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数铣技能实训资料

数铣技能实训

任务书

绪论

数控设备的产生与发展

1．数控设备的产生

科学技术和社会生产的不断发展，对加工机械产品的生产设备提出了三高（高性能、高精度和高自动化）的要求。

为了解决上述问题，一种新型的数字程序控制机床应运而生，它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产，特别是复杂型面零件提供了自动化加工手段。

2．数控设备的发展

在第一台数控机床问世至今的50年中，先后经历了电子管（1952年）、晶体管和印刷电路板（1960年）、小规模集成电路（1965年）、小型计算机（1970年）、微处理器或微型计算机（1974年）和基于PC-NC的智能数控系统（90年代后）等六代数控系统。

前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑（硬线）数控系统，简称NC（NumericalControl），目前已被淘汰。

第四代数控系统采用小型计算机取代专用控制计算机，数控的许多功能由软件来实现，故这种数控系统又称为软线数控，即计算机数控系统，简称CNC（ComputerNumericalControl）。

1974年采用以微处理器为核心的数控系统，形成第五代微型机数控系统，简称MNC（Micro-computerNumericalControl）。

以上CNC与MNC统称为计算机数控。

CNC和MNC的控制原理基本上相同，目前趋向采用成本低、功能强的MNC。

现在发展了基于PC-NC的第六代数控系统，它充分利用现有PC机的软硬件资源，规范设计新一代数控。

在数控系统不断更新换代的同时，数控机床的品种得以不断地发展。

数控机床是数控设备的典型代表。

数控激光与火焰切割机等数控设备也得到了广泛的应用。

安全事项

课题一安全文明生产及数控铣床日常保养

一、安全操作基本注意事项

1）应穿紧身工作服，袖口扎紧；高速铣削时要戴防护镜；铣削铸铁件时应戴口罩；操作时，严禁戴手套。

2）不要移动或损坏安装在机床上的警告标牌。

3）不要在机床周围放置障碍物，工作空间应足够大。

4）某一项工作如需要俩人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致。

5）不允许采用压缩空气清洗机床、电气柜及NC单元。

二、工作前的准备工作

1）机床工作开始工作前要有预热，认真检查润滑系统工作是否正常。

2）检查刀具表内刀具是否与程序内刀具信息一致；检查刀具的完好程度。

3）检查程序是否正确、切削用量的选择是否合理。

4）检查卡盘夹紧工作的状态，必须在确认工件夹紧后才能启动机床。

5）确定机床状态及各开关位置（进给倍率开关应为0）。

6）机床开动前，必须关好机床防护门。

三、工作过程中的安全注意事项

1）运行程序，观察机床动作及进给方向与程序是否相符，逐渐加大进给倍率开关。

2）禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷来清理。

3）禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位。

4）禁止加工过程中量活、变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床。

5）机床运转中，操作者不得离开岗位，机床发现异常现象立即停车。

6）经常检查轴承温度，过高时应找有关人员进行检查。

7）在加工过程中，不允许打开机床防护门。

四、工作完成后的注意事项

1）清除切屑、擦拭机床，使用机床与环境保持清洁状态。

2）注意检查或更换磨损坏了的机床导轨上的油察板。

3）检查润滑油、冷却液的状态，及时添加或更换。

4）依次关掉机床操作面板上的电源和总电源。

数控加工中心的维护与保养

因数控机床结构复杂，自动化程度较高，为了充分发挥机床的优越性，提高加工效率，延长机床使用寿命，数控机床的维护与保养就成为一个对于初学者来说首先要关注的问题。

为了更具体地说明日常保养的周期、检查部位和要求，数控机床的日常保养如下所示，以供参考。

一、日常维护与保养

1）每次开机前，检查机床输入电压，应为380±10%。

2）压缩空气压力必须为0.6Mpa，随时检查是否有漏气现象。

3）检查X、Y、Z轴导轨面，如有铁屑等颗粒附着在上面，应及时清除；如导轨有伤痕，应用油石磨平。

