数铣基础知识及工艺编程

数控铣削加工一、常用设备1、数控铣床Z底座强电柜变压器箱纵向工作台床身立柱Z轴伺服电机数控操作面板YX纵向进给伺服电机横向溜板工作台支承(可手动升降)机械操作面板横向进给伺服电机行程限位开关床身立柱纵向工作台强电柜变压器箱底座工作台支承(可手动升降)行程限位开关横向进给伺服电机横向溜板纵向进给伺服电机机械操作面板数控操作面板Z轴伺服电机ZXY结构数控铣床传动示意图2、加工中心立式加工中心底座横向工作台（Y）纵向工作台（X）操作面板纸带读入装置数控柜刀库主轴箱换刀机械手换刀机械手纸带读入装置数控柜刀库主轴箱底座操作面板纵向工作台(X)横向工作台(Y)卧式加工中心刀库主轴底座光电读带机操作面板横向工作台（Z）纵向工作台（X）1234567910刀库主轴纵向工作台(X)横向工作台(Z)底座光电读带机操作面板加工中心的定义加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。其特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝和铣削等多种工序的加工，工序高度集中。这种机床一般具有刀库和自动换刀装置，有的还具有分度工作台或双工作台。适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板和模具等复杂型面的零件。加工中心的分类1、按功能特征分(1)镗铣加工中心：有一般立式、卧式镗铣加工中心和龙门式加工中心等种类。以镗铣为主，适用于加工箱体、壳体以及各种复杂零件的特殊曲线和曲面轮廓的多工序加工。适用于多品种小批量的生产方式。(2)钻削加工中心：它以钻削为主，刀库形式以转塔头形式为主。适用于中小零件的钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及连续轮廓铣削等多工序加工。(3)复合加工中心：它主要指五轴复合加工，可自动回转主轴头，进行立卧加工。在主轴自动回转后，在水平和垂直面实现刀具自动交换。5轴车铣中心5轴车铣中心2、按所用自动换刀装置分类(1)转塔头加工中心转塔头加工中心有立式和卧式两种。主轴数一般为6～12个，换刀时间短、数量少、主轴转塔头定位精度要求较高。(2)刀库+主轴换刀加工中心这种加工中心特点是无机械手式主轴换刀，利用工作台运动及刀库转动，并由主轴箱上下运动进行选刀和换刀。如上图所示的卧式加工中心便属此类。2、按所用自动换刀装置分类(3)刀库+机械手+主轴换刀加工中心这种加工中心结构多种多样，由于机械手卡爪可同时分别抓住刀库上所选的刀和主轴上的刀，换刀时间短。并且选刀时间与切削加工时间重合，因此得到广泛应用。立式加工中心多用此类机械手式换刀装置。(4)刀库+机械手+双主轴转塔头加工中心这种加工中心在主轴上的刀具进行切削时，通过机械手将下一步所用的刀具换在转塔头的非切削主轴上。当主轴上的刀具切削完毕后，转塔头即回转，完成换刀工作，换刀时间短加工中心的自动换刀装置自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。1、自动换刀装置的形式回转刀架如：车削中心带刀库的自动换刀装置：镗铣类加工中心带刀库的自动换刀装置是镗铣加工中心上应用最广的换刀装置，主要有机械手换刀和刀库换刀两种方式。2、刀库形式刀库的形式很多，结构各异。加工中心常用的刀库有鼓轮式刀库和链式刀库两种。鼓轮式刀库链式刀库图片1图片2图片1图片2（b）（c）（a）（d）(c)(d)（b）（c）（a）（d）(b)(a)图鼓轮式（也称盘式）刀库(a)径向取刀形式；(b)轴向取刀形式；(c)径向布置形式；(d)角度布置形式返回圆盘式刀库返回链条链轮刀座导轨张紧板导轨刀座链条链轮张紧板图链式刀库返回链式刀库返回3、选刀方式顺序选刀方式任意选刀方式●顺序选刀方式是将加工所需要的刀具，按照预先确定的加工顺序依次安装在刀座中；换刀时，刀库按顺序转位。这种方式的控制及刀库运动简单，但刀库中刀具排列的顺序不能错。●任意选刀方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。