实验四数控铣床编程与操作实验 一、实验目的 1,了解数控铣床的基本特点和机床坐标系 2.熟悉FANUC Oi-MD数控系统应用。 3.掌握数控铣床常规操作方法，重点学习数控铣床回零操作、手动对刀操作 工件坐标系设定、程序输入与编辑、自动加工等操作。 二、实验设备 1.CGM4300B数控铣床 2.FANUC Oi--MD数控系统 三、实验基础知识 1.数控铣床的特点与组成 CGN4300B数控铣床是基于PC机控制的三轴联动数控铣床，该机床是浙江大学 现代制造工程研究所、辰光数控公司开发生产的教学型数控铣床，具有机械结构简 单、控制原理清晰、加工功能强大、国际标准指令等特点。该机床具有直线插补、 圆弧插补、刀具补偿、固定循环、子程序调用等功能：能完成基本铣削、钻削、攻 螺纹及自动工作循环等工作，能加工各种形状复杂的凸轮、样板及模具零件等。 CGM4300数控铣床硬件包括五个部分：铣床、控制柜、控制计算机、加工刀具、辅 助刀具。 2.CGM4300B数控铣床主要技术参数 铣床式样 双立柱式 外形尺十 800mm×1100mm×1500mm 有效行程 280mm×350mm×100mm 定位精度 0.01/300mm 重复定位精度 0.005/300mm 最大运动速度 4.8m/min 主轴最高转速 24000r/min X-Y-Z轴取动 伺服电机驱动精度滚珠丝杠 换刀方式 手动、专用工具锁紧 控制计算机 通过PC计算机 原点开关 光电元件 行程开关 X、Y、Z方向五个开关 紧急制动 计算机键盘控制和控制柜电源开关控制 机床电源 220W.50HZ 3.机床坐标系 数控机床采用国际通用标准的笛卡尔右手直角坐标系。即：三个坐标轴X、Y、 1
1 实验四 数控铣床编程与操作实验 一、实验目的 1．了解数控铣床的基本特点和机床坐标系。 2．熟悉 FANUC 0i-MD 数控系统应用。 3．掌握数控铣床常规操作方法，重点学习数控铣床回零操作、手动对刀操作、 工件坐标系设定、程序输入与编辑、自动加工等操作。 二、实验设备 1．CGM4300B 数控铣床 2．FANUC 0i-MD 数控系统 三、实验基础知识 1．数控铣床的特点与组成 CGM4300B 数控铣床是基于 PC 机控制的三轴联动数控铣床，该机床是浙江大学 现代制造工程研究所、辰光数控公司开发生产的教学型数控铣床，具有机械结构简 单、控制原理清晰、加工功能强大、国际标准指令等特点。该机床具有直线插补、 圆弧插补、刀具补偿、固定循环、子程序调用等功能；能完成基本铣削、钻削、攻 螺纹及自动工作循环等工作，能加工各种形状复杂的凸轮、样板及模具零件等。 CGM4300 数控铣床硬件包括五个部分：铣床、控制柜、控制计算机、加工刀具、辅 助刀具。 2．CGM4300B 数控铣床主要技术参数 铣床式样 双立柱式 外形尺寸 800 mm×1100 mm×1500 mm 有效行程 280mm×350mm×100mm 定位精度 0.01/300mm 重复定位精度 0.005/300mm 最大运动速度 4.8m/min 主轴最高转速 24000r/min X-Y-Z 轴驱动 伺服电机驱动精度滚珠丝杠 换刀方式 手动、专用工具锁紧 控制计算机 通过 PC 计算机 原点开关 光电元件 行程开关 X、Y、Z 方向五个开关 紧急制动 计算机键盘控制和控制柜电源开关控制 机床电源 220V,50HZ 3．机床坐标系 数控机床采用国际通用标准的笛卡尔右手直角坐标系。即：三个坐标轴 X、Y
Z互相垂直，各坐标轴的方向符合右手法则。大拇指的方向为X轴正方向，食指为Y 轴正方向，中指为Z轴正方向。数控机床永远假定工件静止而刀具运动，同时规定 坐标轴的正方向总是指向增大工件与刀具之间距离的方向。 Z轴：为主轴方向，向上远离工作台方向为正方向。数控铣床Z轴可首先确定。 X轴：平行工件装夹平面，并平行主切削方向。数控铣床X轴水平向右为正方 向。 Y轴：Y轴及正方向由笛卡尔法则判定。 4.数控代码规范 1)程序结构 NC程序由各个程序段组成，每个程序段执行一个加工步骤。程序段由若干个 字组成，字由地址符和数值组成，地址符必须用大写字母，最后一个程序段包含程 序结束符M02或M30。目前常用的是字地址可变程序段格式。 2)数控指令 数控指令包括准备功能指令(G功能)、辅助功能指令(M功能)、刀具功能指令 (T功能)、主轴功能指令(S功能)、进给功能指令(F功能)。