数控编程与实践教案23_数控编程及操作教案
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《数控编程与实践》课程教案
第1 章
数控机床概述
一、内容简介
数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。本章主要讲述数控机床的基本概念和工作原理、数控机床的分类以及数控机床的技术与发展水平等。本章要求理解并掌握数控机床的基本概念和分类，了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为基础的自动化生产系统的发展。
重点：
数控机床的基本概念 ； 数控机床的分类
难点：
数控机床的工作过程和技术性能指标、数控机床按运动控制的特点和伺服系统的类型分类。
二、掌握程度
熟悉：数控机床的基本概念与工作原理 掌握：数控机床的组成及特点 了解：数控机床的产生与发展、数控技术的发展趋势以及数控技术在先进制造技术中的作用
三、课程讲述
1.1 数控机床的基本概念
1.1.1什么是机床的数字控制
数控，即数字控制（Numerical Control，NC），在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。用这种控制技术控制的机床就称为“数控机床”（Numerically Controlled Machine Tool）或“NC机床”。
数控机床是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。它与普通机床相比具有以下特点：
1．适应性、灵活性好；
2．精度高、质量稳定；
3．生产效率高；
4．劳动强度低、劳动条件好；
5．有利于现代化生产与管理；
分布式数字控制（Distributed Numerical Control，DNC）
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）
计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）
6．使用、维护技术要求高。1.1.2数控机床的组成
数控机床的种类很多，但任何一种数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成，如图1-1所示。此外数控机床还有许多辅助装置。
图1-1 数控机床的基本组成1.1.3 数控机床的工作过程
如图1-2所示，数控机床的加工，首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的控制指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而完成零件的加工。
图1-2 数控机床的工作原理
1.1.4 数控机床的技术性能指标 数控机床的精度指标
数控机床的可控轴数与联动轴数 数控机床的运动性能指标 数控系统的技术性能指标 1.2 数控机床的分类
1.2.1 按运动控制的特点分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床
轮廓控制的数控机床
1.2.2 按伺服系统的类型分类 开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床 1.2.3 按工艺方法分类
金属切削类数控机床
金属成型类及特种加工类数控机床 特种加工数控机床
1.2.4 按功能水平分类
通常把数控机床分为高、中、低档三类。数控机床水平的高低主要指它们的主要技术参数，功能指标和关键部件的功能水平等内涵。
另一种分法是将数控机床分为经济型（简易）、普及型（全功能）和高档型数控机床。1.2.5 按加工方式分类
数控机床和加工中心（带刀库的数控机床）。1.3 数控机床的产生与发展及技术水平
1.3.1 数控机床的产生与发展 1.3.2 数控技术的发展趋势
1.3.3 以数控机床为基础的自动化生产系统的发展 柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是由两台以上的数控机床或加工中心、其他加工设备和一套能自动装卸物料的系统等组成，在计算机的控制下进行制造的自动化生产系统。它能根据制造系统任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。其特点是高效率、高柔性及高自动化等。
计算机集成制造系统（CIMS）
计算机集成制造系统是一个集产品设计、制造、经营、管理为一体，以柔性技术、计算机技术、信息技术、自动化技术、现代管理科学为基础的多层次、多结构的复杂系统。它由4个功能分系统和2个支撑分系统构成，即由管理信息系统、产品设计与工艺设计的工程设计自动化系统、制造自动化系统（柔性制造）、服务信息系统等功能分系统，计算机网络系统及数据库系统等支撑系统组成。在CIMS系统中，综合应用了CAD、CAPP（computer aided proce planning）、CAM、数控机床、加工中心、物料传输以及计算机信息管理自动化等技术，可把整个工厂的生产活动有机地联系在一起，实现全厂性综合自动化。1.3.4 数控技术在先进制造技术中的作用
1.数控机床成为现代制造业的关键设备，保证了现代制造业向高精度、高速度、高效率、高柔性化的方向发展。
