数控铣床编程与加工 实训指导书.docx

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数控铣床编程与加工实训指导书

«数控铣床编程与加工»实训指导书

西京学院机电系数控中心

实训一数控铣床的基本操作

一、实训目的与要求

（１）了解数控铣床基本操作。

（２）学习HNC-21M数控系统的基本操作。

二、实训仪器与设备

（１）配HNC-21M数控系统的ZJK7532A-3/4数控铣床。

（２）材料：

硬铝尺寸140X100X20刀具ø12的立铣刀。

三、相关知识概述

1．数控机床的组成

数控机床由计算机数控系统和机床本体两部分组成。

计算机数控系统主要包括输入/输出设备、CNC装置、伺服单元、驱动装置和可编程控制器（PLC）等。

2．ZJK7532A-3/4数控铣床的操作

（1）HNC-21M数控系统的操作面板如图所示。

（2）HNC-21M数控系统的软件操作界面。

（3）HNC-21M数控系统的功能菜单结构。

3．机床坐标系，工件坐标系的定义及各坐标轴方向的判定。

4．数控铣床的基本对刀。

四、实训的内容

（1）现场了解数控机床的组成及功能。

（2）接通电源，启动系统，进行手动“回零”、“点动”、“步进”操作。

（3）用MDI功能控制机床运行（程序指令：

G91G00X-10Y-10Z10），观察程序轨迹及机床坐标变化。

（4）在数控铣床中输入以下程序，进行程序效验。

%0001

N1G54G90G40G49G80；

N2T01M06；

N3M03S800；

N4G00X0Y0；

N5Z10；

N6G01Z-5F100；

N7X50F200；

N8Y50；

N9X-50；

N10Y-50；

N11X50；

N12Y0；

N13X0；

N14G00Z100；

N15M05；

N16M30；

（5）现场演示数控铣床的对刀的基本步骤。

五、实训总结

数控机床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补以及在加工过程中能进行多轴联动等功能特点。

数控铣床主要用于壳体类零件的加工，能自动完成球面、抛物面、椭球面等各种曲面的加工，并能进行铣槽、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等工作。

