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1、第3章 数控机床实例 （3.2 铣床部分）,3.2.1 数控机床的分类：,（1）数控铣床按主轴布置形式可分为三类 ： 立式、卧式、龙门数控铣床。 1）立式数控铣床,2）卧式数控铣床 卧式数控铣床的主轴轴线 与工作台面平行，主要用来加 工箱体类零件。 卧式数控铣床 相比，立式数控铣床，结构复杂， 在加工时不便观察，但排屑顺畅。 3）龙门式数控铣床 工作台宽度在630mm 以上的数控铣床，多采 用龙门式布局 ，用于大 工件、大平面的加工， 主要在汽车、航空航天、 机床等行业使用。,分为点位控制数控铣床、直线控制数控铣床和轮廓控制数控铣床。,（2）按运动方式分,轮廓控制铣床加工,直线控制铣床加工,点
2、位控制铣床加工,分为开环控制、闭环控制和半闭环控制数控铣床。 1）开环控制数控铣床 运动部件没有位置检测反馈装置，采用步进电动机驱动,（3）按伺服系统的控制方式分类,开环控制数控机床结构,2）闭环控制数控铣床 运动部件上安装有位置测量反馈装置，由直流或交流伺服电动机驱动。,闭环控制数控机床结构,3）半闭环控制数控铣床 将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位移，与数控装置中的指令位移量相比较，实现差值控制。,半闭环控制数控机床结构,有两坐标联动、两坐标半联动、三坐标联动和多坐标联动之分 。 如图是6坐标铣床， X、Y、Z、B、C、W 六个轴 。
3、,（4）按控制联动坐标数,分为经济型数控铣床、全功能数控铣床、高速数控铣床和龙门数控铣床 。,（5）按系统功能,经济,全功能,高速铣床,龙门铣床,3.2.2 数控铣床的结构和调整 1. 数控铣床的组成,数控铣床一般由机床本体、数控系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。 机床本体是数控机床的主体，包括：床身、立柱等支承部件；主轴等运动部件；工作台、刀架以及进给运动执行部件、传动部件；此外还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。与传统机床相比，数控铣床的外部造型、整体布局、传动系统与刀具系统的部件结构以及操作机构等都发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床
4、的特点。,1.底座；2.强电柜；3.变压器箱；4、13、14.伺服电动机；5.主轴变速控制面板；6.床身；7.数控柜；8、11.纵向行程限位开关；9.挡铁；10.操纵台；12.横向滑板；15.升降台；16.纵向滑板,2数控铣床结构的主要特点,（1）高刚度和高抗振性 铣床刚度是铣床的技术性能之一，它反映了铣床结构抵抗变形的能力。根据铣床所受载荷性质的不同，铣床在静态力作用下所表现的刚度称为铣床的静刚度；铣床在动态力作用下所表现的刚度称为铣床的动刚度。在铣床性能测试中常用铣床柔度来说明铣床的该项性能（柔度是刚度的倒数）。为满足数控铣床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通铣床比
5、较，数控铣床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。,（2）减少铣床热变形的影响 铣床的热变形是影响铣床加工精度的重要因素之一。由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，而大切削量产生的炽热切屑对工件和铣床部件的热传导影响远比普通铣床严重。而热变形对加工精度的影响，操作者往往难以修正。因此，应特别重视减少数控铣床热变形的影响。 （3）传动系统机械结构简化 数控铣床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交流、直流主轴电动机和伺服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速。因此使主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮、轴承和轴类零件数量大为减少，甚至不用齿轮，由电动机直接带
