模块一 数控铣床基础知识5
数控铣床加工基础知识
1.数控铣床的分类自从工业革命以来，机床工业发生了翻天覆地的变化。
大多数人了解的是铣床、车床和钻床，也就是所说的普通机床，这些设备通过技术工人操作手轮移动刀架使刀具沿正确的方向走刀到零件所加工的位置。
普通机床需要通过接受过较长时间的专业培训并且具有一定操作技能的操作者在具备一定条件的环境下才能加工出高质量的零件。
相对来说，普通设备的加工效率较低，成本较高。
数控设备在相当多的领域已经完全或逐渐取代了普通设备，与普通机床不同，数控机床加工零件的过程完全自动地进行，加工过程中人工不能干预。
因此，首先必须将所要加工件的全部信息，包括工艺过程、刀具运动轨迹及走刀方向、位移量、工艺参数(主轴转速、进给量、切削深度)以及辅助动作(换刀、变速、冷却、夹紧、松开)等，按加工顺序采用标准或规定的程序指令编写出正确的数控加工程序，然后输入到数控设备的控制系统中，随后控制系统按数控程序的要求控制数控机床对零件进行加工。
所谓数控编程，一般指包括零件图样分析、工艺分析与设计、图形数学处理、编写并输入程序清单、程序校验的全部工作过程。
数控编程可分为手工编程和自动编程两种方式。
数控铣床可进行钻孔、镗孔、攻螺纹、轮廓铣削、平面铣削、平面型腔铣削及空间三维复杂型面的铣削加工。
加工中心、柔性加工单元是在数控铣床的基础上产生和发展起来的，其主要加工方式也是铣加工方式。
数控铣床可按通用铣床的分类方法分为以下3类：(1)数控立式铣床数控立式铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数，应用范围也最广。
目前三坐标数控立式铣床占数控铣床的大多数，一般可进行三轴联动加工。
(2)卧式数控铣床卧式数控铣床的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台或万能数控转台的方式来实现四轴和五轴联动加工。
这样既可以加工工件侧面的连续回转轮廓，又可以实现在一次装夹中通过转台改变零件的加工位置也就是通常所说的工位，进行多个位置或工作面的加工。
数控铣床编程基础知识
根据结构形式，数控铣床可分为立式数控铣床、卧式数控铣床和 龙门式数控铣床等。根据控制方式，可分为点位控制、直线控制 和轮廓控制等类型。
数控铣床工作原理
01
数控系统
数控系统是数控铣床的核心，它接收来自编程器的加工指令，经过处理
后输出控制信号，驱动伺服系统控制机床各坐标轴的运动。
02 03
伺服系统
伺服系统是实现机床进给运动的关键部件，它将来自数控系统的控制信 号转换为机床进给运动的驱动力，并通过传动机构驱动工作台和主轴进 行切削加工。
检测装置
检测装置用于实时检测机床各坐标轴的位置和速度，并将检测结果反馈 给数控系统，以便及时调整机床的运动状态，保证加工精度。
数控铣床应用领域
01
02
根据工件材料和刀具类型选择合适的切削深度，以 保证加工质量和刀具寿命。
进给速度
根据切削深度和刀具类型选择合适的进给速度，以 保证加工效率和表面质量。
主轴转速
根据切削深度和进给速度选择合适的主轴转速，以 保证切削效果和机床稳定性。
刀具补偿功能应用
80%
刀具长度补偿
通过测量刀具长度并输入到数控 系统中，实现自动补偿因刀具长 度变化引起的加工误差。
针对具有曲面的立体造型，通过数控 铣床进行精确的铣削加工，需要考虑 曲面的形状、尺寸精度、表面质量等 因素。
凹槽加工
在工件上加工出凹陷的部分，通过数 控铣床进行轮廓的铣削和底面的平整 加工，需要考虑凹槽的深度、宽度、 形状等因素。
孔系加工实例
通孔加工
在工件上加工出贯穿的孔，通过 数控铣床进行钻孔和扩孔的加工，
提高编程效率方法探讨
熟练掌握数控编程语言和规范
01
深入学习并熟练掌握数控编程语言和规范，能够准确、高效地
公共基础知识数控铣床基础知识概述
《数控铣床基础知识综合性概述》一、引言数控铣床作为现代制造业中不可或缺的关键设备，以其高精度、高效率和高自动化程度的特点，在机械加工、航空航天、汽车制造、模具加工等众多领域发挥着至关重要的作用。
了解数控铣床的基础知识，对于从事相关行业的技术人员和对现代制造技术感兴趣的人士来说，具有重要的现实意义。
