数控机床操作实训指导书.docx
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数控机床操作实训指导书
数控机床操作
实训指导书
兰州交通大学机电工程学院
机械制造自动化系
2009年2月1日
数控机床操作安全注意事项
1、实训前安全注意事项：
（1）操作数控机床前要紧凑穿戴衣帽，做好安全防护，严禁戴手套操作机床；
（2）注意不要在机床周围和床身上放置障碍物，工作空间应足够大；
（3）机床开始工作前要空运转15min以上，使机床达到热平衡状态，并检查润滑系统工作是否正常；
（4）检查刀具，破损失效的要及时更换，注意调整刀具所用工具不要遗忘在机床内；
（5）刀具安装好后应进行一、二次试切削，试切削正常方可应用于实训加工。
（6）检查卡具状态是否良好，安装是否紧固，定位是否合理；
2、实训过程中的安全注意事项：
（1）实训时两人共同使用一台机床时，应轮流操作，严格注意相互间的协调一致；
（2）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；
（3）禁止加工过程中进行测量操作，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床；
（4）各坐标轴手动回零（机床参考点），若某轴在回零前已在零位，必须先将该轴移动离零点有效距离后，再进行手动回零点。
（5）刃磨和更换刀具时应停机进行，一定要重新对刀并修改好刀补值和刀补号。
（6）程序输入后要检查无误方可保存，并在未装工件以前空运行校验，确认无误后，方可开始加工。
（7）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；
（8）确认冷却液输出通畅流量充足，经常检查主轴轴承温度，过高时应找实训指导老师进行检查处理；
（9）在加工过程中，不允许打开机床防护门；
（10）严格遵守岗位责任制，机床由专人专组使用，严禁串岗操作；
3、实训后安全文明注意事项：
（1）整理归还量具工具刀具等，避免遗失或损坏；
（2）依次关闭机床操作面板上的电源和总电源；
（3）检查润滑油、冷却液的状态，及时添加或更换；
（4）清除切屑，擦拭机床，打扫卫生，保持整洁。
数控机床操作实训指导书
一、实训目的
1、了解数控机床的组成、结构、特点与运用；
2、掌握数控加工的工作原理；
3、掌握数控机床的基本操作步骤；
4、熟练掌握数控机床操作面板上各个按键的功用及其使用方法。
二、实训设备
1、CGM4300C数控铣床10台
2、CK6120数控车床6台
（a）CGM4300C数控铣床（b）CK6120数控车床
CGM4300C数控铣床和CK6120数控车床由浙江大学研发，采用具有国内先进水平，基于WINDOWS开放式数控系统及社会主流数控仿真系统。
加工范围广、价格经济、耗材低，广泛应用于数控、模具、机械、机电等专业的实践教学，具有良好的三轴联动铣削加工能力和两轴联动车削加工能力。
该机床采用工业标准PC技术和开放式结构设计，兼容性强，可适用先进的CAD/CAM软件。
可任意选择CG2000控制系统、SIEMENS、FANUC等仿真控制系统。
CGM4300C数控铣床主要技术参数
项目名称
单位
参数
工作台面积
mm
460×360
X、Y、Z行程
mm
400/300/170
X、Y、Z快速移动
m/min
2.4/2.4/0.8
定位精度
mm
0.04
重复精度
mm
0.02
刀具夹筒ER16
mm
3~10
主轴功率
kw
1.5
总功率
kw/v
2.5/220
主轴最高转速
r/min
24000
工作台最大负荷
kg
100
机床重量
kg
1000
数控系统
FANUC0-MD
CK6120数控车床主要技术参数
项目名称
单位
参数
床身最大加工直径
mm
200
托板最大回转直径
mm
130
最大加工工件长度
mm
180
最大行程
mm
270
主轴通孔直径
mm
40
主轴转速范围
r/min
470~1560
主电机功率
kw
1.2/1.5/2.1
电动刀架工位数
工位
4
X轴脉冲当量
mm
0.005
Z轴脉冲当量
mm
0.01
数控系统
FANUC0-TD
三、实训内容
1、数控机床操作安全技术
2、数控机床的组成、结构和工作原理
3、数控机床的操作面板与控制面板
4、数控机床的基本操作
（1）数控机床的启动和停止：
启动、停止、暂停、急停
（2）数控机床的手动操作：
手动操作回参考点、手动连续进给、增量进给、手轮进给
（3）数控机床的程序和管理：
加工程序的新建、输入、保存、修改
（4）数控机床的自动加工：
完成简单零件和综合零件的全过程数控加工
四、实训指导
（一）数控机床组成
1、CNC装置：
计算机数控装置是CNC系统的核心，由微处理器CPU、存储器、各I／O接口及外围逻辑电路等构成。
2、伺服系统：
