1、数控铣床结构与简单操作数控铣床的结构及简单操作一、实习目的1了解数控铣床的基本特点和机床坐标系。2熟悉FANUC 0i-MD 数控系统应用。3掌握数控铣床常规操作方法，重点学习数控铣床回零操作、手动对刀操作、工件坐标系设定、程序输入与编辑、自动加工等操作。二、实习设备1CGM4300B数控铣床2XK714D数控铣床3FANUC 0i-MD 数控系统三、基础知识1.数控铣床的加工对象（1）平面类零件 加工面平行、垂直于水平面或与水平面成定角的零件称为平面类零件，这一类零件的特点是：加工单元面为平面或可展开成平面。其数控铣削相对比较简单，一般用两坐标联动就可以加工出来。 （2）曲面类零件 加工面为
2、空间曲面的零件称为曲面类零件，其特点是加工面不能展开成平面，加工中铣刀与零件表面始终是点接触示。 （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，以飞机零部件常见。 其特点是加工面不能展开成平面，加工中加工面与铣刀周围接触的瞬间为一条直线。（4）孔及螺纹 采用定尺寸刀具进行钻、扩、铰、镗及攻丝等，一般数控铣都有镗、钻、铰功能。2. XK714D数控铣床的结构如图1-11所示，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：（1）主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。（2）
3、进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 （3）控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。（4）辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。（5）机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。图1-11 数控铣床的组成下面具体介绍一下主轴部件和进给传动装置：（1）主轴部件主轴部件是数控铣床上的重要部件之一，它带动刀具旋转完成切削，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。 1）主轴 如图1-12（a）所示，数控铣床的主轴为一中空轴，其前端为锥孔，与
4、刀柄相配，在其内部和后端安装有刀具自动夹紧机构，用于刀具装夹。主轴在结构上要保证好良好冷却润滑，尤其是在高转速场合，通常采用循环式润滑系统。对于电主轴而言，往往设有温控系统，且主轴外表面有槽结构，以确保散热冷却，如图1-12（b）所示。(a) 主轴结构及其润滑（b）电主轴图1-12 主轴2）刀具自动夹紧机构 在数控铣床上多采用气压或液压装夹刀具，常见的刀具自动夹紧机构主要由拉杆、 拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、气缸等组成，见图1-12（a）。夹紧状态时，蝶形弹簧通过拉杆及夹头，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合；松刀时，通过气缸活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使夹头松开，夹头与刀柄上的
5、拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，气缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。 需注意的是，不同的机床，其刀具自动夹紧机构结构不同，与之适应的刀柄及拉钉规格亦不同。 3）端面键 带动铣刀旋转，传递运动和动力。 4）自动切屑清除装置 自动清除主轴孔内的灰尘和切屑是换刀过程中的一个不容忽视的问题。如果主轴锥孔中落入了切屑、灰尘或其它污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，甚至会使零件超差报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气经主轴内部通道吹屑，清除主轴孔内不洁。 （2）进给传动装置如图1-
