数控铣床编程的基本概念

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似，但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床，所以其结构也与普通铣床有很大区别。

一、数控铣床的主要组成

如图1－1所示，数控铣床主要由数控系统，主传动系统，进给伺服系统和冷却润滑系统等几大部分组成。

图1－1　数控铣床的主要组成

（1）主轴箱：包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具和带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接影响。

（2）进给伺服系统：由进给点击和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

（3）数控系统：数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。

（4）辅助装置：如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

（5）机床基础件：通常是指床身、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

二、数控铣床的结构特点

除了数控控制代替了操纵手柄、手轮外，数控铣床在外观上与普通铣床确实有不少相似之处，但实际上数控铣床在结构上比普通铣床要复杂的多，与其他数控机床相比，数控铣床在结构上主要有以下两方面的特征。

（1）控制铣床运动的坐标特征。为了把工件上连续复杂的轮廓形状加工出来必须控制刀具沿设定的直线、圆弧或空间的直线、圆弧轨迹运动。这就要求数控铣床的伺服拖动系动能在多坐标方向同时协调动作，并保持预定的相互关系，也就是要求铣床应能实现多坐标联动。数控铣床要控制的坐标数起码是3坐标中任意2坐标联动，要实现连续加工直线变斜角工件，起码要实现4坐标联动，而若要加工曲线变斜角工件，则要求实现5坐标联动。因此，数控铣床所配置的数控系统在档次上一般都比其他数控机床相应更高一些。

（2）数控铣床的主轴特征。现代数控铣床的主轴开启与停止，主轴正反转与主轴变速等都可以按程序介质上编入的程序自动执行。不同的铣床其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组（目前已很少采用），固定几种转速，可任选一种编入程序，但不能在运转时改变；有的采用变频器调速，将转速分为几档，程编时可任选一档，在运转中可通过控制面板上的旋钮在本档范围内自由调节；有的则不分档，程编可在整个调速范围内任选一值，在主轴运转中可以在全速范围内进行无级调整，但从安全角度考虑，每次调高或调低只能在允许的范围内，不能有大起大落的突变。在数控铣床的主轴套筒内一般都设有自动拉、退刀装置，能在数秒种内完成装刀与卸刀，使换刀显得较方便。此外，多坐标数控铣床的主轴可以绕X、Y或Z轴作数控摆动，也有的数控铣床带有万能主轴头，扩大了主轴自身的运动范围，但主轴结构更加复杂。

三、数控铣床分类

1．按构造分类

（1）工作台升降式数控铣床，如图1－2所示。

图1－2　工作台升降式数控铣床

这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。小型数控铣床一般采用此种方式。

（2）主轴头升降式数控铣床，如图1－3所示。

这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。

图1－3　主轴头升降式数控铣床

（3）龙门式数控铣床，如图1－4所示。

这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。

图1－4　龙门式数控铣床

2．按通用铣床的分类方法分类

（1）数控立式铣床，如图1－1所示。

数控立式铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。从机床数控系绕控制的坐标数量来看，目前3坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意2个坐标联动加工（常称为2．5坐标加工）。此外，还有铣床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中1个或2个轴作数控摆角运动的4坐标或5坐标数控立铣。

（2）卧式数控铣床，如图1－5所示。

与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次装夹中，通过转盘改变工位运动，进行“四面加工”。

图1－5　卧式数控铣床

（3）立卧两用数控铣床，如图1－6所示。

目前，这类数控铣床已逐步增多，由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台铣床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类铣床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。特别是小批量生产。

图1－6　立卧两用数控铣床

四、数控铣床的加工特点

数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：

（1）零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等；

（2）能加工普通铣床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件；

（3）能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件；

（4）加工精度高、加工质量稳定可靠；

（5）生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化；

（6）生产效率高；

（7）从切削原理上讲，无论是端铣还是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，应具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。

五、数控铣床常用刀具

选择刀具应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：适用、安全、经济。

适用是要求所选择的刀具能达到加工的目的，完成材料的切削，并达到预定的加工精度。如粗加工时选择有足够大并有足够的切削能力的刀具能快速切削材料；而在精加工时，为了能把结构形状全部加工出来，要使用较小的刀具，加工到每一个角落。再如，切削低硬度材料时，可以使用高速钢刀具，而切削高硬度材料时，就必须使用硬质合金刀具。

安全指的是在有效切削材料的同时，不会产生刀具的碰撞、折断等。要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或者挤擦，造成刀具或工件的损坏。如加长的直径很小的刀具切削硬质的材料时，很容易折断，选用时一定要慎重。

经济指的是能以最小的成本完成加工。在同样可以完成加工的情形下，选择相对综合成本较低的方案，而不是选择最便宜的刀具。刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高则可以使总体成本可能比使用普通刀具更低，产生更好的效益。如进行钢材切削时，选用高速钢刀具，其进给速度只能达到l00mm／min，而采用同样大小的硬质合金刀具，进给速度可以达到500mm／min以上，可以大幅缩短加工时间，虽然刀具价格较高，但总体成本反而更低。通常情况下，优先选择经济性良好的可转位刀具。

选择刀具时还要考虑安装调整的方便程度、刚性、耐用度和精度。在满足加工要求的前提下，刀具的悬伸长度尽可能短，以提高刀具系统的刚性。

数控加工刀具从结构上可分为：（1）整体式；（2）镶嵌式，镶嵌式又可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，又分为可转位和不转位2种；（3）减振式，当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具；（4）内冷式，切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；（5）特殊形式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。

数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为：（1）高速钢刀具；（2）硬质合金刀具；（3）陶瓷刀具；（4）立方氮化硼刀具；（5）金刚石刀具；（6）涂层刀具。数控铣床上用到的刀具有：（1）钻削刀具，分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等；（2）镗削刀具，分粗镗、精镗等刀具；（3）铣削刀具，分面铣、立铣、三面刃铣等刀具。

1．钻削刀具

在数控铣床和加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，一般钻孔深度约为直径的5倍左右，加工细长孔时刀具易折断，因此要注意冷却和排屑。

如图1－7所示整体式硬质合金钻头，如果钻削深孔，冷却液可以从钻头中部引入。为了提高钻头的寿命，刀刃上涂有一层碳化钛，它的寿命为一般钻头的2～3倍，使用这种钻头钻箱体孔，比普通麻花钻要提高工效4～6倍。在钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔，或用一个刚性较好的短钻头顶一窝，解决在铸件毛坯表面的找正等问题。如代替孔的倒角，以提高小钻头的寿命。顶窝一般采用Φ8～Φ15的钻头。当工件毛坯表面非常硬，钻头无法划窝时可先用硬质合金立铣刀，在欲钻孔部位先铣一个小平面，然后再用中心钻钻一引孔，解决硬表面钻孔的找正问题。如图1－8所示。

图1－7　整体式硬质合金钻头

图1－8　顶窝钻孔加工

2．铣削加工的刀具

铣削加工刀具种类很多，在数控机床和加工中心上常用的铣刀有：

（1）面铣刀

面铣刀主要用于立式铣床上加工平面、台阶面等。

面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。

硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。目前广泛应用的可转位式硬质合金面铣刀结构如图1－9所示。它将可转位刀片通过夹紧元件夹固在刀体上，当刀片的一个切削刃用钝后，可直接在机床上将刀片转位或更换新刀片。可转位式铣刀要求刀片定位精度高、夹紧可靠、排屑容易、更换刀片迅速等，同时各定位、夹紧元件通用性要好，制造要方便，并且应经久耐用。

图1－9　可转位式硬质合金面铣刀

面铣刀铣削平面一般采用2次走刀。粗铣时沿工件表面连续走刀，应选好每一次走刀宽度和铣刀直径，使接刀刀痕不影响精切走刀精度，当加工余量大且不均匀时铣刀直径要选小些。精加工时铣刀直径要大些，最好能包容加工面的整个宽度。