伺服系统分为进给伺服系统和主轴伺服系统。
进给伺服系统主要由进给伺服单元和进给伺服电机组成，用于完成刀架和工作台的各项运动。
主轴伺服系统用于数控机床的主轴驱动，一般由恒转矩调速和恒功率调速。
为满足某些加工要求，还要求主轴和进给驱动能同步控制。
3、机床本体：
机床本体的设计与制造，首先应满足数控加工的需要，具有刚度大、精度高、能适应自动运行等特点。
由于一般均采用无级调速技术，使得机床进给运动和主传动的变速机构被大大简化甚至取消，为满足高精度的传动要求，广泛采用滚珠丝杆、滚动导轨等高精度传动件。
为提高生产率和满足自动加工的要求，还采用自动刀架以及能自动更换工件的自动夹具等。
以上是数控机床三大核心组成部分，输入装置、存储装置、测量反馈装置、润滑冷却装置等在现代数控机床中都集成于以上三大部分。
（二）数控机床的主要功能
1、连续轮廓控制功能
此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。
2、刀具半径补偿功能
此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。
3、刀具长度补偿功能
此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。
4、子程序调用功能
有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。
另外，现代高端数控机床通常还具有比例功能、镜像功能、旋转功能、宏程序功能等，但经济型机床一般不具有这些功能，我校现有该两种型号实训数控机床也不具有该功能。
（三）数控机床加工原理
用数控机床加工工件时，首先应编制零件加工程序，这是数控机床的工作指令。
将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启动、停止、进给运动的方向、速度和位移量，以及刀具选择交换、工件装夹和冷却润滑的开关等动作，使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、运行轨迹和运行参数进行工作，从而完成机械零件的自动加工。
（四）数控机床的分类
1、按加工用途分类：
（1）数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、加工中心等金属切削类数控机床。
（2）数控冲床、数控折弯机、数控旋压机等成型类数控机床。
（3）数控电火花切割机、数控电火花成型机、数控火焰切割机等特种加工类数控机床。
实训机床CGM4300C和CK6120属于金属切削类数控机床。
2、按控制轨迹分类：
（1）点位控制类数控机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床等，其特点是移动定位时不加工，要求以最快速度从一点运动到另一点，进行准确快速定位，一般来说各坐标轴之间没有严格的相对运动要求。
（2）直线控制类数控机床是在点位控制类数控机床基础上，对单个移动坐标轴进行运动速度控制，如数控刨床、数控磨床及简易数控车床等，可完成简单台阶形或矩形零件的加工。
（3）轮廓控制类数控机床也称为连续控制类数控机床，其特点是对两个或两个以上运动坐标的位移和速度，同时进行连续相关控制，使刀具与工件间的相对运动，符合工件加工轮廓的表面要求。
目前大多数金属切削机床的数控系统，均是轮廓控制系统。
根据其控制坐标轴的数目，可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动、四轴或五轴联动。
实训机床CGM4300C和CK6120属于轮廓控制类数控机床，前者三轴联动，后者两轴联动。
（五）数控机床坐标系规定
为了简化编制程序的方法和保证记录数据的一致性，对数控机床的坐标和方向的命名国际上很早就制定有统一标准，我国于1982年制定了JB3051—82《数控机床坐标和运动方向的命名》标准。
在标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对数控机床的坐标系进行命名。
用X、Y、Z表示直线进给坐标轴，X、Y、Z坐标轴的相互关系由右手法则决定，如图所示。
围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则确定+A、+B、+C的方向，如图所示。
数控机床的进给运动，有的由主轴带动刀具运动来实现，有的由工作台带着工件运动来实现。
通常在编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。
Z轴与主轴轴线重合，刀具远离工件的方向为正方向（+Z）；
X轴垂直于Z轴，并平行于工件的装卡面，如果为单立柱铣床，面对刀具主轴向立柱方向看，向右运动的方向为X轴的正方向（+X）；