6、13所示，数控铣床的进给传动装置多采用伺服电机直接带动滚珠丝杠旋转，在电动机轴和滚珠丝杠之间用锥环无键连接或高精度十字联轴器结构，以获得较高的传动精度。图1-13进给传动装置与普通铣床相比，数控铣床具有以下特点： （1）半封闭或全封闭式防护 经济型数控铣床多采用半封闭式；全功能型数控铣床会采用全封闭式防护，防止冷却液、切屑溅出，保证安全。 （2）主轴无级变速且变速范围宽 主传动系统采用伺服电机（高速时采用无传动方式电主轴）实现无级变速，且调速范围较宽，这既保证了良好的加工适应性，同时也为小直径铣刀工作形成了必要的切削速度。 （3）采用手动换刀，刀具装夹方便 数控铣床没有配备刀库，采用手动换刀，
7、刀具安装方便。 （4）一般为三坐标联动 数控铣床多为三坐标（即X，Y，Z三个直线运动坐标）、三轴联动的机床，以完成平面轮廓及曲面的加工。（5）应用广泛与数控车削相比，数控铣床有着更为广泛的应用范围，能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型腔铣削及三维复杂型面的铣削，如各种凸轮、模具等，若再添加圆工作台等附件（此时变为四坐标），则应用范围将更广，可用于加工螺旋桨、叶片等空间曲面零件。此外，随着高速铣削技术的发展，数控铣床可以加工形状更为复杂的零件，精度也更高 。3CGM4300B数控铣床（1）主要技术参数铣床式样 双立柱式外形尺寸 800 mm1100 mm1500 mm有效行程 280mm350mm
8、100mm定位精度 0.01/300mm重复定位精度 0.005/300mm最大运动速度 4.8m/min主轴最高转速 24000r/minX-Y-Z轴驱动 伺服电机驱动精度滚珠丝杠换刀方式 手动、专用工具锁紧控制计算机 通过PC计算机原点开关 光电元件行程开关 X、Y、Z方向五个开关紧急制动 计算机键盘控制和控制柜电源开关控制机床电源 220V,50HZ（2）机床坐标系 数控机床采用国际通用标准的笛卡尔右手直角坐标系。即：三个坐标轴X、Y、Z互相垂直，各坐标轴的方向符合右手法则。大拇指的方向为X轴正方向，食指为Y轴正方向，中指为Z轴正方向。数控机床永远假定工件静止而刀具运动，同时规定坐标轴的
9、正方向总是指向增大工件与刀具之间距离的方向。 Z轴：为主轴方向，向上远离工作台方向为正方向。数控铣床Z轴可首先确定。X轴：平行工件装夹平面，并平行主切削方向。数控铣床X轴水平向右为正方向。Y轴：Y轴及正方向由笛卡尔法则判定。4FANUC 0i-MD 数控系统控制面板数控铣床所提供的各种功能可以通过控制面板上的键盘操作得以实现。机床配备的数控系统不同其CRT/MDI控制面板的形式也不相同。CGM4300数控铣床配备FANUC 0i-MD数控系统。下面介绍其各控制键功能。1)主功能键开机后先选择主功能键，进人主功能状态后，再选择下级子功能（软键）进行具体操作。【POS】键：位置显示键。在CRT上显
10、示机床现在的位置。【PRGRM】键：程序键。在编辑方式，编辑和显示内存程序，显示MDI数据。【MENU OFSET】键：菜单设置键。刀具偏置数值的显示和设定。【OPR ALARM】键：报警显示键。按此键显示报警号及报警提示。【DGNOS PARAM】键：参数设置键。设置数控系统参数。【AUX GRAPH】键：图象显示键。暂无功能。2)数据输人键用来输人英文字母、数字及符号。常见功能有：G、M指令；F进给量；S主轴转速； X、Y、Z坐标； I、 J 、K圆弧的圆心坐标；R圆弧半径；T刀具号或换刀指令；O程序名；N程序段号；0-9数字等。3)编辑键【ALTER】键：修改键。在程序当前光标位置修改指
11、令代码。【INSRT】键：插人键。在程序当前光标位置插人指令代码。【DELET】键：数据、程序段删除键。【EOB】键：程序段结束键。又称程序段输入键、确认健、回车键。4）复位键复位键【RESET】：按下此键，复位CNC系统。5)输人输出键输入键【INPUT】：与外部设备通信时，按下此键，才能启动输入设备，开始输入数据到CNC内。输出键【OUTPT START】：按下此键，CNC开始输出内存中的参数或程序到外部设备。6）软键软键即子功能键，其含义显示于当前屏幕上对应软键的位置，随主功能状态不同而各异。在某个主功能下可能有若干子功能，子功能往往以软键形式存在。7）编辑辅助键光标移动键【CURSOR
