数控铣教材

项目一

数控铣床面板与对刀操作

【项目导读】

数控铣床（加工中心）面板操作与对刀操作是学习数控铣削技术的基础。本项目以北京第一机床厂生产的XKA714B/F数控铣床操作面板和Fanuc Series 0i--MC数控系统为例，介绍数控铣床结构、维护保养知识，MDI面板和机床操作面板上各按键及旋钮的含义及功能，试切法对刀的对刀方法等，为后续项目学习奠定基础。

【知识目标】

1、了解数控铣床的基本结构、特点和应用范围 2、掌握数控系统操作面板各键和旋钮的含义及功能 3、了解机床坐标系和工作坐标系 4、了解机床的技术参数 5、掌握试切对刀法

6、了解数控铣床的安全操作规程和维护保养知识

【能力目标】

1、熟练进行机床的开机、回零、工作台和主轴的移动、关机等操作 2、熟练运用MDI键盘进行简单程序的输入、修改、删除等编辑操作 3、能够进行图形的模拟

4、熟练运用试切对刀法进行对刀

【素质目标】

1、通过对刀操作，培养学生严谨认真，一丝不苟的工作作风 2、通过操作规程的学习，培养学生安全生产意识

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1.1工作任务

1.1.1对以下给定的加工程序进行图形模拟与校验

O0001；

N10 G90 G54 G00 X0 Y0 Z100； N20 M03 S800； N30 Z10；

N40 G01 Z-2 F100； N50 X20 Y18； N60 Y42；

N70 G02 X28 Y50 R8； N80 G01 X72；

N90 G02 X80 Y42 R8； N100 Y18；

N110 G02 X72 Y10 R8； N120 X28；

N130 X20 Y18 R8； N140 X0 Y0； N150 G00 Z100； N160 M05； N170 M30；

1.1.2对刀操作

1.2知识链接

1.2.1数控铣床简介

1、数控铣床分类

数控铣床可进行平面铣削、轮廓铣削、型腔铣削、钻孔、镗孔、攻螺纹及空间三维复杂型面的铣削等。

（1）按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类

数图1-1立式数控铣床 1）立式数控铣床

图1-2卧式数控铣床 立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中最常见的一种布局方式，应用范围

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也最广，如图1-1所示。立式数控铣床一般用于加工盘、套、板类零件，一次装夹后，可对上表面进行平面铣削，钻、扩、镗、锪、攻螺纹等孔加工以及侧面的轮廓加工。

2）卧式数控铣床

卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面，主要用于箱体类零件的加工，如图1-2所示。为了扩大加工范围和扩充功能，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。一次装夹后可加工工件侧面的连续回转轮廓，也可实现通过转台改变零件的加工位置，进行多个位置或工作面的加工。

图1-3立卧两用数控铣床 3）立卧两用数控铣床

图1-4龙门数控铣床 立卧两用数控铣床又称万能数控铣床，如图1-3所示，主轴可旋转90°或工作台带工件旋转90°，一次装夹后可以完成对工件五个表面的加工。其使用范围更广、功能更全，

图1-5经济型数控铣选择加工对象的余地更大。

4）龙门数控铣床

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图1-6全功能数控铣床 如图1-4所示，采用对称双立柱结构的数控铣床，通常成为龙门铣床。双立柱结构保证了机床的整体刚性和强度，有工作台移动和龙门移动两种形式。适用于加工整体结构件零件、大型箱体零件及大型模具等。

（2）按数控系统的功能分类

1）经济型数控铣床

一般采用经济型数控系统，采用开环控制，可以实现三坐标联动，如图1-5所示。 2）全功能数控机床

采用半闭环控制或闭环控制，功能丰富，加工适应性强，应用最广泛，如图1-6所示。

2、数控铣床的组成

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的，其结构与普通铣床有些相似，但也有很大区别。

数控铣床一般由数控系统、主轴传动系统、进给伺服系统，冷却润滑系统等几大部分组成。如图1-7所示。

图1-7数控铣床组成 （1）主轴箱

主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，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

