长春汽车工业高等专科学校
继续教育学院
毕业论文（设计） 中文题目： 数控铣削编程与操作
毕业专业： 汽车机械制造技术 学生姓名： 赵建
准考证号：[1**********]8
指导教师： 夏晓峰
二零一 二 年八月
独创性声明
本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
论文作者签名：赵建 签字日期：2012 年 8 月 12 日
学位论文版权使用授权书
本论文作者完全了解 长春汽车工业高等专科学校 有关保留、使用论文的规定。特授权 长春汽车工业高等专科学校 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
（保密的论文在解密后适用本授权说明）
论文作者签名：赵建 导师签名：夏晓峰
签字日期：2012 年 8 月 12 日 签字日期： 2012 年 8 月 12 日
摘 要
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要的作用。在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程及操作技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。本文主要介绍了数控铣削编程与操作的一些基本知识、基本功能、基本方法，数控铣床的加工特点，夹具的使用，加工工艺范围的确定以及数控铣削工艺分析，数控铣床零件加工基本操作。并且结合实例中具体零件的工艺分析、编程、操作进行较全面的剖析，以探索它们之间的联系，让我们更好地了解、掌握这些知识。
关键词：数控铣床，编程，操作设计
ABSTRACT
NC programming is currently the CAD / CAPP / CAM system, the most obvious links to the effectiveness of one of its design and processing in the realization of automation, higher precision and machining quality, shorten product development cycles play an important role. Such as the aviation industry, the auto industry has a lot of application fields. Since the actual production of the strong demand at home and abroad are all CNC programming and operation techniques carried out extensive research and has achieved fruitful results. This paper describes the programming and operation of CNC milling some basic knowledge, basic functions, the basic approach, CNC milling machine processing characteristics, the use of jigs, processing technology to determine the scope of process analysis, as well as CNC milling, CNC milling machine part machining basic operation. Combined with examples of specific parts of the process analysis, programming, operating with a more comprehensive analysis to explore the link between them to allow us to better understand and grasp this knowledge. KEY WORDS : CNC milling machine, programming, operation design
目 录
第一章 绪论……………………………………………...6
1.1 选题的背景及意义
第二章 数控铣床基础知识…………………………...8
2.1 数控铣床的主要功能
2.2 数控铣床的加工特点
2.3 数控铣床使用的夹具
2.4 数控铣床刀具的选择
第三章 数控铣床程序编制…………………………..11
3.1 数控铣床程序编制的基础
3.2 数控铣床程序编制的基本方法
3.3 数控铣床加工综合举例
第四章 数控铣床的操作过程……………………….30
4.1 数控铣削工艺性分析
4.2 数控铣削加工顺序
4.3 数控铣订零件加工基本操作
总结……………………………………………………38
参考文献………………………………………………39
致谢 …………………………………………………...40
第一章 绪论
1.1 选题的背景及意义
随着生产和科学技术的飞速发展，社会对机械产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，同时随着汽车工业和轻工业消费品的高速增长，机械产品的结构日趋复杂，其精度日趋提高，性能不断改善，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化、高效和高质量复杂零件加工要求。因此，高效率、高精度和高自动化的机械产品生产设备——数控机床，就产生了。
