数铣基础知识及工艺编程剖析课件

数控铣削加工一、常用设备1、数控铣床结构数控铣床传动示意图2、加工中心立式加工中心卧式加工中心加工中心的定义 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轴车铣中心轴车铣中心2、按所用自动换刀装置分类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转塔头加工中心有立式和卧式两种。主轴数一般为612个，换刀时间短、数量少、主轴转塔头定位精度要求较高。(2)刀库刀库+主轴换刀加工中心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按所用自动换刀装置分类(3)刀库刀库+机械手机械手+主轴换刀加工中心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)刀库刀库+机械手机械手+双主轴转塔头加工中心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：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，主要有机械手换刀机械手换刀和刀库换刀刀库换刀两种方式。2、刀库形式、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。鼓轮式刀库鼓轮式刀库链式刀库链式刀库图片1图片2图片1图片2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圆盘式刀库返回图 链式刀库返回链式刀库链式刀库返回3、选刀方式、选刀方式顺序选刀方式顺序选刀方式任意选刀方式任意选刀方式 顺序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刀具具编编码码 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。刀座编码刀座编码刀刀座座编编码码返回数控铣床与加工中心比较数控铣床与加工中心比较数控铣床：数控铣床：所要换的刀具是加工暂停时临时手工换上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（加工中心：自动换刀装置（ATC）自动换刀）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、铣削加工常用刀具模块式刀具系统模块式刀具系统通常由拉钉、刀柄和钻铣刀具等组成BT40刀柄结构示意图刀柄结构示意图17:24圆锥工具柄圆锥工具柄BT40刀柄结构示意图刀柄结构示意图2BT50刀柄刀柄1BT50刀柄刀柄2刀柄拉钉刀柄拉钉1刀具安装录像ER弹簧夹头弹簧夹头刀柄刀柄按切削工艺可分为三种：按切削工艺可分为三种：(1)钻削刀具钻削刀具：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。刀具种类面铣刀面铣刀大平面和台阶面大平面和台阶面面铣刀及刀柄铣平面、台阶面铣平面、台阶面加工录像立铣刀立铣刀二维轮廓加工二维轮廓加工球刀球刀空间曲面的精加工空间曲面的精加工丝锥丝锥攻螺纹攻螺纹快换式丝锥刀快换式丝锥刀柄柄钻头钻头整体钻夹头刀柄整体钻夹头刀柄钻夹头刀柄钻夹头刀柄铰刀铰刀粗镗刀精镗刀常用镗刀柄常用镗刀柄常常见见刀刀具具常常见见刀刀片片实物演示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）即刀心刀心作为编程点 轴心线与底面的交点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：“机床回零机床回零”操作工件坐标系：“对刀对刀”测工件原点参考坐标系与工件坐标系参考坐标系与工件坐标系局部坐标系局部坐标系G52的运用的运用测量工件坐标系对刀测量工件坐标系对刀1、工件原点建立位置一般在工件上一般在工件上/下表面的角点或几何中心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 以定心锥轴找小孔中心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先侧先侧XY方向上方向上 用百分表找孔中心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 用用寻边器寻边器找毛坯对称中心找毛坯对称中心。