一 入門知識

本課題主要講述的内容：

1. 數控銑床安全操作規程

2. 數控銑削在工業生産中的地位及加工範圍

3. 編程基礎知識(一)：

① 機床的坐标軸及運動代号；

② 基本指令；

③ 加工程序編制初步；

實訓目的：

1.了解掌握數控銑床的安全操作及基本指令和基礎編程知識。

2. 了解掌握機床坐标軸的判别方式和動運代号，運動方向。

一、安全文明生産

(一) 文明生産

1. 嚴格遵守車間記律，準時上下班；

2. 操作結束要清掃機床和清潔量具；

3. 下班前要清掃工場、清點和清潔量具、清點和清潔刀具、清理整齊工件和毛坯；

4. 廢品工件加工、折斷的刀具必須回收，不得丢棄和藏幂；

5. 嚴禁不文明行為。

(二) 安全生産

圖1-1 右手直角笛卡爾坐标系圖 圖1-2 編程平面與坐标軸

數控機床坐标軸命名遵循ISO标準：立式數控銑床的主軸運動方向定義為Z軸,刀具離開工件的方向為 Z向，面向機床，以右手直角笛卡兒坐标系判定X、Y坐标軸：大拇指代表X軸，食指代表Y軸，中指代表Z軸，各手指的指向代表對應軸運動的" "向如圖1-1所示；繞X軸的旋轉為A，繞Y軸的旋轉為B，繞Z軸的旋轉為C，以右手螺旋法則判定運動的" 、-"向。坐标指令書寫格式：X___ Y___ Z___ A___ B___ C___ 各坐标（地址）後的"___"表示對應軸的運動方向和目标。

2. 基本指令：

(1) 編程平面指令：

坐标平面規定如圖1-2示，分述如下：

G17——之後的程序都是以XY平面為切削平面，本指令為模态指令。

G18——之後的程序都是以XZ平面為切削平面，本指令為模态指令。

G19——之後的程序都是以YZ平面為切削平面，本指令為模态指令。

數控系統一般默認在XY平面編程，所以在程序中可以不用指定G17。

(2) 坐标系指令：

① 可設定偏置G54、G55、G56、G57（、G58、G59）：

指定程序自動執行加工零件時，編程坐标系原點在機械坐标系中的位置：工件編程原點偏離機床原點的方向和距離。都為模态指令。任意一個坐标系指令作用和效果都是相同的，編程時設置編程原點不必考慮工件在機床中的的裝夾位置。加工時，通過對刀方式找到工件裝夾在機械坐标系中的位置，然後把這一位置設定于相應的寄存器，設定完成。

以上坐标系指令的坐标原點在斷電、重新上電後不變。

② 可編程偏置G92：

指定程序自動執行加工零件時，編程坐标系原點在加工中的位置：刀具當前點（執行G92程序段時，刀具所處的位置）偏離工件編程原點的方向和距離，為模态指令。

該坐标系指令在斷電、重新上上電後消失；程序必須在G92程序段起點處結束，否則程序将不能循環加工。

圖1-3 G92設定加工原點

在圖1-3中明确表達了，G92時通過刀具當前位置（執行G92程序段時的為置）、G92X___Y___Z___ 所指定的數值和方向來确定加工坐标系的坐标原點的。

(3) 數值類型指令：

① 絕對和相對：

絕對坐标方式G90：坐标值是刀具運動終點相對于編程坐标系原點的距離和方向，為模态指令。

相對坐标方式G91：坐标值是刀具運動終點相對于刀具運動起點的距離和方向，為模态指令。

采用G91、G90編程都可以，一般由圖樣的标注方式确定，這樣可以減少尺寸鍊的換算，方便坐标的計算。

絕對和相對編程方式編程舉例：如圖1-4示

圖1-4 G90、G91編程舉例

② 公制和英制：

FANUC：公制G21、英制G20，為模态指令。

國産機床一般默認為公制，所以編程時一般可以不在程序中指定G71、G21。

(4) 進給指令

F___ ：指令進給速度的大小。有兩種方式：每分鐘進給量G94、主軸每轉進給量G95。這兩個都為模态指令，其中F及其指令的數值在重新指令後才改變。

(5) 主軸轉速指令：

S___ ：指令主軸轉速的大小，一般是不能帶小數點的。與M04（反轉）、M03（正轉）結合使用，M05為主軸停止轉動。這四個都為模态指令，其中S及其指令的數值在重新指令後才改變。