（2）立铣刀

立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，主要用于立式铣床上加工凹槽、台阶面等，其结构如图1－10所示。

图1－10　立铣刀

立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。图1－10中的直柄立铣刀分别为两刃、三刃和四刃的铣刀。

立铣刀和镶硬质合金刀片的立铣刀主要用于加工凸轮、凹槽和箱口面等。

为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工精度的目的。

（3）模具铣刀

模具铣刀由立铣刀发展而成，主要用于立式铣床上加工模具型腔、三维成型表面等。可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀3种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。如图1－11所示为高速钢制造的模具铣刀，如图1－12所示为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，Φ16mm以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。

图1－11　高建钢模具铣刀

图1－12　硬质合金模具铣刀

曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用可转位圆刀片铣刀如图1－12（b）。

（4）键槽铣刀

键槽铣刀主要用于立式铣床上加工圆头封闭键槽等。如图1－13所示，键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃。键槽铣刀可以不经预钻工艺孔而轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。

图1－13　键槽铣刀

（5）镗孔刀具

在加工中心上进行镗削加工通常是采用悬臂式加工，因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。

在镗孔过程中一般都是采用移动工作台或立柱完成Z向进给（卧式），保证悬伸不变，从而获得进给的刚性。

对于精度要求不高的几个同尺寸的孔，在加工时，可以用一把刀完成所有孔的加工后，再更换一把刀加工各孔的第二道工序，直至换最后一把刀加工最后一道工序为止。

精加工孔则须单独完成，每道工序换一次刀，尽量减少各个坐标的运动以减少定位误差对加工精度的影响。

加工中心常用的精镗孔刀具为如图1－14所示的精镗微调刀杆系统。

大直径的镗孔加工可选用如图1－15所示的可调双刃镗刀系统，镗刀两端的双刃同时参与切削，每转进给量高，效率高，同时可消除切削力对镗杆的影响。

图1－14　精镗微调镗刀

图1－15　可调双刃镗刀

六、数控铣床常用夹具简介

1．数控铣削加工常用的夹具

（1）万能组合夹具。适用于小批量生产或研制时的中、小型工件在数控铣床上进行铣加工。如图1－16所示。

图1－16　万能组合夹具

（2）专用铣切夹具。是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般在批量生产或研制时非要不可时采用。

（3）多工位夹具。可以同时装夹多个工件，可减少换刀次数，也便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短准备时间，提高生产率，较适宜于中批量生产。

（4）气动或液压夹具。适用于生产批量较大，采用其他夹具又特别费工、费力的工件。能减轻劳动强度和提高生产率，但此类夹具结构较复杂，造价往往较高，而且制造周期较长。

（5）真空夹具。适用于有较大定位平面或具有较大可密封面积的工件。有的数控铣床（如壁板铣床）自身带有通用真空平台，在安装工件时，对形状规则的矩形毛坯，可直接用特制的橡胶条（有一定尺寸要求的空心或实心圆形截面）嵌入夹具的密封槽内，再将毛坯放上，开动真空泵，就可以将毛坯夹紧。对形状不规则的毛坯，用橡胶条已不太适应，须在其周围抹上腻子（常用橡皮泥）密封，这样做不但很麻烦，而且占机时间长，效率低。为了克服这种困难，可以采用特制的过渡真空平台，将其叠加在通用真空平台上使用。

除上述几种夹具外，数控铣削加工中也经常采用虎钳、分度头和三爪夹盘等通用夹具。

2．掌握数控铣床夹具的选择原则

在选用夹具时，通常需要考虑产品的生产批量，生产效率，质量保证及经济性等，选用时可参照下列原则：

（1）在生产量小或研制时，应广泛采用万能组合夹具，只有在组合夹具无法解决工件装夹时才可放弃；

（2）小批或成批生产时可考虑采用专用夹具，但应尽量简单；

（3）在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。

一、概述

数控系统面板即CRT／MDI操作面板。本书介绍的操作面板是FANUC公司的FANUC 01系统的操作面板，其中CRT是阴极射线管显示器的英文缩写（Cathode Radiation Tube，CRT），而MDI是手动数据输入的英文缩写（Manual Date Input，MDI）。如图1－17所示，为9″CRT全键式的操作面板和MDI标准键盘的操作面板。

图1－17　CRT／MDI操作面板

可以将面板的键盘分为以下几个部分：

（1）软件键

该部分位于CRT显示屏的下方，除了左右两个箭头键外，键面上没有任何标识。这是因为各键的功能都被显示在CRT显示屏的下方的对应位置，并随着CRT显示的页面不同而有着不同的功能，这就是该部分被称为软件键的原因；

（2）系统操作键

这一组有二个键，分别为右下角RESET键和HELP键，其中的RESET为复位键，HELP键为系统帮助键；

（3）数据输入键

该部分包括了铣床能够使用的所有字符和数字。可以看到，字符键都具有2个功能，较大的字符为该键的第一功能，即按下该键可以直接输入该字符，较小的字符为该键的第二功能，要输入该字符须先按“SHIFT”键（按“SHIFT”键后，屏幕上相应位置会出现一个“＾”符号）然后再按该键。另外键“6／sp”中“sp”是“空格”的英文缩写（Space），也就是说，该键的第二功能是空格；

（4）光标移动键和翻页键

在MDI面板的下方的上下箭头键（“↑”和“↓”）和左右箭头键（“←”和“→”）为光标前后移动键，标有“PAGE”的上下箭头键为翻页键；

（5）编辑键

这一组有5个键：CAN、INPUT、ALTER、INSERT和DELETE，位于MDI面板的中右方，这几个键为编辑键，用于编辑加工程序；

（6）NC功能键

该组的6个键（标准键盘）或8个键（全键式）用于切换NC显示的页面以实现不同的功能；

（7）电源开关按钮

机床的电源开关按钮位于CRT／MDI面板左侧，红色标有“OFF”的按钮为NC电源关断，绿色标有“ON”的按钮为NC电源接通。

二、MDI面板

CRT为显示屏幕，用于相关数据的显示，用户可以从屏幕中看到操作数控系统的反馈信息。MDI面板是用户输入数控指令的地方，MDI面板的操作是数控系统最主要的输入方式。

如图1－18所示，为MDI面板上各按键的位置。

图1－18　MDI操作面板

如表1－1所示为MDI面板上各键的详细说明。

表1－1　MDI面板上键的详细说明

续　表

三、功能键和软件键

（1）功能键用来选择将要显示的屏幕的种类。在MDI面板上的功能键。如图1－19所示。

图1－19　功能键

每一个功能键的主要作用如表1－2所示（标准键盘只有前6个键）。

表1－2　每一个功能键的主要作用

（2）软件键：要显示一个更详细的屏幕，按下功能键后按软件键。软件键也用于实际操作。下面各图标说明了按下一个功能键后软件键显示屏幕的变化情况。如图1－20所示。

说明：

①按下功能键后常用屏幕之间的切换；

②根据配置的不同，有些软件键并不显示；

③在一些情况下，当应用12个软件键显示单元时菜单继续键被忽略。

1－20　选择软件键的操作方法

软件键的一般操作：

①按下MDI面板上的功能键。属于所选功能的章节软件键就显示出来；

②按下其中一个章节选择键。则所选章节的屏幕就显示出来。如果有关一个目标章节的屏幕没有显示出来，按下菜单继续键（下一菜单键）。有些情况，可以选择一章中的附加章节；

③当目标章节屏幕显示后，按下操作选择键，以显示要进行操作的数据；

④为了重新显示章节选择软件键，按下菜单返回键。

上面解释了通常的屏幕显示过程。而实际的显示过程，每一屏幕都不一样。

（3）按下功能键的画面显示。

按下这个功能键，可以显示刀具的当前位置。数控系统用以下3种画面来显示刀具的当前位置：

绝对坐标系位置显示画面；

相对坐标系位置显示画面；

综合位置显示画面。

以上画面也可以显示进给速度，运行时间和加工的零件数。此外，也可以在相对坐标系的画面中设定浮动参考点。如图1－21所示为该功能键被按下时CRT画面的切换，同时显示了每一画面的子画面。