本文将从数控铣床的基本概念、发展历程、核心理论、重要实践以及未来趋势等方面进行全面深入的阐述与分析。
二、数控铣床的基本概念（一）定义与组成数控铣床是一种通过数字控制技术实现自动化加工的机床。
它主要由机床本体、数控系统、驱动系统、辅助装置等部分组成。
机床本体包括床身、立柱、工作台、主轴箱等机械结构，为加工提供基础支撑和运动平台。
数控系统是数控铣床的核心控制部分，负责接收加工指令、进行数据处理和控制机床的运动。
驱动系统包括主轴驱动和进给驱动，分别实现主轴的旋转运动和工作台、刀具的进给运动。
辅助装置包括自动换刀装置、冷却系统、排屑系统等，为加工过程提供必要的辅助功能。
（二）工作原理数控铣床的工作原理是将加工零件的几何信息和工艺信息用数控代码表示，通过输入装置输入到数控系统中。
数控系统对这些代码进行处理和运算，生成控制信号，控制驱动系统使机床的各个运动部件按照预定的轨迹和速度进行运动，从而实现对零件的加工。
在加工过程中，数控系统还可以实时监测机床的运行状态，进行误差补偿和故障诊断，保证加工的精度和可靠性。
（三）分类1. 按控制方式分类可分为点位控制数控铣床、直线控制数控铣床和轮廓控制数控铣床。
点位控制数控铣床主要用于加工平面内的孔系，其运动轨迹是由各个定位点组成的。
直线控制数控铣床除了能控制两个坐标轴的联动外，还可以控制第三个坐标轴作直线运动，用于加工平面轮廓。
轮廓控制数控铣床能够对两个或两个以上的坐标轴进行联动控制，实现复杂曲面的加工。
2. 按主轴布局形式分类可分为立式数控铣床、卧式数控铣床和龙门式数控铣床。
模块一数控铣床基本操作
模块一数控铣床基本操作实训课题1 功能键的使用一、实训目的：¤熟悉系统面板和机械面板。
¤掌握数控铣床主要功能键的使用方法。
二、相关知识：¤FANUC 0I MB 操作面板包括系统面板（MDI面板)（如图1－1)和机械面板（如图1－2)，主要作用是对系统各个功能进行调整，调试机床和系统；对零件程序进行编辑；选择需要运行的加工程序；控制和观察程序的运行。
图1－2机械面板MDI面板各个功能键的作用如表1－1：名称详细说明复位键 REST按下这个键可以使CNC复位或者取消报警帮助键 HELP 当对MDI键的操作不明白时，按下这个键可以获得帮助（帮助功能)软键画面转换软键用来转换画面根据不同的画面，其它软键有不同的功能。
软键功能显示在屏幕的底端。
地址和数字键 N、4←按下这些键可以输入字母，数字或者其它字符。
切换键 SHIFT在该键盘上，有些键具有两个功能。
按下<SHIFT>键可以在这两个功能之间进行切换。
当一个键右下脚的字母可被输入时，就会输入键 INPUT 当按下一个字母键或者数字键时，再按该键数据被输入到缓冲区，并且显示在屏幕上。
要将输入缓冲区的数据拷贝到偏置寄存器中等到，按下INPUT键。
这个键与软键中的[INPUT]键是等效的。
取消键 CAN 按下这个键删除最后一个进入输入缓冲区的字符或符号。
当键输入缓冲区后显示为：>N001X100Z_当按下CAN键时，Z被取消并且显示如下：>N001X100_ 程序编辑键ALT、INSERT、DELETE按下如下键进行程序编辑：ALTER：替换、INSERT：插入、DELETE：删除功能键POS、PROG按下这些键，切换不同功能的显示屏幕。
光标移动键有四种不同的光标移动键。
→：这个键用于将光标向右或者向前移动。
光标以小的单位向前移动。
←：这个键用于将光标向左或者往回移动。
光标以小的单位往回移动。
↓：这个键用于将光标向下或者向前移动。
数控铣床培训讲义
半 封 闭 式 立 式 数 控 铣 床
全 封 闭 立 式 数 控 铣 床
三 坐 标 联 动
数 控 铣 床
平面轮廓加工
挖槽加工
空间曲面零件加工
孔系加工
三、 数控铣床分类
1、按主轴位置分
立式数控铣床 卧式数控铣床
2、按系统功能分
龙门数控铣床 经济型数控铣床 全功能数控铣床
立 式 数 控 铣 床
工程训练中心
第一讲 数控铣床的基础知识
一、数控铣床的组成：
1、 主机 是数控铣床的机械部件，包括床身、主轴箱、工作台(包括x、Y、Z
方向滑板)，进给机构等。 2、 控制部分(CNC装置)