Y轴可根据已选定的X轴和Z轴按右手法则来确定，
（六）数控铣床加工对象
铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。
数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。
1、平面类零件
平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。
如曲线轮廓面垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工。
若凸台侧面与水平面成一定角度，这类加工面可以采用专用的角度成型铣刀来加工。
对于斜面，当工件尺寸不大时，可用斜板垫平后加工；当工件尺寸很大，斜面坡度又较小时，也常用行切加工法加工，这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹。
2、直纹曲面类零件
直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动产生的曲面类零件。
直纹曲面类零件的加工面不能展开为平面。
当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线，这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。
3、立体曲面类零件
加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。
这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，则易产生干涉而损伤邻近表面。
加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法：
（1）行切加工法
采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。
球头铣刀沿平面的曲线进行直线插补加工，当一段曲线加工完后，再加工相邻的另一曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。
相邻两曲线间的距离应根据表面粗糙的要求及球头铣刀的半径选取。
球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以增强刀具刚度，提高散热性，降低表面粗糙度值。
加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。
（2）三坐标联动加工
采用三坐标数控铣床三轴联动加工，即进行空间直线插补。
如半球形，可用行切加工法加工，也可用三坐标联动的方法加工。
这时，数控铣床用X、Y、Z三坐标联动的空间直线插补，可实现球面铣削加工。
数控铣床加工前应根据被加工零件的几何形状选择刀具类型。
如加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，并避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀；铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀；铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀；铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀；孔加工时，可采用钻头、镗头等孔加工类刀具。
我校实训设备CGM4300C数控铣床较好得具备以上所述常规数控加工能力。
但由于刀具夹筒ER16规格所限，提供实训刀具为直径6mm的键槽铣刀，该铣刀的特点是不但适合周铣也适合端铣，不但适合径向进给也适合轴向进给，同时也适合精度要求不高的曲面加工。
（七）数控车床加工对象
1、精度要求高的回转体零件
由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。
在有些场合可以以车代磨。
此外，由于数控车削时刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的回转体零件。
2、表面粗糙度小的回转体零件
数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性好和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。
在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。
