金工实习 课件 15 数控铣削

01概述01数控铣削加工是数控加工中极为常见的一种方法，它就像是一位技艺精湛的工匠，能够完成铣削、钻削、镗削以及复杂曲面加工等多种任务。在如今的制造业中，数控铣削加工的应用范围十分广泛，机械设备制造、模具加工等领域都离不开它。03数控铣削加工具有诸多显著特点，加工范围广，无论是简单的平面，还是复杂的曲面，它都能轻松应对；工艺复杂，这也意味着它能够解决各种高难度的加工问题；技术问题多，但正是在不断解决这些问题的过程中，数控铣削技术得以不断发展和进步。同时，它还具有加工精度高、效率高、劳动强度低的优势，能够为企业带来更高的生产效益。其主要设备包括数控铣床和数控加工中心，数控铣床就如同基础的建筑基石，而数控加工中心则像是功能更强大的超级建筑，它是在数控铣床的基础上，配备了刀具自动交换装置，从而具备了更高效、更智能的加工能力。柔性制造系统也是基于数控铣床发展而来，它让生产变得更加灵活、高效，就像一个智能的生产大脑，能够根据不同的需求进行快速调整。02数控铣削加工简介立式数控铣床立式数控铣床是数控铣床家族中数量最多的成员，它的主轴轴线垂直于工作台，就像一位挺拔站立的巨人，时刻准备着投入工作。它适用于加工平面凸轮、形状复杂的平面或立体零件以及模具的内/外型腔等。小型立式数控铣床通常采用工作台升降方式，这种方式就像小个子灵活地上下跳跃，能够满足小型零件的加工需求；中型的则采用主轴升降方式，如同大力士举起沉重的物体，更适合加工大型零件；而龙门数控铣床采用龙门架移动方式，其主轴可在龙门架横向与垂直导轨移动，就像一个巨大的龙门吊车，能够轻松应对大型工件的加工。卧式数控铣床卧式数控铣床的主轴轴线平行于工作台，仿佛一位躺着工作的工匠。它常常会增加数控回转工作台，从而实现四坐标或五坐标加工，这就好比给它增添了更多灵活的手臂，能够完成更复杂的动作。这样一来，就可以省去多专用夹具或专用角度成形铣刀，降低了生产成本，提高了生产效率。它非常适合加工箱体类零件、一次安装需改变工位的工件，能够在一次装夹中完成多个面的加工。立卧两用数控铣床立卧两用数控铣床就像是一位拥有变形能力的超级英雄，它的主轴轴线方向可变换，能够兼具立式与卧式数控铣床的功能。在面对不同的加工任务时，它可以灵活地切换工作模式，使用范围更广、功能更完善，为用户提供了更多的选择和便利。数控铣床的分类01主传动系统主传动系统由动力源、传动件及主运动执行件（主轴）等组成，它就像数控铣床的心脏，为整个机床提供动力。动力源就像是心脏的跳动，源源不断地输出能量；传动件则像是血管，将动力传递到各个部位；主运动执行件（主轴）就像是心脏的核心，直接参与主切削运动，它的旋转速度和稳定性直接影响着加工质量。02进给传动系统进给传动系统由动力源、传动件及进给运动执行件（工作台、刀架）等组成，它如同数控铣床的四肢，负责实现进给切削运动。动力源为其提供动力，传动件将动力传递给进给运动执行件，工作台和刀架就像人的手脚一样，按照指令进行精确的移动，从而实现对工件的加工。03基础支承件基础支承件由床身、立柱、导轨、滑座等组成，它是数控铣床的骨架，支承着机床的各主要部件。床身就像人的身体，为其他部件提供支撑；立柱如同人的脊梁，保证机床的稳定性；导轨和滑座则像是人的关节，使各部件能够在静止或运动时保持相对正确的位置，确保加工的精度。04辅助装置辅助装置由自动换刀系统、液压气动系统、冷却润滑系统等组成，它就像是数控铣床的助手，为机床的正常运行提供各种辅助功能。自动换刀系统能够快速更换刀具，提高加工效率；液压气动系统为机床的运动提供动力和控制；冷却润滑系统则像给机床涂上了一层保护油，能够降低加工过程中的温度，减少刀具磨损，保证加工质量。