2.数控机床的发展，带动了CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM、FMC、FMS、FML、FMF和CIMS的发展。
四、课后习题或作业及答案 无
五、思考题或期末复习题
第2 章
数控加工编程基础
一、内容简介
本章是数控编程的基础，主要讲述了数控编程的基础知识，常用G代码及M代码功能指令，数控机床坐标系，数控程序段与程序格式等。本章要求熟悉数控加工程序格式以及编程步骤，熟记数控机床坐标系的确定方法和右手笛卡尔直角坐标系的应用。
重点：
数控机床的坐标系； 常规加工程序的格式。
难点：
数控机床的坐标系
二、掌握程度
熟悉：数控机床编程的步骤 掌握：数控机床代码编写 了解：自动编程方法
三、课程讲述 2.1 概
述
2.1.1 数控机床编程的目的与步骤
目的：程序编制是数控加工的一项重要工作，理想的加工程序不仅应保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床安全可靠及高效地工作。
内容与步骤：分析被加工零件的零件图，确定加工工艺过程；进行刀具运动轨迹坐标计算；编写程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切等。
2.1.2 数控机床程序的编制方法
1．手工编程
从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成。对形状简单的工件，可以使用手工编程。手工编程既经济又及时。但对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件（如叶片、复杂模具），或者表面的几何元素并不复杂而程序量很大的零件（如复杂的箱体），或者工步复杂的零件，手工编程就难以胜任，因此必须用自动编程的方法。为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效解决复杂零件的加工问题，应当使手工编程向自动编程方向发展，但也要看到，手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心的经验都来源于手工编程，二者是相辅相成的。
2．自动编程
自动编程也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。典型的自动编程有人机对话式自动编程及图形交互式自动编程。2.2 字符与代码
2.2.1 字符与代码
字符（Character）：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。
加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由0～9共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。2.2.2 数控机床功能代码
1．准备功能
准备功能（G功能）是使数控机床建立起某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。G功能由地址符G和其后的两位数字组成，从G00~G99共100种功能。
2．辅助功能
辅助功能（M功能）是用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，工件或刀具的夹紧和松开，刀具的更换等功能。辅助功能字由地址符M和其后的两位数字组成。从M00～M99共100种功能。
2.3 数控机床的坐标系
2.3.1 坐标系及运动方向的规定
目前，国际标准化组织已经统一了标准的坐标系。我国已制订了JB3051-82《数控机床坐标和运动方向的命名》数控标准，它与ISO841等效。
标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。
2.3.2 机床坐标轴的确定
确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。
2.3.3 数控机床坐标系的原点与参考点
数控机床坐标系的原点
机床坐标系的原点也称机械原点或零点（M），这个零点是机床固有的点，由生产厂家事先确定，不能随意改变，它是其他坐标系和机床内部参考点的出发点。
不同数控机床坐标系的零点也不同。数控车床的机械零点在主轴前端面的中心上。数控铣床和立式加工中心的机床原点，一般在机床的左前下方。数控机床参考点
参考点R也称基准点，是大多数具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个点，与机床零点有确定的尺寸联系。参考点在各轴以硬件方式用固定的凸块或限位开关实现。机床每次通电后，移动件（刀架或工作台）都要进行返回参考点的操作，数控装置通过移动件（刀架或工作台）返回参考点后确认出机床原点的位置，数控机床也就建立了机床坐标系。2.4 程序段与程序格式
2.4.1 程序段
把程序中出现的英文字母及其字符称为“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；数字0~9（包含小数点、“+”、“-”号）称为“数字”。“地址”和“数字”的组合称为“程序字”，程序字（亦称代码指令）是组成数控加工程序的最基本单位。如N010、G01、X-100、Z200、F0.1等。