在机械产品中，单件与小批量产品占到70%——80%。这类产品的生产不仅对机床提出了“三高”要求，而且还要求机床应具有较强的适应产品变化的能力。特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件，若采用通用机床加工，只能借助画线和样板用手工操作的方法来加工，或利用靠模和仿型机床来加工，其加工精度和生产效率都受到了很大的限制。
数控机床就是为了解决单件、小批量，特别是高精度、复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。1947年美国PARSONS 公司为了精确制造直升飞机机翼、浆叶和框架，开始探讨用三坐标曲线数据控制机床运动，并进行实验加工飞机零件。1952年麻省理工学院（MIT ）伺服机构研究所用实验室制造的控制装置与辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式铣床成功的实现了三轴联动数控运
动，实现控制铣刀连续空间曲面加工，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，是一种新型的机床，可用于加工复杂曲面零件。该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个崭新的阶段，揭开了数控加工技术的序幕。
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。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。
第二章 数控铣床基础知识
2.1数控铣床的结构及其主要功能
数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。
1）主轴箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。
2）进给伺服系统由进给电机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）控制系统 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 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。如图1.1所示为数控铣床实体图。
图1.1 数控铣床实体图
各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。其主要功能包括：点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径补偿功能、刀具长度补偿功能、比例及镜像加工功能、旋转功能、子程序调用功能、宏程序功能。
2.2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. 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如数字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，无论是端铣或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，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好有红硬性。
2.3数控铣床使用的夹具
1. 数控机床主要用于加工形状复杂的零件，但所使用夹具的结构往往并不复杂，数控铣订夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。对单件、小批量、工作量较大的模具加工来说，一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧，然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。
2. 对有一定批量的零件来说，可选用结构较简单的夹具。
2.4数控铣床刀具的选用
（1）镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀主要用于铣削平面，粗铣时铣刀直径选小一些，精铣时铣刀直径选大一些，当加工余量大且余量不均匀时，刀具直径选小一些，否则会造成因接刀刀痕过深而影响工件的加工质量。
（2） 对立体曲面或变斜角轮廓外形工件加工时，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀、盘形铣刀。
（3） 高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽。如果加工余量较小，表面粗糙度要求较高时，可选用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的端面铣刀。
（4） 毛坯表面或孔的粗加工，可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削。
（5） 加工精度要求较高的凹槽，可选用直径比槽宽小的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边。
第三章 数控铣床的程序编制
3.1数控铣床程序编制的基础
数控铣床具有丰富的加工功能和较宽的加工工艺范围，面对的工艺性问题也较多。在开始编制铣削加工程序前，一定要仔细分析数控铣削加工工艺性，掌握铣削加工工艺装备的特点，以保证充分发挥数控铣床的加工功能。 1. 数控铣床的加工工艺范围
铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工：
(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，以及加工面与水平的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。如图2.1 所示的零件，就是平面类零件。
图2.1 平面类零件
(2) 直纹曲面类零件
直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件（直纹曲面类零件的加工面不能展开为平面），当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线，这类零件也可以在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。如图2.2 所示零件，即为直纹曲面类零件。
图2.2 直纹曲面类零件
(3) 立体曲面类零件
加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。如图2.3 所示的零件，即为立体曲面类零件。
图2.3 立体曲面类零件
这类零件的加工面不能展开成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，易于产生干涉而铣伤邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法：
行切加工法：采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。
三坐标联动加工：采用三坐标数控铣床三轴联动加工，即进行空间直线插补。（如半球形，可用行切加工法加工，也可以用三坐标联动的方法加工）
3.2数控铣床程序编制的基本方法
1. 加工坐标系的建立
(1) G92—设置加工坐标系：G92指令是将加工原点设定在相对于刀具起点的某一空间点上。
编程格式:G92 X＿ Y＿ Z＿
若程序格式为：G92 Xa Yb Zc，则将加工原点设定到距刀具起始点距离为X=-a,Y=-b,Z=-c的位置上。
(2) G53—选择机床坐标系：G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，其中X,Y,Z 后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。
(3) G54,G55,G56,G57,G58,G59:这些指令可以分别用来选择相
应的加工坐标系。
编程格式:G54 G90 G00 (G01) X＿ Y＿ Z＿ (F＿)
该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系改变的。
G54～G59的修改
G54～G59指令是通过MDI 在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通过MDI 方式修改。当系统在执行程序时，从存储器中读取数值，并按照工件坐标系中的坐标值运动。如图2.4 所示为工件坐标系与机床坐标系之间的关系。
图2.4 工件坐标系与机床坐标系
图3所示工件坐标系的程序段为：
N1 G90 G54 G00 X100.0 Y50.0 Z200.0
其中G54为设定工件坐标系，其原点与机床坐标系原点的偏置值已输入数控系统的存储器中，其后执行G00 X100.0 Y50.0 Z200.0时，刀具就移到G54所设的工件坐标系中X100.0 Y50.0 Z200.0的位置上。
常见错误
当执行程序段“G92 X10 Y10”时， 常会认为是刀中的位置。 (4) 注意事项
G54与G55～G59的区别
G54～G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别：利用G54设置机床原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正；利用G55～G59设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值。
G92与G54～G59的区别
G92指令与G54～G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而具在运行程序后到达X10 Y10点上。其实，G92指令程序段只是设定加工坐标系，并不产生任何动作，这时刀具已在加工坐标系中的 X10 Y10点上。
G54～G59指令程序段可以和G00、G01指令组合，如G54 G90 G01 X10 Y10时，运动部件在选定的加工坐标系中进行移动。程序段运行后，无论刀具当前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的X10,Y10点上。
2. 刀具半径补偿功能G40,G41,G42
数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这一问题。
3. 坐标系旋转功能G68,G69
该指令可使编程图形按照指定旋转中心及旋转方向旋转一定的角度，G68表示开始坐标系旋转，G69用于撤消旋转功能。
编程格式：G68 X＿ Y＿ R＿ G69 „ 4. 子程序调用
编程时，为了简化程序的编制，当一个工件上有相同的加工内容时，常用调子程序的方法进行编程。调用子程序的程序叫做主程序。子程序的编号与一般程序基本相同，只是程序结束字为M99表示子程序结束，并返回到调用子程序的主程序中。其中：X 和Y ——旋转中