数控铣床的结构在零件加工适应性方面，数控铣削展现出了强大的优势，它能够轻松加工轮廓复杂、难控尺寸的零件，如模具、壳体类零件，就像一位技艺高超的艺术家，能够将复杂的设计变为现实；对于普通机床无法或难加工的零件，如数学模型描述的复杂曲线、三维空间曲面类零件，数控铣削也能应对自如；一次装夹需多道工序加工的零件，数控铣削可以通过程序控制，在一次装夹中完成多个工序的加工，大大提高了生产效率。01数控铣削的加工精度高、质量稳定可靠，它就像一个精准的机器人，能够按照预设的程序进行精确的加工，避免了人为因素的干扰，确保每个零件都能达到高精度的要求；生产自动化程度高，减轻了操作者的劳动强度，工人只需在一旁监控机床的运行，无需进行繁重的体力劳动；生产效率高，能够在短时间内完成大量零件的加工。02在切削原理上，端铣、周铣为断续切削，就像一阵急促的鼓点，而车削为连续切削，如同平稳的旋律。由于数控铣削的切削方式，对刀具的要求更高，需要刀具具备良好的抗冲击性、韧性、耐磨性，才能在加工过程中保持良好的性能。03数控铣削与普通铣床的特点对比02数控铣削编程准备功能（G功能）代码辅助功能（M功能）代码准备功能（G功能）代码是数控编程中的重要组成部分，它就像是一本神奇的魔法书，每一个代码都有着独特的功能。例如，G00代表快速点定位，就像瞬间移动的魔法，能够让刀具快速移动到指定位置；G01表示直线插补，如同沿着直线行走的规则，使刀具按照直线轨迹进行加工；G02和G03分别是圆弧插补/螺旋线插补CW（顺圆）和CCW（逆圆），它们能够让刀具绘制出美丽的弧线。这些代码在不同的组别中，有着各自的作用和使用规则，编程人员需要熟练掌握它们，才能编写出高效、准确的程序。辅助功能（M功能）代码则像是数控铣床的指挥中心，它控制着机床的各种辅助动作。M00表示程序暂停，就像音乐中的休止符，让机床暂时停止运行；M02和M30都表示程序结束，但M30还会返回程序头，为下一次加工做好准备；M03、M04和M05分别控制主轴的正转、反转和停止，就像控制发动机的启停和转向；M08和M09控制冷却液的开和关，为加工过程提供冷却和润滑。这些代码相互配合，确保机床能够按照预定的程序顺利运行。编程功能代码手工编程在某些特定场景下仍然具有重要的应用价值。对于点位加工或几何形状简单的零件，手工编程的数值计算简单，程序段少，就像搭建简单的积木一样轻松，非常经济实用；当遇到较复杂的零件时，如果能够利用数控系统的固定循环指令编程，也会变得十分方便，就像借助工具来完成复杂的任务。然而，对于空间曲面零件或零件轮廓简单但程序量大的情况，手工编程就会显得力不从心，因为其过程麻烦、费时，而且容易出错，就像用手去绘制复杂的地图，很容易出现偏差。手工编程适用场景手工编程的目的是完成某数控系统下零件加工的指令代码程序单，这就好比创作一篇精彩的文章，需要遵循一定的规则和要求。编程人员必须熟悉所用机床及数控系统的指令代码，就像作家熟悉自己的文字工具一样，只有这样，才能编写出符合要求的程序。同时，还需要具备良好的数学基础和逻辑思维能力，能够准确地计算刀具的运动轨迹和加工参数。手工编程核心要求工艺准备阶段程序编制过程首件试切削阶段手工编程三阶段分析零件图，定工艺过程与路线选机床、备刀具、定装夹方案、选切削用量选工件坐标系，算运动轨迹坐标编制数控加工程序输入、调试程序，首件试切手工编程五步步骤手工编程自动编程是在计算机及相应软件系统的支持下，自动生成数控加工程序的过程，就像有一个智能助手，能够快速、准确地完成编程工作。