程序由若干个程序段组成，程序段是由若干程序字和程序段结束指令构成。如N010 G01 X-100 Z200 F0.1；就是一个程序段。在书写和打印程序段时，每个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如此。
2.4.2 程序段格式 可变程序段格式 固定程序段格式
使用分隔符的固定程序段格式 2.4.3 常规加工程序的格式
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
一、内容简介
本章讲述数控加工工艺与图形数学处理的基本内容与方法，并以典型实例讲述了零件的数控加工工艺分析及其工艺文件的制定。是数控机床编程中的基本内容，为学习后续各章内容打好基础。本章要求理解数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念和基本内容，掌握数控加工工艺分析与图形数学处理的方法，并能熟练地制定数控加工工艺文件。
重点：
数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念；数控加工工艺分析的内容与方法，数控加工工艺文件的制定
难点：
数控加工工艺文件的制定
二、掌握程度
熟悉：数控加工工艺分析
掌握：数控加工工艺文件的制定 了解：图形数学处理的基本概念
三、课程讲述 3.1 数控加工工艺
数控加工工艺分析的重要性
1.对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。
2.在数控加工中无论是手工编程还是自动编程，编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。
3.在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）和图形（如图形的基点、节点等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一向十分重要的工作。3.1.1 机床的合理选用
数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件
1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。
3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具
和模具）的零件。4）需要多次改型的零件。
5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。6）需要最短生产周期的急需零件。
3.1.2 数控加工工艺性分析
从数控加工的可能性和方便性两方面分析其工艺性。
• 零件图的尺寸标注应符合编程方便的原则
（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。
• 零件的结构工艺性应符合数控加工的特点
（1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。
（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。（3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。
（4）应采用统一的基准定位。
3.1.3 加工方法与加工方案的确定
加工方法的选择
选择原则：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
1.结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削。一般小尺寸的箱体孔宜选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。2.考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。3.1.4 工序与工步的划分
数控加工工艺路线设计与普通机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。3.1.5 零件的定位与安装 定位安装的基本原则
1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹中加工出全部
待加工面。3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案
4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。3.1.6 数控加工刀具及对刀仪
3.1.7 切削用量的确定
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。
合理选择切削用量的原则：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
3.1.8 数控加工路线的确定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。加工路线的确定原则：
1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。2）使数值计算简单，以减少编程工作量。
