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1、第十一章 数控铣削加工第一节 数控铣床数控铣床是一种功能很强的数控机床，它加工范围广，涉及的技术问题多。目前迅速发展的加工小心、柔性制造系统等都是在数控铣床的基础上产生、发展起来的。数控铣床主要用于加工平面和曲面轮廓的零件，还可以加工复杂形面的零件，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等，同时也可对零件进行钻、扩、铰、锪和镗加工。但因数控铣床不具备自动换刀功能，所以不能完成复杂的孔加工要求。一、数控铣床1、数控铣床的组成数控铣床的机械结构主要由以下几部分组成。(1)主传动系统 它包括动力源、传动件及主运动执行件(主轴)等，其功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，实现主切削运动。(2)进给传动系统 它包
2、括动力源、传动件及进给运动执行件(如工作台、刀架)等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，实现进给切削运动。(3)基础支承件 它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。(4)辅助装置 辅助装置视数控机床的不同而异，如自动换刀系统、液压气动系统、润滑冷却装置等。2、数控铣床分类数控铣床也像通用铣床那样，可以分为立式、卧式和立卧两用，各类铣床配置的数控系统不同其功能也不尽相同。 (1)立式数控铣床 其主轴和工作台垂直，适用于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的型腔等。一般情况下，铣床控制的坐标轴越多，机床
3、的功能、加工范围及可选择的加工对象也就越多。目前用到的多为三坐标联动铣床，即可以同时控制三个坐标轴运动。(2)卧式数控铣床 其主轴轴线平行于水平面，为了扩大加工范围和功能，常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五轴坐标加工，可以省去很多专用夹具或专用角度成形铣刀，适合加工箱体类零件及在一次安装中可以改变工位的零件。(3)立卧两用数控铣床 其主轴方向可以更换或作90旋转，在一台机床亡既能进行立式加工，又能进行卧式加工。主轴方向的更换方法有手动和自动两种，可以配备数控万能主轴头，主轴头可以任意转换方向，柔性极好，适合加工复杂的箱体类零件。 另外，数控铣床如果按照体积来分，可以分为小型数控铣床、
4、中型数控铣床和大型数控铣床。如果按控制坐标的联动轴数分可分为两轴半控制、三轴控制和多轴控制数控铣床。3、数控铣床的工作原理数控加工程序提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，刀具从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。严格说来，为了满足加工要求，刀具运动轨迹应该准确按零件的轮廓形状生成。然而，对于复杂的物线轮廓，直接计算刀具运动轨迹非常复杂，计算工作量很大，不能满足数控加工的实时控制要求。因此，在实际应用中，是用一小段直线或圆弧去逼近(或称为拟合)零件轮廓曲线，即通常所说的直线和圆弧插补。在某些高性能的数控系统中，还具有抛物线、螺旋线插补功能，完成轮廓起点和终点之间的中间
5、点的坐标值计算。目前，普遍应用的插补算法为脉冲增量插补和数据采样插补两大类。 数控铣床的加工过程如下： (1)根据被加工零件的形状、尺寸、村料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程，刀具相对工件的运动轨迹、切削参数及辅助动作顺序等，进行零件加工的程序设计。 (2)用规定的代码和程序格式编写零件加工程序单。 (3)按照程序单上的代码制作控制介质。 (4)通过输入装置把加工程序输人数控装置。 (5)启动机床后，数控装置根据输入的信息进行一系列的运算和控制处理，将结果以脉冲形式送往机床的伺服系统(如步进电动机、直流伺服电动机、电液脉冲马达等)。 (6)伺服系统驱动机床的运动部件，使机床按程序预定的轨迹
6、运动，从而加工出合格的零件。二、数控铣床编程指令1、数控铣床编程要点数控编程的指令主要有G、M、S、T、X、Y、Z等，基本都已标准化，但不同的数控系统所编的程序不能完全通用，需要参照相应系统的编程说明书。 1）规定(1)当前程序段(句)的终点为下一程序段(句)的起点。(2)上一程序段(句)中出现的模态值，下一程序段中如果不变可以省略，X、Y、Z坐标如果没有移动可以省略。(3)程序的执行顺序与程序号N无关，只按程序段(句)书写的先后顺序执行，N可任意安排，也可省略。(4)在同一程序段(句)中，程序的执行与M、S、T、G、X、Y、Z的书写无关，按数控系统自身设定的顺序执行，但一般按一定的顺序书写，
7、即N、G、X、Y、Z、F、M、S、T。2）刀补的使用(1)只在相应的平面内有直线运动时才能建立和取消刀补，即G40、G41、G42后必须跟G00、G01才能建立和取消刀补。(2)用刀补后，刀具的移动轨迹与编程轨迹不一致，但加工出来的轮廓与用户想要的工件轮廓一致。编程时本来封闭的轨迹在程序校验时刀具中心移动的轨迹(显示器上显示的轨迹)可能不封闭或有交叉，这不一定是错的。检查方法是将刀补取消(删去G41、G42、G40或将刀补值设为0)再校验，看其是否封闭。若封闭就是对的，不封闭就是错的。(3)刀补给用户带来了很大的方便，使编程时不必考虑刀具的具体形状，而只按工件轮廓编程；但也带来了一些麻烦，若考