常用指令有： G00快谏移动，模态 例如：G00X40Y50: G01直线插补，模态 例如：G01X40Y30Z0: G02顺时针圆弧插补，模态 例如：G02X40Y10R10: G03逆时针圆弧插补，模态 例如：G03X40Y10I10J10 G04暂停，单位毫秒 例如：G04P200 G17XY平面选择，数控铣床缺省 G21米制单位设定，缺省 G41/G42/G40刀具半径左补偿/刀具半径右补偿/刀具半径补偿取消 G43/G44/G49刀具长度正补偿/刀具长度负补偿/刀具长度补偿取消 G54G59 第一工件坐标系一第六工件坐标系指定 G80钻孔循环取消 G81钻孔循环 例如：G81X10Y10Z-15R5F50: G83 啄式钻孔循环 例▣：G83X10Y10Z-15R5P300Q5F50: G90绝对尺寸 G91 相对尺寸 G94进给率F,单位mm/min,数控铣床缺省 G95 进给率F, 甲位m/r MO0程序停止 M02 程序结束 M03 主轴领时针饰转 M04 主轴逆时针旋转 M05主轴停止 MO8冷却液打开 2
2 Z 互相垂直，各坐标轴的方向符合右手法则。大拇指的方向为 X 轴正方向，食指为 Y 轴正方向，中指为 Z 轴正方向。数控机床永远假定工件静止而刀具运动，同时规定 坐标轴的正方向总是指向增大工件与刀具之间距离的方向。 Z 轴：为主轴方向，向上远离工作台方向为正方向。数控铣床 Z 轴可首先确定。 X 轴：平行工件装夹平面，并平行主切削方向。数控铣床 X 轴水平向右为正方 向。 Y 轴：Y 轴及正方向由笛卡尔法则判定。 4．数控代码规范 1）程序结构 ＮＣ程序由各个程序段组成，每个程序段执行一个加工步骤。程序段由若干个 字组成，字由地址符和数值组成，地址符必须用大写字母，最后一个程序段包含程 序结束符 M02 或 M30。目前常用的是字地址可变程序段格式。 2）数控指令 数控指令包括准备功能指令（G 功能）、辅助功能指令（M 功能）、刀具功能指令 （T 功能）、主轴功能指令（S 功能）、进给功能指令（F 功能）。常用指令有： G00 快速移动，模态 例如：G00X40Y50； G01 直线插补，模态 例如：G01X40Y30Z0； G02 顺时针圆弧插补，模态 例如：G02X40Y10R10； G03 逆时针圆弧插补，模态 例如：G03X40Y10I10J10； G04 暂停，单位毫秒 例如：G04P200 G17 XY 平面选择，数控铣床缺省 G21 米制单位设定，缺省 G41/G42/G40 刀具半径左补偿/刀具半径右补偿/刀具半径补偿取消 G43/G44/G49 刀具长度正补偿/刀具长度负补偿/刀具长度补偿取消 G54～G59 第一工件坐标系～第六工件坐标系指定 G80 钻孔循环取消 G81 钻孔循环 例如：G81X10Y10Z-15R5F50； G83 啄式钻孔循环 例如：G83X10Y10Z-15R5P300Q5F50； G90 绝对尺寸 G91 相对尺寸 G94 进给率Ｆ，单位 mm/min,数控铣床缺省 G95 进给率Ｆ，单位 mm／r M00 程序停止 M02 程序结束 M03 主轴顺时针旋转 M04 主轴逆时针旋转 M05 主轴停止 M08 冷却液打开
M09冷却液关闭 M30程序结束并返回 M98 调用子程序 例如：M98P0032007:调用02007子程 序3次 99子程序结束 5.FANUC 01-MD数控系统控制面板 数控铣床所提供的各种功能可以通过控制面板上的键盘操作得以实现。机床配 备的数控系统不同其CRT/MDI控制面板的形式也不相同。CGM4300数控铣床配备 FANUC Oi--MD数控系统。下面介绍其各控制键功能。 1)主功能键 开机后先选择主功能键，进人主功能状态后，再选择下级子功能（软键）进行 具体操作。 【POS】键：位置显示键。在CRT上显示机床现在的位置。 【PRGRM】键：程序键。在编辑方式，编辑和显示内存程序，显示MDI数据。 【MENU OFSET】键：菜单设置键。刀具偏置数值的显示和设定。 【OPR ALARM】键：报警显示键。按此键显示报警号及报警提示 【DGNOS PARAM】键：参数设置键。设置数控系统参数。 【AUX GRAPH】键：图象显示键。暂无功能。 2)数据输人锭 用米输人英文字母、数字及符号。