4）每次安装刀具前，必须检查拉钉是否牢固地安装在刀柄上。

5）每次开机前，要检查导轨及滚珠丝杠润滑情况，导轨及滚珠丝杠必须得到充分润滑后方可运行机床。

如果机床长时间没有运行，应启动自动润滑泵按下钮数次，使润滑油循环，渗出导轨和滚珠丝杠。

6）机床开机后，应首先进行返回机床参考点操作，然后再低速运行10-20分钟。

检查是否有不正常的声音、振动现象。

7）每次机床运行结束后，必须全面清洁机床，特别要保持导轨操作面板清洁。

此外要在主轴锥孔和刀具锥柄上涂上机械油以防生锈，但再次开机应擦去主轴锥孔和刀具锥柄上的机械油。

二、定期维护

1）每周检查集中润滑站油箱油位。

应高于一半，如油位不达标，应及时补充规定牌号的润滑油至油箱容量的80%。

2）每周检查主轴齿轮油位，应恒定为观察窗的一半。

3）每周检查冷却箱液位，应达到冷却箱的容量的3/4以上。

4）每月清洗冷却液过滤网一次。

5）每半年检查X、Y、Z轴导轨面的刮油片，如有损坏，应立即更换。

6）每半年更换冷却液一次。

7）每半年清洗集中润滑站过滤器一次。

8）每半年调整X、Y、Z轴导轨镶条斜楔一次。

9）每三年更换主轴箱齿轮油一次。

10）每三年更换主轴轴承，轴向轴承的润滑油脂。

课题二认识FANUCOi系统机床及系统面板

知识点

了解数控机床的基本结构组成与分类。

了解数控机床的工作原理。

了解数控面板各功能键作用。

技能点

能通过面板按键操作控制数控机床。

掌握数控系统的基本功能。

一、任务描述

了解数控机床的各组成结构，认识数控机床的系统面板，是学习数控机床操作的必要条件，本课题将围绕这些问题进行介绍。

二、任务分析

了解数控机床、数控系统、操作面板各功能按键等方面知识，是数控机床操作的首要任务。

三、相关知识

数控设备的工作原理、组成与特点

（1）数控设备的工作原理

图1-1是数控设备的一般工作原理图。

（2）数控设备的组成与功能

数控设备的基本结构框图如图1-2所示。

主要由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等四部分组成。

（3）数控设备的特点

数控设备是一种高效能自动化加工设备。

与普通设备相比，数控设备具有如下特点。

（1）适应性强；

（2）精度高，质量稳定；（3）生产率高；（4）能完成复杂型面的加工；（5）减轻劳动强度，改善劳动条件；（6）有利于生产管理。

2、数控设备的分类

数控机床通常从以下不同角度进行分类。

（1）．按工艺用途分类

目前，数控机床的品种规格已达500多种，按其工艺用途可以划分为以下四大类：

1）金属切削类它又可分为两类：

①普通数控机床

②数控加工中心

2）金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。

3）特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。

4）测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。

（2）．按控制运动的方式分类

1）点位控制数控机床

2）点位直线控制数控机床

3）轮廓控制数控机床

（3）按伺服系统的控制方式分类

1）开环数控机床

开环控制的数控机床一般适用于中、小型经济型数控机床。

2）半闭环控制数控机床，这类控制可以获得比开环系统更高的精度，调试比较方便，因而得到广泛应用。

3）闭环控制数控机床，

闭环控制数控机床一般适用于精度要求高的数控机床，如数控精密镗铣床。

（4）按所用数控系统的档次分类

按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低、中、高档三类。

以上中、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。

2、按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类

数控铣床可分为数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。

1）．数控立式铣床

图1-6数控立式铣床图1-7数控卧式铣床图1-8数控龙门铣床

如图1-6所示。

2）．数控卧式铣床

如图1-7所示。

3）．数控龙门铣床

对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构，保证机床的整体刚性和强度，即数控龙门铣床，有工作台移动和龙门架移动两种形式。

