数控铣床编程与操作 课件 金廷威 模块1-5 数控概述- 刀具半径补偿

1模块一

数控概述单元1：数控的基本概念2数控的有关概念一1．数控（NumericalControl，缩写为NC）

是数字控制的简称，是指采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法。2．计算机数字控制（ComputerNumericalControl，缩写为CNC）

现在所说的数控是指计算机数字控制，是以数字信息技术为基础，集传统的机械制造技术、微电子技术、成组技术、现代控制技术、传感技术、网络通信技术、液压传动技术、光机电技术等发展起来的机床控制技术。3．数控机床

数控机床是数字控制机床的简称，是一种采用计算机并装有数字程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理控制编码符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床按一定的程序运动。3数控的有关概念一4．数控技术

是指用数字、文字和符号等组成的数字指令，来实现一台或多台机械设备的动作所控制的技术。5．数控程序

是指输入数控系统中的、使数控机床按照一定的加工轨迹执行一个确定工作任务的、具有特定代码和其他符号编码的、机床所识别的一系列指令，数控程序是一系列的指令代码来控制机床的运动及零件的切削加工。4数控的有关概念一6．数控编程

所谓数控编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移量等信息，用数控语言并按照一定的编程规则，编制生成用于数控机床进行切削加工的程序，这一过程称为数控编程。（1）手工编程。（2）自动编程。5数控机床的组成二1．程序介质：是数控机床的载体，记载着机床加工零件的全部信息。2．数控装置：是数控机床的核心，由微处理器CPU、输入/输出装置、辅助控制装置组成。3．伺服系统：是数控系统的执行部件，控制机床执行部件的进给速度、方向和位移量。4．机床主体：由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。6数控加工工作原理三数控加工过程是用数控装置或计算机代替人工操作机床来进行自动化加工的过程。7数控机床的分类四1．按运动方式分类（1）点位控制系统。（2）点位直线控制系统。（3）轮廓控制系统。8数控机床的分类四2．按伺服控制方式分类（1）开环控制数控机床。（2）闭环控制机床。（3）半闭环控制数控机床。9数控机床的分类四3．按工艺用途分类（1）数控车床。（2）数控铣床。（3）加工中心。（4）特种加工机床。4．按控制的坐标轴划分（1）两轴数控机床。（2）三轴数控机床。（3）四轴数控机床。（4）五轴数控机床。10数控加工的特点五1．数控加工的特点（1）加工精度高，具有稳定的加工质量。（2）生产效率高，一次装夹可完成多工序加工。（3）可进行多坐标轴的联动，能加工形状复杂的零件。（4）机床自动化程度高，减轻劳动强度，改善了劳动条件和工作环境。（5）具有高度的柔性，适应性强，对主轴进行无级调速。（6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。（7）监控功能强，具有故障诊断能力。11数控加工的特点五2．不宜采用数控加工的内容（1）工件轮廓简单、精度要求很低的工件，在数控机床上没有明显的优势。（2）装夹困难或必须依靠人工找正、占机调校时间长才能保证加工精度的单件小批量的工件。（3）加工部位分散，不能在一次安装中完成的其它零星加工表面，需要多次装夹、设置工件原点的工件。（4）加工余量大或材质及余量都不均匀的毛坯工件。（5）特别难加工的工件材料及铸件加工。3．选择数控加工内容时，可按下列顺序考虑（1）普通机床难加工或无法加工、质量难保证的内容应重点选择。（2）普通机床加工效率低，手工操作劳动强度大的内容。12模块二

数控铣床的基本操作单元1：数控铣床的基本操作13FANUC数控铣床操作面板的认识一1．CRT显示屏幕2．键盘3．控制面板14FANUC数控铣床面板的基本操作二1．数控机床开关机步骤：开机的步骤、关机的步骤2．回零操作（REF）：注意回零的先后顺序，先回Z轴，再回XY轴。3．手轮操作（HNDL）：×1=0.001mm，×10=0.01mm，×100=0.1mm4．手动操作（JOG）5．启动MDI：MDI模式下输入程序，按下循环启动键6．主轴手动操作：需要在手动或者手轮模式下操作7．编辑程序操作（EDIT）：往数控系统内存入程序8．自动运行加工（MEM）：运行系统内存有的数控程序9．DNC在线加工：运行电脑中的程序，边传输边加工10．装卸刀具：需要在手动或者手轮模式下操作15面板操作练习三16模块二