是数控铣床的控制核心．一般是一台机床专用计算机，包括印刷电 路板，各种电器原件，屏幕显示器(监视器)和键盘、纸带、磁带等组成。 3、驱动装置
F值指定切削时的进给速率，单NN3位030一般设G定01X为-X5m-05m;0F／10m0;in。
格式：Gxx
尺寸字
尺寸字跟在地址符之后，用于确定机床上刀具运动终点的坐标位置。
第一组 X，Y，Z，U，V，W，P，Q，R用于确定终点的坐标尺寸；
第二组 A，B，C，D，E用于确定终点的角度坐标尺寸；
第三组 I，J，K用于确定圆弧轮廓的圆心坐标尺寸。
在一些数控系统中，还可以用P指令暂停时间、用R指令圆弧的半径等。
N10 G01G90X30Y37 F100； N20G01G91X20Y25F100；
编程坐标平面指令 G17、G18、G19的选择
G17表示选择 XY平面， G18表示选择 ZX平面，
Z
G18
G19
G19表示选择 YZ平面。
O
Y
X
数控铣床基础知识培训教材
模块一数控铣床基础知识项目一认识数控铣削机床及选用课堂教学安排二、数控铣床或加工中心的选择1．数控铣床或加工中心的类型选择不同类型的数控铣床或加工中心，项目二认识数控铣削刀具及铣削加工特点课堂教学安排模块二数控铣床的差不多操作训练项目一数控铣床差不多操作课堂教学安排项目二认识数控铣床的对刀及刀具补偿课堂教学安排6.作业及辅导：布置下次提问的考虑题，及课后练习题。
对考虑题、习题难点、要求进行辅导。
（3） G40、G41、G42指令格式三、讨论：X、Y向对刀的实质？总结：1、CNC铣床坐标系与工件坐标系的差不；作业及辅导：1、CNC铣床坐标系的规定?图2-1刀具左半径补偿指令G41，右半径补偿指令G42项目二认识数控铣床的对刀及刀具补偿教学后记课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。
学生掌握程度良好，然须在后续教学中进一步加强巩固。
课堂教学安排教学过程要紧教学内容及步骤1．复习及提问提问上一讲学习的要紧内容。
2．引入：3.新课内容：逐步完成本次教学内容的讲授。
引入：数控车床对刀及补偿设置。
新课内容：（3） G40、G41、G42指令格式刀具半径补偿指令的格式如下：G00/G01 G41/G42 X～Y～D～；G00/G01 G40 X～Y～；其中：G41为左偏置刀具半径补偿指令，G42为右偏置刀具半径补偿指令。
G40 取消刀具半径补偿。
如图2-1所示，当沿着刀具前进方向看，刀具中心在零件轮廓左边时为左偏置，刀具中心在零件轮廓右边时为右偏置。
（4）半径补偿的建立、执行和撤销在轮廓加工过程中，刀具半径补偿的执行过程一般分为刀具半径补偿的建立、刀具半径补偿的执行和刀具补偿撤销三步。
如图2-2，用半径补偿功能编写轮廓加工程序。
设φ24立图2-1刀具左半径补偿指令G41，右半径补偿指令G42a、G41 建立半径补偿b、G40取消半径补偿2-2半径补偿建立和取消。
项目一数控铣床基础知识ppt
如图1-5所示的3个零件均为平面类零件
（a）轮廓面A
（b）轮廓面B
（c）轮廓面C
其中，曲线轮廓面（a）垂直于水平面，可采 用圆柱立铣刀加工。凸台侧面（b）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（c），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，要用钳修方法加以清除。
图1-8 行切加工法
行切加工法
如图1-8所示，球头铣刀沿XY平面的曲线进行 直线插补加工，当一段曲线加工完后，沿X方 向进给ΔX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ΔX应根据表面粗糙度的要求及球头铣刀 的半径选取。球头铣刀的球半径应尽可能选得 大一些，以增加刀具刚度，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。
（3） 立卧两用数控铣床（图 1-3）