图1－21　按下POS键的显示画面

常用的显示画面：

1．绝对坐标系位置显示画面（ABS），如图1－22所示。

1－22　按下功能键POS键和ABS软件键后的显示画面

2．相对坐标系位置显示画面（REL），如图1－23所示。

这个画面是根据操作者设定的坐标系显示刀具在相对坐标系中的当前位置。刀具移动时当前坐标也发生变化，增量系统的单位用作数字值的单位，画面顶部标明使用的是相对坐标系。

在这个画面中，可以在相对坐标系中将刀具的当前位置设置为0，或者按照以下步骤预设一个指定值。

（1）相对坐标画面上输入轴的地址（比如X或Y）。相应的轴则出现闪烁，标明了那个指定轴，软件键变化如图1－24所示。

（2）如果要将该坐标设置为0，按下软件键［ORGIN］（起源）。相对坐标系中闪烁的轴的坐标值被复位为0。

（3）如果要将坐标预设为某一值，将值输入后按下软键［PRESET］。闪烁的轴的相对坐标被设置为输入的值。

图1－23　按下功能键POS键

图1－24　REL软件键后的显示画面

图1－24在相对坐标系显示画面中进行置零操作

说明：实际工作中，在对刀、找正等操作中经常用到这个操作技巧，可以完成数值计数，也就是将铣床当成数控铣床来用。

（4）综合位置显示画面（ALL），如图1－25所示。

图1－25　按下功能键POS键和ALL软件键后的显示画面

图1－25中这个画面是按下功能键POS后，又按下了软件键［ALL］后，CRT屏幕显示的画面。下面解释该画面中的一些内容。

①坐标显示：可以同时显示下面坐标系中刀具的当前位置。

相对坐标系的当前位置（相对坐标系）。

工件坐标系的当前位置（绝对坐标系）。

剩余的移动量（剩余移动量）。

机床坐标系的当前位置（机床坐标系）。

②剩余的移动量：在MEMORY或者MDI方式中可以显示剩余移动量。即在当前程序段中刀具还需要移动的距离。

③机床坐标系：最小指令单位用作机床坐标系的数值单位，然而也可以通过参数No．3104＃0（MCN）的设置使用最小输入单位。

（5）按下功能键的画面显示。

在不同的操作面板模式下该功能键显示的画面是不相同的。如图1－26所示，在MEMORY（AUTO）或者MDI模式中按下该功能键的画面切换显示，同时显示了每一画面的子画面。

图1－26　在MEMORY或MDI模式中用功能键PROG切换的画面

如图1－27所示，在EDIT模式中按下该功能键的画面切换显示，同时显示了每一画面的子画面。

图1－27　在EDIT模式中用功能键PROG切换的画面

常用的程序（PROG）画面。

1．程序运行监控画面，如图1－28所示。

1－28　按下功能键PROG键和CHECK软件键后的显示画面

图1－28中这个画面是在MEMORY（AUTO）模式下，按下功能键PROG，又按下了软件键［CHECK］后，CRT屏幕显示的画面。下面解释该画面中的一些内容。

①程序显示。

画面可以显示从当前正在执行的程序段开始的4个程序段。当前正在执行的程序段以白色背景显示。在DNC操作中，仅能显示3个程序段。

②当前位置显示。

显示在工件坐标系或者相对坐标系中的位置以及剩余的移动量。绝对位置和相对位置可以通过［ABS］和［REL］软件键进行切换。

③模态G代码。

可以显示最多12个模态G代码。

④在自动运行中的显示。

显示当前正在执行的程序段，刀具位置和模态数据。

在自动运行中，可以显示实际转速（SACT）和重复次数。否则显示键盘输入提示符（＞＿）。

⑤T代码。

正常情况下是显示当前刀具的号码，如果参数PCT（No．3108＃2）设置为1时，显示由PMC（HD．T／NX．T）指定的T代码，而不是程序中指定的T代码。

2．MDI模式下输入程序画面，如图1－29所示。

图1－29　在MDI模式下按下功能键PROG键后的显示画面

图1－29画面是在MDI模式下，按下功能键PROG后，CRT屏幕显示的画面。在这个画面中，可以由MDI面板输入程序（只使用一次的程序）和模态数据。

3．EDIT模式下输入程序画面，如图1－30所示。

图1－30　在EDIT模式下按下功能键PROG键后的显示画面

图1－30画面是在EDIT模式下，按下功能键PROG后，CRT屏幕显示的画面。从这个画面，可以使用CRT屏幕下的软件键，进入［PRGRM］和［DIR］2种画面。

①［PRGRM］画面，在这个画面中，可以完成程序的建立，程序的编辑，程序的传输等操作内容。

②［DIR］画面，在这个画面中，可以看到已经建立的程序文件名，程序的大小，剩余的系统内存等内容。

（6）按下功能键的画面显示。

按下该功能键显示和设置补偿值和其他数据。

如图1－31所示，为该功能键被按下时CRT画面的切换，同时显示了每一画面的子画面。

图1－31　用功能键OFFSET SETTING切换的画面

常用的补偿输入（OFFSET SETTING）画面：

1．设定和显示刀具偏置值，如图1－32所示。

图1－32　按下功能键OFFSET键和OFFSET软键后的显示画面

图1－32中画面是按下功能键OFFSET后，又按下了软件键［OFFSET］后，CRT屏幕显示的画面。下面解释该画面中的一些内容。

这个画面是设定和显示刀具偏置值。刀具长度偏置值和刀具半径补偿值由程序中的D或者H代码指定。D或者H代码的值可以显示在画面上并借助画面进行设定。

设置刀具补偿值的基本步骤如下。

①通过页面键和光标键将光标移到要设定和改变补偿值的地方，或者输入补偿号码，在这个号码中设定或者改变补偿值并按下软件键［NO．SRH］。

②要设定补偿值，输入一个值并按下软件键［INPUT］。要修改补偿值，输入一个将要加到当前补偿值的值（负值将减小当前的值）并按下软件键［＋INPUT］，或者输入一个新值，并按下软件键［INPUT］。

2．显示和设定工件原点偏移值（用户坐标系），如图1－33所示。

图1－33　按下功能键OFFSET键和WORK软键后的显示画面

图1－33中画面是按下功能键OFFSET后，又按下了软键［WORK］后，CRT屏幕显示的画面。

这个画面是设定和显示每一个工件坐标系的工件原点偏移值（G54～G59）和外部工件原点偏移值。工件原点偏移值和外部工件原点偏移值可以在这个画面上设定。

显示和设定工件原点偏移值的步骤如下。

①关掉数据保护键，使得可以写入。

②将光标移动到想要改变的工件原点偏移值上。

③通过数字键输入数值，然后按下软件键［INPUT］。输入的数据就被指定为工件原点偏移值。或者，通过输入一个数值并按下软件键［＋INPUT］，输入的数值可以累加到以前的数值上。

④重复第2步和第3步，改变其他的偏移值。

⑤接通数据保护键禁止写入（防止他人改动）。

注意：在图1－33的画面中，有一个特殊的［EXT］坐标系，该坐标系用来补偿编程的工件坐标系与实际工件坐标系的差值。该坐标系里的数值，会影响到后面的所有用户坐标系（G54～G59）。

