1.1数控铣床编程基础.ppt

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1、绪论绪论 数控铣床及加工中心认识数控铣床及加工中心认识 一一数控编程基础数控编程基础 二二数控铣床的基本组成数控铣床的基本组成如图所示，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、如图所示，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服装置、数控系统等组成。滑鞍、滚珠丝杠、伺服装置、数控系统等组成。数控铣床的组成数控铣床的组成数控铣床及加工中心认识数控铣床及加工中心认识 （一）数控铣床的分类及加工对象（一）数控铣床的分类及加工对象（二）加工中心的分类及加工对象（二）加工中心的分类及加工对象（三）数控铣床及加工中心基本构成及各部分作用（三）数控铣床及加工中心基本构成及各部分作用（四）数控机床的性能指标

2、与功能（四）数控机床的性能指标与功能（五）加工中心的加工及编程特点（五）加工中心的加工及编程特点（一）数控铣床的分类及加工对象1数控铣床的分类数控铣床的分类（1）立式数控铣床）立式数控铣床（2）卧式数控铣床）卧式数控铣床（3）立、卧两用数控铣床）立、卧两用数控铣床（4）龙门数控铣床（数控龙门镗铣床）龙门数控铣床（数控龙门镗铣床）（5）万能式数控铣床）万能式数控铣床立式数控铣床立式数控铣床 卧式数控铣床卧式数控铣床（a）卧式加工状态）卧式加工状态 （b）立式加工状态）立式加工状态立卧两用数控铣床立卧两用数控铣床 数控龙门镗铣床及其铣头附件数控龙门镗铣床及其铣头附件 2数控铣床的加工对象数控铣床的

3、加工对象（1）平面轮廓类零件）平面轮廓类零件（2）变斜角类零件）变斜角类零件（3）空间曲面类零件）空间曲面类零件（4）孔类零件）孔类零件平面类零件平面类零件曲面类零件曲面类零件（二）加工中心的分类及加工对象（二）加工中心的分类及加工对象加工中心（加工中心（Machining Center，MC），是一种配备有），是一种配备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数控机床。控机床。u1加工中心的特点加工中心的特点u2加工中心的分类加工中心的分类u3加工中心的加工对象加工中心的加工对象1 1加工中心的特点加工中心的特点 具有自动换刀装置。能自

4、动更换刀具，在一次装具有自动换刀装置。能自动更换刀具，在一次装夹中完成铣、钻、扩、铰、镗、攻螺纹等加工，工夹中完成铣、钻、扩、铰、镗、攻螺纹等加工，工序高度集中。序高度集中。加工中心如果带有自动分度回转工作台或能自动加工中心如果带有自动分度回转工作台或能自动摆角的主轴箱，可使工件在一次装夹后，自动完成摆角的主轴箱，可使工件在一次装夹后，自动完成多个平面和多个角度位置的加工，避免了重复装夹多个平面和多个角度位置的加工，避免了重复装夹带来的定位误差，实现高精度定位和加工。带来的定位误差，实现高精度定位和加工。许多加工中心带有自动交换工作台。一个工件在许多加工中心带有自动交换工作台。一个工件在加工的

5、同时，另一个工作台可以实现工件的装卸，加工的同时，另一个工作台可以实现工件的装卸，大大缩短辅助时间，提高加工效率。大大缩短辅助时间，提高加工效率。加工中心的分类方法很多，按主轴在加工时的空间位置加工中心的分类方法很多，按主轴在加工时的空间位置可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和五轴加工中心等。和五轴加工中心等。（1）立式加工中心）立式加工中心（2）卧式加工中心）卧式加工中心（3）龙门式加工中心）龙门式加工中心（4）五轴加工中心）五轴加工中心2加工中心的分类加工中心的分类 立式加工中心立式加工中心卧式加工中心卧式加工中心3加工中心的加

6、工对象加工中心的加工对象加工中心的加工工艺有着许多普通机床无法比拟加工中心的加工工艺有着许多普通机床无法比拟的优点，但加工中心的价格较高，的优点，但加工中心的价格较高，一次性投入较一次性投入较大，大，零件的加工成本就随之升高。零件的加工成本就随之升高。所以，要从零件的形状、精度要求、周期性等方所以，要从零件的形状、精度要求、周期性等方面综合考虑，从而决定是否适合用加工中心加工。面综合考虑，从而决定是否适合用加工中心加工。一般来说，加工中心适合一般来说，加工中心适合精密、复杂零件加工精密、复杂零件加工，周期性重复投产零件加工，周期性重复投产零件加工，多工位、多工序集中多工位、多工序集中的零件加工