6、动主轴或进给滚珠丝杠。,（4）高传动效率和无间隙传动装置 对进给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控铣床进给驱动系统中常用的机械装置主要有三种，即滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆-蜗轮机构和预加载荷的双齿轮-齿条机构。 （5）低摩擦因数的导轨 对导轨地要求有：在高速进给时不振动；低速进给时不爬行；具有很高的灵敏度；能在重载下长期连续工作；耐磨性高；精度保持性好等。现代数控铣床使用的导轨，仍是滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种类型，但在材料和结构上已发生了质的变化，已不同于普通铣床的导轨。,3数控铣床的使用要求 数控铣床是一种全自动化的机床，但是
7、象装卸工件和刀具、清理切屑、观察加工情况和调整等辅助工作，还得由操作者来完成。因此，在使用方面有特定要求： （1）便于同时操作和观察 （2）刀具、工件装卸、夹紧方便 （3）排屑和冷却,4数控铣床操作注意事项 操作者尤其地初学者在操作数控铣床时应该注意以下几个方面。 （1）操作前必须仔细阅读该机床的使用说明书。 （2）加强机床的日常维护和保养。 （3）每次开机前要检查一下铣床后面润滑油泵中的润滑油是否充裕，空气压缩机是否打开，切削液是否足够等。 （4）注意开机时，先打开电源，然后再按下 CNC电源中的开启按钮。 （5）不要轻易修改系统内定的各类参数。建议用户记录原始参数值备查。 （6）经常注意刀
8、具磨损对零件尺寸精度的影响,3.2.3 常用编程指令 1常用的准备功能编程 见下表,常用编程指令介绍,（1）尺寸单位选择（G20/G21/G22） （2）进给速度单位的设定（G94/G95） 格式：G94 F_或G95 F_ G94每分钟进给。对于线性轴F的单位依G20/G21/G22的设定而为mm/min、in/min或脉冲当量/min；对于旋转轴F的单位为度/min或脉冲当量/min。 G95为每转进给，即主轴转一周时，刀具的进给量F的单位依G20/G21/G22的设定而为mm/r、in/r或脉冲当量/r，这个功能只在主轴装有编码器时才能使用。G94、G95为模态功能，可相互注销，G94为
9、缺省值。,（3）与坐标系有关的指令 1）绝对尺寸指令（G90） ISO代码中绝对尺寸指令用G90，它表示程序段中的尺寸字为绝对坐标值，即以编程零点为基准的坐标值。编程举例：G90 G01 X50 Y-45 F125。 2）增量尺寸指令（G91），它表示程序段中的尺寸字为增量坐标值，即刀具运动的终点相对于起点的坐标值增量。 编程举例：G91 G01 X-150 Y145 F125。 在实际的编程中，选用G90还是G91，主要是根据具体的零件特点确定，那种方式编程方便就采用那一种方式。G90和G91为模态功能，可相互注销。G90为缺省值。,3）工件坐标系设定（G92） G92指令是规定工件坐标系原
10、点的指令，工件坐标系原点又称编程零点，当使用绝对尺寸编程时，必须先建立一坐标系，用来确定刀具起始点在坐标系中的坐标值。 G92指令通过设定刀具起点对 刀点与坐标系原点的相对位置 建立工件坐标系。工件坐标 系一旦建立，绝对值编程时 的指令值就是在此坐标系中 的坐标值。如右图所示。 程序示例：G92 X40 Y30 Z25,坐标值X40 Y30 Z25为刀位点在工件坐标系中的初始位置，执行G92指令时，机床不动作，即X、Y、Z轴均不移动，但CRT或液晶显示器上的坐标值发生了变化。G92指令可以在程序中指定，也可以在MDI方式中设定。G92指令为非模态指令一般放在一个零件程序的第一段。 4）工件坐标
11、系选择（G54G59） 格式：G54G59。 G54G59是系统预定的6个工件坐标系，可根据需要任意选用。这6个预定工件坐标系的原点在机床坐标系中的值（工件零点偏置值）可用MDI方式输入，系统自动记忆。工件坐标系一旦选定，后续程序段中绝对值编程时的指令值均为相对此工件坐标系原点的值。G54G59为模态功能，可相互注销，G54为缺省值。,如右下图所示，使用工件坐标系编程。要求刀具从当前点移动到A点，再从A点移动到B点。 程序如下： %1000 N01 G54 G00 G90 X30 Y40 N02 G59 N03 G00 X30 Y30 注意：使用该组指令前， 先用要输入各坐标系的 坐标原点在机