(6) 快速定位指令：

G00 X___ Y___ Z___ ：以系統内定的移動速度，刀具快速移動到"X___ Y___ Z___"點。如圖1-5示，G00有兩種刀具路徑：第一，先順着正方體的空間對角線三軸聯合移動，接着以正方形的對角線雙軸聯合移動，最後單軸移動；第二，從起點到終點的空間直線三軸聯合移動。采用哪一種路徑，在系統參數中設定，加工的NC程序是不能控制的。為模态指令。

為了确保安全、避免浪費過多的時間在考慮G00路徑與工件（或毛坯）、夾具的安全關系，禁止編程時采用三軸聯動進行快速定位！

圖1-5 G00的走刀路徑

(7) 基本切削指令：

① 直線插補指令：

G01 X___ Y___ Z___ F___ ："X___ Y___ Z___"為走刀的終點坐标；刀具順着起點到終點的（空間、二維、單軸）直線進行切削；必須指令或已經指令了"F___" ；為模态指令。

② 圓弧插補指令：

順圓弧G02、逆圓弧G03：判定方法是，順着垂直于圓弧平面的軸，從" "方向往"-"方向觀察，如果刀具順時針方向切削，采用G02；如果刀具逆時針方向切削，采用G03，如圖1-6所示。編程格式如下：

圖1-6 順、逆圓弧的判斷

半徑編程：FANUC—— G02（G03）X___ Y___ Z___ R___

被加工圓弧的圓心角≤180°時，半徑R___賦值為無符号數；360°＞圓心角＞180°時，半徑R___賦值為帶"-"号的數，這是為了避免如圖1-7所是的歧義；圓心角=360°時，不能用半徑編程因為已知圓上的一點和圓的半徑，可以有無數個圓。

圖1-7 半徑編程的歧義

圓心編程：G02（G03）X___ Y___ Z___ I___ J___ K___

"X___ Y___ Z___" 為走刀的終點坐标，"I___ J___ K___"為起點指向圓心的向量，具體如下：

I=圓心X坐标-圓弧起點X坐标

J=圓心Y坐标-圓弧起點Y坐标

Z=圓心Z坐标-圓弧起點Z坐标

采用圓心編程，從幾何意義上，圓弧總是唯一的，因此可以編制任何弧度的圓弧。

③ 倒圓、倒角指令：

在兩個相鄰的輪廓圖素（直線或圓弧）之間插入直線或圓弧過渡。

倒圓指令：G01 X___Y___，R___

FANUC系統R___ ，寫入圓角大小。

倒角指令：G01 X___Y___，C___

FANUC系統C___ ，寫入輪廓圖素交點至過渡直線的端點之間的長度，如圖1-8示，寫入A5—B3（B3—A6）、A7—B4（B4—A8）的長度。

圖1-8 圓角、直線的過渡

說明：

a．倒圓得到的圓弧與"兩個相鄰的輪廓圖素"都相切，如圖1-8示，A1和A2、A3和A4必須是切點，才可用倒圓指令；

b．倒角得到的線段垂直于"兩個相鄰的輪廓圖素"夾角的角度平分線；

c．隻能在當前編程平面中執行倒圓、倒角功能；

d．如果其中一個輪廓圖素長度不夠，則在倒圓、倒角是會自動縮減編程值；

(8) 程序代号和程序段代号：

程序代号：FANUC —— O×××× 字母"O"後接1～4位阿拉伯數字。

(9) 刀具半徑補償指令：

G40、G41、G42：刀具半徑補償的取消、左補償、右補償。

① 指令格式：

G41 D____

G42 D____

② 判斷方法：順着刀具運動方向觀察，刀具向右偏，使用G42；刀具向左偏，使用G41,如圖1-9。

圖1-9 G41、G42的選用

③ 建立半徑補償條件： 程序段中指令了G41、G42時，該段必須具備如下條件

a. 指令了在補償平面的G00、G01的移動。

b. 在補償平面的移動量大于最大的刀具半徑補償值。

c. 指令了或預先指令了D____（D00除外）。

d. 該程序段必須是"非零件輪廓的圖素（輔助刀具路徑）"。

④ 半徑補償建立後：

a. FANUC系統不能有連續兩個非補償平面運動的程序段。例如：M05、M01、M00、G09、G04等非運動程序段，G17平面編程時的Z方向運動、G18平面編程時的Y方向運動、G19平面編程時的X方向運動。