六、实训报告

（1）数控机床由哪几部分组成？

（2）为什么每次启动系统后要进行回零？

（3）绘出运行程序的走刀轨迹，并标出轨迹各段所对应的程序号。

（4）采用ø12的立铣刀分别对工件两侧面，在机床坐标系显示值分别为X=-207.033Y=-100.89,求工件原点的坐标值。

（图示为刀具的运动方向）

实训二铣削加工－利用子程序编程及加工

一、实训目的与要求

（１）了解数控铣床加工程序的基本结构；

（２）掌握HNC-21M数控系统编程指令、格式以及子程序的编程技巧。

二、实训仪器与设备

（１）配HNC-21M数控系统的ZJK7532A-3/4数控铣床。

（２）材料：

硬铝尺寸140X100X20刀具ø12的立铣刀。

三、相关知识概述

不同的数控系统的程序格式一般都有差异，但程序的结构基本相同。

一个完整的程序由程序名、程序的内容（程序段）和程序结束三部分组成。

零件程序的结构组成如下所示：

%XXXX；程序名

。

。

。

。

。

。

；程序段

M30；程序结束

当程序中含有某些固定顺序或重复出现的区域时，这些固定顺序或重复出现的区域可以作为子程序存入存储器以简化程序。

子程序与主程序的区别是：

子程序结束时代码用“M99”，而不用“M30”或“M02”。

子程序不能单独运行。

调用子程序的格式：

M98P_L_

四、实训的内容

（１）HNC-21M数控系统编程指令格式，编制出如图所示零件的加工程序。

（２）根据上述加工零件，制定加工工艺。

1）工艺分析。

①技术要求。

通过调用子程序循环加工。

②加工工艺的确定。

装夹定位的确定：

采用机用虎钳装夹。

工艺路线的确定：

先行切粗铣槽单边留0.5MM余量再环切精加工槽。

③加工刀具的确定：

ø12的立铣刀两把。

④刀具的加工路线先行切粗加工槽再环切精加工槽。

⑤切削用量：

粗加工刀具ø12主轴转速800r/min，进给速度200mm/min

精加工刀具ø12主轴转速800r/min，进给速度150mm/min

2）数学计算

3）程序编辑

子程序

%1011

G91X87F200

Y10；

X-87；

Y10；

M99；

主程序

%0002

G54G90G40G49G80；

M03S800；

G00X-43.5Y-33.5；

Z10；

G01Z-5F100；

M98P1011L3；

G01X87F200

Y7；

X-87；

G90G00Z10；

X0Y-30；

G01Z-5F150

G41D01X-10；

G03X0Y-40R10；

G01X40；

Y40；

X-50；

Y-40；

X0；

G03X10Y-30R10；

G01G40X0；

G00Z100；

M30；

在HNC-21M数控系统中输入程序进行效验并进行加工。

五、实训总结

数控铣床常常会用到平面铣削循环，这种循环主要用于平面、凸曲面的加工，常用的刀具有面铣刀、端铣刀、球头铣刀。

对加工路径有重复的情况，采用子程序编程就非常方便。

六、实训报告

（1）零件加工设备的概述（系统名称、机床型号）。

（2）零件加工过程的概述（零件图、刀具轨迹、加工程序）。

（3）调用子程序的格式。

实训三铣削加工－利用刀具半径补偿功能编程及加工

一、实训目的与要求

（１）学习数控加工编程中的数值计算方法。

（２）学习数控加工编程中刀具半径补偿功能。

二、实训仪器与设备

（１）配HNC-21M数控系统的ZJK7532A-3/4数控铣床。

（１）材料：

硬铝尺寸140X100X30刀具ø12的立铣刀

三、相关知识概述

在进行零件轮廓加工时，刀具中心轨迹相对于零件轮廓应让开一个刀具半径的距离，即刀具半径偏置或刀具半径补偿。

根据零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控系统能自动完成刀具半径补偿功能。

G40、G41、G42为刀具半径补偿指令。

格式：

