第五章数控铣床的编程
第五章数控铣床的编程
5.1数控铣床的编程基础
1.教学目标
1）了解数控铣床的主要功能
2）了解数控铣床的工艺范围
3）了解数控铣床的工艺装备
4）数控铣削的工艺分析
2.教学难点和重点
重点：数控铣削的工装设备和工艺分析
难点：铣削工艺分析
3.教学方法和手段
以多媒体为主，结合数控铣床工艺系统实物的面板现场变成输入，让学生建立感性认识，使学生把零件实物和加工程序结合理解。
4.教学课时 2学时
5.教学内容
1）数控铣床的主要功能
各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。
a点位控制功能
此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。
b 连续轮廓控制功能
此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。
c 刀具半径补偿功能
此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。
d刀具长度补偿功能
此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。
e比例及镜像加工功能
比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。
f旋转功能
该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。
g子程序调用功能
有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。
h 宏程序功能
该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。
2)数控铣床的工艺范围
a平面类零件b 直纹曲面类零件c 立体曲面类零件
3）数控铣床的工装
主要是包括刀具和夹具，铣刀种类繁多，有立铣刀，盘铣刀，键槽铣刀等，夹具应结合安装工件的种类来具体确定。
4）数控铣削的工艺分析
a图纸尺寸的标注方法是否方便编程
b零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证
c内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小
d零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大
e零件图中各加工面的凹圆弧(R与r)是否过于零乱，是否可以统一
f零件上有无统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性
g分析零件的形状及原材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形？哪些部位最容易变形？
h确定零件的加工路线
i切削用量选择，主要是切削深度，进给量和主轴转速的确定。
5.2数控铣床编程的基本方法
1.教学目标
了解铣床中各种常用的G代码和M代码
2.教学方法和手段
多媒体为主，板书为辅，通过在铣床上现场编程，使学生把理论和实际编程结合起来，促进学生的学习的兴趣。
3.教学难点和重点
难点：每个指令参数的意义
重点：指令参数的意义
4.教学课时 4课时
5.教学内容
1）了解数控铣床常用的G代码和M代码
2）详细介绍工件坐标系设定指令G92
书写格式：G92 X____ Y____ Z____，G92指令是规定工件坐标系坐标原点的指令，工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值x、y、z为刀具刀位点在工件坐标系中(相对于程序零点)的初始位置。执行G92指令时，机床不动作，即X、Y、Z轴均不移动。
3）选择机床坐标系G53
编程格式：G53 G90 X～ Y～ Z～；
G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中X、Y、Z后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。
4)选择工件坐标系指令G54~G59
书写格式：G54 G90 G00 (G01) X～ Y～ Z～ (F～)。该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。1～6号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。
5）自动返回参考点指令G28
格式：G28 X____ Y____ ：或G28 Z____ X____ ；或G28 Y____ Z____ ；
其中X、Y、Z为中间点位置坐标，指令执行后，所有的受控轴都将快速定位到中间点,然后再从中间点到参考点。G28指令一般用于自动换刀，所以使用G28指令时，应取消刀具的补偿功能。
6）从参考点自动返回G29
格式 G29 X____ Y____；或G29 Z____ X____；或G29 Y____ Z____；
这条指令一般紧跟在G28指令后使用，指令中的X、Y、Z坐标值是执行完G29后，刀具应到达的坐标点。它的动作顺序是从参考点快速到达G28指令的中间点，再从中间点移动到G29指令的点定位，其动作与G00动作相同。
7）返回第二参考点指令G30
格式 G30 X____ Y____；或G30 Z____ X____；或G30 Y____ Z____；
G30为第二参考点返回，该功能与G28指令相似。不同之处是刀具自动返回第二参考点，而第二参考点的位置是由参数来设定的，G30指令必须在执行返回第一参考点后才有效。
8）参考点返回检查G27
格式：G27 X____ Y____ ：
执行G27指令后，返回各轴参考点指示灯分别点亮。当使用刀具补偿功能时，指示灯是不亮的，所以在取消刀具补偿功能后，才能使用G27指令。
9) 主轴转速功能S
格式：M03 S600 主轴以600r/min的速度正转。
10)进给功能F
进给功能表示刀具中心运动时的进给速度，，由F和其后的若干数字组成。数字的单位取决于数控系统所采用的进给速度的指定方式，有每分钟进给和每转进给速度两种。
11）刀具功能T
刀具功能用于指定刀具和刀具参数，由T和其后的四位数字组成。
格式：T XX XX
说明：前两位不表示刀具序号，后面两位表示刀具补偿号
12）刀具半径补偿功能G40\G41\G42
G40，G41，G42 是有关刀具半径补偿功能的刀具半径补偿指令，格式如下：
G17 G41(或G42) G00(或G01) X Y D
或
G18 G41(或G42) G00(或G01) X Z D
或
G19 G41(或G42) G00(或G01) Y Z D；
G40
G41是相对于刀具前进方向左侧进行补偿，称为左刀补，G42是相对于刀具前进方向右侧进行补偿，称为右刀补。左右刀具补偿示意图如下：
13)刀具长度补偿指令G43\G44\G49
G43 为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果进行Z轴运动。
G44 为负补偿，即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。
G49为撤消补偿。
编程格式为：
G01 G43/G44 Z H // 建立补偿程序段
…… // 切削加工程序段
……
G49 // 补偿撤消程序段
补偿长度的示意图如下：
14）坐标旋转功能G68\G69
a.编程格式：G68 X ～ Y ～ R ～
......
G69
式中：
X、Y――旋转中心的坐标值(可以是X、Y、Z中的任意两个，它们由当前平面选择指令G17、G18、G19中的一个确定)。当X、Y省略时，G68指令认为当前的位置即为旋转中心。
R--旋转角度，逆时针旋转定义为正方向，顺时针旋转定义为负方向。
b.坐标系旋转功能与刀具半径补偿功能的关系如下图所示。
15）子程序调用和返回指令M98\M99
子程序的编程格式
O××××
…
M99；
在子程序的开头编制子程序号，在子程序的结尾用M99指令。
子程序的调用格式
98P××× ××××
P后面的前3位为重复调用次数，省略时为调用一次；
后4位为子程序号。
M99为子程序返回指令
16）比例功能G50\G51
格式： G51 X Y Z P
M98 P
G50
G51 ：建立缩放
G50 ：取消缩放
X、Y、Z ：缩放中心的坐标值
P：缩放系数
5.3数控铣床编程举例
例题1
毛坯为120㎜×60㎜×10㎜板材，5㎜深的外轮廓已粗加工过，周边留2㎜余量，要求加工出如下图所示的外轮廓及φ20㎜的孔。工件材料为铝。
．根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线
1）以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上
2）工步顺序
①钻孔φ20㎜。
②按O’ABCDEFG线路铣削轮廓。
2．选择机床设备
根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。
3．选择刀具
现采用φ20㎜的钻头，定义为T02,φ5㎜的平底立铣刀，定义为T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。
4．确定切削用量
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。
5．确定工件坐标系和对刀点
在XOY平面内确定以0点为工件原点，Z方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图3-24所示。
采用手动对刀方法把0点作为对刀点。
6．编写程序
按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：
1）加工φ20㎜孔程序(手工安装好φ20㎜钻头)