数控铣床编程与加工电子活页式课件 任务1-5 认识数控铣床-底座的加工

学习任务1认识数控铣床[学习内容]

[知识目标]（1）能够正确叙述数控铣床的加工原理。（2）能够正确描述数控铣床的加工特点。（3）能够正确叙述数控铣床的主要加工功能。

[技能目标]（1）能够正确判断数控铣床的类型。（2）能够识别数控铣床的基本结构。

[素质目标]（1）能够制订自我工作计划。（2）能够按评价表要求，做好自我评价和小组评价。

[核心素养目标]（1）主动与其他同学进行沟通，初步具备团队精神和互帮互助意识。（2）初步树立环保意识、爱护财产的意识。生产车间有一批数控铣床，对于同学们来说都是新的事物，请在教师的指导下，通过观察实践、借助参考资料，学习数控铣床的工作原理、组成、结构、分类，完成对数控铣床的认识。

[任务描述][知识准备]1、数控铣床概述数控机床是安装数控系统或是采用了数控技术的机床。数控技术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。通常将数控技术简称数控(NC)。现代数控技术都采用计算机进行控制，因此，现代数控技术又称计算机数控技术，简称CNC。数控机床按照其用途可分为数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床、数控电火花机床、数控线切割机床等不同类型。数控铣床是以铣削加工为主，并辅有镗削加工，是数控镗铣床的简称。2.数控铣床的基本结构数控铣床主要由机床本体、数控系统、主传动系统、进给伺服系统及辅助装置等部分构成，如图1-1所示。3.数控铣床的类型按照机床结构特点及主轴布置形式的不同，可将数控铣床可分为立式数控铣床、卧式数控铣床、龙门式数控铣床和多轴数控铣床等。4.数控铣床的加工特点数控铣床与普通铣床的加工艺基本相同，数控铣床加工具有以下特点：（1）加工零件范围广、加工适应性强、灵活性好，可以一次装夹定位后，完成零件多道工序的加工。对轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件也能加工，例如模具类零件、壳体类零件等。（2）能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用三维空间曲面类零件以及数学模型复杂曲线零件等。（3）数控铣床具有铣床、镗床、钻床的功能，使工序高度集中，大大提高了生产效率；机床自动化程度度高，有利于生产管理自动化，可以减轻操作者的劳动强度，数控加工还避免了操作人员的操作失误。（4）加工质量稳定可靠，数控装置的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控系统可达0.1μm，加工精度高。数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量。（5）数控铣床生产效率高，一般不需要使用专用夹具等专用工艺设备，在更换工件时只需调用存储于数控装置中的加工程序、装夹工具和调整刀具数据即可，可以大大缩短生产周期。5.数控铣床的主要加工功能数控铣床以加工零件的平面、曲面为主，此外还能加工孔、内圆柱面和螺纹面等。铣削加工可使各个加工表面获得很高的形状及位置精度，其加工功能主要有：（1）点位控制功能：数控铣床的点位控制主要用于工件的孔加工，如中心钻定位、钻孔、锪孔、铰孔、扩孔、镗孔等各种孔加工。（2）刀具长度补偿功能：改变刀具长度的补偿量，可以补偿刀具换刀后的长度偏差值，还可以改变切削加工的平面位置，控制刀具的轴向定位精度。（3）刀具连续控制功能：通过数控铣床的直线插补、圆弧插补或复杂的曲线插补运动，铣削加工工件的平面和曲面。（4）刀具半径补偿功能：使用刀具半径补偿的方法，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出符合图纸要求的轮廓。利用刀具半径补偿的功能，改变刀具半径补偿量，还可以补偿刀具磨损量和加工误差，实现分别对工件的粗加工和精加工。（5）固定循环加工功能：应用固定循环加工指令，可以简化加工程序，减少编程的工作量。（6）子程序功能：引用子程序的功能使加工程序模块化，按加工过程的工序分成若干个模块，分别编写成子程序，再由主程序调用，完成对工件的加工。这种模块式的程序便于加工调试，优化加工工艺。【任务实施】1.数控铣床结构认识2.数控铣床类型认识学习任务2数控铣床对刀操作[学习内容]