（7）按下功能键的画面显示。

当CNC和铣床连接调试时，必须设定有关参数以确定铣床的功能、性能与规格。并充分利用伺服电机的特性。参数要根据铣床设定，见铣床厂提供的参数表。

如图1－34所示，为该功能键被按下时CRT画面的切换，同时显示了每一画面的子画面。

1－34　用功能键SYSTEM切换的画面

注意：对于铣床使用者来说，系统参数通常不需要改变。

系统参数（SYSTEM）的画面，范例如图1－35所示。

1－35

（8）按下功能键的画面显示。

按下该功能键后，可显示报警，报警记录和外部信息，如图1－36所示。

1－36　按下功能键MESSAGE键和MSGHIS软键后的显示画面

（9）按下功能键的画面显示。

FANUC系统具有2种图形功能：一种是图形显示功能；另一种是动态图形显示功能。

图形显示功能能够在屏幕上画出正在执行程序的刀具轨迹。图形显示功能可以放大或缩小图形。

动态图形显示功能能够在屏幕上画出刀具轨迹和实体图形。刀具轨迹的绘制，可以实现自动缩放和立体图绘制。在加工轮廓的实体绘制中，加工过程的状态可以通过模拟显示出来，毛坯也可以描绘出来，如图1－37所示。

1－37　按下功能键GRAPH键和PARAM软件键后的显示画面

一、概述

铣床控制面板是由机床厂家配合数控系统自主设计的。不同厂家的产品，铣床控制面板是各不相同的。甚至同一厂家，不同批次的产品，其铣床控制面板也不相同。因此，这部分内容的学习，应该根据本单位实际铣床的操作面板来学习。如图1－38所示的铣床操作面板。

图1－38　数控铣床操作面板

对于配备FANUC系统的数控铣床来说，铣床控制面板的操作基本上大同小异，除了部分按钮的位置不相同外，其他的操作其实是一样的。

如果想要熟练操作数控铣床，那铣床操作面板上各按钮的作用，必须熟练掌握。下面介绍数控铣床操作面板上各按钮的作用。

二、机床操作面板上各按钮的说明如表1－3所示

表1－3　铣床操作面板上各按钮的说明

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1．数控铣床开停机操作

开机操作

停机操作

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2．手动回参考点操作（RETUTRN TO REFERENCE POSITION）

3．手动数据输入的操作（MDI）

4．自动执行程序（AUTOMATIC）

5．在线加工的操作（DNC）

一、数控铣床的编程内容

一般来讲，程序编制包括以下几个方面的工作。

1．加工工艺分析

编程人员首先要根据零件图，对零件的材料、形状、尺寸、精度和热处理要求等，进行加工工艺分析。合理地选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数等；同时还要考虑所用数控铣床的指令功能，充分发挥铣床的效能；加工路线要短，换刀次数要少。

2．数值计算

根据零件图的几何尺寸确定工艺路线及设定坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，有的还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。

对于形状比较复杂的零件（如非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完成。

3．编写加工程序

加工路线、工艺参数及刀位数据确定后，编程人员就可以根据数控系统规定的功能指令代码及程序段的格式，逐段编写加工程序。如果编程人员与加工人员是分开的话，还应附上必要的加工示意图、刀具参数表、机床调整卡、工艺卡以及相关的文字说明。

4．制备控制介质

把编制好的程序记录到控制介质上，作为数控装置的输入信息。用人工或通信传输的方式送入数控系统。

5．程序校对和首件试切

编写的程序和制备好的控制介质，必须经过校验和试切后才能正式使用。校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控系统中，让铣床空运行，以评查铣床的运动轨迹是否正确，或者通过数控系统提供的图形仿真功能，在CRT屏幕上，模拟刀具的运动轨迹。但这些方法只能评验运动是否正确，不能评验被加工零件的加工精度。因此，要进行零件的首件试切。当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正。

二、数控编程的方法

数控机床所使用的程序是按一定的格式并以代码的形式编制的，一般称为“加工程序”，目前零件的加工程序编制方法主要有以下3种：

（1）手工编程。利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于二维零件和计算量不大的零件编程。对机床操作人员来讲必须掌握。

（2）自动编程。自动编程的初期是利用微机或专用的编程器，在专用编程软件（例如APT系统）的支持下，以人机对话的方式来确定加工对象和加工条件，然后编程器自动进行运算并生成加工指令，这种自动编程方式，对于形状简单（轮廓由直线和圆弧组成）的零件，可以快速完成编程工作。目前在安装高版本数控系统的铣床上，这种自动编程方式，已经完全集成在铣床的内部（例如西门子810系统、海德汉430系统等）。但是如果零件的轮廓是曲线样条或是三维曲面组成，这种自动编程是无法生成加工程序的，解决的办法是利用CAD／CAM软件来进行数控编程；

（3）CAD／CAM。利用CAD／CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。这种方法适用于制造业中的CAD／CAM集成系统。目前正被广泛应用，该方式适应面广、效率高，程序质量好，适用于各类柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），但投资大，掌握起来需要一定时间。

一、程序代码

为了满足设计、制造、维修和普及的需要，在输入代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式等方面，国际上已形成了2种通用的标准，即国际标准化组织（ISO）标准和美国电子工程协会（EIA）标准。这些标准是数控加工编程的基本原则。

在数控加工编程中常用的标准主要有：

（1）数控纸带的规格；

（2）数控铣床坐标轴和运动方向；

（3）数控编程的编码字符；

（4）数控编程的程序段格式；

（5）数控编程的功能代码。

我国根据ISO标准制定了《数字控制机床用的七单位编码字符》（JB3050—82）、《数字控制坐标和运动方向的命名》（JB3051－82）、《数字控制机床穿孔带程序段格式中的准备功能G和辅助功能M代码》（JB3208—83）。但是由于各个数控机床生产厂家所用的标准尚未完全统一，其所用的代码、指令及其含义不完全相同，因此，在数控编程时必须按所用数控铣床编程手册中的规定进行。目前，数控系统中常用的代码有ISO代码和EIA代码。

由于目前穿孔纸带的使用已经很少了，这里就不介绍数控纸带的规格了。

二、数控铣床坐标轴和运动方向

规定数控铣床坐标轴和运动方向，是为了准确地描述铣床运动，简化程序的编制，并使所编程序具有互换性。国际标准化组织目前已经统一了标准坐标系，我国也颁布了相应的标准（JB3051－82），对数控铣床的坐标和运动方向作了明文规定。

1．运动方向命名的原则

铣床在加工零件时是刀具移向工件，还是工件移向刀具，为了根据图样确定铣床的加工过程，特规定：永远假定刀具相对于静止的工件坐标而运动。

2．坐标系的规定

为了确定铣床的运动方向、移动的距离，要在铣床上建立一个坐标系，这个坐标系就是标准坐标系。在编制程序时，以该坐标系来规定运动的方向和距离。

数控铣床上的坐标系是采用右手笛卡儿坐标系。如图1－39所示，大拇指的方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向，中指为Z轴正方向。

图1－39　右手笛卡儿坐标系

下面介绍几种常用的坐标系。

（1）铣床坐标系

铣床坐标系是铣床上固有的坐标系，铣床坐标系的方位是参考铣床上的一些基准来确定。铣床上有一些固定的基准线，如主轴中心线，固定的基准面，如工作台面、主轴端面、工作台侧面、导轨面等，不同的铣床有不同的坐标系。

在标准中，规定平行于机床主轴（传递切削力）的刀具运动坐标轴为Z轴，取刀具远离工件的方向为正方向（＋Z）。如果铣床有多个主轴时，则选一个垂直于工件装夹面的主轴为Z轴。

X轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。对于工件作旋转运动的机床（车床、磨床），取平行于横向滑座的方向（工件径向）为刀具运动的X轴坐标，同样，取刀具远离工件的方向为X的正方向；对于刀具作旋转运动的机床（如铣床、镗床），当Z轴为水平时，沿刀具主轴后端向工件方向看，向右的方向为X的正方向；如Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看时，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边；对于双立柱机床，当从主轴向左侧立柱看时，X轴向的正方向指向右边。上述正方向都是刀具相对工件运动而言。