数控铣床的基本操作单元2：数控程序的编辑与输入输出17FANUC数控铣床操作面板的认识一1．程序操作界面软键介绍18FANUC数控铣床操作面板的认识一2．程序编辑操作（EDIT）（1）新建一个程序（2）程序的调用与检索（直接调用法）（3）程序的调用与检索（扫描法）（4）程序名的修改（5）删除一个程序（6）删除连续的多个程序（7）删除所有程序（8）程序字的检索（扫描法）（9）程序字的检索（直接检索法）（10）程序字的扫描检索（地址符检索法）（11）删除一个程序字（12）插入一个程序字（13）程序字的修改替换19程序自动输入二1．WINCOMM传输软件及程序传输操作20程序自动输入二2．CIMCOEdit传输软件及程序传输操作21数控程序的输入练习三22模块二

数控铣床的基本操作单元3：数控铣床的对刀操作23认识常用的数控铣削刀具一1.常用铣削加工刀具及用途24认识常用的数控铣削刀具一2.数控铣床的刀柄系统25认识常用工具二26建立工件坐标系操作的面板介绍三1．FANUC数控系统的相对坐标归零设置（a）相对坐标界面

（b）相对坐标设置界面27建立工件坐标系操作的面板介绍三2．G54工件坐标系设置（1）工件坐标系界面。用于进行对刀操作后设置工件坐标系数值，。按下【（操作）】软键，有【NO检索】、【测量】、【+输入】、【输入】功能。28建立工件坐标系操作的面板介绍三2．G54工件坐标系设置（2）刀具补偿界面

用于设置刀具长度补偿和半径补偿，H代表的是刀具长度补偿值，D代表的是刀具半径补偿值。按下【（操作）】软键，有【NO检索】、【C.输入】、【+输入】、【输入】功能。29XY方向分中操作（试切法或寻边器分中）四1．装夹工件和安装刀具（或分中棒）2．MDI模式下启动主轴正转30XY方向分中操作（试切法或寻边器分中）四3．对X轴分中操作（1）设置工件X轴的基准边（2）测量工件X轴的长度（3）移到工件X轴的中心位置（4）X轴的G54工件坐标系抄数31XY方向分中操作（试切法或寻边器分中）四4．对Y轴分中操作（1）设置工件Y轴的基准边（2）测量工件Y轴的宽度（3）移到工件Y轴的中心位置（4）Y轴的G54工件坐标系抄数32Z方向对刀操作（滚刀法或试切法）五1．对刀方法（1）试切法对刀（2）使用对刀器（或者滚刀法）对刀33Z方向对刀操作（滚刀法或试切法）五2．Z轴对刀操作（1）使刀具对准工件顶平面（2）Z轴的G54工件坐标系抄数34模块三

数控铣床的编程基础单元1：坐标系统与坐标计算35数控机床的坐标轴和运动方向的规定一1．机床坐标系规定

在ISO中，数控机床的坐标系统统一规定采用右手笛卡儿直角坐标系方式对其命名。（1）基本坐标轴。（2）坐标轴的方向规定。（3）旋转轴坐标。（4）X、Y、Z坐标轴的判别2．机床相对运动的规定3．数控机床坐标轴的确定方法36机床坐标系二1．机床坐标系

也称机械坐标系，为了确定机床的运动方向和移动距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系是机床固有的坐标系，在出厂以前就已经设置好的一个机械坐标系。2．机床零点

又称机床原点（或者机械零点），是机床上一个固定的点，它在机床设计、装配、调试时就已确定下来了，是数控机床进行加工运动的基准参考点。通过回零操作建立了机床坐标系，此点为机床零点位置。数控机床开机时，首先回零操作即建立机床坐标系。3．机床参考点