心的坐标值（可以是X,Y,Z 中的任意两个，它们由当前平面选择指令G17,G18,G19中的一个确定），当X 、Y 省略时，G68指令认为当前的位置即为旋转中心；R ——旋转角度，逆时针旋转定义为正方向，顺时针旋转定义为负方向。
当程序在绝对方式下时，G68程序段后的第一个程序段必须使用绝对方式移动指令，才能确定旋转中心。如果这一程序段为增量方式移动指令，那么系统将以当前位置为旋转中心，按G68给定的角度旋转坐
编程格式：M98 P＿
其中：P 表示子程序调用情况。P 后共有八位数字，前四位为调用次数，省略时为调用一次；后四位为所调用的子程序。 5. 比例及镜像功能
比例及镜像功能可使原编程尺寸按指定比例缩小或放大；也可以让图形按指定规律产生镜像变换。G51为比例编程指令；G50为撤消比例编程指令。G50、G51均为模式G 代码。
编程格式：（各轴按相同比例编程）G51 X＿ Y＿ Z＿ P＿ „ G50
其中：X,Y,Z ——比例中心坐标(绝对方式) ；P ——比例系数，最小输入量为0.001，比例系数的范围为：0.001～999.999。该指令以后的移动指令，从比例中心点开始，实际移动量为原数值的P 倍。P 值对偏移量无影响。
（各轴按相同比例编程）G51 X＿ Y＿ Z＿ I＿ J＿ K＿ „ G50
其中：X,Y,Z ——比例中心坐标；I,J,K ——对应X,Y,Z 轴的比例系数，在±0.001～9.999范围内。本系统设定I,J,Z 不能带小数点，比例为1时，应输入1000，并在程序中都应输入，不能省略。 注意事项：
1）镜像加工指令不可作为整个加工程序的最后一段，若位于最后时，则再写一句MO2程序段。
2）循环次数若为1次可省略不写。
3）G11、G12、G13所定义的镜像加工程序段号内，不得发生其他转移加工指令，如子程序、跳转移加工等。
例：如图2.5 所示，刀心轨迹是Y 轴、X 轴、原点对称的图形，Z 向深度分别为2mm ，试用镜像加工指令编程。
图2.5 零件毛坯图
解：
计算A 、B 两点坐标值 A 点：X=16mm；Y=60mm B 点：X=60mm；Y=16mm 2) 编程 O35
N0010 G92 X0 Y0 Z100 S1000 M03； N0020 Z2；
N0030 G01 Z-2 F100； N0040 X16 Y60；
N0050 G03 X60 Y16 I44 J0； N0060 G01 X0 Y0； N0070 G11 N0040.0060； N0080 G12 N0040.0060； N0090 G13 N0040.0060； N0100 G00 Z100； N0110 M02；
3.3数控铣削加工综合举例
毛坯为70㎜×70㎜×18㎜板材，六面已粗加工过，要求数控铣出如图2.6 所示的槽，工件材料为45钢。
图2.6 毛坯零件图
1．根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线
1）以已加工过的底面为定位基准，用通用台虎钳夹紧工件前后两侧面，台虎钳固定于铣床工作台上。
2）工步顺序
① 铣刀先走两个圆轨迹，再用左刀具半径补偿加工50㎜×50㎜四角倒圆的正方形。
② 每次切深为2㎜，分二次加工完。 2．选择机床设备
根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用XKN7125型数控立式铣床。
3．选择刀具
现采用φ10㎜的平底立铣刀，定义为T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。 4．确定切削用量
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。 5．确定工件坐标系和对刀点
在XOY 平面内确定以工件中心为工件原点，Z 方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图2-23所示。
采用手动对刀方法（操作与前面介绍的数控铣床对刀方法相同）把点O 作为对刀点。 6．编写程序
按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。
考虑到加工图示的槽，深为4㎜，每次切深为2㎜，分二次加工完，则为编程方便，同时减少指令条数，可采用子程序。该工件的加工程序如下（该程序用于XKN7125铣床）： N0010 G00 Z2 S800 T1 M03 N0020 X15 Y0 M08
N0030 G20 N01 P1.-2 ；调一次子程序，槽深为2㎜
N0040 G20 N01 P1.-4 ；再调一次子程
序，槽深为4㎜ N0050 G01 Z2 M09 N0060 G00 X0 Y0 Z150
N0070 M02 ；主程序结束 N0010 G22 N01 ；子程序开始 N0020 G01 ZP1 F80
N0030 G03 X15 Y0 I-15 J0 N0040 G01 X20
N0050 G03 X20 YO I-20 J0
N0060 G41 G01 X25 Y15 ；左刀补铣四角倒圆的正方形
N0070 G03 X15 Y25 I-10 J0 N0080 G01 X-15
N0090 G03 X-25 Y15 I0 J-10 N0100 G01 Y-15
N0110 G03 X-15 Y-25 I10 J0 N0120 G01 X15
N0130 G03 X25 Y-15 I0 J10 N0140 G01 Y0
N0150 G40 G01 X15 Y0 ；左刀补取消 N0160 G24 ；主程序结束
毛坯为120㎜×60㎜×10㎜板材，5㎜深的外轮廓已粗加工过，
周边留2㎜余量，要求加工出如图2.7 所示的外轮廓及φ20㎜的孔。工件材料为铝。
图2.7 零件外轮廓图
1．根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线
