1、数控加工数控铣床程序编制及操作精编（数控加工）数控铣床程序编制及操作第四章数控铣床程序编制及操作第10次授课教案授课计划教师姓名王斌武授课形式讲授授课时数2授课课次第10次课授课班级授课章节及教学内容第四章数控铣削加工技术第壹节数控铣床简介分类和结构特点、数控铣床的主要功能、主要加工对象第二节数控铣削的加工工艺和工装1选择且确定数控铣削的加工部位及内容、加工信息的读取及工艺性分析、毛坯的选择、加工表面的加工方案、制订工艺路线、数控铣削工序设计、对刀点和换刀点的选择、数控刀具系统、夹具、回转工作台和数控分度头、量具。本课次教学内容重点、难点和要求内容重点：制订工艺路线、数控铣削工序设计、对刀点和
2、换刀点的选择。内容难点：数控铣削工艺路线的制订、数控铣削工序设计。教学要求：了解数控铣削工艺路线的制订，理解数控铣削工序设计，掌握对刀点和换刀点的选择，壹般熟悉数控刀具系统、夹具、回转工作台和数控分度头、量具的运用。使用教室及教具多媒体教室课外作业42、3、4、7、8备注该内容采用讲练结合式、讨论启发式等教学方法。第10次课授课提纲第四章数控铣削加工技术第壹节数控铣床简介壹、分类和结构特点（壹）按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类数控铣床可分为数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。1数控立式铣床如图4-1所示。2数控卧式铣床如图4-2所示。3数控龙门铣床对于大尺寸的数控铣床，壹般采用
3、对称的双立柱结构，保证机床的整体刚性和强度，即数控龙门铣床，有工作台移动和龙门架移动俩种形式。它适用于加工飞机整体结构件零件、大型箱体零件和大型模具等，如图4-3所示。二）按数控系统的功能分类数控铣床可为经济型数控铣床、全功能数控铣床和高速铣削数控铣床等。1经济型数控铣床2全功能数控铣床采用半闭环控制或闭环控制，数控系统功能丰富，壹般能够实现4坐标之上联动，加工适应性强，应用最广泛。3高速铣削数控铣床高速铣削是数控加工的壹个发展方向，技术已经比较成熟，已逐渐得到广泛的应用。二、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。1铣削加工数控铣床壹般应具有三坐标之上
4、联动功能，能够进行直线插补和圆弧插补，自动控制旋转的铣刀相对于工件运动进行铣削加工，如图4-4所示。坐标联动轴数越多，对工件的装夹要求就越低，加工工艺范围越大。2孔及螺纹加工能够采用定尺寸孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工，也能够采用铣刀铣削不同尺寸的孔，如图4-5所示。3刀具补偿功能壹般包括刀具半径补偿功能和刀具长度补偿功能。4公制、英制单位转换能够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。5绝对坐标和增量坐标编程程序中的坐标数据能够采用绝对坐标或增量坐标，使数据计算或程序的编写更方便。6进给速度、主轴转速调整数控铣床控制面板上壹般
5、设有进给速度、主轴转速的倍率开关，用来在程序执行中根据加工状态和程序设定值随时调整实际进给速度和主轴实际转速，以达到最佳的切削效果。壹般进给速度调整范围在0%150%之间，主轴转速调整范围在50%120%之间。7固定循环固定循环是固化为G指令的子程序，且通过各种参数适应不同的加工要求，主要用于实现壹些具有典型性的需要多次重复的加工动作，如各种孔、内外螺纹、沟槽等的加工。使用固定循环能够有效地简化程序的编制。但不同的数控系统对固定循环的定义有较大的差异，在使用的时候应注意区别。8工件坐标系设定9数据输入输出及DNC功能10子程序11数据采集功能12自诊断功能三、主要加工对象数控铣床主要用于加工各
6、种材料如黑色金属、有色金属及非金属的平面轮廓零件、空间曲面零件和孔加工。1平面轮廓零件2空间曲面零件3孔4螺纹内、外螺纹，圆柱螺纹，圆锥螺纹等都能够在数控铣床上加工。第二节数控铣削的加工工艺和工装壹、选择且确定数控铣削的加工部位及内容壹般情况下，某个零件且不是所有的表面都需要采用数控加工，应根据零件的加工要求和企业的生产条件进行具体的分析，确定具体的加工部位和内容及要求。具体而言，以下方面适宜采用数控铣削加工：（1）由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓；（2）空间曲线或曲面；（3）形状虽然简单，但尺寸繁多，检测困难的部位；（4）用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等；