使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。
数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。
粗糙度小的部位可以用适时调整进给速度倍率的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。
3、轮廓形状复杂的回转体零件
数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。
数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列表曲线。
如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床，那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。
4、具有特殊类型螺纹的零件
传统车床所能切削的螺纹类型相当有限，它只能加工等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。
数控车床不但能加工任何等节距直、锥面公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹。
数控车床加工螺纹时主轴转向不必像传统车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直至完成，所以它车削螺纹的效率很高。
数控车床还配有精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。
可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。
5、超精密、超低表面粗糙度的零件
轮廓精度要求超高和表面粗糙度值超低的机械零件，非常适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。
以往很难加工的塑料散光用的透镜，现在也可以用数控车床来加工。
超精加工的轮廓精度可达到0.1μm，表面粗糙度可达0.02μm，超精加工零件的材质主要是金属材料。
不同的数控车床工位数也不同，一般为4~8工位。
我校实训用CK6120数控车床与常见经济型机床刀位数相同，为4工位，根据普遍加工需要一般安装外圆刀、端面刀、螺纹刀、切断刀等，根据实际安装位置刀具地址标识为T01、T02、T03、T04。
（八）数控机床加工程序的编制
数控机床是按编制好的程序进行加工，因此程序编制的好坏，直接影响加工过程是否能正常进行，加工的零件是否能达到图纸要求。
这就要求编制程序的人员，不仅要掌握数控机床工作原理和程序结构，而且还要掌握各种零件加工工艺性。
零件程序编制一般包括如下五个过程：
分析零件图纸、对零件进行工艺分析及处理、对零件进行数学处理、编写零件加工程序清单，对程序进行调试与修改并最终确定。
1、分析零件图纸：
任何一个零件无论怎样加工，首先应对其零件图进行分析。
全面了解被加工零件的几何形状、尺寸大小、加工精度、零件材料及热处理情况，为工艺处理做好准备。
2、工艺分析与处理：
工艺分析就是编制零件的加工工艺，包括毛坯选择、工装夹具选择、刀具选择以及热处理的安排，以及确定数控加工中工件坐标原点、换刀点以及走刀路线等。
（1）确定加工方案：
首先选择使用的数控机床和工装夹具，其次选择加工刀具以及切削用量。
（2）建立工件坐标系：
确定工件坐标系与机床坐标系之间的正确关系，给刀具运动轨迹的确定和加工中几何尺寸的计算做准备，同时应考虑零件形位公差的要求。
（3）确定加工中的对刀点和换刀点：
数控机床的对刀点、换刀点和加工中的刀具的起点一般为同一点。
这一点在选择上，首先要方便检测和刀具轨迹的计算，其次要是换刀点与工件有一个安全的距离，却不允许换刀时刀具与工件发生碰撞，最后还要注意换刀点与工件相距不可太大，造成过大的空行程，应使刀具与工件保持一个安全合理的距离。
注意不同的数控机床，其对刀点和换刀点的确定也不尽相同。
（4）选择合理的走刀路线：
走刀路线就是整个加工过程中，刀具相对工件的具体运动轨迹，包括快速运动的空行程和根据需要进行的加工过程。
选择时首先应确保加工零件的精度和表面质量的要求，其次应注意尽量减少走刀路线和空行程，提高生产效率，最后应注意使计算简单、减少程序数目和编程工作量。
（5）合理安排辅助功能：
加工中应根据需要合理安排一些辅助项目。
如：
切削液的启停、主轴的速度变换、对重要加工尺寸安排停机检测等。
3、数学处理：
所谓的数学处理，就是根据零件图纸尺寸、已确定的走刀路线，计算数控编程时所需的数据。
主要有各个基本点的计算、列表曲线的拟合、复杂的三维曲线或曲面的坐标运算等方面。
4、编制零件加工程序：