X_Y_Z_D_

说明：

G40：

取消刀具半径补偿；

G41：

左刀补（在刀具前进方向左侧补偿），如图（a）；

G42：

右刀补（在刀具前进方向右侧补偿），如图（b）；

X,Y,Z：

G00/G01的参数，即刀补建立或取消的终点（注：

投影到补偿平面上的刀具轨迹受到补偿）；

D：

G41/G42的参数，即刀补号码，它代表了刀补表中对应的半径补偿值。

G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。

注意：

（1）刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行；

（2）刀具半径补偿的建立与取消只能用G00或G01指令，不得是G02或G03。

四、实训的内容

（１）HNC-21M数控系统编程指令格式，编制出如图所示零件的加工程序。

（２）根据上述加工零件，制定加工工艺。

1．工艺分析。

①技术要求。

利用刀具半径补偿功能完成一次零件的精加工。

2加工工艺的确定

③加工刀具：

直径Φ12的立铣刀。

④切削用量：

参照《工艺手册》有关资料选择主轴转速

600rpm，进给速度200mm/min。

⑤工艺路线：

工艺路线如图的箭头所示。

⑥装夹定位的确定：

采用机用虎钳装夹装。

2.加工程序的编制

（1）确定工件坐标系

选择凸轮大圆的圆心为工件坐标系X、Y轴零点，工件表面为Z轴零点，建立工件坐标系。

（2）数学处理

在编制程序之前要计算每一圆弧的起点坐标和终点坐标值，有了坐标值方能正式编程。

计算过程此处不再赘述，算得的基点坐标分别为

A（18.856,36.667）B（28.284,10.000）

（3）零件程序编制

根据算得的基点和设定的工件坐标系，编制零件程序。

参考程序：

%2000

N01G54G90G40G49G80

N02M03S600

N03G00X10Y60

N04G00Z10

N05G01Z-5F200

N06G01G42D01Y50F200

N07G03Y50J50

N08G03X18.856Y-36.667R20.0

N09G01X28.284Y-10.0

N10G03X28.284Y10.0R30.0

N11G01X18.856Y36.667

N12G03X0Y50R20

N13G01X10

N14G01G40Y60

N15G00Z100

N16M05

N17M30

在HNC-21M数控系统中输入程序进行效验并进行加工。

五、实训总结

数控一般具有刀具半径补偿功能，根据零件轮廓编制的程序和预先存放在数控系统内存中的刀具偏置参数，数控系统自动的计算刀具中心轨迹，并控制刀具进行加工。

如没有刀具半径补偿功能，刀具因更换或重磨而改变刀具等原因造成刀具中心偏移量时，都要按刀具中心轨迹重新编制加工程序，这将极其繁琐，并且影响生产的正常运行。

上述程序中，D01为数控系统的内存地址。

在运行程序进行加工之前，将刀具中心偏移量输入内存地址D01中。

如果偏移量改变，则要将偏移量新值输入。

六、实训报告

（1）零件加工设备的概述（系统名称、机床型号）。

（2）零件加工过程的概述（零件图、刀具轨迹、加工程序）。

（3）刀具半径补偿功能指令有几种？

其含义是什么？

实训四铣削加工－利用孔的固定循环功能编程及加工

一、实训目的与要求

掌握HNC-21M数控系统中孔循环的各种指令格式以及加工孔的动作。

二、实训仪器与设备

（１）配HNC-21M数控系统的ZJK7532A-3/4数控铣床。

（２）材料：

硬铝尺寸250X160X30

刀具ø2.5中心钻ø19.8钻头ø18钻头ø20H7镗刀

三、相关知识概述

数控加工中，某些加工动作循环已经典型化。

例如，钻孔、镗孔的动作是孔位平面定位、快速引进、工作进给、快速退回等，这样一系列典型的加工动作已经预先编好程序，存储在内存中，可用称为固定循环的一个G代码程序段调用，从而简化编程工作。