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。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以毛坯相互垂直的基准边线的交点为对刀位置点2、工件原点测量方式侧侧Z方向上方向上Z向设定器进行精确对刀向设定器进行精确对刀Z向设定器光电式光电式Z向设定器向设定器指针式指针式Z向设定器向设定器整个对刀过程录像光电式光电式机械式机械式光电式寻边器机械式寻边器返回光电式对刀光电式对刀返回机械式对刀示意图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、长度补偿指令进行长度补偿：进行长度补偿：G43(G44)G00(G01)Z H_G43/G44/G49取消长度补偿：取消长度补偿：G49 G00(G01)Z_长度补偿的原理长度补偿的原理与Z向对刀同长度补偿的原理长度补偿的原理与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、长度补偿指令说明、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。、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。、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H00H99来指定。、G43/G44的区别的区别执行G43时，Z实际值=Z指令值+(H xx)执行G44时，Z实际值=Z指令值(H xx)特别说明特别说明上式中，Z实际值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。、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。、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快速定位快速定位格式：格式：G90/G91 G00 X_Y_Z_说明：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不一定是一条直线定是一条直线。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直线加工直线加工格式：格式：G90/G91 G01 X_Y_Z_F_2、G02/G03圆弧加工圆弧加工、圆弧插补只能在、圆弧插补只能在某平面内某平面内进行，不能简单地套用进行，不能简单地套用G00/G01的格式。的格式。G90/G91 G02/G03 X_Y_Z_R_F_ G90/G91 G02/G03 X_Y_Z_I_J_K_F_、笛卡尔坐标系提供了、笛卡尔坐标系提供了3个平面个平面选择选择XY平面平面G17指令指令选择选择XZ平面平面G18指令指令选择选择YZ平面平面G19指令指令 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.、顺、顺/逆圆弧的判断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，从而判断顺逆。、说明、说明(1)在G02、G03指令时，刀具相对工件以F指令的进给速度从圆弧的起点向终点进行插补加工。(2)圆弧插补既可用圆弧半径R指令编程，也可用I、J、K指令编程。在同一程序段中，I、J、K、R同时指令时，R优先，I、J、K指令无效。(3)当用R指令编程时，如果加工圆弧段所对的圆心角为0180，R取正值；如果圆心角为180360，R则取负值如图所示的两段圆弧，其半径、端点、走向都相同，但所对的圆心角却不同，在程序上则仅表现为R值的正负区别。小圆弧：小圆弧：G90/91G03 X 0 Y 25.0 R 25.0大圆弧：大圆弧：G90/G91 G03 X 0 Y 25.0 R25.0(4)X、Y、Z同时省略时，表示起、终点重合；若用I、J、K指令圆心，相当于指令了360的弧；若用R编程时，则表示指令为0的弧。G02(G03)I.整圆整圆 G02(G03)R.