[知识目标]（1）能够正确叙述数控铣床控制面板中各按键的名称及功能。（2）能够正确叙述数控铣床中各坐标系的含义。（3）能够正确叙述数控铣床对刀操作要点。（4）能够正确叙述对刀操作的验证方法。

[技能目标]（1）能够规范操作数控铣床执行移动、转动等动作。（2）能够根据操作指引完成对刀操作练习。（3）能够自主判别对刀结果是否正确。

[素质目标]（1）能够积极参与小组对刀练习活动。（2）在组员练习对刀操作时，能在旁边观察、协助解决对刀操作出现的问题。

[核心素养目标]（1）初步养成互相学习、共同进步的意识。（2）初步具备规范操作、安全生产的意识。生产车间有一批零件需要生产。工艺员负责制订零件的生产加工工艺，程序员依据加工工艺完成程序的编制，操作员需要完成安装毛坯和刀具、对刀操作等工作后，才能进行零件的加工生产。请同学们学习数控铣床的基本操作及对刀操作技能。

[任务描述][知识准备]1.数控系统面板数控系统面板主要用于与显示屏结合来操作与控制数控系统，以完成数控程序的编辑与管理、用户数据的输入、屏幕显示状态的切换等功能，如图2-1所示。2.机床操作面板

机床操作面板主要用于控制铣床的运动和选择工作方式，包括手动进给方向按钮、主轴手控按钮、工作方式选择按钮、程序运行控制按钮、进给倍率调节旋钮、主轴倍率调节旋钮等，如图2-2所示。3.数控铣床的坐标系任何一个工件的数控铣削编程均是在工件坐标系中完成的，而工件坐标系的确立又离不开机床坐标系作为参考，因此，建立数控铣床机床坐标系、工件坐标系的空间概念，明确两者的关系对于数控铣床编程十分必要。为简化编程和保证程序的通用性，规定采用右手笛卡儿坐标系，如图2-4所示，基本坐标轴为X、Y、Z直线轴和A、B、C旋转轴。（1）机床坐标轴的运动方向①确定Z轴与机床主轴中心线相平行的轴为Z轴，刀具离开工件的方向为Z轴正方向。立式数控铣床Z轴垂直于水平面，卧式数控铣床Z轴平行于水平面。②确定X轴在水平面上左右方向的轴为X轴。立式铣床由主轴向立柱看去，右方为X轴正方向。卧式铣床，由主轴向工件看去，右方为X轴正方向。③确定Y轴根据右手直角坐标系，用大拇指表示X轴，中指表示Z轴，食指表示Y轴。（2）机床原点与机床参考点①机床零点(机械原点、机床原点)机床零点是机床坐标系(机床上固有的坐标系)的设计原点，它在机械硬件上的位置是由制造厂家确定的。②机床参考点机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的点，通过访问机床参考点(X、Y、Z轴都有参考点)来确定机床零点。关机后机床参考点丢失，每次开机后要再次访问机床参考点。访问机床参考点是通过按下一个行程开关后慢速进给，寻找光电脉冲编码器或者光栅尺上的零位信号，此零位信号在机床坐标系的位置由机床制造厂设定，固定不变。机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，可通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置，CNC就建立起了机床坐标系。（3）工件坐标系

工件坐标系又称为编程坐标系，工件坐标系的原点要根据加工零件图而定，一般工件坐标系的原点即编程原点，如图2-5所示。工件坐标系的建立是以确定工件原点(又称程序原点、编程零点)为标志完成的。在图样上确定工件原点要根据尽量满足编程简单，尺寸换算简单，引起的加工误差小等为原则。一般情况下，工件原点应选在尺寸标注的基准点；对称或以同心圆为主的零件工件原点应选在对称中心线或圆心上。Z轴的工件原点通常选在工件的上表面，如图2-6所示。【任务实施】