孔加工固定循环指令有G73，G74，G76，G80～G89，通常由下述6个动作构成。

（1）X、Y轴定位；

（2）定位到R点（定位方式取决于上次是G00还是G01）；

（3）孔加工；

（4）在孔底的动作；

（5）退回到R点（参考点）；

（6）快速返回到初始点。

固定循环的数据表达形式可以用绝对坐标（G90）和相对坐标（G91）表示，如图所示，其中图（a）是采用G90的表示，图（b）是采用G91的表示。

固定循环的程序格式包括数据形式、返回点平面、孔加工方式、孔位置数据、孔加工数据和循环次数。

数据形式（G90或G91）在程序开始时就已指定，因此，在固定循环程序格式中可不注出。

固定循环的程序格式如下：

G_X_Y_Z_R_Q_P_I_J_K_F_L_；

说明：

G98：

返回初始平面；

G99：

返回R点平面；

G_：

固定循环代码G73，G74，G76和G81~G89之一；

X、Y：

加工起点到孔位的距离（G91）或孔位坐标（G90）；

R：

初始点到R点的距离（G91）或R点的坐标（G90）；

Z：

R点到孔底的距离（G91）或孔底坐标（G90）；

Q：

每次进给深度（G73/G83）；

I、J：

刀具在轴反向位移增量（G76/G87）；

P：

刀具在孔底的暂停时间；

F：

切削进给速度；

L：

固定循环的次数。

G73、G74、G76和G81~G89、Z、R、P、F、Q、I、J、K是模态指令。

G80、G01~G03等代码可以取消固定循环。

四、实训的内容

（１）HNC-21M数控系统编程指令格式，编制出如图所示零件的加工程序。

（２）根据上述加工零件，制定加工工艺。

1．工艺分析。

①技术要求。

毛坯四周、底面、顶面已预先加工。

②加工工艺的确定。

装夹定位的确定：

采用机用虎钳装夹。

工艺路线的确定：

粗加工半精加工精加工

③加工刀具的确定：

ø2.5中心钻ø18钻头ø19.8钻头ø20H7镗刀

3切削用量：

ø2.5中心钻主轴转速1500r/min，进给速度200mm/min

ø18中心钻主轴转速1000r/min，进给速度200mm/min

ø19.8钻头主轴转速1000r/min，进给速度200mm/min

ø20H7镗刀主轴转速300r/min，进给速度50mm/min

2）数学计算

3）程序编辑

主程序

%0003

N01T01M06（ø2.5中心钻）

N02G54G90G40G49G80

N03M03S1500

N04G00X50Y50

N05G43H01Z50

N06M08

N07G99G81R5Z-4.5F200

N08M98P1011

N09M09

N10G49G00Z100

N11T02M06（ø18钻头）

N12M03S1000

N13G00X50Y50

N14G43H02Z50

N15M08

N16G99G83R5Q-5K3Z-35F200

N17M98P1011

N18M09

N19G49G00Z100

N20T03M06（ø19.8钻头）

N21M03S1000

N22G00X50Y50

N23G43H03Z50

N24M08

N25G99G81R5Z-35F200

N26M98P1012

N26M09

N27G49G00Z100

N28T04M06（ø20H7镗刀）

N29M03S300

N30G00X50Y50

N31G43H04Z50

N32M08

N33G99G86R5Z-32F50

N34M98P1012

N35M09

N36G49G00Z100

N37M30

子程序

子程序

%1011

X100Y50

X150

X200

Y110

X150

X100

X50

M99

%1012

X200Y110

M99

五、实训总结

该程序用到高速深孔加工循环指令，应使Z轴进行间隙性进给，以便深孔加工时容易排屑。

六、实训报告

（1）零件加工设备的概述（系统名称、机床型号）。

（2）零件加工过程的概述（零件图、工艺路线、加工程序）。

（3）孔加工循环指令有几种？

其含义分别是什么？

实训五铣削加工－利用宏指令编程

一、实训目的与要求

掌握HNC-21M数控系统中宏指令的编程技巧，了解宏程序的应用范围。

二、实训仪器与设备

（１）配HNC-21M数控系统的ZJK7532A-3/4数控铣床。

（２）材料：

硬铝尺寸140X100X20刀具ø12的立铣刀

三、相关知识概述

在程序编制中，宏程序是含有变量的程序，因为它允许使用变量、运算以及条件功能，则使程序编制更加合理。

此外，宏程序还提供了循环语句、分支语句和子程序调用语句，有利于编制各种复杂的零件加工程序，减少乃至免除了手工编程时繁琐的数值计算，还可以简化程序。

1）条件判断语句：

IFELSEENDIF

格式：

IF条件表达式

ELSE

ENDIF

2）循环语句：

WHILEENDW

格式：

WHILE条件表达式

ENDW

四、实训的内容

（１）HNC-21M数控系统编程指令格式，编制出如图所示零件的加工程序。

（２）根据上述加工零件，制定加工工艺。

1）工艺分析。

①技术要求。

通过调用子程序循环加工。

1．工艺分析。

①技术要求。

毛坯四周、底面、顶面已预先加工。

②加工工艺的确定。

装夹定位的确定：

采用机用虎钳装夹。

工艺路线的确定：

粗加工半精加工精加工

③加工刀具的确定：

ø12立铣刀

4切削用量：

主轴转速800r/min，进给速度200mm/min

⑤工艺路线：

刀具路线如图的箭头所示。

2）数学计算

3）程序编辑

1用自变量的自加功能实现循环铣外轮廓。

%0001

#10=100

#11=50

#12=20

#13=10

#14=80

#15=150

#101=12（粗加工）

#102=6.5（半精加工）

#103=6（精加工）

G54G90G40G49G80

M03S800

#0=0

G00X[-#13]Y[-#13]

Z[-#12]

WHILE#0LT3

G01G42X[0]Y[-#13]F#15D[#0+101]

G01Y[#11]

X[#10]

Y[0]

X[-#13]

G01G40Y[-#13]

#0=#0+1

ENDW

G00Z100

M30

2．利用宏指令加工椭圆

%0002

#20=100/2（长半轴）

#21=50/2（短半轴）

#22=2*PI

#23=5

#24=200

G54G90G40G49G80

M03S800

G00X60Y-10

Z[#23+10]

G01Z[-#23]F[#24]

X[#20]Y[0]

#10=0

WHILE#10LE#22

G01X[#20*COS[#10]]Y[#218SIN[#10]]#10=#10+PI/12

ENDW

Y10

G00Z100

M30

五、实训总结

宏程序指令抛物线、椭圆、双曲线等没有插补指令的曲线的编程；适合图形一样，只是尺寸不同的系列零件的编程；适合工艺路线一样，只是位置数据不同的系列零件的编程；运用宏程序可大大地简化编程；扩展数控铣床应用范围。