这类铣床的主轴方向可以更换，能 达到在一台机床上既可以进行立式加 工，又可以进行卧式加工，而同时具 备上述两类机床的功能，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 别是生产批量小，品种较多，又需要 立、卧两种方式加工时，用户只需买 一台这样的机床就行了。
机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个
或两个轴作数控摆角运动的四坐标和五坐标数 控立铣。
（2） 卧式数控铣床（图 1-2）
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的 方法来实现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 以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进 行“四面加工”。
模块一--数控铣床基础知识6
模块一数控铣床基础知识项目目标1.了解数控铣床组成和工作原理。
2.掌握编程的基本安全须知。
3.能够建立数控铣床坐标系。
4.掌握数控编程的基本指令。
内容六坐标系建立与对刀步骤环节一、复习导入（5分钟）1.复习1）数控机床组成及工作原理2）说一说常见机床的类型2.导入让学生回顾、讨论数控的定义，（简单的讲，数控加工就是通过程序（数字）来实现加工的），那么在编制程序的过程中，就是找的各个点的坐标，从而引出要编程，实现加工，首先建立坐标系。
环节二、相关知识学习（50分钟）步骤一、学习相关理论知识一、各坐标系的简介1、机床参考点：为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个固定的机械的机床参考点。
2、机床零点：通过已知参考点（已知点）、系统设置的参考点与机床零点的关系可确定一固定的机床零点，也称为机床坐标系的原点。
3、机床坐标系：以机床原点为原点，机床坐标轴为轴，建立的坐标系即机床坐标系。
4、工件坐标系：工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一点为原点（也称程序原点），建立一个坐标系，称为工件坐标系。
工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。
二、数控铣床坐标系的建立1）坐标系建立的原则①刀具相对于静止的工件而运动的原则。
②标准坐标系是一个右手笛卡儿坐标系。
2）数控铣床坐标系的建立①机床坐标系的建立：回机床原点（零点）。
②工件坐标系的建立：与零件图上的设计基准重合。
机床主轴方向为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向；工作台纵向为X轴方向，横向为Y轴方向。
数控铣床编程与操作模块一 数控铣床基本操作
图1-1-7 闭环控制系统框图
数控铣床一般由机床主机、控制部分、驱动部分、刀库及
自动换刀装置、辅助部分等组成,见表1-1-1。
表1-1-1 数控铣床的组成部分
表1-1-1 数控铣床的组成部分
四、数控铣床特点(表1-1-2) 表1-1-2 数控铣床特点
表1-1-2 数控铣床特点
五、数控铣床的应用场合
数控铣床比一般机床具备许多优点,但是这些优点都是 以一定条件为前提的。数控机床的应用范围在不断扩大,但它 并不能完全代替其它类型的机床,也还不能以最经济的方式解 决机械加工中的所有问题。它常最适应于以下几种情况:
课题二 数控铣床面板功能
【知识学习】 一、FANUC(法那克)0i-MB系统数控铣床面板功能 1. CRT/MDI数控操作面板
课题三 数控铣床手动操作与试切削
【知识学习】 一、键槽铣刀、立铣刀种类、用途
键槽铣刀、立铣刀形状、用途见表1-3-1。
表1-3-1 键槽铣刀、立铣刀图形及用途
键槽铣刀、立铣刀材料及性能见表1-3-2
二、数控刀柄、平口钳、卸刀座等装夹设备
1.数控铣刀刀柄
数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连,刀柄通过拉钉紧固 在主轴上,由刀柄夹持铣刀传递转速、转矩.