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能，对于复杂零件的编程，效率高、可靠性好，能够及时检查和修改程序，有效解决了手工编程在处理复杂零件时遇到的难题，大大提高了编程的效率和质量。借助CAD/CAM软件，用简单的语言描述加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数以及辅助信息，就像用简单的线条勾勒出复杂的图形。计算机接收到这些信息后，会自动进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算以及后置处理，最终产生加工程序。在这个过程中，还可以模拟加工过程，提前检查程序的正确性和加工效果，避免实际加工中出现问题。UG（Unigraphics）Pro/E（Creo）MasterCAM（以9.0为例）自动编程流程自动编程定义与优势常用自动编程CAD/CAM软件自动编程03数控铣床的基本操作数控系统1.XKN5230数控摇臂铣床采用武汉华中世纪星（HNC-21/22M）数控系统，具备强大的控制能力。2.该数控系统能够实现X、Y、Z三轴联动进给控制，为复杂零件的加工提供了技术支持，可满足多样化的加工需求。主轴控制部分1.动力源采用三相异步双速电动机，为铣床的切削工作提供稳定动力。2.传动方式为三角皮带传动，这种传动方式具有结构简单、维护方便等优点，保障动力高效传输。3.速度控制通过高低速开关及机械变速器实现，共设有16级速度，可根据不同的加工工艺灵活选择合适的转速。机床介绍（以XKN5230数控摇臂铣床为例）1.工作台尺寸为1270×250mm，较大的工作台尺寸能够承载更大尺寸的工件，适应多种加工场景。2.工作台X方向行程680mm，Y方向行程300mm，Z方向行程400mm，满足不同方向上的加工位移需求。3.主轴套筒行程100mm，主轴转速范围为80-5440r/min，机床外形尺寸(长×宽×高)为1560×1530×2320mm，各参数协同保证机床的高效运行。机床参数（XKN5230数控摇臂铣床，表12-3）0102HNC-21/22M机床数控装置操作台（如图12-12）1.由7.7英寸彩色液晶显示屏、标准MDI键盘、全汉字操作界面组成，界面友好，易于操作。2.具备故障诊断与报警功能，能及时发现并提示机床运行中的问题；可图形显示加工轨迹，便于操作人员直观了解加工情况；还拥有仿真功能，方便在实际加工前进行模拟操作，降低出错风险。HNC-21/22M控制面板（如图12-13）1.按键分布独特，除“急停”按钮在操作台右上角，便于紧急情况下快速操作外，大部分按键在操作台下部，布局合理，方便操作。2.功能区丰富，涵盖方式选择、冷却启停、刀具松紧、主轴修调、轴手动按键、增量倍率、锁住按钮、主轴控制、进给修调、快速修调、循环启动、快进等，满足各种操作需求。机床控制面板显示窗口显示内容可通过功能键F9设置，操作人员能根据自身需求和实际加工情况，灵活调整显示内容，获取所需信息。倍率修调主轴修调可实时调整当前主轴修调倍率，适应不同的加工材料和刀具。2.进给修调能改变当前进给修调倍率，优化加工效率和精度。3.快速修调用于调整当前快进修调倍率，满足不同速度要求。菜单命令条通过F1~F10功能键完成系统功能操作，操作便捷，功能丰富，涵盖了数控系统的各种核心功能。运行程序索引自动加工中，清晰显示程序名和当前程序段行号，方便操作人员监控程序运行进度，及时发现问题并调整。选定坐标系下的坐标值可在机床坐标系/工件坐标系/相对坐标系之间灵活切换，满足不同加工阶段和工艺要求。显示值可在指令位置/实际位置/剩余进给/跟踪误差/负载电流/补偿值之间切换，为操作人员提供全面的坐标信息，便于精确控制加工过程。