常见功能有：G、M一指令：下一进给量：S 主轴转速：X、Y、Z一坐标：I、J、K一圆弧的圆心坐标：R一圆弧半径：T一刀 具号或换刀指令：0一程序名：N一程序段号：0-9一数字等。 3)编辑键 【ALTER】键：修改键。在程序当前光标位置修改指令代码。 【INSRT】键：插人键。在程序当前光标位置插人指令代码。 【DELET】键：数据、程序段删除键。 【EOB】键：程序段结束键。又称程序段输入键、确认健、回车键。 4)复位键 复位键【RESET】:按下此键，复位CNC系统。 5)输人输出锦 输入键【INPUT】:与外部设备通信时，按下此键，才能启动输入设备，开始输 入数据到CNC内。 输出键【OUTPT START】):按下此键，CNC开始输出内存中的参数或程序到外部 设备。 6)软键 软键即子功能键，其含义显示于当前屏幕上对应软键的位置，随主功能状态不 同而各异。在某个主功能下可能有若干子功能，子功能往往以软键形式存在 7)编辑辅助键
3 M09 冷却液关闭 M30 程序结束并返回 M98 调用子程序 例如 ：M98P0032007；调用 O2007 子程 序 3 次 M99 子程序结束 5．FANUC 0i-MD 数控系统控制面板 数控铣床所提供的各种功能可以通过控制面板上的键盘操作得以实现。机床配 备的数控系统不同其 CRT/MDI 控制面板的形式也不相同。CGM4300 数控铣床配备 FANUC 0i-MD 数控系统。下面介绍其各控制键功能。 1)主功能键 开机后先选择主功能键，进人主功能状态后，再选择下级子功能（软键）进行 具体操作。 【POS】键：位置显示键。在 CRT 上显示机床现在的位置。 【PRGRM】键：程序键。在编辑方式，编辑和显示内存程序，显示 MDI 数据。 【MENU OFSET】键：菜单设置键。刀具偏置数值的显示和设定。 【OPR ALARM】键：报警显示键。按此键显示报警号及报警提示。 【DGNOS PARAM】键：参数设置键。设置数控系统参数。 【AUX GRAPH】键：图象显示键。暂无功能。 2)数据输人键 用来输人英文字母、数字及符号。常见功能有：G、M—指令；F—进给量；S— 主轴转速； X、Y、Z—坐标； I、 J 、K—圆弧的圆心坐标；R—圆弧半径；T—刀 具号或换刀指令；O—程序名；N—程序段号；0-9—数字等。 3)编辑键 【ALTER】键：修改键。在程序当前光标位置修改指令代码。 【INSRT】键：插人键。在程序当前光标位置插人指令代码。 【DELET】键：数据、程序段删除键。 【EOB】键：程序段结束键。又称程序段输入键、确认健、回车键。 4）复位键 复位键【RESET】：按下此键，复位 CNC 系统。 5)输人输出键 输入键【INPUT】：与外部设备通信时，按下此键，才能启动输入设备，开始输 入数据到 CNC 内。 输出键【OUTPT START】：按下此键，CNC 开始输出内存中的参数或程序到外部 设备。 6）软键 软键即子功能键，其含义显示于当前屏幕上对应软键的位置，随主功能状态不 同而各异。在某个主功能下可能有若干子功能，子功能往往以软键形式存在。 7）编辑辅助键
光标移动键【CURSOR】:用于在CRT页面上，一步步移动光标。↑：向前移动光 标。↓：向后移动光标。 页面变换键【PAGE】:用于CRT屏幕选择不同的页面。↑：向前变换页面。I: 向后变换页面。 取消键【CAN】:按下此键，删除上一个输人的字符 8)运行模式选择旋扭：MODE SELECT 【HOME】:返回机床参考点模式 【T0G】:手动连续进给模式 【J0GINC1:手动断续进给模式 【EDIT】:程序编辑模式 【MDI:手动数据输入模式 【STEP】:单步加工模式 【AUTO】:自动加工模式 【HANDLE】:手摇脉冲发生器操作模式 9)进给速度倍率调节旋扭：用日前的进给速度乘上倍率得到实际进给速度 主轴速度倍率调节旋扭：用目前的设定速度乘上倍率得到实际主轴转速。 10)其它功能按键及旋扭： 【AXIS SELECT】旋扭：手动进给轴和方向选择旋扭。在JOG、JOGINC运行模式 式时，选择手动进给轴和方向。 【ON】【OFF】键：CNC电源按钮。按下“ON”接通CNC电源：按下“OFF”断 开CC电源。 【E-STOP】键：急停按钮。当出现紧急情况时，按下此按钮，伺服进给及主轴 运转立即停止工作。 6。