由于数控铣床按机床坐标系控制机床的运动，而编程人员按工件坐标系进行编写程序，所以需要建立两种坐标系之间的关系，程序才能正常运行。对刀操作就是要确定工件原点在机床坐标系中的坐标值，并将该坐标值输入到数控系统相应的存储位置，用G54~G59这6个G代码指令指定。对刀操作是数控加工中重要的操作技能点，对刀的准确性将直接影响零件的加工精度。学习任务3程序录入[学习内容]

[知识目标]（1）能够正确识别数控铣床的常用功能代码。（2）能够正确叙述绝对坐标编程与增量坐标编程的定义。（3）能够正确叙述数控铣削程序的结构组成。

[技能目标]（1）能够计算出零件节点的坐标值。（2）能够区分程序段中各指令的功能。（3）能够独立完成一个完整程序的录入。

[素质目标]（1）能够主动参与小组学习活动。（2）主动与组员针对学习问题进行交流与沟通，协助解决问题。

[核心素养目标]（1）逐渐养成团结协作、共同学习的意识。（2）初步具备安全生产规则意识。车间程序员按既定的加工工艺编制了零件的铣削加工程序，需要操作员把程序录入到数控铣床系统中。为了保证程序录入的正确性，必须了解程序的结构，清楚各程序指令的功能。现要求每位同学在10min内录入一个完整的数控铣削程序至数控铣床系统中。

[任务描述][知识准备]1.数控程序结构与格式（1）程序结构一个完整程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成，如表3-1所示。（2）程序段的格式

程序段格式是指一个程序段中的字、字符和数据的书写规则。一个程序段定义一个由数控装置执行的指令行。程序段的格式定义了每个程序段中功能字的句法，如图3-1所示。2.准备功能G代码（1）准备功能G代码概述

准备功能指令用来指定机床的工作方式，规定刀具与工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿和坐标偏移等加工参数。准备功能是程序编制中的核心内容。

准备功能指令以大写字母“G”加上两位数字组成（G00～G99），故又称G代码、G指令。G代码分为模态G代码与非模态G代码两种类型。模态G代码是一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的模态G功能注销为止。非模态G功能是只在所规定的程序段中有效，程序段结束时立即被注销。FANUC0i系统的准备功能G代码见表3-2所示。（2）绝对坐标与增量（相对）坐标编程指令G90、G91（3）平面选择指令G17、G18、G19（4）工件坐标系选择指令G54~G59

工件坐标系原点通常通过零点偏置的方法来设定，其设定过程为通过对刀操作找出装夹后工件坐标系原点在机床坐标系中的绝对坐标值，将这些值通过机床面板输人到机床偏置存储器参数表中G54~G59任一位置，从而将机床坐标系原点偏置至工件坐标系原点，程序中直接调用这一指令即可，如图3-4所示。3.辅助功能M代码辅助功能是用来指定机床辅助动作的一种功能，又称为M代码，这类指令在运行时与机床操作的需要有关，如表示主轴的旋转方向、启动、停止，切削液的开关等功能。由大写字母“M”加两位数字组成，FANUC0i系统的M代码及功能见表3-3所示。4.其他功能指令【任务实施】学习任务4数控铣床操作规程与维护保养[学习内容]

[知识目标]（1）能明确数控铣床安全操作规程。（2）能明确数控铣床的维护保养要求。（3）能明确数控车间5S项目及其内容。

[技能目标]（1）能按照数控铣床安全操作规程进行安全操作。（2）能独立执行日常保养计划。（3）能按照数控车间5S要求完成车间5S工作。

[素质目标]（1）能够规范着装。（2）能够制订自我工作计划。（2）能够按5S要求做好工位的整理与清洁工作。

[核心素养目标]（1）能够执行5S管理规范要求。（2）主动沟通交流，具备团队协助精神。（3）具备安全文明生产意识、环保意识和爱护财产意识。生产车间有一批数控铣床设备，为了确保安全，需要遵照安全操作规程来操作机床；每天下班后需要对数控铣床进行日常保养与维护工作。请同学们学习数控铣床的安全操作规程，结合数控车间5S管理要求，在教师的指导下，借助参考资料，制订数控铣床的日常保养计划，完成数控铣床的日常保养。