7、（5）有严格位置尺寸要求的孔或平面；（6）能够在壹次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状；（7）采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的壹般加工内容。二、加工信息的读取及工艺性分析目前数控加工技术在制造业得到日益广泛的应用，CAD/CAM技术也在快速的发展，同时由于数控加工对象的复杂性，特别是空间曲面，加工信息壹般采用计算机建立的数学模型来描述和传递，且作为数控加工的唯壹依据，而传统的二维工程图则作为加工时的参考。对于简单的平面零件，只要能够完全的表达清楚，仍然能够采用二维工程图作为加工依据。因此，加工信息的读取对象有俩类，即二维工程图和数学模型。1二维工程图（1）首先检查图纸各视图表达
8、的正确性，尺寸、形位公差、表面粗糙度等标注和技术要求及零件材料填写的完整性。按照其他国家标准绘制的二维工程图，在必要时应进行转换，使其符合我国的国家标准。（2）对零件进行工艺性分析，有以下方面：根据二维工程图和数学模型分析零件的形状、结构及尺寸的特点，确定零件上是否有妨碍刀具运动的部位，是否有会产生加工干涉或加工不到的区域，零件的最大形状尺寸是否超过机床的最大行程，零件的刚性随着加工的进行是否有太大的变化等。检查零件的加工要求，如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否能够得到保证，是否仍有更经济的加工方法或方案。在零件上是否存在对刀具形状及尺寸有限制的部位和尺寸要求，如过渡圆
9、角、倒角、槽宽等，这些尺寸是否过于凌乱，是否能够统壹。尽量使用最少的刀具进行加工，减少刀具规格、换刀及对刀次数和时间，以缩短总的加工时间。对于零件加工中使用的工艺基准应当着重考虑，它不仅决定了各个加工工序的前后顺序，仍将对各个工序加工后各个加工表面之间的位置精度产生直接的影响。分析零件材料的种类、牌号及热处理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理选择刀具材料和切削参数。同时要考虑热处理对零件的影响，如热处理变形，且在工艺路线中安排相应的工序消除这种影响。而零件的最终热处理状态也将影响工序的前后顺序。当零件上的壹部分内容已经加工完成，这时应充分了解零件的已加工状态，数控铣削加工的内容和已加工
10、内容之间的关系，尤其是位置尺寸关系，这些内容之间在加工时如何协调，采用什么方式或基准保证加工要求，如对其他企业的外协零件的加工。2数学模型图形标准在数学模型传递时，尽量使用相同的CAD/CAM软件，以保证数据的正确。数学模型的检查、修改及确认。三、毛坯的选择1确定毛坯形状及尺寸2确定毛坯的定位装夹方法四、加工表面的加工方案数控铣削的四类加工对象的主要加工表面壹般能够采用如表4-1所示的加工方案。五、制订工艺路线1在中低档数控铣床上加工2在高档数控铣床上加工六、数控铣削工序设计1数控铣削工序内容在数控铣削加工工艺分析中所确定的加工内容基础上，根据加工部位的性质、刀具使用情况以及现有的加工条件，将
11、这些加工内容安排在壹个或几个数控铣削工序中。（1）当加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，能够将壹把刀具所加工的内容安排在壹个工序（或工步）中。（2）按照工件加工表面的性质和要求，将粗加工、精加工分为依次进行的不同工序（或工步）。先进行所有表面的粗加工，然后再进行所有表面的精加工。（3）按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工外形、内腔，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。2工序加工顺序（工步）3工序单（卡片）数控加工工序单（卡片）是数控加工工艺规程的主要组成部分，其内容主要包括以下三个部分：（1）零件有关信息如零件图号、零件名称、零件