12、】：用于在CRT页面上，一步步移动光标。：向前移动光标。：向后移动光标。页面变换键【PAGE】：用于CRT屏幕选择不同的页面。：向前变换页面。：向后变换页面。取消键【CAN】：按下此键，删除上一个输人的字符。8）运行模式选择旋扭：MODE SELECT【HOME】：返回机床参考点模式【JOG】：手动连续进给模式【JOGINC】：手动断续进给模式【EDIT】：程序编辑模式【MDI】：手动数据输入模式【STEP】：单步加工模式【AUTO】：自动加工模式【HANDLE】：手摇脉冲发生器操作模式9）进给速度倍率调节旋扭：用目前的进给速度乘上倍率得到实际进给速度。 主轴速度倍率调节旋扭：用目前的设定速度
13、乘上倍率得到实际主轴转速。10)其它功能按键及旋扭：【AXIS SELECT】旋扭：手动进给轴和方向选择旋扭。在JOG、JOGINC运行模式式时，选择手动进给轴和方向。【ON】【OFF】键： CNC电源按钮。按下“ON”接通CNC电源；按下“OFF”断开CNC电源。【E-STOP】键：急停按钮。当出现紧急情况时，按下此按钮，伺服进给及主轴运转立即停止工作。5数控代码规范1）程序结构程序由各个程序段组成，每个程序段执行一个加工步骤。程序段由若干个字组成，字由地址符和数值组成，地址符必须用大写字母，最后一个程序段包含程序结束符M02或M30。目前常用的是字地址可变程序段格式。2）数控指令数控指令包
14、括准备功能指令（G功能）、辅助功能指令（M功能）、刀具功能指令（T功能）、主轴功能指令（S功能）、进给功能指令（F功能）。常用指令有：G00 快速移动，模态例如：G00X40Y50；G01 直线插补，模态 例如：G01X40Y30Z0；G02 顺时针圆弧插补，模态 例如：G02X40Y10R10；G03 逆时针圆弧插补，模态 例如：G03X40Y10I10J10；G04 暂停，单位毫秒 例如：G04P200G17 XY平面选择，数控铣床缺省 G21 米制单位设定，缺省G41/G42/G40 刀具半径左补偿/刀具半径右补偿/刀具半径补偿取消G43/G44/G49 刀具长度正补偿/刀具长度负补偿/
15、刀具长度补偿取消G54G59 第一工件坐标系第六工件坐标系指定G80 钻孔循环取消G81 钻孔循环 例如：G81X10Y10Z-15R5F50；G83 啄式钻孔循环 例如：G83X10Y10Z-15R5P300Q5F50；G90 绝对尺寸 G91 相对尺寸G94 进给率，单位mm/min,数控铣床缺省G95 进给率，单位mmrM00程序停止 M02程序结束 M03主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转M05主轴停止M08 冷却液打开M09 冷却液关闭M30程序结束并返回M98 调用子程序 例如 ：M98P0032007；调用O2007子程序3次M99子程序结束6CGM4300B数控铣床的基本操作当
16、加工程序编制完成之后，就可操作机床对工件进行加工。下面介绍数控铣床的一些基本操作方法。1）电源的接通与断开在机床电源接通之前，检查电源的柜内空气开关是否全部接通，将电源框门关好后，先打开机床电源，再按操作面板上的“CNC POWER ON”按钮方能打开机床主电源开关。当CRT屏幕上显示X、Y、Z的坐标位置时，即可开始工作。当自动工作循环结束，机床运动部件停止运动后，按操作面板上的“CNC POWER OFF”按钮，断开数控系统的电源，然后切断电源柜上的机床电源开关。2）回零操作在机床出现下列情况之一时，操作者必须进行返回机床参考点的操作：开始工作之前机床电源接通；机床停电后再次接通数控系统的电
17、源；机床在急停信号或超程报警信号解除之后恢复工作。返回参考点的操作步骤：旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“HOME”位置，进人回零方式；按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的X或Y或Z键选择一个所需移动的坐标轴；旋转快速倍率修调开关设定返回参考点进给速度；按下坐标轴正向运动按钮后放开，坐标运动自动保持到返回参考点，直到参考点指示灯亮时停止。3) 手动连续进给及断续进给手动断续进给操作步骤：旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“JOGINC”，进入断续进给方式，并设置进给步长；按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的X或Y或Z键选择准备移动的坐标轴；