[任务描述][知识准备]1.数控铣床安全操作规程(1)数控系统的编程、操作和维修人员必须经过专门的技术培训，熟悉所用数控铣床的使用环境、条件和工作参数等，严格按机床和系统的使用说明书要求正确、合理地操作机床。(2)进入车间需要穿戴好防护用品（工作服﹑防护鞋、安全帽（长发压入帽内)﹑防护眼镜﹑口罩等），严禁穿拖鞋、凉鞋、短裤、裙子进入车间，禁止戴手链项链等首饰。操作时，操作人员必须扎紧袖口，束紧衣襟，严禁戴手套、围巾或敞开衣服。(3)操作前应检查铣床各部件及安全装置是否安全可靠，检查设备电气部分是否安全可靠。检查机油箱内的润滑油是否在标尺范围内，及时补充润滑油。(4)工件、夹具、工具、刀具必须装夹牢固。一般来说，铣刀装夹长度应该为3到4倍刀具直径。工作台不准堆放任何物件。运转机床前要观察周围动态，有妨碍运转、传动的物件要先清除，确认一切正常后，才能操作。(5)开动机床前，必须熟知机床每个按钮的作用以及操作注意事项；学生学习时，未经教师的批准，不得开动机床。(6)练习或对刀过程中，一定要牢记增量方式的倍率（X1、X10、X100），选择合理的倍率，避免机床发生碰撞。X、Z、Z的正负方向不能搞错，否则按错方向按钮可能发生意外。(7)正确设定工件坐标系后，完成编辑或拷贝加工程序后，应校验运行。(8)凡装卸工件、更换刀具、测量工件，必须先停机。(9)加工过程中，如发生异常情况，应迅速按下红色急停按钮，终止机床所有运动和操作。待故障排除后，方可重新操作机床及执行程序。(10)清除切屑时，要使用专用的工具，应当注意不要被切屑划破手脚。(11)严禁多人同时操作机床；如需要时，须经老师同意，并明确分工，在确保安全的条件下进行操作。(12)每次工作完毕后必须将工作台移至机床中央方可停电。(13)工作结束后，将所用过的物件擦净归位，清理机床、清除切屑、擦净机床各部位的油污；按规定加注润滑油，整理工具柜，最后把机床周围打扫干净。

2.数控车间5S要求（1）“5S”起源及定义“5S”是整理(Seiri)、整顿(Seiton)、清扫(Seiso)、清洁(Seiketsu)和素养(Shitsuke)这5个词的缩写。起源于日本，是指在生产现场对人员、机器、材料、方法、信息等生产要素进行有效管理。因为这5个词日语中罗马拼音均以"S"开头，所以简称“5S”，开展以整理、整顿、清扫、清洁和素养为内容的活动，称“5S”活动。①整理(Seiri)就是区分要用与不要用的物资，把不要的清理掉。整理的目的是：将“空间”腾出来活用；改善和增加作业面积；现场无杂物，行道通畅，提高工作效率；消除管理上的混放、混料等差错事故，防止误用等。②整顿(Seiton)就是指把要的物资按规定定位、定方法摆放整齐，明确数量，标明识别。实现“三定”即：定品、定量、定位。做到需要的物资能及时、准确地取出，并且保持马上能使用的状态和谁都能清楚的状态,整顿的目的是工作场所整洁明了，一目了然，减少取放物品的时间，提高工作效率。简而言之，整顿就是人和物放置方法的标准化。可以通过制作看板，做到目视管理，从而提炼出合适实训工作车间东西放置方法，进而使该方法标准化。③清扫(Seiso)就是指去除现场的脏物、垃圾、污物，经常清扫，防止污染的发生，采取有效的根治污物的对策。如彻底改善设备漏水、漏油、漏气以及易落下灰尘等状况。目的是保持工作空间现场干净、明亮。④清洁(Seiketsu)就是要时时保持工作空间现场干净状态，保持环境卫生，将上面“3S”的做法制度化，规范化，以维持成果，如定期进行卫生、安全检查等。目的是通过形成制度来维持成果。⑤素养(Shitsuke)就是要加强修养，美化身心，培养文明习惯，按规定行事，养成良好的工作习惯。养成良好的习惯，自觉遵守和执行各项规定，提升品质，对任何工作都讲究认真。（2）数控车间5S管理