机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中，用于限定机床的活动范围。编程坐标系三1．编程坐标系

是由编程人员在编程时根据零件图样特点在零件图纸上用于编程使用所建立的坐标系称为编程坐标系。2．编程原点

也叫编程零点（或者程序零点），是编程坐标系X、Y、Z三个坐标轴的交点位置。（1）确定编程坐标系时不必考虑工件（或毛坯）在机床上的实际装夹位置。（2）编程坐标系中各轴的方向应该与机床坐标轴方向一致。（3）在编程时，不必考虑机床上工件与刀具实际的具体运动情况，始终认为工件是静止的，而刀具是运动的。（4）同一工件，由于编程原点改变了，各个节点坐标也会发生变化工件坐标系四1．工件坐标系

是由机床加工操作人员在工件上通过对刀操作所建立的坐标系称为工件坐标系。工件坐标系建立对象为工件。2．工件原点

也叫工件零点。通常，工件坐标系要与编程坐标系统一，工件原点也要与编程原点相互重合。工件坐标系与机床坐标系的关系五坐标计算案例六1．建立编程坐标系，确定编程零点2．计算各个节点坐标3．按顺时针方向计算位移矢量4．按逆时针方向计算位移矢量41模块三

数控铣床的编程基础单元2：数控铣床的常用编程指令42数控程序结构一1．字的组成：字符、地址符、字2．地址符的功能含义43数控程序结构一3．数控程序的构成4．程序的命名5．程序段的格式及组成44程序段号（N）二

程序段号又称顺序号或程序段序号，它由地址符N和后续1～4位数字组成，即N1～N9999，位于程序段句首。

程序段号对程序轮廓的加工没有直接影响，它可以按顺序排列（如从小到大或从大到小的顺序排列），也可以不按顺序排列，还可以省略不写。准备功能（G代码功能）三辅助功能（M代码功能）四坐标尺寸字及单位制选择五1．坐标平面选择G17：XY平面选择G18：XZ平面选择G19：YZ平面选择2．单位制选择G20：英制单位G21：公制单位刀具功能（T功能）六

刀具功能是指用于指定加工时所用刀具的编号或系统进行选刀换刀的功能指令，亦称为T功能或T指令。

数控铣床刀具功能T后面用1~2位数字表示刀具号码，例如：T02表示选择2号刀具。

如果需要换刀，则需加一个换刀指令M06，例如：M06T02表示主轴换上2号刀具。主轴功能（S功能）七G96：恒线速度（切削速度），单位为m/min（米/分钟）。编程格式：G96S_；G97：取消恒线速度（主轴转速），单位为r/min（转/分钟）。编程格式：G97S_；G92：主轴最高转速限制，单位为r/min（转/分钟）。编程格式：G92S_；主轴转速与线速度的转换关系：

S=1000ν/πD其中：S——主轴转速（单位为r/min）v——切削速度（单位为m/min，由刀具的耐用度决定）D——工件直径或刀具直径（单位为mm）用来控制主轴转速的功能称为主轴功能，亦称为S功能或S指令，由地址S和其后缀数字组成。进给功能（F功能）八G95：每转进给量，编程格式：G95F_；G94：每分钟进给速度，编程格式：G94F_；进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，是用来指定刀具相对于工件运动的合成进给速度，由地址F和其后缀的数字组成。转换关系：①进给量的计算：每转进给与每齿进给的关系。

每转进给f（mm/r）

=每齿进给量fz（mm/z）

×齿数Z（z/r）②进给速度的计算：每分钟进给与主轴转速、进给量的关系。

每分钟进给F（mm/min）

=每转进给f（mm/r）

×主轴转速S（r/min）③攻牙加工时F的确定：F=主轴转速S×导程

F=主轴转速S×导程程序跳跃与暂停指令九1．程序跳跃（1）G31程序跳跃指令（2）通过加入符号“/”跳跃2．暂停指令（G04）

功能含义：将机床动作处于暂停状态，即在两个程序段之间产生暂停时间。

编程格式一：G04P___；P表示暂停时间，单位为毫秒（ms），不带小数点

编程格式二：G04X（U）___；X（U）表示暂停时间，单位为秒（s），带小数点模态与非模态功能十模态指令：又称为续效指令，表示该指令一经指定，一直有效，在编程时，下一程序段的代码可以省略不写，直到被同组代码取代为止。非模态指令：又称为非续效指令，表示仅在被编入的程序段内有效的指令。53模块四