12、材料牌号、装配图号等。（2）工序加工内容及工步顺序（3）加工程序及使用说明七、对刀点和换刀点的选择对刀点和换刀点的选择主要根据加工操作的实际情况，考虑如何在保证加工精度的同时，使操作简便。1对刀点的选择对刀点能够设置在工件上，也能够设置在夹具上，但都必须在编程坐标系中有确定的位置，如图4-9中的X1和Y1。对刀点既能够和编程原点重合，也能够不重合，这主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点和编程原点重合时，X1=0，Y1=0。2换刀点的选择由于数控铣床采用手动换刀，换刀时操作人员的主动性较高，换刀点只要设置在零件外面，不发生换刀阻碍即可。八、数控刀具系统1刀柄及其标准2铣刀种类铣刀在加工中的
13、重要性显而易见，数控加工中对刀具的要求远远比普通铣削加工高，不仅要有更高的刚性、更高的耐用度、更好的抗震性、更好的断屑排屑性能、更合理的几何角度参数，仍应有更高的制造精度。在数控加工中主要是要解决如何正确选择和使用刀具，包括选择刀具的种类、结构、材料、尺寸、几何角度以及确定合理而高效的切削参数等。如图4-13所示，刀具种类和尺寸壹般根据加工表面的形状特点和尺寸选择，具体说明详如表4-2所示。3常用铣刀的刀具运动方式在数控铣削加工中，常用立铣刀和球头铣刀俩类。具体说明详见表4-3。4切削参数切削参数的选择是工艺设计和程序编制时壹个重要的内容，其合理性会直接影响工艺方案的实施和加工效果。数控铣削时
14、切削参数主要根据工件材料、加工要求、刀具材料和刀具尺寸确定，同时仍应考虑机床的性能，如机床刚性、主轴功率等。壹般按照以下步骤进行：（1）根据工件材料和刀具材料查表确定切削速度，再由刀具直径可得到主轴转速；（2）根据机床功率确定切削深度；（3）根据切削深度查表确定每齿进给量；（4）根据主轴转速及每齿进给量可得切削进给速度。5刀具管理九、夹具在数控加工中使用的夹具有通用夹具、专用夹具、组合夹具以及较先进的工件统壹基准定位装夹系统等，主要根据零件的特点和经济性选择使用。1通用夹具通用夹具由于具有较大的灵活性和经济性，在数控铣削中应用广泛。2夹具和程序编制的关系3工件统壹基准定位装夹系统十、回转工作台
15、和数控分度头为了扩大数控铣床的工艺范围，能够为三坐标数控铣床配备回转工作台，增加壹个或二个回转运动坐标，实现四、五坐标联动，以加工更复杂的零件。十壹、量具数控铣削加工零件的检验，壹般常规尺寸仍可使用普通的量具进行测量，如游标卡尺、内径百分表等，也能够采用投影仪测量，如图4-19所示。而高精度尺寸、空间位置尺寸、复杂轮廓和曲面的检验则只有采用三坐标测量机才能完成，如图4-20所示。教案授课计划教师姓名王斌武授课形式讲授授课时数2授课课次第11次课授课班级授课章节及教学内容第三节数控铣削的程序编制数控铣削编程的基本原理、加工程序代码标准、编程坐标系的选择、刀具补偿的建立、执行和撤消、编程实例第四节
16、数控铣削加工实例本章小结本课次教学内容重点、难点和要求内容重点：数控铣削编程的基本原理，刀具补偿的建立、执行和撤消、数控铣削加工实例。内容难点：刀具补偿的建立、执行和撤消、数控铣削加工实例。教学要求：理解数控铣削编程的基本原理、加工程序代码标准、编程坐标系的选择，掌握刀具补偿的建立、执行和撤消、数控铣削加工实例。使用教室及教具多媒体教室课外作业49备注该内容采用讨论启发式、讲练结合式等教学方法。第11次课授课提纲第三节数控铣削的程序编制壹、数控铣削编程的基本原理由图4-21可知，数控铣床编程就是按照数控系统的格式要求，根据事先设计的刀具运动路线，将刀具中心运动轨迹上或零件轮廓上各点的坐标编写成
17、数控加工程序。二、加工程序代码标准数控加工所编制的程序，要符合具体的数控系统的格式要求。如表4-5所示。本节的程序编制按JB3208-83代码标准，见表1-2和表1-3所示。三、编程坐标系的选择编程坐标系也称工件坐标系，是设置在工件上用来计算刀具位置坐标数据的基准，其各个坐标轴及其方向应同机床坐标系壹致。四、刀具补偿的建立、执行和撤消利用数控系统的刀具补偿功能，编程时不需要考虑刀具的实际尺寸，包括刀具半径及长度，而按照零件的轮廓计算坐标数据，有效简化了数控加工程序的编制。（壹）刀具半径补偿的建立、执行和撤消铣削加工的刀具半径补偿分为刀具半径左补偿（G41）和刀具半径右补偿（G42），壹般使用非