数控车间的5S管理表，如表4-1所示。3.数控铣床维护保养要求数控铣床日常维护保养要求主要内容如下：(1)保持数控铣床工作场地的清洁，使机床周围保持干燥，保持工作区域状态良好。(2)保持机床清洁，每天开机前在教师的指导下检查润滑油箱的油量是否符合要求，开机后机床回零，并使机床主轴空转3min。检查各轴运动情况、手轮及面板按钮是否正常。(3)下班前按关闭流程关闭设备（数铣机床和配套电脑），并切断电源。(4)每天下班前10min，按5S管理要求，清洁机床，整理工量具，打扫实训工作环境，待检查合格后才可离开。数控铣床的日常保养详细内容如表4-2所示。【任务实施】学习任务5底座的加工[学习内容]

[知识目标]（1）识读底座的零件图样，清楚其加工要素。（2）知道平面铣削的概念及刀具的选用。（3）知道平面铣削时切削用量的选定。（4）清楚G00、G01、G83、G80指令的编程格式及指令用途。

[技能目标]（1）能正确使用G00、G01、G83、G80指令编写程序。（2）能根据零件的加工要求制订底座的加工工艺。（3）能在教师的指引下正确编写底座的加工程序。（4）能选择合适的刀具加工底座零件。（5）能正确选用量具测量底座零件尺寸。

[素质目标]（1）能够制订自我学习计划。（2）能够与小组同学团结协作完成学习任务。（3）能按5S要求做好物品的整理与清洁工作。（4）能够做到安全文明生产。

[核心素养目标]（1）具备团队合作精神，积极参与小组讨论与学习。（2）具备环保意识，学习过程中不浪费学习资源。（3）具备良好的职业意识，能按照教师的要求，刻苦训练，按质、按时完成零件加工。（4）对加工过程中产生的各类生产垃圾，能有效分类并按要求投放。底座在滑动夹具机构中是一个起固定支承作用的零件，底座上的4个螺钉沉孔用于安装螺钉连接固定钳身，底座提供了滑动夹具的平稳工作平台，保证了机构运行的稳定与安全。数控铣床能高效、准确地进行大平面和孔的加工，根据毛坯尺寸，要求对底座进行数控铣削加工。零件图样如图5-1所示。

[任务描述]图5-1底座零件图[任务分析]1.制订工作计划利用数控铣削技能完成底座的制作，分别需要完成准备毛坯，选取工具、量具、刀具，制订加工工艺，编写加工程序，加工零件，质量检测，5S现场作业，填写生产任务工单八项内容，请完善表5-1工作计划表中的相关内容。2.选取加工设备及物料请根据底座的零件图及工作计划，选取加工底座零件所需要毛坯、数控设备、刀具、量具等，并填写在表5-2中。[知识准备]1.平面铣削的概念及刀具选用平面铣削加工通常是指对工件上的各类平面进行铣削并达到一定表面质量要求的加工。铣削加工平面可用端铣和周铣两种方法，如图5-2所示。端铣法的生产效率和铣削质量均比周铣高，因此一般采用端铣法。铣削加工大面积的平面时使用面铣刀端铣，小面积平面铣削可使用立铣刀端铣。