18、旋转快速倍率修调开关“FEEDRATE OVERRIDE”选择点动进给速率；根据坐标轴运动的方向，按正方向或负方向按钮，各坐标便可实现点动进给。点动状态下，每按一次坐标进给键，进给部件移动一段距离。手动连续进给操作步骤：旋转方式选择开关“MODE. SELECT”处于“JOG”位置时，选择运动轴，按正方向或负方向按钮，运动部件便在相应的坐标方向上连续运动，直到按钮松开时坐标轴才停止运动。4）主轴手动操作自动运行时主轴的转速、转向等均可在程序中用S功能和M功能指定。手动操作时要使主轴启动，必须用MDI方式设定主轴转速。当方式选择开关“MODE SELECT”处于JOG”位置时可手动控制主轴的正转
19、、反转和停止。调节主轴转速修调开关“SPINDLE SPEED OVERRIDE”，对主轴转速进行倍率修调。按手动操作按钮CW、CCW、STOP控制主轴正转、反转、停止。5）自动运行操作机床的自动运行也称为机床的自动循环，自动运行前必须使各坐标轴返回参考点，并有结构完整的数控程序。先将旋转方式选择开关“MODE SELECT”置于“AUTO”状态，进人自动运行方式；按程序键PRGRM，屏幕显示数控程序；按CURSOR键，光标移动至被选程序的程序头；按下循环启动按钮“CYCLE START”，则自动操作开始执行。6）机床急停操作机床在手动或自动运行中，一旦发现异常情况，应立即停止机床的运动。使用
20、急停按钮或进给保持按钮中的任意一个均可使机床停止。使用急停按钮。如果机床运行时按下急停按钮“E-STOP”，则机床进给运动和主轴运动会立即停止工作。待排除故障重新执行程序恢复机床的工作时，顺时针旋转该按钮，按下机床复位按钮复位后，进行手动返回机床参考点的操作。使用进给保持按钮。如果机床在运行时按下进给保“FEED HOLD”按钮后，机床处于保持状态。待急停解除之后，按下循环启动按钮恢复机床运动状态，无需进行返回参考点的操作。7）刀具偏置设定刀具偏置设定包括刀具长度偏置量与刀具半径偏置量的设定。操作步骤：按功能键MENU OFSET进入偏置菜单；按软键TOOL，进入刀具偏置设定画面；移动光标到要
21、输人或修改的偏置号；键入偏置量；按输入键INPUT。8）程序的输入和编辑 当输入、编辑、检索程序时需将程序保护开关“PROGRAM PROTECT”打开，并将运行模式置于EDIT状态，显示模式置于PRGRM状态。程序新建：键入程序名，按INSRT完成程序新建。程序调入：键入程序名，按INPUT完成程序调入。程序输入：键入程序单元，按INSRT完成输入确认，按EOB程序段换行。程序编辑：按替换键ALTER、删除键DELET、退格键CAN等完成程序的修改编辑。7.XK714D数控铣床的简单操作（1）主轴控制 1）点动 在手动模式下，按下主轴点动键, 则可使主轴正转点动。 2）连续运转 在手动模式下
22、，按下主轴正、反转键，主轴按设定的速度旋转，按停止键主轴则停止，也可以按复位键停止主轴。 在自动和 MDI 方式下编入M03、M04和M05可实现如上的连续控制。 （2）坐标轴的运动控制 1）微调操作 a. 首先进入微调操作模式，再选择移动量和要移动的坐标轴。 b. 然后按正确的方向摇动手动脉冲发生器手轮。 c. 根据坐标显示确定是否达到目标位置。 2) 连续进给 选择手动模式，则按下任意坐标轴运动键即可实现该轴的连续进给（进给速度可以设定），释放该键，运动停止。3) 快速移动 同时按下坐标轴和快速移动键，则可实现该轴的快速移动，运动速度为 G00 。 （3）手动换刀过程手动在主轴上装卸刀柄的
23、方法如下： 1）确认刀具和刀柄的重量不超过机床规定的许用最大重量； 2）清洁刀柄锥面和主轴锥孔； 3）左手握住刀柄，将刀柄的键槽对准主轴端面键垂直伸入主轴内，不可倾斜； 4）右手按下换刀按钮，压缩空气从主轴内吹出以清洁主轴和刀柄，按住此按钮，直到刀柄锥面与主轴锥孔完全贴合后，松开按钮，刀柄即被自动夹紧，确认夹紧后方可松手； 5）刀柄装上后，用手转动主轴检查刀柄是否正确装夹； 6）卸刀柄时，先用左手握住刀柄，再用右手按换刀按钮（否则刀具从主轴内掉下，可能会损坏刀具、工件和夹具等），取下刀柄。（4）开机 打开外部电源开关，启动机床电源，将操作面板上的紧急停止按钮右旋弹起，按下操作面板上的电源开关，
