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数控铣教案

一、教学目的及要求

1．了解数控铣加工的工作原理、特点和应用。

2．了解数控铣的编程方法和编程格式。

3．了解计算机辅助设计及加工的概念和加工过程。

4．熟悉并严格遵守安全操作规程。

二、教学进程（总时间0.5天）

三、教具

1．合金铝方料。

2．数控铣加工原理挂图。

3．各种数控铣刀一套。

4．卡尺、千分尺、90°直角尺、千分表及表座一套。

数控铣讲授内容

一、机床数字控制的基本概念

1．机床的数控技术

机床数控技术是用数字化的信息实现机床控制的一种方法。

数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）是装有数控系统采用数字控制技术的机床，简称数控（NC）机床。该系统能逻辑地处理具有使用代码，或者其它符号编码指令规定的程序。数控系统是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。

2．机床数字控制的原理

数控机床的加工，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，按规定的代码和格式编成加工程序。信息数字化就是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小单位量，即最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。

3．数控铣削加工的特点

数控机床（包括数控铣床）是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。

数控铣削的特点：

1）可以加工具有复杂型面的工件。

2）加工精度高，尺寸一致性好。

3）生产效率高。

4）可以减轻工人劳动强度，实现一人多机操作。

5）经济效益明显。

二、数控铣床的组成

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成，如图1所示。

图1

1．控制介质

控制介质是存贮数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒体介质，它记载着零件的加工程序。数控机床中，常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡、磁带和磁盘。

2．数控装置

数控装置是数控机床的核心。现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC装置。它具备如下功能：

1）多坐标控制（多轴联动）。

2）实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等）。

3）多种程序输入功能；以及编辑和修改功能。

4）信息转换功能：EIA/ISO代码转换，英制/公制转换，坐标转换，绝对值/增量值转换，计算制转换等。

5）补偿功能：刀具半径补偿，刀具长度补偿，传动间隙补偿，导程误差补偿等。

6）多种加工方式选择。可以实现各种加工循环，重复加工，凹凸模加工和镜像加工等。

7）具有故障自诊断功能。

8）显示功能。用CRT可以显示字符、轨迹、平面图形和动态三维图形。

9）通讯和联网功能。

3．伺服系统

伺服系统是接收数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。它包括主轴驱动单元（主要是速度控制），进给驱动单元（主要有速度控制和位置，主轴电机和进给电机）。

4．测量反馈装置

该装置可以包括在伺服系统中，它由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈回来，构成闭环控制。

5．机床主机

主机是数控机床的主体，包括床身，主轴进给机构等机械部件。

三、手工程序编制

1．程序编制的标准规定和代码

1）ISO代码

ISO代码是国际标准化组织制定的数控国际标准代码。现广泛地应用在各种数控机床的编程

代码中。

2）程序段格式

程序段格式有许多种，现广泛应用的是“可变程序段，文字地址程序段”格式。下面一个程序段就是这种格式的例子。

N100 G01 X3200 Y2500 Z-150 F80 S24 T12 M05

3）数控机床的坐标轴和运动方向。

为了保证数控机床的运行，操作及程序编制的一致性，数控标准统一规定了机床坐标和运动方向。如图2。

2G 代码为插补有关的准备性工艺指令，根据设备的不同，G 代码也会有所不同。G 代码有两种：一种是非模态代码，这种G 代码只在被指定的程序段才有意义。另一种是模态代码，这种G 代码在同组其它G 代码出现以前一直有效。如果在同一程序段中指定了两个以上的同一组G 代码，则后指定的有效。

1）G00 快速定位。用绝对坐标表示尺寸时，配合用G90指令，刀具分别按各轴的快速进给速度，从刀具当前的位置移动到坐标系给定的点位。用坐标增量值表示尺寸时，配合用G91指令。刀具以各轴的快速进给速度，移动到距当前位置为给定值的点位。此时各坐标轴独立运动，无运动轨迹要求。

一般格式：⎭

⎬⎫⎩⎨⎧9190G G G00 X —Y —Z — 2）G01 直线插补指令；用于产生直线和斜线运动。可使机床沿x ，y ，z 方向执行单轴运动，或在各坐标平面内执行具有任意斜率的直线运动，也可使机床三轴联动，沿任一空间直线运动。

一般格式：⎭

⎬⎫⎩⎨⎧9190G G G01 X —Y —Z — 3）G02,G03 圆弧插补指令，使机床在各坐标平面内执行圆弧运动，加工出圆弧轮廓。

G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。圆弧的顺、逆方向是向垂直于运动平面的坐标轴的负方向看其顺、逆来决定。

一般格式为（以xy平面，顺圆插补为例）：

第一种：G02X—Y—I—J—F—

第二种：G02X—Y—R—F—

第一种格式中，运动参数用圆弧终点坐标（x,y）值（绝对尺寸）或圆弧终点相对于其起点的距离（x,y增量尺寸）。插补参数（I，J或K）为圆心坐标值，一般用增量坐标：圆心相对圆弧起点的x坐标距离为I值，圆心相对圆弧起点的y坐标距离为J值。由于插补运动平面不同，可以分为三组：

xy平面，用X，Y，I，J地址符号：xz平面，用X，Z，I，K地址符号；yz平面，用Y，Z，J，K地址符号。

第二种格式中，运动参数同第一种格式中的规定。插补参数为圆弧半径R，0

R 时，加工出0°~180°的圆弧。R<0时，加工出180°~360°的圆弧。（注：在西门子系统中R用CR表示）

4）G17~G19：平面选择

G17指定工件在xy平面上加工，G18、G19分别在zx、yz平面上加工。这些指令在进行圆弧插补和刀具补偿时必须使用。例如G18 G03X—Z—R—F—*。

5）G92：坐标系设定

编程时，使用的是工件坐标系，编程起点即为刀具开始运动的起刀点。但是在开始运动之前，应将工件坐标系告诉给数控系统。通过把编程中起刀点的位置在机床坐标系上设定，将两个坐标系联系起来。机床坐标系中设定的固定点（起刀点），称为参考点。G92指令能指定起刀点与工件坐标系原点的位置关系。利用返回参考点的功能。刀具很容易移动到这个位置。

用G92指令指定参考点在工件坐标系的位置。

格式：G92 X—Y—Z—

6）G40~G42为刀具半径补偿指令

轮廓铣削加工时，刀具中心轨迹在与零件轮廓相距刀具半径的等距线上。刀具半径补偿功能可以保证按零件轮廓尺寸编程时，刀具在已偏移的轨迹上运动，不需要编程者计算刀具中心运动轨迹。刀具半径补偿量用H（或D）代码号表示。其具体值可用拨码盘或键盘或程序事先输入到存储器中。H代码为模态的。当刀具磨损或重磨后，刀具半径变小，只需手工输入改变刀具半径或选择适当的补偿量，而不必修改已编好的程序。

G41为左偏刀具半径补偿；G42为右偏刀具半径补偿。这两种指令具体确定方法为：对着零件，假设工件不动，沿着刀具运动方向看，刀具位于工件左侧为G41指令；而刀具位于工件右侧则为G42指令。G40为取消刀具半径补偿。