数控铣床的基本编程单元1：数控铣床的基本编程54绝对值与相对值编程（G90/G91）一G90：绝对值方式编程，编程值在坐标原点的位置。与编程坐标原点有关，编程坐标系改变时，该坐标值也会相应的变化。G91：相对值（增量值）方式编程，编程值相对于前一个点的移动距离。与编程坐标原点无关，与前一个点的相对位置（距离）有关。编程坐标系改变时，编程坐标值不会发生变化。55快速定位与直线插补（G00/G01）二G00（简写G0）：快速定位，以机床参数设定的速度从当前位置移动到程序指定的目标位置。编程格式：G90/G91G00X_Y_Z_

；G01（简写G1）：直线插补，以程序指令的F速度（合成速度）从当前位置移动到程序指定的目标位置。编程格式：G90/G91G01X_Y_Z_F_

；编程说明：①

当用G90绝对值方式编程时，X、Y、Z为目标点在工件坐标系中的坐标；当用G91增量值方式编程时，X、Y、Z为目标点相对于起点的增量坐标。

②

对于不运动的坐标轴可以省略不写。圆弧插补（G02/G03）三G02（简写G2）：顺圆弧插补，顺时针方向加工圆弧G03（简写G3）：逆圆弧插补，逆时针方向加工圆弧编程格式一（圆弧半径）编程格式二（圆心坐标）自动倒角、自动倒圆指令四，R__:自动倒圆角,在G01模式中，在X、Y坐标轴的程序段中加入“，R__”系统将会自动进行倒圆角。编程格式：G90/G91G01X__Y__Z__，R__F__；，C__：自动倒斜角，在G01模式中，在X、Y坐标轴的程序段中加入“，C__”系统将会自动进行倒45o斜角。编程格式：G90/G91G01X__Y__Z__，C__F__；工件坐标系设置五1．工件坐标系选择（G54～G59）

功能含义：引入工件原点在机床中的坐标位置。

编程格式：G54G90/G91X_Y_Z_；

格式说明：①

X_Y_Z_：为在编程坐标系下的坐标值。②

坐标系选择G54～G59是系统预定的6个坐标系，可根据需要任意选用。③

使用G54～G59指令之前，先通过对刀操作。④G54～G59为模态功能，可相互注销。机床开机默认的是G54。工件坐标系设置五2．设置加工坐标系（G92）

功能含义：将工件原点设定在当前位置上或相对于刀具起始点的某一空间点上。G92指令程序段只是设定加工坐标系，并不产生任何动作。在机床断电后会消失，需要重新对刀操作建立加工坐标系。

编程格式：G92X_Y_Z_；

格式说明：①

X_Y_Z_：刀具当前所在坐标位置。②G92指令为非模态指令。执行“G92XaYbZc；”指令后只建立一个坐标系，刀具并不产生运动。③

当执行“G92XaYbZc；”指令后，系统内部即对（a，b，c）进行记忆，并将工件原点设定到距刀具起始点距离为X=-a，Y=-b，Z=-c的位置上。即刀具当前点坐标为（a，b，c），而工件原点在（-a，-b，-c）位置处。④

在执行程序段G92前，必须先对刀操作确定刀位点的坐标位置。工件坐标系设置五3．局部坐标系（G52）

功能含义：在已经建立的工件坐标系中偏置一定的距离值作为一个局部坐标系，即局部坐标系是工件坐标系（G54—G59）中的子坐标系。

编程格式：G52X_Y_Z_；

格式说明：①

X_Y_Z_：局部坐标系偏离原工件坐标系（G54—G59）的向量值。②G52指令为非模态指令。当执行“G52XaYbZc；”指令后，系统内部即对（a，b，c）进行记忆，即在原工件坐标系（G54—G59）上偏移向量值（a，b，c）作为局部坐标系的原点位置。③