24、若开机成功，显示屏显示正常，无报警。（5）机床回原点机床只有在回原点之后，自动方式和MDI方式才有效，未回原点之前只能手动操作。一般在以下情况需要进行回原点操作，以建立正确的机床坐标系： 1）开机后； 2）机床断电后再次接通数控系统电源； 3）超过行程报警解除以后； 4）紧急停止按钮按下后。 回原点操作过程如下： 1）选择手动回原点模式； 2）调整进给速度倍率开关于适当位置； 3）先按下坐标轴的正方向键+Z，坐标轴向原点运动，当到达原点后运动自然停止，屏幕显示原点符号，此时坐标显示中Z机械坐标为零；4）依次完成X或Y轴回原点，最后是回转坐标回原点，即按+Z、+X、+Y、+A的顺序操作。注意事项
25、： （1）在手动控制机床移动（或自动加工）时，若机床移动部件超出其运动的极限位置 ( 软件行程限位或机械限位 ) ，则系统出现超程报警，蜂鸣器尖叫或报警灯亮，机床锁住。处理方法一般为：1）手动将超程部件移至安全行程内；2）解除报警。（2）使用刀具时，首先应确定数控铣床要求配备的刀柄及拉钉的标准和尺寸（ 这一点很重要，一般规格不同无法安装），根据加工工艺选择刀柄、拉钉和刀具，并将它们装配好，然后装夹在数控铣床的主轴上。在手动换刀过程中应注意以下问题：1）应选择有足够刚度的刀具及刀柄，同时在装配刀具时保持合理的悬伸长度，以避免刀具在加工过程中产生变形；2）卸刀柄时，必须要有足够的动作空间，刀柄不能
26、与工作台上的工件、夹具发生干涉；3）换刀过程中严禁主轴运转。8操作步骤1）开机。开机一般是先开机床再开系统，有的设计二者是互锁的，机床不通电就不能在CRT上显示信息。2）返回参考点。对于增量控制系统（使用增量式位置检测元件）的机床，必须首先执行这一步，以建立机床各坐标的移动基准。3）输入数控程序。若是简单程序可直接采用键盘在CNC控制面板上输入，若程序非常简单且只加工一件且程序没有保存的必要时采用MDI方式输人，外部程序通过DNC方式输入数控系统内存。4）程序编辑。输入的程序若需要修改，则要进行编辑操作。此时，将方式选择开关置于编辑位置，利用编辑键进行增加、删除、更改。编辑后的程序必须保存后方
27、能运行。5）空运行校验。机床锁住，机床后台运行程序。此步骤是对程序进行检查，若有错误，则需重新进行编辑。6）对刀并设定工件坐标系。采用手动进给移动机床，使刀具中心位于工件坐标系的零点，该点也是程序的起始处，将该点的机械坐标写入G54偏置，按确定键完成。7）自动加工。加工中可以按进给保持按钮，暂停进给运动，观察加工情况或进行手工测量，再按下循环启动按钮，即可恢复加工。8）关机。一般应先关闭数控系统，最后关闭机床电源。9操作注意事项1）每次开机前要检查一下铣床润滑油泵中的润滑油是否充裕，切削液是否足够等。2）开机时，首先打开总电源，然后按下CNC 电源中的开启按钮，把急停按钮顺时针旋转，按下铣床复
28、位按钮，使处于待命状态。3）在手动操作时，必须时刻注意，在进行X、Y方向移动前，必须使Z轴处于抬刀位置。移动过程中，不能只看CRT屏幕中坐标位置的变化，而要观察刀具的移动。4）在编程过程中，对于初学者来说，尽量少用G00指令，特别在X、Y、Z三轴联动中，更应注意。在走空刀时，应把Z轴的移动与X、Y轴的移动分开进行，即多抬刀、少斜插，避免刀具碰到工件而发生破坏。5）在利用DNC功能时，要注意铣床的内存容量，一般从电脑向铣床传输的程序总字节数应小于23kB。如果程序比较长，则必须采用由电脑边传输边加工的方法，但程序段号，不得超过N9999。如果程序段超过1万个，可以借助程序编辑功能，把程序段号取消
29、。6）铣床出现报警时，要根据报警号查找原因，及时解除报警，不可关机了事，否则开机后仍处于报警状态。四、实习内容1在实验老师指导下，了解数控铣床结构特点、加工特点、控制原理及机床坐标系组成。2练习FANUC 0i-MD 数控系统控制面板各功能按扭、旋扭作用，熟悉其规范使用方法。3练习数控铣床基本操作方法，重点学习数控铣床回零操作、手动对刀、工件坐标系设定、程序输入、自动加工等操作。4数控铣床加工实训，在给定时间内完成指定零件的数控加工。五、实习报告1简述数控铣床坐标轴的确定方法，并画出CGM4300B数控铣床的坐标系。2说明FANUC 0i-MD 数控系统控制面板及其主要按键旋扭的功能。3数控铣床常用指令有哪些，按照准备功能、辅助功能、刀具功能、主轴功能、进给功能分别说明指令的含义和规范。4归纳数控铣床操作步骤。5画出你所加工零件的零件图，并完整编制数控程序。