在确定了X、Z轴的正方向后，可按右手直角笛卡尔坐标系确定Y轴的正方向，即在ZX平面内，从＋Z转到＋X时，右螺旋应沿＋Y方向前进。常评铣床的坐标方向如图1－40、1－41所示，图1－40、1－41中表示的方向为实际运动部件的移动方向。

铣床原点（机械原点）是铣床坐标系的原点，它的位置通常是在各坐标轴的最大极限处。

图1－40　立式数控铣床坐标系

图1－41　卧式数控铣床坐标系

（2）工作坐标系

工件坐标系是编程人员在编程和加工时使用的坐标系，是程序的参考坐标系，工件坐标系的位置以铣床坐标系为参考点，一般在一个铣床中可以设定6个工件坐标系。编程人员以工件图样上的某点为工件坐标系的原点，称工作原点。而编程时的刀具轨迹坐标点是按工件轮廓在工作坐标系中的坐标确定。在加工时，工件随夹具安装在机床上，这时测量工件原点（X′，O′，Y′）与机床原点（X，O，Y）间的距离（0，0′），这个距离称作工件原点偏置，如图1－42所示。

1－42　工件原点与铣床

这个偏置值必须在执行加工程序前预存到数控系统中。在加工时，工件原点偏置便能自动加到工件坐标系上，使数控系统可按铣床坐标系确定加工时的绝对坐标值。因此，编程人员可以不考虑工件在铣床上的实际安装位置和安装精度，而利用数控系统的原点偏置功能，通过工作原点偏置值，补偿工件在工件台上的位置误差。现在绝大多数数控铣床都有了这种功能，使用起来很方便。

（3）附加运动坐标

一般称X、Y、Z为主坐标或第一坐标系，如有平行于第一坐标系的第二组和第三组坐标系，则分别指定为U、V、W、和P、Q、R。所谓第一坐标系是指靠近主轴的直线运动，稍远的为第二坐标系，更远的为第三坐标系。

三、程序结构

为运行铣床而送到CNC的一组指令称为程序。按照指定的指令，刀具沿着直线或圆弧移动，主轴电机按照指令旋转或停止。在程序中，以刀具实际移动的顺序来指定指令。一组单步的顺序指令称为程序段。一个程序段从识别程序段的顺序号开始，到程序段结束代码结束。在本书中，用；或回车符来表示程序段结束代码（在ISO代码中为LF，而在EIA代码中为CR）。

加工程序是由若干程序段组成；而程序段是由一个或若干个指令字组成，指令字代表某一信息单元；每个指令字由地址符和数字组成，它代表机床的一个位置或一个动作；每个程序段结束处应有“LF”或“CR”表示该程序段结束转入下一个程序段。地址符由字母组成，每一个字母、数字和符号都称为字符。

程序结构举例如表1－4所示，如表1－5所示为程序范例中出现的字母的解释。

表1－4　程序范例

表1－5　常用地址符的含义

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程序段格式是指令字在程序段中排列的顺序，不同数控系统有不同的程序段格式。格式不符合规定，数控装置就会报警，不执行。常见程序段格式如表1－6所示。

表1－6　常评程序段的格式

①程序段序号（简称顺序号）：通常用4位数字表示，即“0000”～“9999”，在数字前还冠有标识符号“N”如N0001等。

②准备功能（简称G功能）：它由表示准备功能地址符“G”和两位数字所组成。

③坐标字：由坐标地址符及数字组成，且按一定的顺序进行排列，各组数字必须具有作为地址代码的字母（如X、Y等）开头。各坐标轴的地址符一般按下列顺序排列：

X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R、A、B、C、D、E。

其中，数字的格式和含义。

④进给功能F：由进给地址符F及数字组成，数字表示所选定的进给速度，一般为4位数字码，单位一般为“mm／min”或“mm／r”。

⑤主轴转速功能S：由主轴地址符S及数字组成，数字表示主轴转速，单位为“r／min”。

⑥刀具功能T：由地址符T和数字组成，用以指定刀具的号码。

⑦辅助功能（简称M功能）：由辅助操作地址符“M”和2位数字组成。M功能的代码已标准化。

⑧程序段结束符号：列在程序段的最后一个有用的字符之后，表示程序段结束。

需要说明的是，数控铣床的指令格式在国际上有很多格式标准规定，它们之间并不完全一致。随着数控铣床的发展，数控系统不断改进和创新，其功能更加强大并且使用方便。但在不同的数控系统之间，程序格式上存在一定的差异，因此，在具体掌握某一数控铣床时要仔细了解其数控系统的编程格式。

1．可编程功能

通过编程并运行这些程序使数控铣床能够实现的功能，称之为可编程功能。一般可编程功能分为两类：一类用来实现刀具轨迹控制，即各进给轴的运动，如直线／圆弧插补、进给控制、坐标系原点偏置及变换、尺寸单位设定、刀具偏置及补偿等，这一类功能被称为准备功能，以字母G以及两位数字组成，也被称为G代码；另一类功能被称为辅助功能，用来完成程序的执行控制、主轴控制、刀具控制、辅助设备控制等功能。在这些辅助功能中，Txx用于选刀，Sxxxx用于控制主轴转速。其它功能由以字母M与两位数字组成的M代码来实现。

2．准备功能如表1－7所示

表1－7　FANUC 0MD的准备功能表

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从表1－7可知G代码被分为不同的组，这是由于大多数的G代码是模态的，所谓模态G代码，是指这些G代码不只在当前的程序段中起作用，而且在以后的程序段中一直起作用，直到程序中出现另一个同组的G代码为止，同组的模态G代码控制同一个目标但起不同的作用，它们之间是不相容的。00组的G代码是非模态的，这些G代码只在它们所在的程序段中起作用。标有◤的G代码是数控系统启动后默认的初始状态。对于G01和G00、G90 和G91这两组指令，数控系统启动后默认的初始状态由系统参数决定。

同一程序段中可以有几个G代码出现，但当两个或两个以上的同组G代码出现时，最后出现的一个（同组的）G代码有效。在固定循环模态下，任何一个01组的G代码都将使固定循环模态自动取消，成为G80模态。

3．辅助功能如表1－8所示

表1－8　M代码辅助功能表

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铣床用S代码来对主轴转速进行编程，用T代码来进行选刀编程，其它可编程辅助功能由M代码来实现，一般地，一个程序段中，M代码最多可以有一个（0i系统最多可有3个）。M代码列表。

1．快速定位（G00）

格式：G00IP＿；

IP＿在本书中代表任意多个（最多5个）进给轴地址的组合，当然，每个地址后面都会有一个数字作为赋给该地址的值，一般铣床有3个进给轴（个别铣床有4～5个进给轴）即X、Y、Z，所以IP＿可以代表如X12．Y119．Z－37．或X287．3Z73．5A45．等等内容。

G00这条指令所作的就是使刀具以快速的速率移动到IP＿指定的位置，被指定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定是一条直线。G00指令下，快速倍率为100%时，各轴运动的速度是铣床的最快移动速度，目前的铣床通常大于15m／min，该速度不受当前F值的控制。

当各运动轴到达运动终点并发出位置到达信号后，CNC认为该程序段已经结束，并转向执行下一程序段。

说明：可以用系统参数（例如0i系统No．1401的第1位LRP）选择G00指令的移动轨迹。

（1）非直线插补定位

刀具分别以每轴的快速移动速度定位。刀具轨迹一般不是直线。

（2）直线插补定位

刀具轨迹与直线插补（G01）相同。刀具以不超过每轴的快速移动速度，在最短的时间内定位。

这两种插补方式的区别如图1－43所示。

图1－43　G00指令移动方式

2．直线插补（G01）

格式：G01IP＿F＿；

G01指令使当前的插补模态成为直线插补模态，刀具从当前位置移动到IP指定的位置，其轨迹是一条直线，F＿指定了刀具沿直线运动的速度，单位为mm／min（X、Y、Z轴）。第一次出现G01指令时，必须指定F值，否则机床报警。