当设定了局部坐标系，绝对模式随后指定的移动指令，是在局部坐标系中的坐标值。④

局部坐标系设定不改变工件坐标系和机械坐标系。⑤

取消局部坐标系用“G52X0Y0Z0；”指定。编程案例六（1）建立编程坐标系确定编程零点（2）计算各节点坐标和位移矢量（3）顺时针方向编程（4）逆时针方向编程62模块四

数控铣床的基本编程单元2：台阶面零件的编程与加工63零件图样一

分析零件图样和技术要求，根据一定的加工条件制定零件的数控铣削加工工艺文件，应用数控编程指令编写数控程序。对数控机床进行必要的操作及建立G54工件坐标系，完成制件的切削加工。加工之后，检测制件的尺寸质量。任务完成后，保养机床、整理现场。64工艺分析二（1）零件图样分析。（2）工件材质及毛坯的选择。（3）刀具的选择。（4）工艺处理。（5）装夹方案分析。（6）加工步骤分析。（7）制定工艺卡片。（8）建立编程坐标系。65手工编程三1．编制加工顶平面的数控程序66手工编程三2．编制加工矩形轮廓的数控程序（1）采用顺时针方向走刀方式编程（2）采用逆时针方向走刀方式编程67手工编程三3．编制加工台阶轮廓的数控程序（1）采用顺时针方向走刀方式编程（2）采用逆时针方向走刀方式编程68手工编程三4．编制加工圆槽的数控程序（1）采用顺时针方向走刀方式编程（2）采用逆时针方向走刀方式编程69手工编程三4．编制加工圆槽的数控程序（1）采用R方式编程（2）采用I/J/K方式编程70操作加工四1．生产准备71操作加工四2．加工操作72质量检测五（1）尺寸精度（2）表面粗糙度（3）产品外观（4）程序编制（5）机床操作（6）安全文明生产73模块五

刀具半径补偿单元1：刀具半径补偿功能74刀具半径补偿的概念一在进行数控编程时，都是将铣刀刀具运动看成一个点，以刀具的中心来编写轮廓的运动轨迹。用户总是按零件的轮廓编制加工程序，而实际上刀具总有一定的半径，因而为了加工所需的零件轮廓，在进行内轮廓加工时，刀具必须向零件的内侧偏移一个偏移量r；在进行外轮廓加工时，刀具中心必须向零件的外侧偏移一个偏移量r。这种根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏移参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。75刀具半径补偿指令代码二G41：刀具半径左补偿（左刀补），沿着刀具运动方向看，刀具往轮廓的左边偏移一个半径补偿值G42：刀具半径右补偿（右刀补），沿着刀具运动方向看，刀具往轮廓的右边偏移一个半径补偿值G40：取消刀具半径补偿，消刀具补偿号中对应的补偿值刀具半径补偿的编程格式三建立刀补：

G00G41X__Y__D__；G01G42X__Y__D__F__；取消刀补：格式一G00/G01G40X__Y__；

格式二G00G41X__Y__D00；G01G42X__Y__D00F__；刀具半径补偿的编程规则四（1）刀补的建立或取消，一般应在切入工件之前或切出工件之后完成。（2）补的建立或取消，只能在G00或G01方式下完成，不能用G02或G03指令，并且至少要有X轴或Y轴的移动，且至少要有一轴的移动距离大于刀补值。（3）补的建立或取消，要防止过切现象，一般应在轮廓的外面进行，不能直接在轮廓上进行，应尽量在轮廓的切线方向及其延长线上建立。（4）在使用G41或G42指令模式中，后面的两个程序段不允许有两个连续的非移动指令（如Z轴），否则会产生过切或少切现象。刀具半径补偿的作用五（1）简化数值计算方便编程（2）扩大刀具直径选用范围（3）用同一程序实现粗精加工（4）用同一程序加工相互配合的工件79模块五

刀具半径补偿单元2：外轮廓槽零件的编程与加工