要求的小孔，需采用锪平端面——打中心孔——钻——半精镗——孔口倒角——精镗(或铰)加工方案。

孔加工主要方法：钻削、扩削、铰削、铣削和镗削。

（4）孔加工§5.3

典型零件加工程序编制切削用量的确定切削速度(vc)

D1(mm);铣刀直径

π(3.14):圆周率

n(min-1):主轴转速

vc(m/min):切削速度

(例题)

主轴转速350min-1、铣刀直径Ø125，求此时的切削速度。(答）

π=3.14、D1=125、n=350代入公式

vc=(π×D1×n)÷1000=(3.14×125×350)÷1000

=137.4(m/min)

切削速度为137.4m/min平面铣削加工的计算式

§5.3

典型零件加工程序编制(例题)

每刃进给量0.1mm/齿，铣刀刃数10齿、主轴转速500min-1,求工作台进给速度?(答）

由公式、

vf=fz×z×n=0.1×10×500=500mm/min，

求出工作台进给速度为500mm/min。切削用量的确定每齿进给量(fz)、工作台进给速度(Vf)

vf(mm/min):

每分钟工作台进给速度

z:刃数

n(min-1):

主轴转速(每转进给量f＝z×fz)

fz(mm/tooth):

每齿进给量

(例题)

主轴转速500min-1、铣刀刃数10刃，工作台进给速度500mm/min，求此时每齿进给量。(答）

由公式、

fz=Vf÷(z×n)=500÷(10×500)=0.1mm/tooth

求出每齿进给量为0.1mm/齿平面铣削加工的计算式§5.3

典型零件加工程序编制切削用量的确定用θ°计算P点切削速度。

(倾斜面加工时，切深边界部的切削速度)

n（min-1）＝刀具转速

用ap

计算Q点切削速度。

(切深边界部的切削速度)

n（min-1）＝刀具转速

实际切削速度的计算方法

§5.3

典型零件加工程序编制(例题)

主轴转速1350min-1、钻头直径Ø12，求切削速度。(答