1）以底面为定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上 2）工步顺序 ① 钻孔φ20㎜。
② 按O’ABCDEFG 线路铣削轮廓。 2．选择机床设备
根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用
华中Ⅰ型（ZJK7532A 型）数控钻铣床。 3．选择刀具
现采用φ20㎜的钻头，定义为T02, φ5㎜的平底立铣刀，定义为T01，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。
由于华中Ⅰ型数控钻铣床没有自动换刀功能，按照零件加工要求，只能手动换刀。 4．确定切削用量
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。 5．确定工件坐标系和对刀点
在XOY 平面内确定以0点为工件原点，Z 方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图3-24所示。 采用手动对刀方法把0点作为对刀点。 6．编写程序（用于华中I 型铣床）
按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下： 1）加工φ20㎜孔程序(手工安装好φ20㎜钻头) %1337
N0010 G92 X5 Y5 Z5 ；设置对刀点 N0020 G91 ；相对坐标编程 N0030 G17 G00 X40 Y30 ；在XOY 平面内加工
N0040 G98 G81 X40 Y30 Z-5 R15 F150 ；钻孔循环 N0050 G00 X5 Y5 Z50 N0060 M05 N0070 M02
2）铣轮廓程序(手工安装好ф5㎜立铣刀, 不考虑刀具长度补偿) %1338
N0010 G92 X5 Y5 Z50
N0020 G90 G41 G00 X-20 Y-10 Z-5 D01 N0030 G01 X5 Y-10 F150 N0040 G01 Y35 F150 N0050 G91
N0060 G01 X10 Y10 F150 N0070 G01 X11.8 Y0 N0080 G02 X30.5 Y-5 R20 N0090 G03 X17.3 Y-10 R20 N0100 G01 X10.4 Y0 N0110 G03 X0 Y-25 N0120 G01 X-90 Y0 N0130 G90 G00 X5 Y5 Z10 N0140 G40 N0150 M05 N0160 M30
毛坯为150㎜×70㎜×20㎜块料，要求铣出如图9所示的椭球面，工件材料为蜡块。
图2.8 零件示意图
1．根据图样要求、毛坯及前道工序加工情况，确定工艺方案及加工路线
1）以底面为主要定位基准，两侧用压板压紧，固定于铣床工作台上。
2）加工路线
Y 方向以行距小于球头铣刀逐步行切形成椭球形成。 2．选择机床设备
根据零件图样要求，选用经济型数控铣床即可达到要求。故选用华中Ⅰ型（ZJK7532A 型）数控钻铣床。 3．选择刀具
球头铣刀大小 6mm 。 4．确定切削用量
切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。 5．确定工件坐标系和对刀点
在XOY 平面内确定以工件中心为工件原点，Z 方向以工件表面为工件原点，建立工件坐标系，如图2-25所示。 采用手动对刀方法把0点作为对刀点。 6．编写程序（用于华中I 型铣床）
按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下： %8005（用行切法加工椭园台块，X ，Y 按行距增量进给） #10=100 ；毛坯X 方向长度 #11=70 ；毛坯Y 方向长度 #12=50 ；椭圆长轴 #13=20 ；椭圆短轴 #14=10 ；椭园台高度 #15=2 ；行距步长 G92 X0 Y0 Z[#13+20]
G90G00 X[#10/2] Y[#11/2] M03 G01 Z0
X[-#10/2] Y[#11/2]
G17G01 X[-#10/2] Y[-#11/2] X[#10/2] Y[#11/2] #0=#10/2 #1=-#0 #2=#13-#14
#5=#12*SQRT[1-#2*#2/#13/#13] G01 Z[#14] WHILE #0 GE #1 IF ABS[#0] LT #5
#3=#13*SQRT[1-#0*#0/[#12*#12]] IF #3 GT #2
#4=SQRT[#3*#3-#2*#2] G01 Y[#4] F400
G19 G03 Y[-#4] J[-#4] K[-#2] ENDIF ENDIF
G01 Y[-#11/2] F400 #0=#0-#15 G01 X[#0] IF ABS[#0] LT #5
#3=#13*SQRT[1-#0*#0/[#12*#12]]
IF #3 GT #2
#4=SQRT[#3*#3-#2*#2] G01 Y[-#4] F400
G19 G02 Y[#4] J[#4] K[-#2] ENDIF ENDIF
G01 Y[#11/2] F1500 #0=#0-#15 G01 X[#0] ENDW
G00 Z[#13+20] M05 G00 X0 Y0 M02
第四章 数控铣床的操作过程
4.1 数控铣削的工艺性分析
数控铣削加工工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，根据加工实践，数控铣削加工工艺分析所要解决的主要问题大致可归纳为以下几个方面。
1. 选择并确定数控铣削加工部位及工序内容
在选择数控铣削加工内容时，应充分发挥数控铣床的优势和关键作用。主要选择的加工内容有：