数控铣床的基本操作 当加工程序编制完成之后，就可操作机床对工件进行加工。下面介绍数控铣床 的一些基本操作方法。 1)电源的接通与断开 在机床电源接通之前，检查电源的柜内空气开关是否全部接通，将电源框门关 好后，先打开机床电源，再按操作面板上的“CNC POWER ON”按钮方能打开机床主 电源开关。当CT屏幕上显示X、Y、Z的坐标位置时，即可开始工作。 当自动工作循环结束，机床运动部件停止运动后，按操作面板上的“CNC POWER F”按钮，断开数控系统的电源，然后切断电源柜上的机床电源开关。 2)回同零操作 在机床出现下列情况之一时，操作者必须进行返回机床参考点的操作：开始工 作之前机床电源接通：机床停电后再次接通数控系统的电源：机床在急停信号或超 程报警信号解除之后恢复工作。 返回参考点的操作步骤：①)旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“HOME”位置， 进人回零方式：②按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的+X或+Y或+Z键选
4 光标移动键【CURSOR】：用于在 CRT 页面上，一步步移动光标。↑：向前移动光 标。↓：向后移动光标。 页面变换键【PAGE】：用于 CRT 屏幕选择不同的页面。↑：向前变换页面。↓： 向后变换页面。 取消键【CAN】：按下此键，删除上一个输人的字符。 8）运行模式选择旋扭：MODE SELECT 【HOME】：返回机床参考点模式 【JOG】：手动连续进给模式 【JOGINC】：手动断续进给模式 【EDIT】：程序编辑模式 【MDI】：手动数据输入模式 【STEP】：单步加工模式 【AUTO】：自动加工模式 【HANDLE】：手摇脉冲发生器操作模式 9）进给速度倍率调节旋扭：用目前的进给速度乘上倍率得到实际进给速度。 主轴速度倍率调节旋扭：用目前的设定速度乘上倍率得到实际主轴转速。 10)其它功能按键及旋扭： 【AXIS SELECT】旋扭：手动进给轴和方向选择旋扭。在 JOG、JOGINC 运行模式 式时，选择手动进给轴和方向。 【ON】【OFF】键： CNC 电源按钮。按下“ON”接通 CNC 电源；按下“OFF”断 开 CNC 电源。 【E-STOP】键：急停按钮。当出现紧急情况时，按下此按钮，伺服进给及主轴 运转立即停止工作。 6．数控铣床的基本操作 当加工程序编制完成之后，就可操作机床对工件进行加工。下面介绍数控铣床 的一些基本操作方法。 1）电源的接通与断开 在机床电源接通之前，检查电源的柜内空气开关是否全部接通，将电源框门关 好后，先打开机床电源，再按操作面板上的“CNC POWER ON”按钮方能打开机床主 电源开关。当 CRT 屏幕上显示 X、Y、Z 的坐标位置时，即可开始工作。 当自动工作循环结束，机床运动部件停止运动后，按操作面板上的“CNC POWER OFF”按钮，断开数控系统的电源，然后切断电源柜上的机床电源开关。 2）回零操作 在机床出现下列情况之一时，操作者必须进行返回机床参考点的操作：开始工 作之前机床电源接通；机床停电后再次接通数控系统的电源；机床在急停信号或超 程报警信号解除之后恢复工作。 返回参考点的操作步骤：①旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“HOME”位置， 进人回零方式；②按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的＋X 或＋Y 或＋Z 键选
择一个所需移动的坐标轴：③旋转快速倍率修调开关设定返回参考点进给速度：④ 按下坐标轴正向运动按钮后放开，坐标运动自动保持到返回参考点，直到参考点指 示灯亮时停止。 3)手动连续进给及断续进给 手动斯续讲给操作步啜：①旋转方式选择开关“ODE SELECT”至“IOGINC”, 进入断续进给方式，并设置进给步长：②按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的 X或Y或Z键选择准备移动的坐标轴：③旋转快速倍率修调开关“FEEDRATE OVERRIDE” 选择点动进给速率：④根据坐标轴运动的方向，按正方向或负方向按钮，各坐标便 可实现点动进给。点动状态下，每按一次坐标进给键，进给部件移动一段距离。 