六、实训报告

（1）零件加工设备的概述（系统名称、机床型号）。

（2）零件加工过程的概述（零件图、工艺路线、加工程序）。

（3）分析宏程序的适用范围

实训六铣削加工－典型零件编程与加工

一、实训目的与要求

通过典型零件编程与加工，进一步熟悉和掌握HNC-21M数控系统常用指令的编程与加工工艺，加深对数控铣床工作原理的了解；

二、实训仪器与设备

（１）配HNC-21M数控系统的ZJK7532A-3/4数控铣床。

（２）材料：

硬铝尺寸140X100X20

刀具ø12的立铣刀ø2.5中心钻ø10钻头ø11.8钻头ø12H7铰刀

三、相关知识概述

数控铣床的主要加工对象为平面类零件、箱体类零件和曲面类零件，还能进行数控钻、镗、锪、铰及攻螺纹等孔加工操作。

由于数控铣床没有刀库，不具有自动换刀功能，所以其加工程序的编制比较简单；通常数值计算量不大的平面轮廓加工程序或孔加工程序可直接通过手工编程完成。

四、实训的内容

（１）HNC-21M数控系统编程指令格式，编制出如图所示零件的加工程序。

（２）根据上述加工零件，制定加工工艺。

1．工艺分析。

①技术要求。

毛坯四周、底面、顶面已预先加工

②加工工艺的确定。

装夹定位的确定：

采用机用虎钳装夹。

工艺路线的确定：

粗加工半精加工精加工

③加工刀具的确定：

ø12立铣刀ø2.5中心钻ø10钻头ø11.8钻头ø12H7铰刀

5切削用量：

ø12立铣刀主轴转速800r/min，进给速度200mm/min

ø2.5中心钻主轴转速1500r/min，进给速度200mm/min

ø10钻头主轴转速1000r/min，进给速度200mm/min

ø11.8钻头主轴转速1000r/min，进给速度200mm/min

ø12H7铰刀主轴转速300r/min，进给速度50mm/min

2）数学计算B点的坐标（34.293，7），A点的坐标（32.625，12.675）

3）程序编辑

%0001

T01M06（Ф12立铣刀）

G54G90G40G49

M03S1000

G0X-65Y60

G43H01Z10

M08

G01Z-3F300

Y-40.49

X-55

Y40.49

X-45

Y-40.49

X-40.49

Y-36

X-24

Y-30

X-40.49

Y30

X-24

Y36

X-40.49

Y40.49

X60

Y-40.49

X50

Y40.49

X44

Y-40.49

X40.49

Y-36

X24

Y-30

X40.49

Y30

X24

Y36

X40.49

Y40.49

G0Z10

X40.49Y-40.49

G01Z-3F100

X-40.49

X-62Y-46.8

X62

G0Z10

Y46.8

G01Z-3

X-62

G0Z10

G0X-50Y0

G01Z-3F300

G41D01Y7

G01X-34.293

M98P1012

G68X0Y0P-90

M98P1012

G68X0Y0P-180

M98P1012

G68X0Y0P-270

M98P1012

G69

G02X35Y0R35

G01G40X50

G49G0Z100

M09

M05

T02M06（Ф2.5中心钻）

M03S1800

G00X-50Y25

G43H03Z20

M08

G99G81R5Z-4.5F200

M98P1013

G0X0Y0

G99G81R5Z-4.5F200

G49G0Z100

M09

M05

T03M06（Ф10钻头）

M03S1500

G00X-50Y25

G43H03Z20

M08

G99G83R5Q-3K2Z-25F200

M98P1013

G0X0Y0

G99G83R5Q-3K2Z-25F200

G49G0Z100

M09

M05

T04M06（Ф11.8钻头）

M03S1500

G00X0Y0

G43H04Z20

M08

G99G81R5Z-25F150

G49G0Z100

M09

M05

T05M06（Ф12H7铰刀）

M03S350

G00X0Y0

G43H05Z20

M08

G99G85R5Z-25F80

G49G0Z100

M09

M05

M30

子程序

%1012

G01X-34.293Y-7

X-20

G03Y7R7

G01X-34.293

G02X-32.62Y12.67R35

G03X-12.67Y32.62R50

G02X-7Y34.293R35

M99

子程序

%1013

X50

Y-25

X-50

M99

五、实训总结

数控机床适合加工形状复杂的零件，对工人的技能要求不高，且不受人为因素的影响；对于批量加工的零件，其一致性好，加工效率高。

对于加工余量大且相对均匀的零件的加工，可采用调用子程序的方法。

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六、实训报告

（1）零件加工设备的概述（系统名称、机床型号）。

（2）零件加工过程的概述（零件图、工艺路线、加工程序）。

（3）根据本次实训，总结数控铣床加工零件的全过程。