1) 工件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓，如图4.1.1所示的正弦曲线。 图4.1.1 Y=SIN(X)曲线
2) 已给出数学模型的空间曲面, 如图3.1.2所示的球面。
图4.1.2球面
3) 形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；
4) 用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽； 5) 以尺寸协调的高精度孔和面；
6) 能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状；
7) 用数控铣削方式加工后，能成倍提高生产率，大大减轻劳动强度
的一般加工内容。
2. 零件图样的工艺性分析
根据数控铣削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析时，应主要分析与考虑以下一些问题。
1) 零件图样尺寸的正确标注，如图4.1.3所示
图4.1.3零件尺寸公差带的调整
由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各种几何元素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的封闭尺寸等。
例如，零件在用同一把铣刀、同一个刀具半径补偿值编程加工时，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，这时一般采取的方法是：兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，改为对称公差，采用同一把铣刀和同一个刀具半径补偿值加工。
2) 统一内壁圆弧的尺寸
加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往限制刀具的尺寸。
² 内壁转接圆弧半径R
如图4.1.4所示，当工件的被加工轮廓高度H 较小，内壁转接圆弧半径R 较大时，则可采用刀具切削刃长度L 较小，直径D 较大的铣刀加工。这样，底面A 的走刀次数较少，表面质量较好，因此，工艺性较好。反之如图4.1.5所示，铣削工艺性则较差。
通常，当R
图4.1.4 R较大 图4.1.5 R较小时
² 内壁与底面转接圆弧半径r
如图4.1.6，铣刀直径D 一定时，工件的内壁与底面转接圆弧半径r 越小，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r也越大，铣刀端刃铣削平面的面积越大，则加工平面的能力越强，因而，铣削工艺性越好。反之，工艺性越差如图4.1.7所示。
当底面铣削面积大，转接圆弧半径r 也较大时，只能先用一把r 较小的铣刀加工，再用符合要求r 的刀具加工，分两次完成切削。 总之，一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸的大小和一致性，影响着加工能力、加工质量和换刀次数等。因此，转接圆弧半径尺寸大小要力求合理，半径尺寸尽可能一致，至少要力求半径尺寸分组靠拢，以改善铣削工艺性。
图4.1.6 r较 图4.1.7 r较大
3. 保证基准统一的原则
有些工件需要在铣削完一面后，再重新安装铣削另一面，由于数控铣削时，不能使用通用铣床加工时常用的试切方法来接刀，因此，最好采用统一基准定位。
4. 分析零件的变形情况
铣削工件在加工时的变形，将影响加工质量。这时，可采用常规
方法如粗、精加工分开及对称去余量法等，也可采用热处理的方法，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理等。加工薄板时，切削力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度难以保证，这时，应考虑合适的工件装夹方式。
总之，加工工艺取决于产品零件的结构形状，尺寸和技术要求等。
5. 零件的加工路线
1) 铣削轮廓表面
在图4.1.8铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削。对于二维轮廓加工，通常采用的加工路线为：
² 从起刀点下刀到下刀点
² 沿切向切入工件；
² 轮廓切削；
² 刀具向上抬刀，退离工件；
² 返回起刀点。
2) 顺铣和逆铣对加工影响 图4.1.8轮廓铣削
在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。逆铣时切削力F 的水平分力FX 的方向与进给运动Vf 方向相反，顺铣时切削力F 的水平分力FX 的方向与进给运动Vf 的方向相同。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、
特点以及机床、刀具等条件综合考虑。通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性就优于逆铣。 如图4.1.9（a ）所示为采用顺铣切削方式精铣外轮廓, 图3.1.9（b ）所示为采用逆铣切削方式精铣型腔轮廓, 图4.1.9（c ）所示为顺、逆铣时的切削区域。
（a) 顺铣 （b) 逆铣 （c) 切入和退刀区 图4.1.9顺铣和逆铣切削方式
同时，为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，尽量采用顺铣加工。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，这时采用逆铣较为合理。
4.2 数控铣削加工顺序
加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排：