不动不动 (5)无论用绝对还是用相对编程方式，I、J、K都为圆心相对于圆弧起点的坐标增量，为零时可省略。(也有的机床厂家指令I、J、K为起点相对于圆心的坐标增量。)(6)机床启动时默认的加工平面是默认的加工平面是G17。如果程序中刚开始时所加工的圆弧属于XY平面，则G17可省略，一直到有其他平面内的圆弧加工时才指定相应的平面设置指令；再返回到XY平面内加工圆弧时，则必须指定G17。G17、G18、G19主要用于指定圆弧插补时的加工平面，并不限制G00、G01的移动范围。G17X_ Y_ Z_K_F_3、G02/G03螺旋加工螺旋加工G18X_ Y_ Z_ J_ F_G19X_Y_ Z_I_F_有的机床还可用G02、G03实现空间螺旋线进给。即在原G02、G03指令格式中，再增加一个与加工平面相垂直的第三轴移动指令，这样在进行圆弧进给的同时还进行第三轴方向的进给，其合成轨迹就是一空间螺旋线.说明：、G02、G03为螺旋线的旋向，其定义同圆弧。X、Y、Z为螺旋线的终点坐标。I、J为圆弧圆心在X-Y平面上X、Y轴上相对于螺旋线起点的坐标，其它类同。R为螺旋线在X-Y平面上的投影半径，其它雷同。K为螺旋线的导程、编程示例其程序为：G17 G03 X0.Y0.Z50.I15.J0.K50.F100或G17 G03 X0.Y0.Z50.R15.F1008、刀心实际轨迹编程精加工边长100X100的工件，二维外轮廓加工。刀具直径刀具直径24刀心沿工件轮廓走刀，显然工件被多切。要精确加工出工件轮廓，须刀具的圆周刃圆周刃刚好与工件轮工件轮廓相切廓相切，那么刀心与轮廓间距为刀具的半径。刀心刀心走过的轨迹及相对工件轮廓偏移偏移了一个半径半径值。偏移：AutoCAD的偏移功能尖角过渡的处理，见下页尖角过渡交线过渡交线过渡圆弧过渡圆弧过渡圆弧过渡比交线过渡要好交线过渡圆弧过渡作业题作业题切削三要素切削三要素数控车削切深切深切削速度切削速度进给量进给量数控铣削坐标值或循环指令中参数设定分为XY向和Z向而言，见后图铣刀的切削速度铣刀的切削速度铣刀进给量铣刀进给量(mm/每齿每齿)高速钢钻头的切削用量高速钢钻头的切削用量 (v：m/mm，f：mm/r)铣削切深铣削切深铣槽加工路线安排刀心实际轨迹型腔铣削刀心实际轨迹粗精加工作业题在AUTOCAD上演示走刀路线的获得 采用刀心实际轨迹编程，人工预先按所用刀具半径大小，求算实际刀具编程点编程点（刀位点刀心）轨迹的编程方法也能够得到要求的轮廓。但很难直接按图纸提供的尺寸进行编程，计算繁杂，计算量大，并且必须预先确定刀具直径大小；当更换刀具或刀具磨损后又需重新编程，使用起来极不方便。刀心实际轨迹编程的缺点人工计算去获得刀心实际轨迹现在很多数控机床的数控系统自身都提供自动进行刀具半径补偿的功能，只需要直接按零件图纸上的轮廓轨迹进行编程，数控系统根据程序自动控制刀具的刀心（编程点）相对工件轮廓偏移一定距离。这样无论刀具半径大小如何变换，无论刀位点定在何处，加工时都只需要使用同一个程序或稍作修改，只需按照实际刀具使用情况将当前刀具半径补偿值半径补偿值输入到刀具补偿数据表中即可。宇航仿真软件说明补偿表9、采用刀具半径补偿功能编程1、说明、说明刀具半径补偿功能的定义：数控系统控制刀具相对工件轮廓自刀具半径补偿功能的定义：数控系统控制刀具相对工件轮廓自动偏离动偏离一定距离一定距离的这种功能即为刀具半径补偿功能的这种功能即为刀具半径补偿功能 粗加工偏移距离：粗加工偏移距离：r+a 精加工偏移距离：精加工偏移距离：r粗加工粗加工返回利用这种机床自动刀补的方法，可大大简化计算及编程工作，并且还可以利用同一个程序、同一把刀具，通过设置不同大小的刀具补偿半通过设置不同大小的刀具补偿半径值而逐步减少切削余量的方法来达到粗、精加工的目的径值而逐步减少切削余量的方法来达到粗、精加工的目的。刀具半径补偿指令共有G41、G42、G40三个。其使用程序格式为：G90(G91)G17 G00(G01)G41(G42)X Y D G90(G91)G18 G00(G01)G41(G42)X Z D G90(G91)G19 G00(G01)G41(G42)Y Z D 2、半径补偿指令、半径补偿指令采用刀具半径补偿 G90(G91)G17 G00(G01)G40 X Y 在进行刀径补偿前，必须用G17或G18、G19指定刀径补偿是在哪个平面上进行。平面选择的切换必须在补偿取消的方式下进行，否则将产生报警。