它适用于加工飞机整体结构件零件、大型箱体零件和大型模具等，如图1-8所示。

3、按数控系统的功能分类

数控铣床可为经济型数控铣床、全功能数控铣床和高速铣削数控铣床等。

1）．经济型数控铣床

2）．全功能数控铣床

采用半闭环控制或闭环控制，数控系统功能丰富，一般可以实现4坐标以上联动，加工适应性强，应用最广泛。

3）．高速铣削数控铣床

高速铣削是数控加工的一个发展方向，技术已经比较成熟，已逐渐得到广泛的应用。

各种机床的实物图

名称

实物

名称

实物

数控插齿机

数控电火花线切割机床

数控滚齿机

数控电火花成型机

名称

实物

名称

实物

数控刀具磨床

数控火焰切割机

数控镗床

数控激光加工机

数控折弯机

三坐标测量仪

数控全自动弯管机

数控对刀仪

数控旋压机

数控绘图仪

4、数控铣床的主要功能

不同档次的数控铣床的功能有较大的差别，但都应具备以下主要功能。

1）．铣削加工

数控铣床一般应具有三坐标以上联动功能，能够进行直线插补和圆弧插补，自动控制旋转的铣刀相对于工件运动进行铣削加工，如图1-9所示。

坐标联动轴数越多，对工件的装夹要求就越低，加工工艺范围越大。

2）．孔及螺纹加工

可以采用定尺寸孔加工刀具进行钻、扩、铰、锪、镗削等加工，也可以采用铣刀铣削不同尺寸的孔，如图所示。

图1-9图1-10

3）．刀具补偿功能

一般包括刀具半径补偿功能和刀具长度补偿功能。

4）．公制、英制单位转换

可以根据图纸的标注选择公制单位（mm）和英制单位（inch）进行程序编制，以适应不同企业的具体情况。

5）．绝对坐标和增量坐标编程

程序中的坐标数据可以采用绝对坐标或增量坐标，使数据计算或程序的编写更方便。

6）．进给速度、主轴转速调整

数控铣床控制面板上一般设有进给速度、主轴转速的倍率开关，用来在程序执行中根据加工状态和程序设定值随时调整实际进给速度和主轴实际转速，以达到最佳的切削效果。

一般进给速度调整范围在0%~150%之间，主轴转速调整范围在50%~120%之间。

7）．固定循环

固定循环是固化为G指令的子程序，并通过各种参数适应不同的加工要求，主要用于实现一些具有典型性的需要多次重复的加工动作，如各种孔、内外螺纹、沟槽等的加工。

使用固定循环可以有效地简化程序的编制。

但不同的数控系统对固定循环的定义有较大的差异，在使用的时候应注意区别。

8）．工件坐标系设定

9）．数据输入输出及DNC功能

10）．子程序

11）．数据采集功能

12）．自诊断功能

5、主要加工对象

数控铣床主要用于加工各种材料如黑色金属、有色金属及非金属的平面轮廓零件、空间曲面零件和孔加工。

1）．平面轮廓零件

2）．空间曲面零件

3）．孔

4）．螺纹

内、外螺纹，圆柱螺纹，圆锥螺纹等都可以在数控铣床上加工。

数控铣床CRT/MDI面板上各键功用

键

名称

功用说明

地址/数字

输入键

按下这些键，输入字母、数字和运算符号等

上档键

按下此键，在地址输入栏出现上标符号（显示器倒数第三行），由原来的〉__变为〉^，此时再按下“地址/数字输入键”，则可输入其右下角的字母、符号等

段结束符键

在编程时用于输入每个程序段的结束符“；”