【资料链接】
数控机床长期不用时也应定期进行维护保养,至少每周通电空运行一次,每 次不少于1h,特别是在环境温度较高的雨季更应如此,利用电子元器件本身的发热来 驱散数控装置内的潮气,保证电子部件性能的稳定可靠。如果数控机床闲置半年以上 不用,应将直流伺服电动机的电刷取出来,以免化学腐蚀作用使换向器表面腐蚀,换向 性能变坏,甚至损坏整台电动机。机床长期不用还会出现后备电池失效,使机床初始 参数丢失或部分参数改变,因此应注意及时更换后备电池。
数控铣床基础知识培训教材(DOC 77页)
模块一数控铣床基础知识项目一认识数控铣削机床及选用课堂教学安排项目二认识数控铣削刀具及铣削加工特点课堂教学安排模块二数控铣床的基本操作训练项目一数控铣床基本操作课堂教学安排项目二认识数控铣床的对刀及刀具补偿课堂教学安排项目二认识数控铣床的对刀及刀具补偿课堂教学安排模块三数控铣床单项铣削练习项目一学会平面铣削工艺及其编程课堂教学安排练习题。
对思考题、习题难点、要求进行辅导。
4、大平面铣削时的刀具路线单次平面铣削的一般规则同样也适用于多次铣削。
由于平面铣刀直径的限制而不能一次切除较大平面区域内的所有材料，因此在同一深度需要多次走刀。
铣削大面积工件平面时，分多次铣削的刀路有好几种，如图3-1，最为常见的方法为同一深度上的单向多次切削和双向多次切削。
讨论：单次面铣工艺编程的要点。
总结：1、平面铣削时，对刀具考虑的几个问题。
2、平面铣削时的路线设计。
作业及辅导：1、单次面铣工艺编程的要点？2、多次平面铣削的刀具路线的区别？3、对如图零件的上表面加工进行工艺编程。
模块三数控铣床单项铣削练习项目一学会平面铣削工艺及其编程课时第6课时授课班级02级数控班授课时数 1 授课形式讲练图3-1面铣的多次切削刀路课堂教学安排作业及辅导：1、单次面铣工艺编程的要点？2、多次平面铣削的刀具路线的区别？3、对如图零件的上表面加工进行工艺编程。
模块三数控铣床单项铣削练习项目一学会平面铣削工艺及其编程课时第6课时授课班级02级数控班授课时数 1 授课形式讲练授课章节名称项目1：学会平面铣削工艺及其编程使用教具多媒体教学目的掌握平面铣削考虑的工艺方法；掌握单次面铣的编程路线设计；掌握多次平面铣削的刀具路线。
教学重点平面铣削考虑的工艺方法；单次面铣的编程路线设计；子程序编程。
教学难点平面铣刀的选择；切削的起点和终点及刀路；切削参数的选择，子程序编程的方法。
补充内容无课外作业补充教学后记教案设计时注意了学习内容的逻辑性，学习内容层层深入，教学展开顺利，教学效果良好；课堂中讨论内容的安排，活跃了教学气氛，激发学生学习兴趣，增强了学生的思维分析能力。
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模块一数控铣床基础知识
项目目标
1.了解数控铣床组成和工作原理。
2.掌握编程的基本安全须知。
3.能够建立数控铣床坐标系。
4.掌握数控编程的基本指令。
内容五数控机床的工作原理及组成
环节一、复习导入（5分钟）
1.复习