根据确定的走刀路线、计算完成的各个数据和已确定的切削用量，按照CNC系统的加工指令代码和程序段格式，编写零件加工程序清单。
编写过程应严格遵守编程说明书的规定，编程方法一般有手动编程和计算机辅助编程。
单个小型零件可采用手动编程，复杂大型零件应采用计算机辅助编程，以提高编程效率和质量，减轻编程劳动强度。
5、加工程序的调试与最终的确定：
加工程序编制完成后，应将其输入数控系统的计算机中。
可以通过CNC控制菜单输入，也可以运用编辑器进行输入。
输入完毕后，应对其进行语法检测、示教演示、模拟加工等，最后进行首件试加工且检测无误后，确定最后的加工程序。
（九）FANUC数控系统操作面板
1、电源控制区：
面板左上部分
开启和关闭数控系统电源。
开启时应先开机床电源，再开系统电源；关闭时应先关系统电源，再关机床电源。
2、屏幕显示区：
面板中上部分
数控面板的屏幕可以显示人机交互信息，如当前刀位点坐标显示、工件坐标系设置显示、刀具补偿设置显示、程序显示、报警信息显示、图形显示、加工轨迹显示、系统参数显示等。
由显示功能键【POS】【PRGRM】【MENUOFFSET】控制显示内容。
3、字符输入键区：
面板右上部分
包含程序操作所需要的所有字符，以及程序编辑功能按键。
【ALTER】程序单节修改替代
【INSRT】程序单节输入确认
【DELET】向后删除确认
【EOB】程序输入换行回车
【CAN】向前删除确认
【RESET】复位控制
【INPUT】参数输入确认
4、控制按钮和旋钮区：
面板下部分
（1）操作模式选择旋钮【MODE】：
【AUTO】自动加工模式
【EDIT】程序编辑模式
【MDI】手动数据输入模式
【HOME】回零操作模式
【JOG】手动连续进给模式
【JOGINC】手动步进模式
【STEP】单步加工模式
【MPG】手摇脉冲发生器模式
（2）调节旋钮
【TRAVERSFFEED】【F%】进给速度倍率调节旋钮。
可对进给速度F值进行0%~200%实时调节。
【S%】主轴转速倍率调节旋钮。
可对主轴转速S值进行25%~250%实时调节。
【JOGINC】步进模式的步长选择。
可选五档步长：
0.01mm、0.1mm、1.0mm、10mm、50mm。
（3）运动轴及运动方向选择旋钮【AXISSELECTION】：
由于数控铣床有X、Y、Z三个坐标轴，而数控车床只有X、Z两个坐标轴，所以面板轴显示和操作也不同。
右图为CK6120数控车床运动轴及运动方向选择按键，有X、Z两个坐标轴，面板操作时一键选定坐标轴与运动方向。
右图为CGM4300数控铣床运动轴及运动方向选择旋钮和按键，有X、Y、Z三个坐标轴，先选坐标轴，再选运动方向。
（4）刀架转动按钮【T90】：
控制数控车床电动刀架顺时针转动90度。
（5）【SPINDLE】主轴控制按钮：
依次控制主轴反转开、主轴停、主轴正转开。
【NC】NC程序运行控制开关按钮：
依次是NC开启、NC暂停、NC停止复位。
（6）【EMERGENCY】急停按钮：
按下该按钮后，除润滑油泵外，机床的动作及各种功能均立即停止。
待故障排除后，顺时针旋转按钮，被按下的按钮跳起，则急停状态解除。
但此时要恢复机床的工作，必须进行返回机床参考点的操作。
五、实训方法与步骤
1、对照数控机床认识机床的各个组成部分：
（1）认识并熟悉数控系统的各个部分，包括数控主机的控制面板、显示器、键盘等。
（2）认识并熟悉机床本体的各个部分，包括床身、导轨、步进电机、丝杆、主轴、刀架、控制开关等。
（3）熟悉并掌握整个数控机床的启动和停止。
2、熟悉数控面板，练习基本操作：
（1）熟悉数控机床的控制面板，了解控制面板中各个功能键的作用，以及与相关按键菜单中一些功能相互结合的运用。
（2）分别进入各级子菜单，对各级子菜单的作用进行认识，重点掌握“机床回零、文件编辑、参数设定、坐标设定、手动运行、轨迹显示、虚拟加工”等基本操作，熟练掌握数控系统各个功能键的作用。
3、AUTO模式自动加工完整过程训练：
（1）启动数控机床，做好加工准备工作。
（2）对给定零件图进行数控加工工艺分析，制定工艺方案，编制数控程序。
（3）输入并保存数控程序。
（4）装夹工件。
（5）回零、对刀，建立工件坐标系G54等。
（6）设置刀具半径补偿和刀具长度补偿地址D01、H01等。
（7）Dry状态空运行加工进行程序校验。
（8）机床回零、程序复位，关闭防护门，启动加工。
（9）停机后检验，程序、偏置、参数等的优化修正。
（10）完成加工，清扫机床，关闭机床。
六、实训准备及思考题
1、具备机械加工基础知识；
2、具备数控机床和数控工艺基本理论知识；
3、了解FANUC系统数控机床编程方法；
4、熟悉常见准备功能指令和辅助功能指令；
5、采用三轴联动数控铣床加工如下零件，预习编写数控程序：
铣零件图
（1）
铣零件图
（2）
6、采用四工位数控车床加工如下零件，预习编写数控程序：
车零件图
（1）
车零件图
（2）
升级会员 