7、，具有适当批量的零件加工的零件加工，具有适当批量的零件加工等。等。（1）既需要加工平面又需要加工孔系的零件）既需要加工平面又需要加工孔系的零件（2）要求多工位加工的零件）要求多工位加工的零件（3）结构形状复杂的零件）结构形状复杂的零件（4）加工精度要求较高的中小批量零件）加工精度要求较高的中小批量零件（5）周期性投产的零件）周期性投产的零件（6）需要频繁改型的零件）需要频繁改型的零件3加工中心的加工对象加工中心的加工对象箱体类零件箱体类零件1箱体类零件箱体类零件2 连杆连杆 模具类零件模具类零件连杆凹模连杆凹模模具类零件模具类零件 （三）数控铣床及（三）数控铣床及 加工中心基本构成及各部分作用

8、加工中心基本构成及各部分作用1数控机床的工作过程数控机床的工作过程2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用 数控铣床的基本组成数控铣床的基本组成如图所示，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、如图所示，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、滑鞍、滚珠丝杠、伺服装置、数控系统等组成。滑鞍、滚珠丝杠、伺服装置、数控系统等组成。数控铣床的组成数控铣床的组成1数控机床的工作过程数控机床的工作过程数控铣床的工作过程数控铣床的工作过程 根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。案、工艺参数和位移数据。用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程用

9、规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直工作，直接生成零件的加工程序文件。接生成零件的加工程序文件。将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。介质（如穿孔带或磁带）上。1数控机床的工作过程数控机床的工作过程 （三）数控铣床及（三）数控铣床及 加工中心基本构成及各部分作用加工中心基本构成及各部分作用 通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可由手工编写的程序，可以通

10、过数控机床的操作面板输入；以通过数控机床的操作面板输入；由编程软件生由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（到数控机床的数控单元（MCU）。）。数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行的命令。行的命令。伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动机床进给机构，严格按照指令的要求进行位移，机床进给机构，严格按照指令的要求进行位移，使机床自动完成相应零件的加工。使机

11、床自动完成相应零件的加工。2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用CNC系统图系统图（1）数控程序及存储介质）数控程序及存储介质（2）输入）输入/输出装置输出装置（3）CNC装置的数控系统装置的数控系统（4）数控机床的进给伺服系统）数控机床的进给伺服系统（5）数控机床的位置检测装置）数控机床的位置检测装置（6）机床本体）机床本体2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用（1）数控程序及存储介质）数控程序及存储介质比较先进的数控机床可以在数控装置上直接编程。比较先进的数控机床可以在数控装置上直接编程。程序必须存储在某种存储介质中，如纸带、磁带或程序必须存储在某种存储介质

12、中，如纸带、磁带或磁盘等。采用哪一种存储载体，取决于数控装置的磁盘等。采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。设计类型。2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用（2 2）输入）输入/输出装置输出装置存储介质上记载的加工信息需要通过输入装置输送存储介质上记载的加工信息需要通过输入装置输送给机床数控系统，机床内存中的零件加工程序可以给机床数控系统，机床内存中的零件加工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入通过输出装置传送到存储介质上。输入/输出装置输出装置是机床与外部设备的接口，目前输入装置主要有纸是机床与外部设备的接口，目前输入装置主要有纸带阅读机、软盘驱动器、带阅读机、

13、软盘驱动器、RS232C串行通信口、串行通信口、MDI方式等。方式等。2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用（3）CNC装置的数控系统装置的数控系统CNC装置是数控加工中的专用计算机，除具有装置是数控加工中的专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控机床功能相关一般计算机结构外，还有与数控机床功能相关的功能模块结构和接口单元。的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。CNC装置的硬件主要由中央处理单元、各类存装置的

14、硬件主要由中央处理单元、各类存储器、输入储器、输入/输出接口、位置控制，以及其他各输出接口、位置控制，以及其他各类接口组成。类接口组成。2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用（4 4）数控机床的进给伺服系统）数控机床的进给伺服系统伺服系统的类型伺服系统的类型 a开环进给伺服系统。开环进给伺服系统。b半闭环进给伺服系统。半闭环进给伺服系统。c闭环进给伺服系统。闭环进给伺服系统。2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用开环控制伺服驱动示意图开环控制伺服驱动示意图环形分配器的主要功能是把的主要功能是把来源于控制环节的来源于控制环节的时钟脉冲串按一定的规律分配给串按一定的

15、规律分配给步进电动机驱动器的各相输入端驱动器的各相输入端。环形分配器的主要功能是把的主要功能是把来源于控制环节的来源于控制环节的时钟脉冲串按一定的规律分配给串按一定的规律分配给步进电动机驱动器的各相输入端驱动器的各相输入端。半闭环控制伺服驱动示意图半闭环控制伺服驱动示意图 2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用 闭环控制伺服驱动示意图闭环控制伺服驱动示意图2数控机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用（6 6）机床本体）机床本体 基础部件。基础部件。主轴部件。主轴部件。进给系统。进给系统。自动换刀装置自动换刀装置（ATC）。）。电气柜。电气柜。辅助系统。辅助系统。2数控