3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次刀，还是多次走刀来完成加工，以及在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。
3.1.9 工艺文件的制定
零件的加工工艺设计完成后，就应该将有关内容填入各种相应的表格（或卡片）中。以便贯彻执行并将其作为编程和生产前技术准备的依据，这些表格（或卡片）被称为工艺文件。数控加工工艺文件除包括机械加工工艺过程卡、机械加工工艺卡、数控加工工序卡、数控加工刀具卡。另外为方便编程也可以将各工步的加工路线绘成文件形式的加工路线图。
3.2 图形的数学处理
图形的数学处理就是根据零件图样的要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。
图形数学处理的内容主要有三个方面，即基点和节点计算、刀位点轨迹计算和辅助计算。
3.2.1 基点计算
各几何元素间的连接点称为基点。如两直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点，圆弧或直线与二次曲线的切点或交点等。
基点计算方法：根据图纸给定条件，用几何法、解析几何法、三角函数法或用AutoCAD画图求得。
3.2.2 节点计算
在满足允许编程误差的条件下，用若干直线段或圆弧端分割逼近给定的曲线。相邻直线段或圆弧段的交点或切点称为节点。
3.2.3 刀位点轨迹计算
刀位点轨迹计算又称刀具中心轨迹计算，实际就是被加工零件轮廓的等距线计算。
具体求法：首先分别写出零件轮廓曲线各程序段的等距线方程（距离为刀具半径r刀），再求出各相邻程序段等距线的基点或节点坐标，即求解等距线方程的公共解。
3.2.4 零件轮廓为列表曲线的数学处理
列表曲线的数学处理较为复杂，一般的处理方法是根据列表点选择一个或多个插值方程描述（常称为第一次曲线拟合），再根据插值方程采用直线—圆弧插补方法逼近列表曲线或曲面（常称为第二次曲线拟合）。
3.2.5 工件轮廓为简单三坐标立体型面的数值计算 球头铣刀数控加工一般只有3个垂直移动坐标的数控机床上进行，要求刀轴方向始终保持不变（一般为z轴方向），因此要求立体型面在刀轴方向上为单调曲面。为改善切削性能，有益于加工速度的改善和加工表面质量的提高，将加工曲面平坦方向倾斜一定角度。
3.2.6 辅助计算
3.3 典型零件的数控加工工艺分析
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
第4 章
数控车床编程
一、内容简介
本章讲述数控车床的编程特点及各编程指令的使用，数控车床的用途、布局、主要参数及其操作，并通过典型实例讲述了数控车削加工程序的编制。
重点：
数控车床的编程特点及各编程指令的使用； 数控车床编程的综合运用。
难点：
车削加工循环；刀具补偿；子程序调用；宏程序
二、掌握程度
了解：数控车床的用途、布局、主要参数及其操作
掌握：数控车床的编程特点及各编程指令的使用，并能熟练地编制数控车削加工程序。熟悉：数控车加工过程
三、课程讲述 4.1 概述
4.1.1 数控车床的用途、布局
数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面等。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。
4.1.2 数控车床的主要技术参数
1．机床的主要参数
允许最大工件回转直径—— 460mm；
最大切削直径——292mm 最大切削长度——650mm；主轴转速范围 —— 50~2000r/min（无级）床鞍定位精度——X轴：0.015/100mm ；
Z轴：0.025/300mm 床鞍重复定位精度 ——X轴：±0.003mm ；
Z轴：±0.005mm 刀架有效行程
——X轴：215mm ；Z轴：675mm 快速移动速度——X轴：12m/min ；Z轴：16m/min 刀具规格——车刀20mm×20mm；镗刀φ8mm~φ40mm 自动润滑—15分/次；卡盘最大夹紧力—42140N；安装刀具数—12把
尾座套筒行程—— 90mm；主轴电动机功率——11/15kW 进给伺服电动机——X轴：AC 0.6Kw；Z轴：AC 1.0kW 2．数控系统的主要技术规格
控制轴数——2轴（X轴、Z轴，手动方式时仅1轴）联动轴数——2轴
最小输入增量——X轴：0.001mm ；Z轴：0.001mm 最小指令增量——X轴：0.0005mm/P； Z轴：0.001 mm/P 最大编程尺寸—— ±9 999.999mm 程序存储量——256M；程序号—— O+4位数字
此外，还有直线插补功能、全象限圆弧插补功能、进给功能、主轴功能、刀具功能、辅助功能、编程功能、安全功能、键盘式手动数据输入（MDI）功能、通讯功能、CRT数据显示功能、丝杠间隙补偿、螺距误差补偿、刀具半径及位置补偿和故障自诊断功能等。
4.2 数控车削加工程序的编制
4.2.1 数控车床的编程特点
（1）在一个程序段中，可以采用绝对值编程、增量值编程或混合编程。
（2）直径方向用绝对坐标编程时X以直径值表示，用增量坐标编程时以径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。
（3）数控装置具备不同形式的固定循环。
（4）本机床具有刀具半径自动补偿功能（G41，G42），可直接按工件轮廓尺寸编程，无需先计算补偿量。（5）不同组G代码可编写在同一程序段内均有效；相同组G代码若编写在同一程序段内，后面的G代码有效。