工件坐标零点定义为机床坐标系下的坐标，明确工件坐标零点对于准确加工至关重要，是保证加工精度的关键。辅助机能自动加工中，实时显示M、S、T代码，让操作人员随时了解加工过程中的辅助功能状态，确保加工顺利进行。当前加工程序行显示当前正在或将要加工的程序段，使操作人员能提前做好准备，准确把握加工节奏。数控系统操作界面（HNC-21/22M，如图12-14）超程解除1.超程原因：伺服轴碰到行程极限开关，这是防止伺服机构碰撞损坏的一种保护机制。2.超程状态：系统视为紧急停止，“超程解除”按键指示灯亮，提示操作人员出现超程情况。3.解除步骤：松开急停按钮，置工作方式为手动或手摇方式；一直按压“超程解除”按键，使控制器暂时忽略超程紧急情况；在手动（手摇）方式下，使该轴向相反方向退出超程状态；松开“超程解除”按键，完成超程解除操作。4.恢复正常标识：显示屏运行状态栏“运行正常”取代“出错”，表示超程解除，机床恢复正常状态。5.注意事项：操作时注意移动方向及速率，防撞机，避免在解除超程过程中引发新的安全问题。急停1.触发场景：机床运行中遇到危险或紧急情况时，如刀具破损、工件松动等。2.操作：立即按下“急停”按钮，迅速停止机床运行。3.效果：CNC进入急停状态，伺服进给及主轴运转立即停止，进给驱动电源切断，有效保障人员和设备安全。4.解除急停：右旋“急停”按钮使其自动跳起，CNC进入复位状态，解除急停状态。5.解除后操作：确认故障排除，重新执行回参考点操作，确保坐标正确，避免因急停导致的坐标偏差影响后续加工。6.注意事项：上电和关机前按“急停”按钮，减少设备电冲击，保护设备的电气元件。上电1.步骤1：仔细检查机床状态是否正常，包括各部件的连接、润滑等情况。2.步骤2：检查电源电压是否符合要求，接线是否正确，确保供电安全稳定。3.步骤3：按下急停按钮，防止上电过程中出现意外启动。4.步骤4：机床上电，为机床各部件提供电力支持。5.步骤5：检查风扇电机运转是否正常，保证机床散热良好。6.步骤6：检查面板上的指示灯是否正常，判断机床的工作状态是否正常。7.上电后状态：HNC-21MD自动运行系统软件，液晶显示器显示软件操作界面，工作方式为“急停”，需进一步操作才能正常运行。复位1.操作：右旋并松开操作台右上角“急停”按钮，解除急停状态。2.目的：使系统复位，接通伺服电源，为机床的正常运行做好准备。系统上电后工作方式为“急停”，需复位控制运行。关机1.步骤1：按下控制面板上的急停按钮，停止机床的所有运行动作。2.步骤2：断开机床电源，确保机床完全停止工作，做好设备的关闭和保护工作。回参考点1.目的：建立机床坐标系，确保各轴坐标正确，这是保证加工精度的重要前提。2.操作时机：系统接通电源复位后，必须进行回参考点操作。3.步骤：执行各轴回参考点操作，按照正确的顺序和步骤进行，确保操作准确无误。4.注意事项：确保安全，避免碰撞，一般先Z轴回参考点，再抬刀具，防止刀具与工件或其他部件碰撞；每次电源接通后，必须先回参考点，再进行其他运行方式；回参考点中若超程，按住“超程解除”按键，向相反方向手动移轴退出超程。数控机床上电、关机、急停等操作04数控加工中心定义由机械设备与数控系统组成，融合了机械制造和自动化控制技术。2.是适用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床，具备刀库与自动换刀装置，能够一次装夹自动完成多工序加工，如钻、镗、铣、铰、攻螺纹等，大大提高了加工效率和精度。结构组成1-床身，是机床的基础部件，支撑和固定其他部件，保证机床的稳定性。2.2