G90(G91)G18 G00(G01)G40 X Z G90(G91)G19 G00(G01)G40 Y Z 取消刀具半径补偿左半径补偿和右半径补偿左半径补偿和右半径补偿：判判断断：沿沿刀刀具具运运动动的的方方向向看看，刀刀心心在在工工件轮廓的件轮廓的左左边，则边，则 称为称为左左半径补偿：半径补偿：G41G41 沿刀具运动的方向看，刀心在工沿刀具运动的方向看，刀心在工件轮廓的件轮廓的右右边，则边，则 称为称为右右半径补偿：半径补偿：G42G42、左、左/右半径补偿右半径补偿左/右半径补偿的判别、补偿指令的说明、补偿指令的说明、G41/G42/G40只能与只能与G00/G01指令联用指令联用刀径补偿指令程序就是在原G00或G01线性移动指令的格式上，加上了G41(G42、G40).D.的指令代码。不能不能用于G02、G03的圆弧段中。、D为刀具半径补偿寄存器的地址字，在补偿寄存器中存有刀具半径补偿值。刀径补偿有D00D99共100个地址号可用。其中，D00已为系统留作取消刀径补偿专用取消刀径补偿专用。补偿值可通过控制面板手动输入。、当将刀具半径补偿值设为负值时，G41和G42的执行效果将互换。、刀径补偿在整个程序中的应用共分刀补引入刀补引入(初次加载)，刀补进行刀补进行中和刀补取消刀补取消三个过程。刀补引入是一个从无到有的渐变过程渐变过程，从线性轨迹段的起点处开始，刀具中心渐渐往预定的方向偏移，到达该线性轨迹段的终点处时，刀具中心沿下一段线段的法向方向偏移刀具中心沿下一段线段的法向方向偏移。刀补解除(取消)则是一个从有到无的渐变过程在刀补进行过程中，刀具中心的轨迹基本上就是编程轮廓轨迹的平行线，平行间距等于刀具补偿值。、由于刀径补偿指令都是模态指令，因此对补偿进行中的程序段而言，如果刀补形式没有什么变化的话，可不需再书写刀补指令。、当两段线间呈尖角过渡时，数控系统自行处理。或圆弧过渡，或交线过渡。见图片、G41/G42/G40只能用于某个平面某个平面上（即：XY平面，YZ平面，XZ平面）。若在XY平面上采用刀补，就不能用G40在Z向取消刀补。、G41/G42须与G40成双成对出现。、刀具半径补偿值须小于小于轮廓最小半径或槽的宽度一半（通 过AutoCAD的偏离功能来解释）。、G41/G42此句程序之后三句程序必须有平面上的移动动作。G41G01X40Y60F100D01；G41G01X40Y60F100D01；G04X10；暂停；暂停10秒秒 G01X40Y100；S1000M03；X-40；M08；从上面的程序可以看出，左边的程序G41之后三句程序没有刀具在XY平面上产生移动的程序指令，那么必然造成系统无法判断补偿的方向，G41无法正确进行刀具半径补偿；右边的程序有刀具在XY平面上移动的动作程序：G01X40Y100采用刀具半径补偿功能编程示例采用刀具半径补偿功能编程示例：假假设设毛毛胚胚为为120X120120X120，工工件件尺尺寸寸为为100X100100X100，刀刀具具2020，下下刀深度刀深度5mm5mm，精加工余量为，精加工余量为0.5mm0.5mmO1000O1000；G54G98G54G98；M06T01M06T01；粗加工刀；粗加工刀S2000M03S2000M03；G43G43Z50Z50H01H01；G00X-100Y-100G00X-100Y-100；G00Z-10G00Z-10；G41G41G01X-50Y-50F200G01X-50Y-50F200D01D01；加上刀加上刀补，切入工件（切入工件（蓝色色线）（）（D01=10.5D01=10.5）X-50Y50X-50Y50；点点B B X50Y50X50Y50；点点C C X50Y-50X50Y-50；点点D D X-50Y-50X-50Y-50；点点A A G40G40G00X-100Y-100G00X-100Y-100；退刀至点；退刀至点M M，并取消刀具半径补偿功能并取消刀具半径补偿功能 G00Z100G00Z100；提刀提刀M06T02M06T02；换成精加工刀换成精加工刀 S3000M03；G43Z50H02；对精加工刀进行长度补偿；对精加工刀进行长度补偿 G00X-100Y-100；G00Z-10；G41G01X-50Y-50F100D02；点；点A，（D0210）X-50Y50；点点BX50Y50；点点C X50Y-50；点点D X-50Y-50；点点A G40G00X-100Y-100；G00Z100；M30；A点处毛刺:解决:AB段 DA段延长