b. 同一直線不宜分成兩個程序段。

c. 每一個輪廓圖素的路徑長（程序段的路徑）應該大于當時的刀具半徑補償值。

d. 凹圓弧的半徑必須大于（最大的）刀具半徑補償值。

e. 一般來說，程序不宜有分支。

⑤ 說明：

a. 建立和撤銷刀具半徑補償必須在非工件廓型上進行。

b. D____僅僅代表補償值所在的寄存器地址（代号），補償值由寄存器中的數值确定。一般來說，該數值等于：刀具補償值=刀具半徑 預留餘量。

c. G41、G40及G42、G40一般應該成對使用。

(10) 程序結束指令：

M30、M02都是程序結束指令，M30程序結束後有複位動作，M02則沒有。

(二) 加工程序編制初步

1. 識圖：了解圖樣的技術要求、技術條件，如尺寸、偏差、形位公差、材料及其切削性能等。

2. 制定工藝：根據圖樣特點，制訂加工工序，如機床類型、夾具、量具、刀具，及加工部位的先後順序（程序路徑和方向）。

3. 選定坐标系：遵循基準統一原則，優先選擇設計基準為編程原點；其次考慮基準重合原則，可采用裝配基準、裝夾定位基準為編程原點。一般情況，可選擇圖形已知點、圖形中心、模具中心，配合增量編程、坐标變換，既便于對刀、又便于編程、更利于保證加工質量。

4. 對圖樣進行處理：首先是補充進、退刀引線、刀具補償線及安全下刀點；其次是對工件輪廓圖形進行必要的補充，對圖形作補充一般隻有開放輪廓或半開放輪廓才需要，在今後的相應課題中會有講述。下面講述進退刀引線。一般的，手工編程的進退刀引線、刀具補償線有如下形式：

(1) 圓弧進刀法

圓弧（如圖1-10）：K ＞ 最大刀具半徑補償值

R ＞ 最大刀具半徑補償值 毛坯餘量（從使用G00的安全考慮）

圓弧進刀法在切入工件輪廓點B刀具可以平滑過渡，在B點不會留下且刀痕。建議加工程序優先考慮這一進刀方法。

圖1-10 圓弧過渡

(2) 法線進刀法

法線進退刀（如圖1-11）：K＞最大刀具半徑補償值（同時要保證：K＞毛坯餘量 安全量 刀具半徑）

圖1-11法線過渡

法線進刀法在切入工件輪廓點B刀具不能平滑過渡，在B點會留下且刀痕，如果精加工餘量足夠小（相對于工藝系統剛性而言），則切痕不會很明顯。法線進刀法在進刀時有刀具半徑補償，退刀必須是發線，而且必須撤銷刀具補償。法線進刀比較簡單，編程時可适當考慮這一進刀方法。

(3) 直線延伸進刀法（切向進刀）

直線延伸進刀法（如圖1-12）：K ＞ 最大刀具半徑補償值

M ＞ 毛坯餘量 安全量

直線延伸進刀法在工件輪廓不再有切入、切出點，但一般情況隻有加工外輪廓、而且有直角過渡時才方便應用。在延伸線上不能建立刀具補償，否則可能會得不到欲求之補償路徑。

圖1-12 直線過渡

5. 對圖樣進行數學處理：目前我們主要工作是計算基點（節點）坐标

6. 經過以上步驟，可以進行程序單的編寫了。

(三) 編程練習

确定下圖的進退刀引線、刀補線（安全下刀點），編寫程序單。

1. 練習件一（如圖1-13）：

圖1-13 練習件一

刀具：Φ16立銑刀

工藝：粗加工留餘1mm（S250，F30）→半徑加工留餘0.2~0.3mm（F60）→精加工到尺寸（S300，F120）

2. 練習件二（如圖1-14）：

圖1-14 練習件二

刀具：Φ12立銑刀

工藝：粗加工留餘1mm（S300，F30）→半精加工留餘0.2~0.3mm（F60）→精加工到尺寸（S350，F120）

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