进给伺服系统由进给电机 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）控制系统

数控机床运动控制的中心，执行数控加工程序，控制机床进行加工。 （4）辅助装置

辅助装置包括液压、气动、润滑、冷却系统和排屑和防护等装置。

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（5）机床基础件

通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

3、数控铣床的主要加工对象

（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，或加工面与水平面的夹角为定角的零件，如箱体、盘、套、板类等平面零件，如图1-8所示。目前，在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类，一般只需要用三坐标数控铣床的两轴联动或三轴联动即可加工。在加工过程中，加工面与刀具为面接触，粗精加工都可采用端铣刀或牛鼻刀。

图1-8平面类零件 图1-9变斜角类零件 （2）变斜角类零件

加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件，称为变斜角类零件，如图1-9所示。这类零件的特点是加工面不能展开为平面，而且在加工中，加工面与铣刀接触的瞬间为一直线。此类零件一般采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，也可采用三坐标机床，通过两轴半联动用鼓型铣刀分层近似加工，但精度较差。

（3）曲面类零件

加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋桨等。曲面类零件加工面不能展开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。加工曲面类零件一般采用三坐标数控铣床，表面精加工多采用球头铣刀进行。

1.2.2数控铣床坐标系

1、机床坐标系

机床坐标系是机床上固有的坐标系，机床坐标系的方位是参考机床上的一些基准，由机床制造厂家设定。机床上的一些基准是指机床上的一些固定基准线，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，不同的机床有不同的坐标系。

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机床坐标系的原点，称为机床原点或机械原点，它的位置是在各坐标轴的正向最大极限处。

2工件坐标系

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，工作坐标系的位置以机床坐标系为参考点，一般在一个机床中可以设定6个工作坐标系，即G54-G59。编程人员以工件图样上的某点为工件坐标系的原点，称为工作原点，或编程原点。而编程时的刀具轨迹坐标点是按工件轮廓在工件坐标系中的坐标确定的。在加工时，工件随夹具安装在机床上，这时测量工件原点和机床原点之间的距离，称作工件原点偏置。这一过程在实际加工中就是通常所说的对刀，通过对刀将测得的偏置值预存到数控系统中。从而建立起机床坐标系和工件坐标系之间的关系。

3、坐标系的有关规定

规定数控机床坐标轴及运动方向，是为了准确地描述机床运动，简化程序的编制，并使所编程序具有互换性。目前国际标准化组织已经统一了标准坐标系，我国机械工业部也颁布了JB3051—82《数字控制机床坐标和运动方向的命名》的标准，对数控机床的坐标和运动方向作了明文规定。

（1）刀具相对于静止的工件而运动的原则。由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定，有的是刀具固定，工件运动。为编程方便，一律规定为工件固定，刀具运动。

（2）标准的坐标系是一个右手笛卡尔坐标系，如图1-10所示，拇指为X轴，食指为Y轴，中指为Z轴，指尖指向各坐标轴的正方向，即增大刀具和工件距离的方向。

（3）若有旋转轴时，规定绕X、Y、Z轴的旋转轴为A、B、C轴，其方向为右旋螺纹方向。

（4）各坐标轴在机床上的分布按如下规定：

如图1-10右手笛卡尔坐标系 Z轴是传递主切削力的主轴，其正方向是使刀具远离工件的方向，或者说是增大刀具与工件距离的方向，数控铣床的Z轴是带动刀具旋转的主轴。

X轴是水平的，平行于工件装夹平面，对于立式铣床，其正方向是由主轴向立柱方向看，

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X的正方向指向右方。

Y轴，在Z轴和X轴确定之后，由右手笛卡尔坐标系来确定其位置和方向。 立式数控铣床坐标方向如图1-11所示。

图1-11立式数控铣床坐标（5）主轴旋转的顺时针方向是按右旋螺纹进入工件的方向。

1.2.3数控铣床操作面板介绍

1、Fanuc Series 0i--MC系统操作面板介绍

图1-12 FANUC-0i系统的MDI键盘和CRT界面 （1）键盘的分类

根据键的功能不同MDI键盘可分为以下几部分：

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图1-13 MDI键盘功能划分 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：