它可分为刀具编码和刀座编码两种方式。刀具编码方式是利用安装在刀柄上的编码元件(如编码环、编码螺钉等)预先对刀具编码后，再将刀具放在刀座中；换刀时，通过编码识别装置根据刀具编码选刀。采用这种方式编码的刀具可以放在刀库的任意刀座中；刀库中的刀具不仅可在不同的工序中多次重复使用，而且换下来的刀具也不必放回原来的刀座中。刀具制造麻烦！刀具编码刀具编码刀座编码方式是预先对刀库中的刀座(用编码钥匙等方法)进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具放入指定的刀座中；换刀时，根据刀座编码选刀，使用过的刀具也必须放回原来的刀座中。多采用此种！目前应用最多的是计算机记忆跟踪式选刀。这种方式的特点是，刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器内。不论刀具存放在哪个地址，都始终记忆着它的踪迹。在刀库上装有位置检测装置。这样刀具可以任意取出，任意送回。刀具本身不必设置编码元件，结构大为简化，控制也十分简单，计算机控制的机床几乎全都用这种选刀方式。在刀库上设有机械原点，每次选刀运动正反向都不会超过180°的范围。当选刀动作完成后，即处于等待状态，一旦执行到自动换刀的指令，即开始换刀动作。刀座编码刀座编码返回数控铣床与加工中心比较数控铣床：所要换的刀具是加工暂停时临时手工换上加工中心：自动换刀装置（ATC）自动换刀手动换刀录像自动换刀录像3、铣削加工常用刀具机用铰刀钻头立铣刀倾斜型镗刀杆镗刀杆直角型接柄镗杆楔型镗刀杆弹簧夹头刀柄立铣刀柄直柄工具接柄套式立铣刀具组合拉钉刀柄攻丝夹头丝锥攻丝夹头刀柄组合钻夹头刀柄莫氏孔刀柄带扁尾弹簧夹头刀柄带扁尾莫氏孔刀柄拉钉刀柄攻丝夹头丝锥攻丝夹头刀柄组合套式立铣刀具组合钻夹头刀柄接柄镗杆楔型镗刀杆直角型镗刀杆倾斜型镗刀杆钻头立铣刀机用铰刀中轴线立铣刀柄直柄工具接柄模块式刀具系统通常由拉钉、刀柄和钻铣刀具等组成BT40刀柄结构示意图17:24圆锥工具柄BT40刀柄结构示意图2BT50刀柄1BT50刀柄2刀柄拉钉1刀具安装录像ER弹簧夹头刀柄按切削工艺可分为三种：(1)钻削刀具：钻削刀具分小孔钻头、短孔钻头(深径比≤5)、深孔钻头(深径比＞6，可高达100以上)和枪钻、丝锥、铰刀等。(2)镗削刀具：镗削工具分镗孔刀(粗镗、精镗)和镗止口刀等。(3)铣削刀具：铣削工具分面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。刀具种类面铣刀大平面和台阶面面铣刀及刀柄铣平面、台阶面加工录像立铣刀二维轮廓加工球刀空间曲面的精加工丝锥攻螺纹快换式丝锥刀柄钻头整体钻夹头刀柄钻夹头刀柄铰刀粗镗刀精镗刀常用镗刀柄常见刀具常见刀片实物演示4、刀具的编程点（即刀位点）由于数控铣床和加工中心上用的刀具系统是系列化、标准化的，每把刀装在主轴上时，刀具的中心线和主轴的轴心线应是重合的，故所用的刀具在XY平面上没有刀具长度误差，加工时就只测量Z向刀具长度误差（即刀补）以刀具的圆心（垂直于刀具中心线剖，是圆）即刀心作为编程点轴心线与底面的交点即为编程点刀位点即编程点5、铣削加工坐标系仍然分为：机床坐标系参考坐标系：“机床回零”操作工件坐标系：“对刀”测工件原点ZYWXXX5454Y机机YG543040AXY59593030G59B45152035G523535CDXY机床原点M工件原点M机床原点yxzzx112122yZYXW工件原点X2Y2Z2Y1Z1X1M机床原点M机床原点3535Y机DX机C20Y35XX594530G59X5430A40G54Y54Y593015BG52参考坐标系与工件坐标系局部坐标系G52的运用测量工件坐标系－对刀1、工件原点建立位置一般在工件上/下表面的角点或几何中心2、工件原点测量方式（1）以毛坯孔或外形的对称中心为原点①以定心锥轴找小孔中心根据孔径大小选用相应的定心锥轴定心锥轴先侧XY方向上②用百分表找孔中心用磁性表座将百分表粘在机床主轴端面上，手动或低速旋转主轴表头工件主轴百分表磁性表座③用寻边器找毛坯对称中心。