16、机床的组成及各部分作用数控机床的组成及各部分作用（5 5）数控机床的位置检测装置）数控机床的位置检测装置二、数控编程基础二、数控编程基础 （一）数控铣削加工坐标系建立（一）数控铣削加工坐标系建立（二）数控铣削编程基本知识（二）数控铣削编程基本知识（一）数控铣削加工坐标系建立（一）数控铣削加工坐标系建立1标准坐标系及运动方向命名原则标准坐标系及运动方向命名原则（1）机床相对运动的规定）机床相对运动的规定（2）坐标系的规定）坐标系的规定（3）运动方向的规定）运动方向的规定右手笛卡儿直角坐标系右手笛卡儿直角坐标系机床坐标系机床坐标系1.1.机床坐标系机床坐标系（1 1）Z Z坐标轴的确定坐标轴的确定

17、 规定数控铣床的主轴轴线为规定数控铣床的主轴轴线为Z Z轴，刀具远轴，刀具远离工件的方向为正方向。离工件的方向为正方向。数控铣床的坐标系数控铣床的坐标系1.1.机床坐标系机床坐标系（2 2）X X坐标轴的确定坐标轴的确定 X X轴位于与工件装夹面相平行的水平面内。轴位于与工件装夹面相平行的水平面内。对于机床主轴带动刀具旋转的数控铣床而言，对于机床主轴带动刀具旋转的数控铣床而言，X X轴规定：轴规定：Z Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，柱看时，+X+X运动方向指向右方。运动方向指向右方。Z Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件坐标水平时，观察者沿刀具

18、主轴向工件看时，看时，+X+X运动方向指向右方；运动方向指向右方；数控铣床的坐标系数控铣床的坐标系1.1.机床坐标系机床坐标系（3 3）Y Y坐标轴的确定坐标轴的确定 在确定在确定X X、Z Z坐标的正方向后，可以用根坐标的正方向后，可以用根据据X X和和Z Z坐标的方向，按照右手直角坐标坐标的方向，按照右手直角坐标系（右手直角笛卡儿坐标系）来确定系（右手直角笛卡儿坐标系）来确定Y Y坐坐标的方向。标的方向。2 2机床坐标系、机床原点与机床参考点机床坐标系、机床原点与机床参考点 （1）机床原点）机床原点u机床原点是机床上设置的一个固定点，它在机床机床原点是机床上设置的一个固定点，它在机床装配、

19、调试时就已经确定下来，是数控机床进行加装配、调试时就已经确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点，也称机床零点。工运动的基准参考点，也称机床零点。u以该零点为坐标原点建立的坐标系称为以该零点为坐标原点建立的坐标系称为机床坐标机床坐标系系。u机床原点通常选取在机床原点通常选取在X、Y、Z三个直线坐标三个直线坐标正方正方向向的的极限位置上极限位置上铣床的机床原点铣床的机床原点（1）机床原点）机床原点2 2机床坐标系、机床原点与机床参考点机床坐标系、机床原点与机床参考点 （2）机床参考点）机床参考点在数控铣床上，机床原点一般是由机床导轨上在数控铣床上，机床原点一般是由机床导轨上的一个固定点作为参

20、考点来确定的；的一个固定点作为参考点来确定的；机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。数控系统中。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知数，机床参考点对机床原点的坐标是一个已知数，通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的。的。2 2机床坐标系、机床原点与机床参考点机床坐标系、机床原点与机床参考点 3 3工件坐标系（编程坐标系）工件坐标系（编程坐标系）（1）工件坐标系概）工件坐标系概述述工件坐标系工件坐标系(编程坐编程

21、坐标系标系)是编程人员在是编程人员在编制程序时为确定零编制程序时为确定零件图样上各几何要素件图样上各几何要素的位置而在零件图上的位置而在零件图上建立的坐标系。建立的坐标系。(2)数控铣床工件原点的选取：数控铣床工件原点的选取：u工件上表面的对称中心；工件上表面的对称中心；u工件的某一角（左下角）上；工件的某一角（左下角）上；3 3工件坐标系（编程坐标系）工件坐标系（编程坐标系）（2）工件坐标系的设定方法）工件坐标系的设定方法刀位点刀位点换刀点换刀点 换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点可换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点可以是某一固定点（如加工中心，其换刀机械手的以是某一固定点（如加工中