分别为右下角的RESET键和INPUT键，其中的RESET为复位键， INPUT为输入键。 3）数据输入键：

该部分包括了机床能够使用的所有字符和数字。每个字符键都具有两个功能，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。其中，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：

在MDI面板的下方，标有上下左右箭头键为光标移动键，标有“PAGE”的上下箭头键为换页键。

5）编辑键和输入键：

这一组有三个键：ALTER、INSERT和DELETE，位于MDI面板的右下方，这三个键为编辑键，用于编辑加工程序。 6）NC功能键：

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该组的六个键用于切换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面板上面，红色按钮为NC电源关断，绿色的按钮为NC电源接通，黄色的按钮为超程释放。

（2） MDI键盘功能说明

图1-12所示为FANUC-0i系统的MDI键盘（右半部分）和CRT界面（左半部分）。MDI键盘用于程序编辑、参数输入等功能，功能划分如图1-13所示。MDI键盘上各个键的功能列表如下。

表1-1 MDI键盘各键的功能表

MDI键 功能 软键 实现左侧CRT中显示内容的向上翻页；软键实现左侧CRT显示内容的向下翻页。 移动CRT中的光标位置。软键 的向下移动；软键实现光标的向上移动；软键实现光标实现光标的向左移动；软键实现光标的向右移动。 实现字符的输入，点击键后再点击字符键，将输入右下角的字符。例如：点击 将在CRT的光标所处位置输入“O”字符，点击软键后再点击将在光标所处位置处输入P字符；软键号表示换行结束。 实现字符的输入，例如：点击软键点击软键后再点击中的“EOB”将输入“；”将在光标所在位置输入“5”字符， 将在光标所在位置处输入“]”。 在CRT中显示坐标值。 CRT将进入程序编辑和显示界面。 CRT将进入参数补偿显示界面。 系统参数的设置与修改。 报警信息的显示。 在自动运行状态下将数控显示切换至轨迹模式。 9

输入字符切换键。 删除单个字符。 将数据域中的数据输入到指定的区域。 字符替换。 将输入域中的内容输入到指定区域。 删除一段字符。 帮助信息。 机床复位。

2、数控铣床操作面板介绍

不同生产厂家，不同的机床功能，操作面板的按键形式和排列各不相同，如图1-14为北京第一机床厂生产的XKA714B/F数控铣床操作面板。

图1-14XKA714B/F数控铣床操作面板 各按键及旋钮的功能列表如下。

表1-2机床操作面板各按键及旋钮功能表 按键及旋钮 功能 编辑方式（EDIT）按钮。 按下该键和MDI键盘中的键后，可以对工件加工程序进行输入、修改、 10

删除、查询、呼叫等。 手动数据输入方式（MDI）按钮。 按下该键和MDI键盘中的键后，可以输入一段较短的程序，然后，通 过按循环启动按钮开始执行，执行完成后，程序消失。 自动运行方式（MEM）按钮。 该方式是按照程序的指令控制机床连续自动加工的操作方式。自动操作方 式所执行的程序在循环启动前已装入数控系统的存储器内，所以，这种方式又称存储器运行方式。 回零按钮。 按下该按钮后，再分别按三个坐标轴的正方向，实现机床回零。 手动操作方式（JOG）按钮。 在此方式下，按下相应的坐标轴按钮和方向按钮，能将工作台和主轴向所 希望的方向目标位置移动。松开按钮，移动即停止。进给轴移动速率由进给倍率开关的位置决定。 手摇脉冲进给方式（HANDLE）按钮。 在这种方式下，选择相应的手轮轴及手摇倍率，操作者可以转动手摇脉冲 发生器，令工作台和主轴移动。 手动快速进给按钮。 在手动方式下，选择相应坐标轴，然后同时按下该按钮和 一个，进给轴以快速移动。若只按续进给时速度。 冷却液开闭按钮。先按下，再按冷却开，指示灯亮，冷却泵通电工作。或或中的，进给轴移动恢复成手动连打开冷却液阀门，冷却液喷出。按一下冷却关，冷却液泵断电，冷却液关 闭。 在自动或MDI运行时，若执行了冷却液开指令（M08），该指示灯也亮。执行了冷却液关指令（M09），则指示灯灭，冷却液关闭。 机床锁住按钮。按下该按钮，指示灯亮，机床锁住功能有效。再按一次，指示灯灭，机床锁住功能解除。 在机床锁住功能有效期间，各伺服轴移动操作都只能使位置显示值变化，而机床各伺服轴位置不变。但主轴、冷却、刀架等其它功能照常。 空运行按钮。 试运行操作也称空运行，是在不切削的条件下试验、检查输入的工件加工程序的操作。为了缩短调试时间，在试运行期间的进给倍率被系统强制在 最大值上。 按下该按钮，指示灯亮，试运行操作开始执行，再次按下该按钮，结束试运行状态。 程序跳步按钮。 按下该按钮，指示灯亮，程序段跳过功能有效。再按一下该按钮，指示灯 灭，程序段跳过功能无效。 在自动操作方式下，在程序段跳过功能有效期间，凡是在程序段号N前冠