位置显示键*

在CRT上显示加工中心当前的工件、相对或综合坐标位置

程序键*

在EDIT方式，显示在内存中的信息和所有程序名称，进入程序输入、编辑状态

在MDI方式，显示和输入MDI数据，进行简单的程序操作

补偿量等参数

设定与显示键*

刀具长度、半径补偿量的设置，工件坐标系G54～G59、G54.1P1～P48和变量等参数的设定与显示

系统参数键*

系统参数等设置按此键进入

报警显示键*

按此键显示报警内容、报警号

图像显示键*

可显示当前运行程序的走刀轨迹线形图

插入键

在编程时用于插入输入的字（地址、数字）

替换键

在编程时用于替换输入的字（地址、数字）

回退键

按下此键，可回退清除输入到地址输入栏“〉”后的字符

删除键

在编程时用于删除已输入的字及删除在内存中的程序

输入键

除程序编辑方式外，输入参数值等必须按下此键才能输入到NC内。

另外，与外部设备通讯时，按下此键，才能启动输入设备，开始输入数据或程序到NC内

复位键

按下此键，复位CNC系统。

包括取消报警、中途退出自动操作运行等

页面变换键

用于CRT屏幕选择不同的页面。

：

返回上一级页面，

：

进入下一级页面

光标移动键

用于CRT页面上、下、左、右移动光标（系统光亮显示）

帮助键

可以获得必要的帮助

屏幕软键

屏幕软键根据CRT页面最后一行所提供的信息，进入相应的功能页面

：

菜单返回键。

返回上一级菜单

：

菜单扩展键。

进入下一级菜单

同时按任何一个功能键（表1-1中打*者）按钮和“CAN”，页面的显示就会消失，这时系统内部照样工作。

之后再按其中任一个功能键，页面会再一次显示。

长时间接通电源而不必使用CRT时（如加工零件时间较长、采用DNC由计算机边传输边加工而不需要页面显示），请预先清除页面，以防止页面质量下降。

课题三数控铣床/加工中心基本操作

知识点

掌握数控机床坐标系的基本概念。

掌握数控机床指令代码意义

掌握控制面板上的各按键的功能。

技能点

能通过面板按键操作控制数控机床。

正确使用控制面板上的各个功能键。

能通过面板按键操作FANUC0i系统加工中心的各种运动。

一、任务描述

加工中心的操作有很多方式，在课题一中介绍了各按键的功能。

那么，如何实现机床的自动加工呢？

这就要求操作者首先熟练掌握机床的基本操作。

二、任务分析

本课题主要介绍FANUC0i加工中心控制面板上各按键的功能及操作方法，通过学习，掌握加工中心的基本操作。

三、相关知识

加工中心在编程时，对加工中心自动运行的各个动作，如主轴的转、停；刀具的自动换刀；切削的进给速度；切削液的开、关等，都要以指令的形式予以给定。

我们把这类指令称为功能指令，它有准备功能G指令、辅助功能M指令以及F、S、T、H、D指令等几种。

1.准备功能G指令

准备功能G指令有模态和非模态两种指令。

非模态G指令只在指令它的程序段中有效；模态G指令一直有效，直到被同一组的其它G指令所替代。

FANUC0i－MB加工中心的准备功能G指令见表3－2。

表3－2FANUC0i－MB系统准备功能G指令

G指令

组号

功能

G指令

组号

功能

G00*

定位

G50.1*

可编程镜像取消

G01（*）

直线插补

G51.1

可编程镜像有效

G02

顺时针圆弧插补/螺旋线插补

G52

局部坐标系设定

G03

逆时针圆弧插补/螺旋线插补

G53

选择机床坐标系

G04

停刀，准确停止

G54*

选择工件坐标系1

G05.1

AI先行控制

G54.1

选择附加工件坐标系（P1～P48）

G07.1（G107）

圆柱插补

G55

选择工件坐标系2

G08

先行控制

G56

选择工件坐标系3

G09

准确停止

G57

选择工件坐标系4

G10

可编程数据输入

G58

选择工件坐标系5

G11

可编程数据输入方式取消

G59

选择工件坐标系6

G15*

极坐标指令取消

G60

00/01

单方向定位

G16

极坐标指令

G61

准确停止方式

G17*

选择XPYP平面

XP:

X轴或其平行轴

YP:

Y轴或其平行轴

ZP:

Z轴或其平行轴

G62

自动拐角倍率

G18（*）

选择ZPXP平面

G63

攻丝方式

G19（*）

选择YPZP平面

G64*

切削方式

G20

英吋输入

G65

宏程序调用

G21

毫米输入

G66

宏程序模态调用

G22*

存储行程检测功能有效

G67*

宏程序调用取消

G23

存储行程检测功能无效

G68

坐标旋转/三维坐标转换

G25*

主轴速度波动监测功能无效

G69*

坐标旋转取消/三维坐标转换取消

G26

主轴速度波动监测功能有效

G73

排屑钻孔循环

G27

返回参考点检测

G74

左旋攻丝循环

G28

返回参考点

G76

精镗循环

G29

从参考点返回

G80*

固定循环取消/外部操作功能取消

G30

返回第2，3，4参考点

G81

钻孔循环、锪镗循环或外部操作功能

G31

跳跃功能

G82

钻孔循环或反镗循环

G33

螺纹切削

G83

排屑钻孔循环

G37

自动刀具长度测量

G84

攻丝循环

G39

拐角偏置圆弧插补

G85

镗孔循环

G40*

刀具半径补偿取消/三维补偿取消

G86

镗孔循环

G41

左侧刀具半径补偿/三维补偿

G87

背镗循环

G42

右侧刀具半径补偿

G88

镗孔循环

G40.1（G150）*

法线方向控制取消方式

G89

镗孔循环

G41.1（G151）

法线方向控制左侧接通

G90*

绝对值编程

G42.1（G152）

法线方向控制右侧接通

G91（*）

增量值编程

G43

正向刀具长度补偿

G92

设定工件坐标系或最大主轴速度箝制

G44

负向刀具长度补偿

G92.1

工件坐标系预置

G45

刀具偏置量增加

G94*

每分进给

G46

刀具偏置量减少

G95

每转进给

G47

2倍刀具偏置量

G96

恒表面速度控制

G48

1/2刀具偏置量

G97*

恒表面速度控制取消

G49*

刀具长度补偿取消

G98*

固定循环返回到初始点

G50*

比例缩放取消

G99

固定循环返回到R点

G51

比例缩放有效

编程时，前面的0可省略，如G00、G01可简写为G0、G1。

注：

①带*号的G指令表示接通电源时，即为该G指令的状态。

G00、G01；G17、G18、G19；G90、G91由参数设定选择。

②00组G指令中，除了G10和G11以外其它的都是非模态G指令。

③一旦指令了G指令表中没有的G指令，显示报警。

（NO.010）

④不同组的G指令在同一个程序段中可以指令多个，但如果在同一个程序段中指令了两个或两个以上同一组的G指令时，则只有最后一个G指令有效。

⑤在固定循环中，如果指令了01组的G指令，则固定循环将被自动取消，变为G80的状态。

但是，01组的G指令不受固定循环G指令的影响。

⑥G指令按组号显示。

2.辅助功能M指令

M指令主要用于机床操作时的工艺性指令，如主轴的启停、切削液的开关等。

它分为前指令和后指令两类。

前指令是指该指令在程序段中首先被执行（不管该指令是否写在程序段的前或后），然后执行其它指令；后指令则相反。

具体的M指令参见表3－3。

表3－3FANUC0i－MB系统辅助功能M指令

指令

功能

指令执行类别

指令

功能

指令执行类别

M00

程序停止

后指令

M30

程序结束并返回

后指令

M01

程序选择停止

M63

排屑起动

单独程序段

M02

程序结束

M64

排屑停止

M03

主轴正转

前指令

M80

刀库前进

M04

正转反转

M81

刀库后退

M05

主轴停止

后指令

M82

刀具松开

M06

刀具自动交换

前指令

M83

刀具夹紧

M08

切削液开（有些厂家设置为M07）

M85

刀库旋转

M09

切削液关

后指令

M98

调用子程序

后指令

M19

主轴定向

单独程序段

M99

调用子程序结束并返回

M29

刚性攻丝

编程时，前面的0可省略，如M00、M01可简写为M0、M1。

（1）M00指令M00实际是一个暂停指令。

当执行有M00指令的程序段后，程序停止执行（进给停止，但主轴仍然旋转）。

它与单段程序执行后停止相同，模态信息全部被保存，按下“循环启动”按钮，可使加工中心继续运转。

利用该指令的暂停功能，可以用来检测加工工件的尺寸，但在执行上述操作时,在M00程序段前必须加一个M05的程序段，使主轴停转。

（2）M01指令M01指令的作用和M00相似，但它必须是在预先按下操作面板上的“程序选择停止”按钮的情况下，当执行完编有M01指令的程序段的其它指令后，才会停止执行程序。

如果不按下“程序选择停止”按钮，M01指令无效，程序继续执行。

（3）M02与M30M02只将控制部分复位到初始状态，表示程序结束；M30除将机床及控制系统复位到初始状态外，还自动返回到程序开头位置，为加工下一个工件作好准备。

在一个程序段中只能指令一个M指令，如果在一个程序段中同时指令了两个或两个以上的M指令时，则只有最后一个M指令有效，其余的M指令无效。

3.其它指令

（1）进给速度指令——F

进给速度指令用字母F及其后面的若干位数字来表示，单位为mm/min（G94有效）或mm/r（G95有效）。

例如在G94有效时，F150表示进给速度为150mm/min。

一旦用F指令了进给速度就一直有效，直到指令新的F指令。

（2）主轴转速指令——S

主轴转速指令用字母S及其后面的若干位数字来表示，单位为r/min。

例如，S300表示主轴转速为300r/min。

（3）刀具指令——T

它由字母T及其后面的三位数字表示，表示刀具号。

如T001（编程时前面的0可省略，简写为T1）。

（4）刀具长度补偿值和刀具半径补偿值指令——H和D

它由字母H和D及其后面的三位数字表示，该三位数字为存放刀具补偿量的存储器地址字（番号）。

刀具补偿存储器页面见图3－4，如H003（编程时前面的0可省略，简写为H3），则调用的长度偏置值为－298.561mm；D003（编程时前面的0可省略，简写为D3），则调用的半径补偿量为7mm。

图3－4刀具补偿存储器页面

（五）FAMUC0i－MB系统程序结构

1.加工程序的组成

加工程序可分为主程序和子程序，但不论是主程序还是子程序，每一个程序都是由若干个程序段组成。

程序段是由一个或若干个字（字是由表示地址的字母和数字、符号等组成，它表示控制数控机床完成一定功能的具体指令）组成，它表示数控机床为完成某一特定动作而需要的全部指令。

例如：

O3001

N1M6T1；

N2G54G90G0G43H1Z100；

N3M3

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