将电子寻边器和普通刀具一样装夹在主轴上，当触头与金属工件接触时，即通过床身形成回路电流，寻边器上的指示灯就被点亮，逐步降低步进增量，使触头与工件表面处于极限接触(进一步即点亮，退一步则熄灭)，即认为定位到工件表面的位置处。X1X2Y2Y12YY21＋2XX21＋X1X2Y2Y12YY21＋2XX21＋规则图形寻边器（2）以毛坯相互垂直的基准边线的交点为对刀位置点工件原点WXYYWXMXWYZ机床原点MXXa机床原点MyybabXbbya+D/2yZZabXa+D/2XXbW工件原点YXaXWYYbYaZ机床原点M机床原点M工件原点WXYYWXMXWYZ机床原点MXXa机床原点MyybabXbbya+D/2yZZabXa+D/2工件原点WXYYWXMXWYZ机床原点MXXa机床原点MyybabXbbya+D/2yZZabXa+D/2ZaMZbYbXWYYa＋Xa＋2D2DXb2、工件原点测量方式侧Z方向上Z向设定器进行精确对刀G92Z100.0Z=0指示灯坯件坯件指示灯G92Z100Z＝0Z向设定器光电式Z向设定器指针式Z向设定器整个对刀过程录像光电式机械式光电式寻边器机械式寻边器返回光电式对刀返回机械式对刀示意图返回6、刀具的长度补偿1、长度补偿指令进行长度补偿：G43(G44)G00(G01)ZH_G43/G44/G49取消长度补偿：G49G00(G01)Z_长度补偿的原理与Z向对刀同长度补偿的原理与Z向对刀同机外对刀仪－－测刀具长度补偿值机械式对刀仪电子式对刀仪机内激光对刀录像2、长度补偿指令说明①、在G17的情况下，刀长补偿G43、G44只用于Z轴的补偿，而对X轴和Y轴无效。②、格式中，Z值是属于G00或G01的程序指令值，同样有G90和G91两种编程方式。③、H为刀长补偿号，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址号，如H01是指01号寄存器，在该寄存器中存放刀具长度的补偿值。刀长补偿号可用H00～H99来指定。④、G43/G44的区别＋Z程序中指令点实际到达点G44(Hxx)值程序中指令点实际到达点(Hxx)值G43＋Z执行G43时，Z实际值 =Z指令值 + (Hxx)执行G44时，Z实际值 =Z指令值 − (Hxx)特别说明上式中，Z实际值即是在显示屏上显示的此刀的绝对坐标值（指令值＋刀补值）。只有“基准刀”显示的绝对坐标值即是编程指令值。刀具编程点（刀尖）真实到达的位置即是编程指令值。其中，(Hxx)是指xx寄存器中的补偿量，其值可以是正值或者是负值。当刀长补偿量取负值时，G43和G44的功效将互换。⑤、刀具长度补偿指令通常用在下刀及提刀的直线段程序G00或G01中，使用多把刀具时，通常是每一把刀具对应一个刀长补偿号，下刀时使用G43或G44，该刀具加工结束后提刀时使用G49取消刀长补偿。⑥、同样地，也可采用G43...H00或G44...H00来替代G49的取消刀具长度补偿功能。7、基本编程指令1、G00快速定位格式：G90/G91G00X_Y_Z_说明：G00这条指令所作的就是使刀具以快速的速率移动到指定的位置，被指令的各轴之间的运动是互不相关的，也就是说刀具移动的轨迹不一定是一条直线。G00指令下，快速倍率为100％时，该速度不受当前F值的控制绝对/相对编程，与数车FANUC不同2、G01直线加工格式：G90/G91G01X_Y_Z_F_ZW原点XaXbYZbABZaYaYbX2、G02/G03圆弧加工①、圆弧插补只能在某平面内进行，不能简单地套用G00/G01的格式。G90/G91G02/G03X_Y_Z_R_F_G90/G91G02/G03X_Y_Z_I_J_K_F_②、笛卡尔坐标系提供了3个平面选择XY平面——G17指令选择XZ平面——G18指令选择YZ平面——G19指令G17G90(G91)G02(G03)X...Y...R...(I...J...)F...G18G90(G91)G02(G03)X...Z...R...(I...K...)F...G19G90(G91)G02(G03)Y...Z...R...(J...K...)F...③、顺/逆圆弧的判断圆弧顺逆：从垂直于圆弧加工平面的第三轴的正方向看，从而判