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以“/”符号的程序段，全部跳过不予执行。在程序段跳过功能无效期间，所有程序段全部照常执行。 单程序段按钮。 在自动方式下，按一下该按钮，指示灯亮，但程序段功能有效。再按一下该按钮，指示灯灭，单程序段功能撤销。在程序连续运行期间允许切换单程序段功能有效/无效。 在自动操作方式下单程序段功能有效期间，每按一次循环启动按钮，仅执行一段程序，执行完就停止，必须再按下循环启动按钮，才能执行下一段程序。 程序选择停按钮。 该按钮与程序中的M01指令配合使用，在程序执行到M01指令时，且该 按钮被按下，指示灯亮，则程序停止。否则程序继续执行。 循环起动按钮 在自动操作方式和手动数据输入方式（MDI）下，都用它启动程序，在程 序执行期间，其指示灯亮。 进给保持按钮。 在自动操作方式和手动数据输入方式（MDI）下，在程序执行期间，按下 此按钮，指示灯亮，执行中的程序暂停。再按下循环启动按钮后，进给暂停按钮指示灯灭，程序继续执行。 手动进给按钮。 在手动方式下，按中的任意键，指示灯亮后，再按或按钮，能使工作台或主轴向希望的目标方向移动。 快速移动倍率。 在G00快速移动时，按下F0按钮，移动速度最慢，其余三个按钮分别是最快速度的百分数。 主轴操作按钮。 在开机后输入M03和主轴转速的前提下，按下按钮，然后再按主轴正传 按钮，指示灯亮，主轴正转。按下主轴反转按钮，指示灯亮，主轴反转。按下主轴停止轴停止转动。 按钮，主轴正反转指示灯都灭，主在自动或MDI方式下，执行主轴正转指令（M03）后，主轴正转的指示灯，主轴正转。执行反转指令（M04），主轴反转的指示灯亮，主轴反转。如果执行了主轴停止指令（M05），正转或反转的指示灯全灭，主轴停止。 主轴松刀、紧刀按钮。

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在手动方式下，主轴停止状态按 按钮，指示灯亮，然后按 或可以实现主轴上刀具的拉紧与松开，实现手动换刀。 进给倍率旋钮。 在自动加工方式下，可通过此旋钮来调节进给速度的大小。 主轴倍率旋钮。 调节主轴转速的大小。 系统电源起动按钮。 按下此按钮起动数控系统。 系统电源关闭按钮。 按下此按钮关闭系统电源。 超程释放按钮。 按住此按钮不放，同时按下相应坐标轴移动按钮，消除超程报警。 程序保护锁。 将该锁的钥匙旋到ON位置，可对程序进行输入、修改、删除等操作。将 该锁钥匙旋到OFF位置，无法对程序进行输入、修改、删除等操作。 紧急停止按钮。 在自动加工过程中，如果发生危险情况时，立即按下该按钮，机床的全部动作停止，该按钮并能自锁。当险情或故障排除后，将该按钮顺时针旋转 一个角度即可以复位弹开。 1.2.4数控铣床面板操作