1）说一说数控机床的产生与发展
2）根据数控机床组成完成连线
2.导入
让学生观看数控机床的传动路线系统图的视频，认真分析传动的过程，考虑数控机床是如何工作的，如何进行加工的？通过视频引起学生的疑问，从而引出本节课的重点——数控机床的工作原理。
环节二、相关知识学习（50分钟）
步骤一、学习相关理论知识
一、数控铣床的基本工作原理
1.按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。
2.数控系统的主要功能
（1）多坐标控制（多轴联动）
（2）准备功能（G功能）
（3）实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等）
（4）代码转换（EIA/ISO代码转换、英制/公制转换、绝对值/增量值转换等）
（5）固定循环加工
（6）指定进给速度
（7）指定主轴转速
（8）辅助功能：指定主轴的起、停、反向，冷却系统的开、关等。
（9）刀具选择功能
（10）各种补偿功能：如刀具半径、刀具长度补偿等。
（11）字符图形在显示器(CRT)上的显示
（12）故障的诊断及显示、与外部设备的连网及通信。
（13）存储加工程序，人机对话、程序的输入、编辑及修改。
二、数控机床的分类
1.按控制坐标数分类
控制坐标数是指同时能控制且相互独立的轴数.可分为2轴,2.5轴,3轴,4轴和5轴.
金属切削类数控机床（铣床）
2．按工艺用途分类特种加工类数控机床
板材加工类数控机床
点位控制系统
3．按控制运动轨迹分类直线控制系统
轮廓控制系统（铣床）
4.按控制方式分类
1）开环数控铣床
2）半闭环控制数控铣床
3）闭环控制数控铣床
开环进给伺服系统
转一个步距角。
经减速齿轮、丝杆螺母付转化成工作台的当量直线位移。
如果工作台的实际位移增多或减少数控装置将不予理会，不会补发指令脉冲加以补偿。
2）闭环进给伺服系统
号，随时进行比较。
根据其差值与指令进给位移的要求，按照一定的规律转换后，随时对驱动电机的转速进行校正。
使得工作台的实际位移量与指令位移量相一致。
3）半闭环控系统机床
将位置检测装置安装在驱动电机的端部或是丝杆的端部，虽然没有直接测量出工作台的实际位
后对工作台的实际位移量进行补偿。
半闭环的数控的进给速度低于闭环数控机床，高于开环数控机床，由于机械制造水平的提高及速度检测元件和丝杆螺距精度的提高，半闭环数控机床已能达到相当高的进给精度。
大多数的机
数控立式机床
数控卧式机床
数控龙门铣床
经济型数控机床
6.按数控系统的功能分类全功能数控机床
高速切削数控机床
三、数控铣床的特点及应用
1、数控铣床的主要加工对象
数控铣床应用广泛，可加工各种平面轮廓，如各种盖板、框肋，还可以加工立体轮廓的零件，如凸轮、模具和叶片等；还可以进行钻、扩、
绞、攻螺纹和镗孔等。
2、数控铣床的特点
1) 对零件加工的适应性强，灵活性好，能加工形状复杂的零件，具有高度的柔性；
2）不需要人为干预，加工精度高，质量稳定；
3）加工生产率高；
4）可大大减轻工人劳动强度、改善劳动条件。