22、心，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。车床）。为防止换刀时碰伤零件及其他部件，换刀点常为防止换刀时碰伤零件及其他部件，换刀点常常设置在被加工零件或夹具的轮廓之外，并留有常设置在被加工零件或夹具的轮廓之外，并留有一定的安全量。一定的安全量。（2）工件坐标系的设定方法）工件坐标系的设定方法对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定（1）对刀点）对刀点对刀点的选择原则如下。对刀点的选择原则如下。所选的对刀点应使程序编制简单。所选的对刀点应使程序编制简单。对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加

23、工原点的位置。原点的位置。对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。对刀点的选择应有利于提高加工精度。对刀点的选择应有利于提高加工精度。（2）工件坐标系的设定方法）工件坐标系的设定方法数控车床工件原点的确定方法：数控车床工件原点的确定方法：外圆刀的对刀外圆刀的对刀螺纹刀的对刀螺纹刀的对刀（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法 对刀（工件坐标系的确定）：对刀（工件坐标系的确定）：n对刀的目的：（对刀的目的：（确定工件原点的位置）确定工件原点的位置）是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之

24、间的空间位置关系，并与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置将对刀数据输入到相应的存储位置n对刀的准确性直接影响零件的加工精对刀的准确性直接影响零件的加工精度。因此，对刀操作一定要仔细，对刀度。因此，对刀操作一定要仔细，对刀方法要同零件的加工精度要求相适应。方法要同零件的加工精度要求相适应。（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法 对刀：对刀：u一般可采用一般可采用试切法对刀试切法对刀、寻边器对刀、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。其中试机内对刀仪对刀、自动对刀等。其中试切法对刀精度较低，加工中常用寻边器切法对刀精度较低，加工中常用寻边

25、器和和Z轴设定器对刀，效率高，能保证对轴设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。刀精度。u对刀操作分为对刀操作分为X、Y向对刀和向对刀和Z向对刀。向对刀。（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法对刀实例对刀实例以加工过的零件毛坯为例进行对刀，取工以加工过的零件毛坯为例进行对刀，取工件上表面的中心为编程原点。件上表面的中心为编程原点。（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法1）试切法对刀）试切法对刀（1）机床回参考点，确立机床坐标系。）机床回参考点，确立机床坐标系。（2）计算工

26、件的编程原点在机床坐标系中的坐标值）计算工件的编程原点在机床坐标系中的坐标值（X，Y，Z）。）。X向对刀。用刀具靠近毛坯的一端，移动向对刀。用刀具靠近毛坯的一端，移动X轴试切，轴试切，接触到工件后即停止切削，机床的接触到工件后即停止切削，机床的CRT界面中的界面中的X坐坐标值为刀具中心所在的标值为刀具中心所在的X轴坐标位置，记为轴坐标位置，记为X1。数据。数据记录后，抬起记录后，抬起Z轴，将机床反向移开，移动到工件另一轴，将机床反向移开，移动到工件另一侧，用同样的方法得到侧，用同样的方法得到X2，则工件上表面中心，则工件上表面中心X的坐的坐标值为（标值为（X11+X2）/2。（2 2）数控铣床

27、工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法1）试切法对刀）试切法对刀（2）计算工件的编程原点在机床坐标系中的坐标值）计算工件的编程原点在机床坐标系中的坐标值（X，Y，Z）。）。Y向对刀。向对刀。Y向对刀采用与向对刀采用与X向对刀同样的方法得到向对刀同样的方法得到工件中心的工件中心的Y坐标值。坐标值。Z向对刀。完成向对刀。完成X向向、Y向对刀后移动向对刀后移动Z轴，用刀具靠轴，用刀具靠近毛坯的表面，有切屑飞出说明刀具完全接触毛坯表近毛坯的表面，有切屑飞出说明刀具完全接触毛坯表面，这时记下显示屏上的面，这时记下显示屏上的Z坐标值。坐标值。通过对刀得到的坐标值（通过对刀得到的坐标值（X，Y，

28、Z）即为工件坐标系）即为工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。原点在机床坐标系中的坐标值。（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法（3）在）在G54坐标系中输入得到的坐标系中输入得到的X、Y、Z坐标值，坐标值，对刀结束。对刀结束。工件坐标系的设定指令工件坐标系的设定指令G54G59（2 2）数控铣床工件坐标系的设定方法）数控铣床工件坐标系的设定方法对刀工具（1 1）寻边器）寻边器 寻边器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的寻边器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的X X、Y Y值，也可以测量工件的简单尺寸。值，也可以测量工件的简单尺寸。寻边器有偏心式和光电式等类型寻边器有偏心式和光电式等类型 （2 2）Z Z轴设定器轴设定器Z Z轴设定器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的轴设定器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的Z Z 轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。Z Z轴设定器有光电式和指针式等类型轴设定器有光电式和指针式等类型 对刀工具