（6）对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。4.2.2 编程坐标系的设定
1．机床坐标系的建立
机床原点：机床原点为机床上的一个固定点，数控车床一般将其定义在主轴前端面（或卡盘后端面）的中心。
机床坐标系：是以机床原点为坐标原点建立的X、Z轴两维坐标系。Z轴与主轴中心线重合，为纵向进刀方向；X轴与主轴垂直，为横向进刀方向。
机床参考点：是指刀架中心退离距机床原点最远的一个固定点。该位置由设置在机床X向、Z向滑板上的机械挡块通过行程开关来确定。2．编程坐标系（或称工件坐标系）的设定
编程坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素（如点、直线、圆弧等）的位置而建立的坐标系，是编程人员在编程时使用的。编程坐标系的原点就是编程原点。而编程原点是人为设定的。数控车床工件原点一般设在主轴中心线与工件左端面或右端面的交点处。设定编程坐标系的指令格式：
G50 X＿ Z＿ ； 说明：
1）G50表示编程坐标系的设定，X、Z表示编程原点的位置。
2）程序如设该指令，则应在刀具运动指令之前设定。
3）当系统执行该指令后，刀具并不运动，系统根据G50指令中的X、Z值从刀具起始点反向推出编程原点。
4）在G50程序段中，不允许有其他功能指令，但S指令除外，因为G50还有另一种功用（设定恒切削速度）。
4.2.3 常用编程指令的使用
1．快速定位G00 2．直线插补G01 3．圆弧插补G02、G03 4．程序延时（暂停）G04 7．参考点返回检测G27 8．自动返回参考点G28 9．主轴控制G96、G97 11．螺纹车削G32 4.2.4 车削加工循环
1．单一外形固定循环G90、G92、G94 2．复合固定循环指令
这类循环功能用于无法一次走刀即能加工到规定尺寸的场合，主要在粗车和多次走刀车螺纹的情况下使用。如在一根棒料上车削阶梯相差较大的轴，或车削铸、锻件的毛坯余量时都有一些重复进行的动作，且每次走刀的轨迹相差不大。利用复合固定循环指令，只要编出最终走刀路线，给出每次切除的余量深度或循环的次数，机床即可自动地重复切削，直到工件完成为止。4.2.5 刀具补偿功能
由于刀具的安装误差、刀具磨损和刀具刀尖圆弧半径的存在等，因此在数控加工中必须利用刀具补偿功能予以补偿，才能加工出符合图纸要求的零件。此外合理的利用刀具补偿功能还可以简化编程。
刀具功能又称T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能。格式：
T ××
××
刀具号
刀具补偿号
说明：1）刀具号从01~12；刀具补偿号从00 ~16，其中00表示取消某号刀的刀具补偿。
2）通常以同一编号指令刀具号和刀具补偿号，以减少编程时的错误，如T0101表示01号刀调用01补偿号设定的补偿值，其补偿值存在刀具补偿存储器内。1．刀具位置补偿 2．刀尖圆弧半径补偿
3．实现刀尖圆弧半径补偿功能的准备工作 4．刀尖圆弧半径补偿的方向
5．刀具半径补偿的建立或取消指令格式 4.2.6
辅助功能（M功能）
主要控制机床主轴或其他机电装置的动作，还可用于其他辅助动作，如程序暂停、程序结束等。
1．程序停止M00 2．选择停M01 3．程序结束M30、M02 4．主轴旋转指令M03、M04、M05 5．冷却液开关M08、M09 6．调子程序（M98），子程序返回（M99）4.2.7 宏程序简介
所谓宏程序就是把一组数值或变量预先存于一组地址中，当需要时，就用特殊的调用指令调用该变量的地址即可，这些特殊的调用指令就叫宏程序指令，简称宏指令，由宏指令组成的程序叫宏程序。
4.3 数控车床的操作面板及操作简介
4.3.1 操作面板
4.3.2 机床操作简介
1．手动返回机床参考点 2．机床的急停
3．刀具补偿值的输入和修改 4.4 车削加工编程实例
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
第5 章
数控铣床编程
一、内容简介
本章讲述数控铣床的编程特点及各编程指令的使用和数控铣床的用途、布局、主要参数及其操作，并通过典型实例讲述了数控铣削加工程序的编制。
重点：
数控铣削编程基础； 数控铣床基本编程方法
难点：
刀具补偿、子程序、计算参数和程序跳转、循环
二、掌握程度
了解：控铣床的用途、布局、主要参数及其操作
掌握：控铣床的编程特点及各编程指令的使用，并能熟练地编制数控铣削加工程序 熟悉：数控铣加工过程
三、课程讲述 5.1 概述
5.1.1 数控铣床的用途、布局
XK5032A是一种可以加工复杂轮廓的中型立式数控铣床，数控系统采用高性能的 西门子SINUMERIK 802D系统。该系统抗干扰性能好、可靠性高、功能强，可实现三轴控制和三轴联动，除可完成复杂的轮廓加工外，还能实现镜像加工、轮廓放大或缩小、钻孔和铣削循环加工等。
5.1.2 数控铣床主要技术参数 1．基本规格
工作台工作面积（长×宽）工作台最大纵向行程 工作台最大横向行程 工作台最大垂直行程 主轴套筒移动距离
主轴端面到工作台面距离 主轴转速范围 主轴转速级数 工作台进给量 纵、横向快进速度
垂向快进速度主电动机功率 机床外形尺寸（长×宽×高）
2．数控系统的主要技术规格 控制轴数 联动轴数 最小设定单位 最小移动单位 最大指令值 定位精度 重复定位精度 程序存储量 5.2 数控铣削编程基础
5.2.1 数控铣床的编程特点
（1）铣削是机械加工中最常用的方法之一，主要包括平面铣削和轮廓铣削。二坐标联动用于加工平面零件轮廓；三坐标及以上的数控铣床用于难度较大的复杂工件的立体轮廓加工。