假设当前刀具所在点为X－50．Y－75．，则下面的程序段将使刀具走出如图1－44所示轨迹。

图1－44　G01指令移动轨迹

N1G01X150．Y25．F100；

N2X50．Y75．；

可以看到，程序段N2并没有指令G01，但由于G01指令为模态指令，所以N1程序段中所指令的G01在N2程序段中继续有效，同样地，指令F100在N2段也继续有效，即刀具沿两段直线的运动速度都是100mm／min。

3．圆弧插补（G02／G03）

下面所列的指令可以使刀具沿圆弧轨迹运动：

在X－Y平面

G17｛G02／G03｝X_____Y_____｛（I_____J_____）／R_____｝F_____；

在X－Z平面

G18｛G02／G03｝X_____Z_____｛（I_____K_____）／R_____｝F_____；

在Y－Z平面

G19｛G02／G03｝Y_____Z_____｛（J_____K_____）／R_____｝F_____；

上面指令中字母的解释如表1－9所示

表1－9　G02／G03指令解释

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在这里的圆弧方向，对于X－Y平面来说，是由Z轴的正向往Z轴的负向看X－Y平面所看到的圆弧方向，同样，对于X－Z平面或Y－Z平面来说，观测的方向则应该是从Y轴或X轴的正向到Y轴或X轴的负向，适用于右手坐标系如图1－45所示。

图1－45　圆弧方向

圆弧的终点由地址X、Y和Z来确定。在G90模态，即绝对值模态下，地址X、Y、Z给出了圆弧终点在当前坐标系中的坐标值；在G91模态，即增量值模态下，地址X、Y、Z给出的则是在各坐标轴方向上当前刀具所在点到终点的距离。

从起点到圆弧中心，用地址I，J和K分别指令XP、YP或ZP轴向的圆弧中心位置。I、J或的距离K后的数值是从起点向圆弧中心方向的矢量分量，并且，不管指定G90还是指定G91，I、J和K的值总是增量值，如图1－46所示。

图1－46　I、J、K值的定义

I、J和K必须根据方向指定其符号（正或负）。

I0、J0和K0可以省略。当XP、YP或ZP省略（终点与起点相同），并且中心用I、J和K指定时，移动轨迹为360°的圆弧（整圆）。例如：G02I＿；指令一个整圆。

如果在起点和终点之间的半径差在终点超过了系统参数中的允许值时，则机床报警。

对一段圆弧进行编程，除了用给定终点位置和圆心位置的方法外，还可以用给定半径和终点位置的方法对一段圆弧进行编程，用地址R来指定半径值，替代给定圆心位置的地址。在这种情况下，如果圆弧小于180°，半径R为正值；如果圆弧大于180°，半径R用负值指定。如果XP、YP或ZP全都省略，即终点和起点位于相同位置，并且指定R时，程序编制出的圆弧为0°。编程一个整圆一般使用给定圆心的方法，如果必须要用R来表示，整圆必须打断为4个部分，每个部分小于180°。

例如：G02R＿；（刀具不移动）。

三、进给功能

为切削工件，刀具以指定速度移动称为进给。指定进给速度的功能称为进给功能。

1．进给速度

数控铣床的进给一般分为2类：快速定位进给及切削进给。

快速定位在指令G00、手动快速移动以及固定循环时的快速进给和点位之间的运动时出现。快速定位进给的速度是由铣床参数给定的，所以，快速移动速度不需要编程指定。用机床操作面板上的开关，可以对快速移动速度施加倍率，倍率值为：F0，25，50，100%。其中F0：由机床参数设定每个轴的固定速度。

切削进给出现在G01、G02／03以及固定循环中的加工进给的情况下，切削进给的速度由地址F在程序中指定。在加工程序中，F是一个模态的值，即在给定一个新的F值之前，原来编程的F值一直有效。CNC系统刚刚通电时，F的值由铣床参数给定，通常该参数在铣床出厂时被设为0。切削进给的速度是一个有方向的量，它的方向是刀具运动的方向，态（即速度的大小）为F的值。参与进给的各轴之间是插补的关系，它们的运动的合成即是切削进给运动。

F的最大值由也由铣床参数控制，如果编程的F值大于此值，实际的进给切削速度将限制为最大值。

切削进给的速度还可以由操作面板上的进给倍率开关来控制，实际的切削进给速度应该为F的给定值与倍率开关给定倍率的乘积。

四、参考点

参考点是铣床上的一个固定的点，它的位置由各轴的参考点开关和撞块位置以及各轴伺服电机的零点位置来确定。用参考点返回功能刀具可以非常容易地移动到该位置。参考点可用作刀具自动交换的位置。用铣床参数可在铣床坐标系中设定4个参考点。

1．自动返回参考点（G28）

格式：G28IP＿；

该指令使主轴以快速定位进给速度经由IP指定的中间点返回铣床参考点，中间点的指定既可以是绝对值方式的也可以是增量值方式的，这取决于当前的模态。一般地，该指令用于整个加工程序结束后使工件移出加工区，以便卸下加工完毕的零件和装夹待加工的零件。

注意：

为了安全起见，在执行该命令以前应该取消刀具半径补偿和长度补偿。

G28指令中的坐标值将被NC作为中间点存储，另一方面，如果一个轴没有被包含在G28指令中，NC存储的该轴的中间点坐标值将使用以前的G28指令中所给定的值。例如：

N1X20．0Y54．0；

N2G28X－40．0Y－25．0；中间点坐标值（－40．0，－25．0）；

N3G28Z31．0；中间点坐标值（－40．0，－25．0，31．0）；

该中间点的坐标值主要由G29指令使用。

2．从参考点自动返回（G29）

格式：G29IP＿；

该命令使主轴以快速定位进给速度从参考点经由中间点运动到指令位置，中间点的位置由以前的G28或G30指令确定。一般来说，该指令用在G28或G30之后，被指令轴位于参考点或第二参考点的时候。

在增量值方式模态下，指令值为中间点到终点（指令位置）的距离。

3．参考点返回检查（G27）

格式：G27IP＿；

该命令使主轴以快速定位进给速度运动到IP指令的位置，然后检查该点是否为参考点，如果是，则发出该轴参考点返回的完成信号（点亮该轴的参考点到达指示灯）；如果不是，则发出一个报警，并中断程序运行。

在刀具偏置的模态下，刀具偏置对G27指令同样有效，所以一般来说执行G27指令以前应该取消刀具偏置（半径偏置和长度偏置）。如果铣床闭锁开关置上位时，NC不执行G27指令。

4．返回第二参考点（G30）

格式：G30IP；

该指令的使用和执行都和G28非常相似，唯一不同的就是G28使指令轴返回机床参考点，而G30使指令轴返回第二参考点。可以使用G29指令使指令轴从第二参考点自动返回。

第二参考点也是铣床上的固定点，它和铣床参考点之间的距离由参数给定，第二参考点指令一般在铣床中主要用于刀具交换。

注意：

与G28一样，为了安全起见，在执行该命令以前应该取消刀具半径补偿和长度补偿。

五、坐标系

通常编程人员开始编程时，并不知道被加工零件在铣床上的位置，他所编制的零件程序通常是以工件上的某个点作为零件程序的坐标系原点来编写加工程序，当被加工零件夹压在铣床工作台上以后，再将NC所使用的坐标系的原点偏移到与编程使用的原点重合的位置进行加工。所以坐标系原点偏移功能对于数控铣床来说是非常重要的。

用编程指令可以使用下列3种坐标系：

（1）铣床坐标系；

（2）工件坐标系；

（3）局部坐标系。

1．选用机床坐标系（G53）

格式：（G90）G53IP＿；

该指令使刀具以快速进给速度运动到铣床坐标系中IP＿指定的坐标值位置，一般地，该指令在G90模态下执行。G53指令是一条非模态的指令，也就是说它只在当前程序段中起作用。