1、电源通/断

(1) 系统通电步骤：

1)在通电之前，首先检查机床的外观是否正常。 2)如果正常，先将总电源合上。

3)再将机床上的电源开关旋至ON的位置。 4)按下机床操作面板上的绿色起动按钮有关位置和指令信息，此时机床通电完成。

(2) 系统断电步骤：

1)在加工结束之后，按下红色按钮2)将机床的电源开关旋至OFF处。 3)断开总电源开关即可。

，数控系统即刻断电。

，数控系统启动，数秒钟后显示屏亮，显示

2、手动操作

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(1)回零

采用增量式测量的数控机床开机后，都必须做回零操作，即返回参考点操作。通过该操作建立起机床坐标系。采用绝对测量方式的数控机床开机后，不必做回零操作。

首先检查各轴坐标读数，确保各轴离机械原点100mm以上，否则，不能进行原点回归，系统出现报警，如果距离不够，则需要在手动模式下移动机床各轴，使得满足以上要求，回零步骤如下：

1)按下回零按钮

。

。

。

。

2)按下Z向移动按钮

3)再按下手动正向进给按钮4)分别按下

和相应的手动正向按钮

5)当机床原点指示灯(2) 手动连续进给 在手动操作模式钮移动。

(3) 手轮进给

亮后，表示回零成功。

下，持续按下操作面板上的进给轴及其方向选择按，使各轴实现快速

，会使刀具沿着所选方向连续移动。同时按下快速按钮

在手轮进给方式中，刀具或工作台可以通过旋转手摇脉冲发生器实现微量移动。使用手轮进给轴选择旋钮，选择要移动的轴，手摇脉冲发生器旋转一个刻度时，刀具移动的最小距离与最小输入增量相等。手摇脉冲发生器旋转一个刻度时，刀具移动的距离可以放大1倍、10倍、100倍。

操作步骤：

1)按下手轮方式选择按钮

。

2)旋转手摇脉冲发生器上的移动轴旋钮和倍率旋钮，使之处于相应的位置。

3) 以手轮转向对应的移动方向来旋转手轮，手轮旋转360度，刀具移动的距离相当于100个刻度的对应值。

(4) 自动运行

用编程程序运行CNC机床，称为自动运行。自动运行分为存储器运行、MDI运行、DNC运行、程序再启动、利用存储卡进行DNC运行等。

1)存储器运行

程序事先存储到存储器中。当选择了这些程序中的一个，并按下机床操作面板上的循环

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启动按钮后，启动自动运行。在自动运行中，机床操作面板上的进给保持被按下后，

自动运行被临时终止，当再次按下循环启动按钮后，自动运行又重新进行。 当MDI面板上的复位键运行步骤：①在按下

被按下后，自动运行被终止，并且进入复位状态。 和编辑键

后，显示程序屏幕，输入程序号，按下软键〔O

便可启动自动运

搜索〕，打开所要运行的程序。②按下机床操作面板上的循环启动按钮行。

2)MDI运行

在MDI运行方式中，通过MDI面板，可以编制最多10行的程序被执行，程序格式和通常程序一样，在MDI方式中编制的程序不能被存储，MDI运行是用于简单的测试操作。

MDI运行操作步骤：

按下MDI方式按钮，按下MDI操作面板上的

功能

键。屏幕显示如1-15所示。界面中自动加入程序号Ｏ0000； 用通常的程序编辑方式，编制一个要执行的程序，在程

序段的结尾处加上Ｍ99,用以在程序执行完毕后，将控制返回到程序头。

为了执行程序，需将光标移到程序头（从中间点启动也是可以的），按下循环启动按钮，程序启动运行。

当执行程序结束语句（M02或M30）或者执行ER（%）后，程序自动清除并结束运行。通过指令M99，控制自动回到程序的开头。

要在中途停止或结束MDI操作，有如下两种方法： 停止MDI操作----按下操作面板上的进给保持按钮停。再次按下循环启动按钮

，进给保持按钮指示灯亮，程序暂

图1-15MDI界面

，机床的运行被重新启动。

，自动运行结束，并进入复位状态。

结束MDI操作----按下MDI面板上的复位按钮

3、程序管理操作

(1)程序的创建 按下编辑按钮

，然后按下程序按钮

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，屏幕将显示程序内容页面。输入以字母

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