1. 先粗后精
当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。
2. 基准面先行原则
用作精基准的表面应先加工，任何零件的加工过程总是先对定位
基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
3. 先面后孔
对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。
4. 先主后次
即先加工主要表面，然后加工次要表面。
4.3 数控铣床零件加工基本操作
1. 加工要求
加工如图所示零件。零件材料为LY12，单件生产。零件毛坯已加工到尺寸。
选用设备：XK714B 数控铣床
2. 准备工作
加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具的选择、程序编制等。
3. 操作步骤及内容
1) 开机，各坐标轴手动回机床原点
2) 刀具安装
根据加工要求选择 Φ10 高速钢立铣刀，用弹簧夹头刀柄装夹后
将其装上主轴。
3) 清洁工作台，安装夹具和工件
将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正、找平虎钳，再将工件装正在虎钳上。
4) 对刀设定工件坐标系
² 用寻边器对刀，确定 X 、 Y 向的零偏值，将 X 、 Y 向的零偏值输入到工件坐标系 G54 中 ；
² 将加工所用刀具装上主轴，再将 Z 轴设定器安放在工件的上表面上，确定 Z 向的零偏值，输入到工件坐标系 G54 中 。
5) 设置刀具补偿值
将刀具半径补偿值5输入到刀具补偿地址D01。
6) 输入加工程序
将计算机生成好的加工程序通过数据线传输到机床数控系统的内存中。
7) 调试加工程序
把工件坐标系的Z 值沿+Z向平移100mm ，按下数控启动键，适当降低进给速度，检查刀具运动是否正确。
8) 自动加工
把工件坐标系的Z 值恢复原值，将进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始加工。机床加工时，适当调整主轴转速和进给速度，并注意监控加工状态，保证加工正常。
9) 取下工件，用游标卡尺进行尺寸检测
10) 清理加工现场。
11) 关机。
总 结
机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的机械制造业，就不可能有国家的真正繁荣的富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反应国民经济实力和科学技术水平的重要标志之一。提高加工效率，降低生产成本，提高加工质量，快速更新产品，是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。数控铣削加工是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，加入WTO 以来，我国汽车工业、航空航天工业得到了快速发展，大量具有复杂曲面的零件都需要用数控铣床进行加工。
本设计以数控铣床加工工艺、编程与操作为核心内容，重点介绍了数控铣床加工工艺，数控铣床的编程方法，数控铣床的操作方法，典型零件数控铣床加工综合实训等方面的知识及应用实践技能。通过本次论文的写作，我了解到了在这个科学技术飞速发展的21世纪，数控技术的重要性，了解到了一般数控铣床程序的编制过程以及操作的基本方法，使我对数控铣床的认识上了一个台阶，这对我以后能更好地学习、工作有很大的帮助。
参考文献
[1] 顾 京. 数控加工编程及操作. 高等教育出版社,2003
[2] 王润孝. 机床数控原理与系统. 西北工业出版社，1996
[3] 李 立. 数控机床. 高等教育出版社，2005
[4] 李开佛. 机床工业综述. 机械工业出版社，1993
[5] 彭炎午. 计算机数控系统. 西北工业出版社，1993
[6] 李诚人. 机床计算机数控. 西北工业大学出版社，1988
[7] 毕承恩. 现代数控机床. 机械工业出版社，1991
[8] 林其骏. 机床数控系统. 中国科学技术出版社，1991
[9] FANUC LTD.FANUC Series O-MC Operator’s Manual.Printed in Japan.Jul,1992
[10] Stenerson.Jakson .Computer Numerical Control.The Association Of American Publishers(AAP),2006
致 谢
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，得到了指导老师夏晓峰老师的亲切关怀和耐心的指导，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我，多少个日日夜夜，夏晓峰老师不仅在学业上给我以精心的指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩夏晓峰老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，在此谨向夏晓峰老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！
感谢机械工程系所有教职员工和同学们在这4年来对我的指导、关心和帮助。值此论文完成之际，向以上人员，以及其他曾经、正在和将要关心、支持和帮助我的老师、同学、朋友，在这里请接受我诚挚的谢意!
最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!