机床坐标系零点与铣床参考点之间的距离由参数设定，无特殊说明，各轴参考点与铣床坐标系零点重合。

2．使用预置的工件坐标系（G54～G59）

在铣床中，我们可以预置6个工件坐标系，通过在数控系统面板上的操作，设置每一个工件坐标系原点相对于铣床坐标系原点的偏移量，然后使用G54～G59指令来选用它们，G54～G59都是模态指令，分别对应1＃～6＃预置工件坐标系。举例如下，如表1－10所示。

预置1＃工件坐标系偏移量：X－150．000Y－210．000Z－90．000。

预置4＃工件坐标系偏移量：X－430．000Y－330．000Z－120．000。

表1－10　程序范例

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从以上举例可以看出，G54～G59指令的作用就是将NC所使用的坐标系的原点移到铣床坐标系中的预置点，预置方法请参考后面章节的操作部分。

在铣床的数控编程中，插补指令和其他与坐标值有关的指令中的IP＿，除非有特指外，都是指在当前坐标系中（指令被执行时所使用的坐标系）的坐标位置。绝大多数情况下，当前坐标系是G54～G59中的一个（G54为上电时的初始模态），直接使用铣床坐标系的情况不多。

3．可编程工件坐标系（G92）

格式：（G90）G92IP；

该指令建立一个新的工件坐标系，使得在这个工件坐标系中，当前刀具所在点的坐标值为IP＿指令的值。G92指令是一条非模态指令，但由该指令建立的工件坐标系却是模态的。实际上，该指令也是给出了一个偏移量，这个偏移量是间接给出的，它是新工件坐标系原点在原来的工件坐标系中的坐标值，从G92的功能可以看出，这个偏移量也就是刀具在原工件坐标系中的坐标值与IP＿指令值之差。

如果多次使用G92指令，则每次使用G92指令给出的偏移量将会叠加。对于每一个预置的工件坐标系（G54～G59），这个叠加的偏移量都是有效的。举例如下，如表1－11所示。

预置1＃工件坐标系偏移量：X－150．000Y－210．000Z－90．000。

预置4＃工件坐标系偏移量：X－430．000Y－330．000Z－120．000。

表1－11　程序范例

4．局部坐标系（G52）

G52可以建立一个局部坐标系，局部坐标系相当于G54～G59坐标系的子坐标系。

格式：G52IP＿；

该指令中，IP＿给出了一个相对于当前G54～G59坐标系的偏移量，也就是说，IP＿给定了局部坐标系原点在当前G54～G59坐标系中的位置坐标，即使该G52指令执行前已经由一个G52指令建立了一个局部坐标系。取消局部坐标系的方法也非常简单，使用G52IP0；即可。

六、平面选择

这一组指令用于选择进行圆弧插补以及刀具半径补偿所在的平面。

使用方法，如图1－46所示。

G17——选择XY平面

G18——选择ZX平面

G19——选择YZ平面

图1－46　平面选择指令

七、坐标值和尺寸单位

1．绝对值和增量值编程（G90和G91）

有2种指令刀具运动的方法：绝对值指令和增量值指令。

绝对值指令：绝对值指令是刀具移动到“距坐标系零点某一距离”的点，即刀具移动到坐标值的位置。

增量值指令：指令刀具从前一个位置移动到下一个位置的位移量。

在绝对值指令模态下，指定的是运动终点在当前坐标系中的坐标值；而在增量值指令模态下，指定的则是各轴运动的距离。G90和G91这对指令被用来选择使用绝对值模态或增量值模态。

G90——绝对值指令。

G91——增量值指令。

如图1－47所示的实例，可以更好地理解绝对值方式和增量值方式的编程。

图1－47　绝对值方式和增量值方式的编程

八、辅助功能

1．M代码

在铣床中，M代码分为2类：一类由NC直接执行，用来控制程序的执行；另一类由PMC来执行，控制主轴、ATC装置、冷却系统。

（1）程序控制用M代码。

用于程序控制的M代码有M00、M01、M02、M30、M98、M99，其功能分别如下：

M00——程序停止。NC执行到M00时，中断程序的执行，按循环启动按钮可以继续执行程序。

M01——程序选择停止。NC执行到M01时，若M01有效开关置为上位，则M01与M00指令有同样效果，如果M01有效开关置下位，则M01指令不起任何作用。

M02——程序结束。遇到M02指令时，NC认为该程序已经结束，停止程序的运行并发出一个复位信号。

M30——程序结束。并返回程序头。在程序中，M30除了起到与M02同样的作用外，还使程序返回程序头。

M98——调用子程序。

M99——子程序结束，返回主程序。

（2）其他M代码

M03——主轴正转。使用该指令使主轴以当前指定的主轴转速逆时针（CCW）旋转。

M04——主轴反转。使用该指令使主轴以当前指定的主轴转速顺时针（CW）旋转。

M05——主轴停止。

M06——自动刀具（参阅铣床操作说明书）。

M08——冷却开。

M09——冷却关。

铣床厂家往往将自行开发的铣床功能设置为M代码（例如铣床开／关门），这些M代码请参阅铣床自带的使用说明书。

2．T代码

铣床刀具库使用任意选刀方式，即由2位的T代码T××指定刀具号而不必管这把刀在哪一个刀套中，地址T的取值范围可以是1～99之间的任意整数，在M06之前必须有一个T码，如果T指令和M06出现在同一程序段中，则T码也要写在M06之前。

警告：

刀具号一定要设定正确，如果与实际不符，将会严重损坏铣床，并造成不可预计的后果。

3．主轴转速指令（S代码）

一般铣床主轴转速范围是20～6 000r／min。主轴的转速指令由S代码给出，S代码是模态的，即转速值给定后始终有效，直到另一个S代码改变模态值。主轴的旋转指令则由M03或M04实现。

九、刀具补偿功能

1．刀具长度补偿（G43，G44，G49）

使用G43（G44）H＿；指令可以将Z轴运动的终点向正或负向偏移一段距离，这段距离等于H指令的补偿号中存储的补偿值。G43或G44是模态指令，H＿指定的补偿号也是模态的使用这条指令，编程人员在编写加工程序时就可以不必考虑刀具的长度而只需考虑刀尖的位置即可。刀具磨损或损坏后更换新的刀具时也不需要更改加工程序，直接修改刀具补偿值即可。

G43指令为刀具长度补偿＋，也就是说Z轴到达的实际位置为指令值与补偿值相加的位置；G44指令为刀具长度补偿－，也就是说Z轴到达的实际位置为指令值减去补偿值的位置。H的取值范围为00～200。H00意味着取消刀具长度补偿值。取消刀具长度补偿的另一种方法是使用指令G49。NC执行到G49指令或H00时，立即取消刀具长度补偿，并使Z轴运动到不加补偿值的指令位置。

由于补偿值的取值范围是觔999．999～999．999mm或觔99．9999～99．9999英寸。补偿值正负号的改变，使用G43指令就可完成全部工作，因而在实际工作中，绝大多数情况下，都是使用G43指令。

2．刀具半径补偿

当使用加工中心进行内、外轮廓的铣削时，刀具中心的轨迹应该是这样的：能够使刀具中心在编程轨迹的法线方向上距编程轨迹的距离始终等于刀具的半径，如图1－48所示。在铣床上，这样的功能可以由G41或G42指令来实现。

格式：G41（G42）D___。

图1－48　刀具的半径补偿

（1）补偿向量

补偿向量是一个二维的向量，由它来确定进行刀具半径补偿时，实际位置和编程位置之间的偏移距离和方向。补偿向量的模即实际位置和补偿位置之间的距离始终等于指定补偿号中存储的补偿值，补偿向量的方向始终为编程轨迹的法线方向，如图所示。该编程向量由NC系统根据编程轨迹和补偿值计算得出，并由此控制刀具（X、Y轴）的运动完成补偿过程。