面铣刀的圆周表面和端面均有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀的直径较大（φ50~φ500mm），常制成套式镶齿结构(将刀齿和刀体分开)，刀体采用40Cr制作，可长期使用。如图5-3所示为硬质合金可转位刀片面铣刀。这种铣刀结构成本低，制作方便，刀刃用钝后，可直接在机床上转换刀刃或更换刀片。可转位刀片面铣刀刀片定位精度高、夹紧可靠、易排屑、更换刀片迅速，各定位、夹紧元件通用性好，方便制造、使用等。2.平面铣削切削用量的确定平面铣削时切削用量选择得是否合理，将直接影响到铣削加工的质量。平面铣削分粗铣、半精铣、精铣三种情况。（1）平面粗铣时切削用量的确定原则平面粗铣加工时，工件余量多，质量要求低，选择切削用量时主要考虑工艺系统刚性、刀具使用寿命、机床功率、工件余量大小等因素。①确定Z向切削深度和切削宽度铣削无硬皮的钢料时，Z向切削深度一般选3~5mm；铣削铸钢或铸铁时，Z向切削深度一般选5~7mm。切削宽度可根据工件加工面的宽度尽量一次铣出，

当切削宽度较小时，Z向切深可相应增大。②确定每齿进给量选择较大的每齿进给量有利于提高粗铣效率，但同时应考虑到当选择了较大的Z向切削深度和切削宽度后工艺系统刚性是否足够。③确定铣削速度当Z向切削深度、切削宽度、每齿进给量选择均较大时，受机床功率和刀具耐用度的限制，一般选择较低的铣削速度。（2）平面精铣时切削用量的确定原则平面精铣时，切削用量选择侧重考虑表面粗糙度的要求。当表面粗糙度Ra在1.6~3.2μm范围内时，平面类零件一般采用粗、精铣两次加工。经过粗铣加工后，精铣加工的余量一般为0.5~2mm，考虑到工件表面的质量要求，一般选择较小的每齿进给量。此时，因加工余量较少，应尽量选择较大铣削速度。当表面粗糙度Ra在0.4~0.8μm范围时，平面精铣时的切削深度一般为0.5mm左右。每齿进给量一般选较小值(高速钢铣刀为0.02~0.05mm,硬质合金铣刀为0.10~0.15mm)。铣削速度在推荐范围内选最大值。如当采用高速钢铣刀铣削一般中碳钢或灰口铸铁时，铣削速度在20~40m/min之间选较大值；当采用硬质合金铣刀铣削上述材料时，铣削速度在90~150m/min之间选较大值。3.常用编程指令（1）快速定位指令G00G00指令是以点定位控制方式从刀具所在点快速移动到下一个目标位置。1)指令格式G00XYZ；式中，X、Y、Z为刀具目标点的坐标；绝对方式时为目标点的绝对坐标，增量方式时为目标点相对于前一点的增量坐标。2）指令说明①G00一般用于加工前的快速定位和加工后的快速定位。②G00为快移速度，是由机床参数设定的，不用F设定。③G00为模态功能，可由G01、G02、G03等同一组的G代码注销。④快速定位的目标点不能选在工件上，一般要距离工件表面5~10mm。⑤在执行G00指令时，由于各轴均以各自的速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线，如图5-4所示。因此操作者必须格外小心，以免刀具与工件或夹具发生碰撞。一般情况下是先把Z轴移动到安全高度，再执行X、Y方向的G00指令。3）编程实例

如图5-4所示，刀具快速从点A移动到点B的编程方式如下。

铣刀从点A快速移动到点B①绝对坐标编程方式:G90G00X90Y45；②相对坐标编程方式:G91G00X70Y30；图5-4G00走刀路线（2）直线插补指令G01使用直线插补指令可使刀具从当前点沿直线移动到指令规定的终点，移动的速度由F规定。1）指令格式G01XYZF；式中，X、Y、Z为刀具目标点的坐标；绝对方式时为目标点的绝对坐标，增量方式时为目标点相对于前一点的增量坐标。2）指令说明①F为合成进给速度，单位一般为mm/min。②G01指令刀具以坐标轴联动的方式，按F指定的合成进给速度，从当前位置沿直线移动到程序段指定的终点。G01为模态代码，可由G00、G02、G03等同一组的G代码注销。3）编程实例

如图5-5所示，刀具从点A线性进给到点B的编程方式如下。

铣刀从点A线性进给到点B①绝对坐