（2）数控铣床的数控装置具有多种插补方式。一般都具有直线插补和圆弧插补，有的还具有极坐标插补、抛物线插补、螺旋线插补等多种插补功能。
（3）编程时要充分熟悉机床的所有性能和功能。如刀具长度补偿、刀具半径补偿、固定循环、镜像、旋转等功能。
（4）由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单。非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，数学处理比较复杂，一般要采用计算机辅助计算和自动编程。5.2.2 基本编程功能指令
数控铣床与数控车床的编程功能相似，数控铣床的编程功能指令也分准备功能和辅助功能两大类。以西门子SINUMERIK 802D数控系统为例介绍数控铣床的基本编程功能指令。
1、程序结构
（1）程序名
SINUMERIK 802D数控系统程序名的命名规则是开始的两个符号一般是字母、其后的符号可以是字母、数字或下划线、最多为16个字符，但不得使用分隔符。例如将程序命名为AB001、L10等。
（2）程序段
程序段是由若干字段和结束符组成。段结束符表示程序段结束。在程序编写中进行换行或按输入键可以自动产生段结束符。编程时大写字母和小写字母没有区别。所以在计算机上编写并通过通信方式输入数控系统的程序，字母可以不分大小写。但一般用大写字母。
2、准备功能G
G功能指令是用地址字符G和后面的数字来表示的 3．辅助功能M M功能指令是用地址字M及后面的数字表示的，其书写格式和含义同数控车床。
4．其他功能
（1）F功能
进给速度F是刀具轨迹速度，它是所有移动坐标轴速度的矢量和。G94为进给速度（mm/min）；G95为进给率（mm/r）（只有主轴旋转控制才有意义）。
（2）S功能
S功能指令表示数控铣床主轴的转速，单位为r/min。主轴的旋转方向和停止转动通过M指令（M3主轴顺时针转动；M4主轴逆时针转动；M5主轴停止转动）来实现，如编程M3 S1000表示主轴顺时针转动，转速为1000r/min。
（3）T功能
T功能指令表示选择刀具，用T1~T32表示，如T2表示选用2号刀具。5.3 数控铣床基本编程方法 5.3.1 坐标轴运动
1．快速移动指令G0
快速移动指令G0用于快速定位刀具，模态有效。
2．直线插补G
1本指令使刀具以直线插补方式从起始点移动到目标点，并以F编程的进给速度运行。
3．圆弧插补G2、GG2指令表示在指定平面顺时针插补；G3指令表示在指定平面逆时针插补。平面指定指令与圆弧插补指令的关系见图5-11所示。
5.3.2 倒圆和倒角
在一个轮廓拐角处可以插入倒角或倒圆，指令CHF=…或者RND=…与加工拐角的轴运动指令（G1、G2、G3）一起写入到程序段中，只在当前平面中执行该功能。
5.3.3 刀具补偿 本系统具有刀具长度补偿和半径补偿功能，刀具的有关参数被单独输入到一专门的数据区，包括刀具长度及半径的基本尺寸、刀具磨损尺寸和类型等参数。在程序中只要调用所需的刀具号及其补偿参数，控制器就利用这些参数执行所要求的轨迹补偿，就能加工出满足要求的工件。
5.3.4 子程序
（1）用子程序编写经常重复进行的加工，比如某一确定的轮廓形状。子程序的结构与主程序的结构相同，在子程序中最后一个程序段用M02指令结束程序运行，也可以用RET指令结束子程序，但RET指令要求占用一个独立的程序段。
（2）子程序名可以自由选择，其方法与主程序中程序名的选取方法一样，但扩展名不同，主程序的扩展名为“.MPF”，在输入程序名时系统能自动生成扩展名，而子程序的扩展名“.SPF”必须与子程序名一起输入。
（3）在子程序中，还可以使用地址字符L，其后面的值可以有7位（只能为整数），地址字符L之后的0均有意义，不能省略。
（4）在一个程序中（主程序或子程序）可以直接利用程序名调用子程序。子程序调用要求占用一个独立的程序段。如果要求多次连续地执行某一子程序，则在编程时必须在所调用子程序的程序名后的地址P下写入调用次数，最大调用次数可达9999（P1~P9999）。
（5）在子程序中可以改变模态有效的G功能，比如G90到G91的变换。在返回调用程序时要注意检查一下所有模态有效的功能指令，并按照要求进行调整；对于R参数也需同样注意，不要无意识地用上级程序界面中所使用的计算参数R来修改下级程序界面的计算参数。（6）本系统子程序嵌套最多为四级 5.3.5 计算参数和程序跳转
要使一个NC程序不仅仅适用于特定数值下的一次加工，或者必须要计算出数值的情况，这两种情况均可以使用计算参数。你可以在程序运行时由控制器计算或设定所需要的数值；也可以通过操作面板设定参数数值。如果参数已经赋值，则它们可以在程序中对由变量确定的地址进行赋值。
在加工非圆曲面时，系统没有定义指令，这就需要借助计算参数R，并应用程序跳转等手段来完成曲面的加工。5.3.6 循环
循环是指用于特定加工过程的工艺子程序，比如用于钻孔、镗孔、铰孔、攻丝、排列孔加工、凹槽切削和坯料切削等，只要改变参数就可以使这些循环应用于各种具体加工过程，可大大减少编程工作量。
5.4 数控铣床的操作面板及操作简介
5.4.1．操作面板简介
5.4.2 机床操作简介 5.5 铣削加工编程实例
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
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