图1－49　刀具的补偿方向

（2）补偿值

在G41或G42指令中，地址D指定了一个补偿号，每个补偿号对应一个补偿值。补偿号的取值范围为0～200，这些补偿号由长度补偿和半径补偿共用。和长度补偿一样，D00意味着取消半径补偿。

补偿值的取值范围和长度补偿相同。

（3）平面选择

刀具半径补偿只能在被G17、G18或G19选择的平面上进行，在刀具半径补偿的模态下，不能改变平面的选择，否则出现P／S报警。

（4）G40、G41和G42

G40用于取消刀具半径补偿模态，G41为左向刀具半径补偿，G42为右向刀具半径补偿。在这里所说的左和右是指沿刀具运动方向而言的。G41和G42的区别如图1－50所示。

图1－50　G41和G42的区别

十、固定循环指令

1．孔加工固定循环（G73，G74，G76，G80～G89）

应用孔加工固定循环功能，使得其他方法需要几个程序段完成的功能在一个程序段内完成。

如表1－12 所示了所有的孔加工固定循环。

表1－12　固定循环指令

一般情况一个孔加工固定循环完成以下6步操作，如图1－51所示。

图1－51　孔加工固定循环

在图1－51中采用以下方式表示各段的进给：

对孔加工固定循环指令的执行有影响的指令主要有G90／G91及G98／G99指令。如图1－52所示了G90／G91对孔加工固定循环指令的影响。

G98／G99决定固定循环在孔加工完成后返回R点还是起始点，G98模态下，孔加工完成后Z轴返回起始点；在G99模态下则返回R点。

图1－52　G90／G91对孔加工固定循环指令的影响

在G73／G74／G76／G81～G89后面，给出孔加工参数，格式如下：

Gxx X Y Z R Q P F K；

如表1－13 所示了各地址指定的加工参数的含义。

表1－13　固定循环指令的参数

由Gxx指定的孔加工方式是模态的，如果不改变当前的孔加工方式模态或取消固定循环的话，孔加工模态会一直保持下去。使用G80或01组的G指令可以取消固定循环。孔加工参数也是模态的，在被改变或固定循环被取消之前也会一直保持，即使孔加工模态被改变。可以在指令一个固定循环时或执行固定循环中的任何时候指定或改变任何一个孔加工参数。

重复次数K不是一个模态的值，它只在需要重复的时候给出。进给速率F则是一个模态的值，即使固定循环取消后它仍然会保持。

如果正在执行固定循环的过程中NC系统被复位，则孔加工模态、孔加工参数及重复次数K均被取消。

如表1－14所示的例子可以更好地理解前面的内容。

表1－14

当加工在同一条直线上的等分孔时，可以在G91模态下使用K参数，K的最大取值为9 999。

G91G81X____Y____Z____R____F____K5。

以上程序段中，X、Y给定了第一个被加工孔和当前刀具所在点的距离，各被加工孔的位置如图1－53所示。

图1－53　钻孔位置

2．高速深孔钻削循环（G73）

在高速深孔钻削循环中，从R点到Z点的进给是分段完成的，每段切削进给完成后Z轴向上抬起一段距离，然后再进行下一段的切削进给，Z轴每次向上抬起的距离为d，由机床参数给定，每次进给的深度由孔加工参数Q给定。该固定循环主要用于径深比小的孔（如Φ5，深70）的加工，每段切削进给完毕后Z轴抬起的动作起到了断屑的作用。（如图1－54所示）。

图1－54　G73指令

4．取消固定循环（G80）

G80指令被执行以后，固定循环（G73、G74、G76、G81～G89）被该指令取消，R点和Z点的参数以及除F外的所有孔加工参数均被取消。另外01组的G代码也会起到同样的作用。

5．钻削循环（G81）

G81是最简单的固定循环，它的执行过程为：X、Y定位，Z轴快进到R点，以F速度进给到Z点，快速返回初始点（G98）或R点（G99），没有孔底动作。（如图1－55所示）。

图1－55　G81指令

6．深孔钻削循环（G83）

和G73指令相似，G83指令下从R点到Z点的进给也分段完成，和G73指令不同的是，每段进给完成后，Z轴返回的是R点，然后以快速进给速率运动到距离下一段进给起点上方d的位置开始下一段进给运动。（如图1－56所示）。

每段进给的距离由孔加工参数Q给定，Q始终为正值，d的值由铣床参数给定。

图1－56　G83指令

一、我国数控铣床现状

我国在20世纪80年代初期通过引进、消化、吸收国外先进技术，又在国家“七五”、“八五”、“九五”期间对伺服驱动技术进行重大科技项目攻关取得了很大成果。但由于产品可靠性等方面的原因，制约着我国数控机床的配套及应用，从而影响我国装备制造业的发展。一些机床厂家也不得不选用国外的伺服系统，使得国产数控机床在价格、交货期、可靠性等方面均不占优势，更无力开发市场需求的新品种，从而失去巨大的市场份额。从公开的统计资料来看，CNC系统中75%以上的故障出自伺服部分。

然而，近年来在国家不断组织科技攻关的同时，一些民营高科技公司也为发展我国伺服驱动技术注入了新的活力。例如北京中宝伦自动化技术有限公司在国家没有投入一分钱的情况下，以市场为导向，不断开发新产品，1994年开发成功PDC系列直流伺服系统，扭矩从1—44．1N共有7个规格的宽调速直流伺服电机，采用国际上最新一代的功率器件—IPM、PWM控制，调制频率达到15kHz，有效地克服了以往SCR控制时电流断续所产生的换向火花对于换向器的烧蚀，可使碳刷寿命延长1倍以上。1997年底该公司又开发成功PAC系列交流伺服系统，与兰州电机厂引进德国Siemens公司1FT5系列的94个规格的无刷交流伺服电机相配套。转速系列有1200r／min、2000r／min、3000r／min、4000r／min、4500r／min、6000r／min，扭矩范围0．15～90N；2000年11月又根据市场需求，开发出PAC－P系列数字化位置型交流伺服系统。这些产品推向市场后，取得了很好的社会效益及经济效益，得到北京第一机床厂、清华大学精密仪器厂、青海第一机床厂等厂家认可，与XA5750滑枕铣床、XA718立式铣床、XA2412／2410龙门铣床和XKA5032数控立式铣床、数控异型螺杆铣床、XKA8132／8140数控铣床等配套。除此之外，也应用于复合材料成型机械、汽车子午胎一段、二段成型及机械、卫星风洞群控制、电子元件材料切割、等领域。目前，近200台应用于国内各大汽车子午胎生产线，每日24h连续运行。除在国内应用外，从1997年开始，该公司部分产品由北京第一机床厂配套出口到德国、加拿大、澳大利亚等国家。从1994年至今售出将近1 000台套交／直流伺服系统，几年来无一台返修，根据该公司记录数字来看，只有8台均由于用户接线错误而导致保险电阻、电源回路及接口元器件烧坏。使用中宝伦产品的用户改变了对国产伺服系统可靠性不好的看法。华中数控系统有限公司、珠峰数控公司、航天数控公司、中科院电工所等单位通过实施国家科技项目攻关，已能够向各机床制造厂配套自身数控系统所需要的伺服系统，还应用于一些老设备技术改造。洛阳轴承研究所自主研发高速电主轴，已应用于轴承磨床、印刷电路板铣、钻等方面。

二、我国数控铣床发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控铣床呈现以下发展趋势。

1．高速、高精密化

高速、高精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前铣床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等铣床功能部件的面市，也为铣床向高速、高精密发展创造了条件。

2．高可靠性

数控铣床的可靠性是数控铣床产品质量的一项关键性指标。数控铣床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。

3．数控车床设计CAD化、结构设计模块化

随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。通过对铣床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。

4．功能复合化

功能复合化的目的是进一步提高铣床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大铣床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控铣床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的铣床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该铣床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该铣床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该铣床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。

5．智能化、柔性化和集成化

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。

数控铣床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控铣床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。