18、零的D代码确定刀具半径补偿值寄存器号，用G40取消刀具半径补偿。有关G41、G42的规定，和车削编程时相同。1 刀具半径补偿的建立如图4-22所示，刀具半径补偿的运动指令使用G00或G01和G41或G42的组合，且指定刀具半径补偿值寄存器号。程序如下：N1G00G90X-20Y-20（刀具运动到开始点S）N2G17G01G41X0Y0D01F200（在A点切入工件，建立刀具左补偿，刀具半径补偿值存储在01号寄存器中）或N2G17G01G42X0Y0D01F200（在E点建立刀具右补偿）2刀具半径补偿的执行除非用G40取消，壹旦刀具半径补偿建立后就壹直有效，刀具始终保持正确的刀具中心运动轨迹。程
19、序如下：3刀具半径补偿的撤消（二）刀具长度补偿的建立、执行和撤消使用刀具长度补偿功能，在编程时能够不考虑刀具在机床主轴上装夹的实际长度，而只需在程序中给出刀具端刃的Z坐标，具体的刀具长度由Z向对刀来协调。刀具长度补偿分为刀具长度正补偿（G43）和刀具长度负补偿（G44），使用非零的H代码确定刀具长度补偿值寄存器号。取消刀具长度补偿用G49。刀具长度补偿也有刀具长度补偿的建立、执行和撤消等三个过程，和刀具半径补偿的相类似。（三）刀具补偿的运用当数控加工程序编制好后，能够灵活地利用刀具补偿值来适应加工中出现的各种情况，如图4-23所示。五、编程实例【例题4-1】如图4-24所示零件外形加工，假设已
20、经粗加工，采用手工编程方法编制其外形精加工程序。1零件图分析2设计刀具运动路线3选择编程坐标系选择编程坐标系如图4-24所示。4计算各点坐标5编写数控加工程序根据之上坐标数据和刀具运动路线，逐条编写加工程序如表4-6所示。第四节数控铣削加工实例【例题4-2】：如图4-25所示的模具零件。1工艺分析2工艺路线这里考虑在中档数控铣床上加工，完成型腔和导柱孔的加工，且将热处理安排在精加工之后进行，其它内容由普通机床加工。该零件的加工工艺路线安排如下：（1）下料；（2）粗铣、精铣六面，留上下面磨削余量；（3）磨上下面；（4）数控铣削俩处型腔，钻、扩、镗四个导柱孔；（5）热处理；（6）表面抛光；（7）检
21、验。3数控铣削工序由于零件是单件加工，考虑刀具使用的方便，在壹次装夹中尽量把数控加工的内容全部完成。在数控铣削工序中，先对俩处型腔进行粗铣、精铣，然后再加工导柱孔。（1） 数控铣削俩处型腔，如图4-26所示。当然，如果有四、五坐标联动的机床，就能够采用立铣刀直接铣削侧壁，效果更佳。需要注意的是，无论采用哪种方法，都要为最后铣削R2圆角留出足够的余量。（2）钻、扩、镗四个20导柱孔如图4-27所示，在型腔加工后进行导柱孔的加工。由于是通孔，在零件安装时应在4个孔的位置留出足够的让刀空间，如在零件下加壹块大小合适的垫块。4程序编制为提高效率，保证质量，最好采用自动编程方法。此零件的数控加工程序，这
22、里略去。第四章小结数控铣床在数控加工中应用广泛，其加工对象也是最复杂的，无论工艺设计仍是程序编制都需要根据具体生产条件认真分析，考虑周全。工艺设计中的关键问题是如何在保证加工要求的同时，提高加工效率，充分发挥数控机床的优势，协调好数控铣削工序和其它工序之间的关系，且为数控加工程序编制创造良好条件。手工编程能了解程序编制的基本原理和过程，应首先熟练掌握，然后才能在实际生产中采用自动编程方法解决数控加工复杂程序的编制问题。教案授课计划教师姓名王斌武授课形式讲授授课时数2授课课次第12次课授课班级授课章节及教学内容实验3：数控铣削实验本课次教学内容重点、难点和要求内容重点：数控铣数控系统的用户界面、功能、编程、程序输入和程序校验等。内容难点：在数控铣系统下的程序调试和加工零件。教学要求：熟悉数控铣数控系统的用户界面、功能、编程、程序输入和程序校验等，掌握在数控铣系统下的程序调试和加工零件。使用教室及教具数控加工中心实训室课外作业备注该内容采用现场讲解、仿真式、模块式、演示和实际操作等方式进行。第12次课授课提纲实验3：数控铣床基本操作及数控铣削实验1、现场讲解数控铣数控系统的用户界面、功能、编程、程序输入和程序校验等内容；2、现场演示数控铣系统下的程序调试和加工零件的过程；3、学生实际操作数控铣床CJK6032500加工零件；4、了解数控铣削加工的工艺和工装。