8、虑不周会造成过切或欠切的现象。(4)在每一程序段(句)中，刀具移动到的终点位置，不仅与终点坐标有关、而且与下一段 (句)刀具运动的方向有关，应避免夹角过小或过大的运动轨迹。(5)防止出现多个无轴运动的指令，否则有可能过切或欠切。(6)可以用同一把刀调用不同的刀补值，用相同的子程序来实现粗、精加工。3）子程序 (1)编写子程序时，应采用模块式编程，即每一个子程序或每一个程序的组成部分(某一局部加工功能)都应相对自成体系，应单独设置G20、G21、G22、G90、G9l；S、T、F；G41、G42、G40等，以免相互干扰。 (2)在编写程序时先编写主程序，再编写子程序，程序编写后应按程序的执行顺序
9、再检查一遍，这样容易发现问题。 (3)如果调用程序时使用刀补，刀补的建立和取消应在子程序中进行，如果必须在主程序中建立则应在主程序中取消。决不能在主程序中建立、在子程序中取消；也不能在于程序中建立，在主程序中取消；否则，极易出错。(4)充分发挥相对编程的功用。可以在于程序中用相对编程，连续调用多次，实现X、Y、Z某一轴的进给(X、Y、Z之某轴循环一遍时，其值之和不为零)，以实现连续的进给加工。4）其他(1)用G00移近工件，但不能到达切入位置(防止碰撞)，只能用G01切人。(2)对相对编程坐标值的检验，可将所有X、Y、Z后的数值相加、其和应为零5）编程的要求(1)要能保证加工精度。(2)路径规
10、划合理，空行程少，程序运行时间短，加工效率高(3)能充分发挥数控系统的功能，提高加工效率。(4)程序结构合理、规范、易读、易修改、易查错，最好采用模块式编程。(5)在可能的情况下语句要少。(6)书写清楚、规范。6）程序中需注释的内容(1)原则：简繁适当。如果是初学者或给初学者看的，应力求详细，可每条语句都注写；对于验丰富的人则可少写。(2)各子程序功用和各加工部分改变时需注明。(3)换刀或同一把刀调用不同刀补时需注明。(4)对称中心、轴或旋转中心、轴或缩放中心处应注明。(5)需暂停或停车测量或改变夹紧位置时应注明。(6)程序开始应对程序做必要的说明。2、准备功能G指令准备功能(又称为G功能)的
11、指令由字符“G”和后跟二位或三位数值组成。它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。如G01指令代表直线插补，G17指令代表XY平面联动，G42指令代表右刀具半径补偿等。 (1)G功能有非模态G功能和模态G功能之分。 非模态G功能只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销。例如： N10 G04 P10.0；(延时10 s) NU G9l G00 X100 F200；(X轴负向移动10 mm) N10程序段中G04是非模态G代码，不影响Nll程序段的移动。 模态G功能是一组可相互注销的G功能，这些G功能一旦被执行，则一直有效，直到被同一组的G
12、功能注销为止。例如： N15 G91 G01 x一10O F200； N16 Y100； (G91，G01仍然有效) N17 G03 X20 Y20 R20； (G91有效，G01无效) (2)某些模态G功能组中包含一个默认G功能，数控装置上电时将被初始化为该功能。 (3)不同组的G代码可以放在同一程序段中，而且与顺序无关。例如：G91 G00 G17 G40 X50 Y503、辅助功能M指令辅助功能由地址字M和其后的两位数字组成，主要用于控制机床各种辅助功能的开关动作，以及零件程序的走向。 (1) M功能也有非模态M功能和模态M功能两种形式。非模态M功能(当段有效代码)：只在书写了该指令的程
13、序段中有效。模态M功能(续效代码)是一组可相互注销的M功能，这些功能在被同一组的另一个功能注销前一应有效。(2)模态M功能组中包含一个默认功能，上电时将被初始化为该功能。(3)只外，M功能还可分为前作用M功能和后作用M功能两类。前作用M功能：在程序段编制的轴运动之前执行；后作用M功能：在程序段编制的轴运动之后执行。M指令规定的功能对不同的机床制造厂来说是不完全相同，可参考相关机床说明书。4、CNC内定的辅助功能1）程序暂停指令M00 当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序，以便于操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。 2）程序结束指令M02 M02指令一段放在主程序
14、的最后一个程序段中，表示主程序的结束。使用M02指令结束程序后，若要重新执行该程序，就得重新调用该程序，或在自动加工子菜单下，按“F4”键(请参考HNC2lM操作说明书)，然后再按操作面板上的“循环启动”键。 3）程序结束并返回到零件程序头指令M30 M30指令除具有M02指令功能外，还兼有控制返回到零件程序的开头()作用。用M30指令的结束程序后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“循环启动”键。 4）子程序调用指令M98及从子程序返回指令M99 M98指令用来调用子程序。M99指令表示子程序结束，执行M99指令使控制返回到主程序。5、PLC设定的辅助工能1）主轴功能指令M03、M0
15、4、M05 M03指令用来启动主轴，并以程序中编制的主轴速度顺时针方向(从Z轴正向朝Z轴负向看)旋转。 M04指令用来启动主轴，并以程序中编制的主轴速度逆时针方向旋转。 M05指令出来佼主轴停止旋转。 M03、M04指令为模态前作用M功能指令；M05指令为模态后作用M功能指令，M05指令为缺省功能。此外，M03、M04、M05指令可相互注销。 2）换刀指令M06 M06指令用于在加工中心，调用一个欲安装在主轴上的刀具。刀具将被自动地安装在主轴上。 3）冷却液打开、停止指令M07、M09M07指令将打开冷却液管道。M09指令将关闭冷却液管道。6、主轴功能指令S、进给功能指令F和刀具功能指令T 1）主轴功能指令S主轴功能S指令控制主轴转速，其后的数值表示主轴速度，单位为r/min。S指令是模态指令，S指令功能只有在主轴速度可调节时有效。2）进给速度指令F F指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度，F的单位取决于G94指令(mm/min