12、床坐标系 中的坐标值。,（4）快速点定位指令（G00） G00指令是指刀具以点定位控制方式，从刀具所在点以最快的速度，移动到目标点。G00指令中的快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用进给速度F规定。一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。G00为模态功能可由G01、G02、G03或G33功能注销。 注意：在执行G00指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是将Z轴移动到安全高度，再放心地执行G00指令。,（5）直线插补指令（G01） G01指令是指刀具按给定的进给速
13、度F，从当前点进行直线插补并到达指定的终点，可以采用绝对或增量编程。G01指令两个（或三个坐标）以联动的方式，按指定的进给速度F值插补加工出任意斜率的平面（或空间）直线。G01为模态功能可由G00、G02、G03或G33功能注销。 如图所示，刀具从A 点工作移动到B点。 （绝对）G90 G00 X60.0 Y30.0 F150； （增量）G91 G00 X40.0 Y20.0 F150；,（6）圆弧插补指令（G02/G03） 按给定的进给速度F从当前点进行顺时针（G02）或逆时针（G03）圆弧插补。在不同平面内进行圆弧插补。 G17、G18、G19为圆弧插补平面选择指令，以此来确定被加工表面所
14、在平面，G17可以省略。 格式：XY平面：G17 G02 X_ Y_ I_ J_ (R_) F_； G17 G03 X_ Y_ I_ J_(R_) F_ ZX平面：G18 G02 X_ Z_ I_ K_ (R_) F_； G18 G03 X_ Z_ I_ K_ (R_) F_ YZ平面：G19 G02 Y_ Z_ J_ K_ (R_) F_； G19 G03 Y_ Z_ J_ K_ (R_) F_,其中：X、Y、Z为圆弧终点坐标，R为圆弧半径，I、J、K为圆弧圆心到起点的增量坐标（等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标），与采用G90、G91无关，F为进给速度。当圆弧的圆心角180时，R值为负，当圆
15、弧的圆心角180时，R值为正。注意：采用R编程不能表达整圆，此时，必须采用I、J、K编程。同时编入R与I、J、K时，R有效。I、J、K的选择如下图所示。,注意：顺时针或逆时针圆弧是从垂直于圆弧所在平面的坐标轴的正方向看到的回转方向，如左图所示。 如右图，刀具从A开始沿A、B、C切削，编程。,%158 G92 X200.0 Y40.0 Z0；设置工件坐标系 G90 G03 X140.0 Y100.0 R60.0 F300；绝对值编程 G02 X120.0 Y60.0 R50.0； 或G92 X200.0 Y40.0 Z0； G90 G03 X140.0 Y100.0 I-60.0 J0 F300
16、； G02 X120.0 Y60.0 I-50.0 J0； G91 G03 X-60.0 Y60.0 R60.0 F300；增量值编程 G02 X-20.0 Y-40.0 R50.0； 或G91 G03 X-60.0 Y60.0 I-60.0 J0 F300； G02 X-20.0 Y-40.0 I-50.0 J0； M30,如图所示为一封闭圆（整圆），现设起刀点在坐标原点O，加工是从O快速移动至A逆时针加工整圆， 用绝对尺寸编程： N10 G92 X0 Y0 Z0； N20 G90 G00 X30 Y0； N30 G03 I-30 J0 F100； N40 G00 X0 Y0； 用增量尺寸编程： N20 G91 G00 X30 Y0； N30 G03 I-30 J0 F100； N40 G00 X-30 Y0； 特规定圆弧所对应的圆心角为小于等于180时（圆弧段1）用“R”；圆心角大于180的圆弧（圆弧段2）用“-R”。,（7）自动返回参考点（G28） 格式：G28 X_Y_Z_