手动连续进给操作步骤：旋转方式选择开关“MODE.SELECT”处于“JOG”位置 时，选择运动轴，按正方向或负方向按钮，运动部件便在相应的坐标方向上连续运 动，直到按钮松开时坐标轴才停止运动。 4)主轴手动操作 自动运行时主轴的转速、转向等均可在程序中用S功能和M功能指定。手动操 作时要使主轴启动，必须用NMDI方式设定主轴转速。当方式选择开关“MODE SELECT1 处于“J0G”位置时可手动控制主轴的正转、反转和停止。调节主轴转速修调开关 “SPINDLE SPEED OVERRIDE”,对主轴转速进行倍率修调。按手动操作按钮CW、CCT、 STOP控制主轴正转、反转、停止。 5)自动运行操作 机床的自动运行也称为机床的自动循环，自动运行前必须使各坐标轴返回参考 点，并有结构完整的数控程序。 先将旋转方式洗择开关“MODE SELECT”置于“AT0”状态，讲人自动云行方式 按程序键PRGRM,.屏幕显示数控程序：按CURSOR键，光标移动至被选程序的程序头： 按下循环启动按钮“CYCLE START”,则自动操作开始执行。 6)机床急停操作 机床在手动或自动运行中，一旦发现异常情况，应立即停止机床的运动。使用 急停按钮或进给保持按钮中的任意一个均可使机床停止。 使用急停按钮。如果机床运行时按下急停按钮“E-STOP”,则机床进给运动和主 轴运动会立即停止工作。待排除故障重新执行程序恢复机床的工作时，顺时针旋转 该按钮，按下机床复位按钮复位后，进行手动返回机床参考点的操作。 使用进给保持按钮。如果机床在运行时按下进给保“FEED HOLD”按钮后，机床 处于保持状态。待急停解除之后，按下循环启动按钮恢复机床运动状态，无需进行 返回参考点的操作。 7)刀具偏置设定 刀具偏置设定包括刀具长度偏置量与刀具半径偏置量的设定。操作步骤：按功 能键MENU OFSET进入偏置菜单：按软键TOOL,进入刀具偏置设定画面：移动光标 到要输人或修改的偏置号：键入偏置量：按输入键IPUT 8)程序的输入和编辑
5 择一个所需移动的坐标轴；③旋转快速倍率修调开关设定返回参考点进给速度；④ 按下坐标轴正向运动按钮后放开，坐标运动自动保持到返回参考点，直到参考点指 示灯亮时停止。 3) 手动连续进给及断续进给 手动断续进给操作步骤：①旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“JOGINC”， 进入断续进给方式，并设置进给步长；②按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的 X 或 Y或 Z 键选择准备移动的坐标轴；③旋转快速倍率修调开关“FEEDRATE OVERRIDE” 选择点动进给速率；④根据坐标轴运动的方向，按正方向或负方向按钮，各坐标便 可实现点动进给。点动状态下，每按一次坐标进给键，进给部件移动一段距离。 手动连续进给操作步骤：旋转方式选择开关“MODE. SELECT”处于“JOG”位置 时，选择运动轴，按正方向或负方向按钮，运动部件便在相应的坐标方向上连续运 动，直到按钮松开时坐标轴才停止运动。 4）主轴手动操作 自动运行时主轴的转速、转向等均可在程序中用 S 功能和 M 功能指定。手动操 作时要使主轴启动，必须用 MDI 方式设定主轴转速。当方式选择开关“MODE SELECT” 处于"JOG”位置时可手动控制主轴的正转、反转和停止。调节主轴转速修调开关 “SPINDLE SPEED OVERRIDE”，对主轴转速进行倍率修调。按手动操作按钮 CW、CCW、 STOP 控制主轴正转、反转、停止。 5）自动运行操作 机床的自动运行也称为机床的自动循环，自动运行前必须使各坐标轴返回参考 点，并有结构完整的数控程序。 先将旋转方式选择开关“MODE SELECT”置于“AUTO”状态，进人自动运行方式； 按程序键 PRGRM，屏幕显示数控程序；按 CURSOR 键，光标移动至被选程序的程序头； 按下循环启动按钮“CYCLE START”，则自动操作开始执行。 6）机床急停操作 机床在手动或自动运行中，一旦发现异常情况，应立即停止机床的运动。使用 急停按钮或进给保持按钮中的任意一个均可使机床停止。 使用急停按钮。如果机床运行时按下急停按钮“E-STOP”，则机床进给运动和主 轴运动会立即停止工作。待排除故障重新执行程序恢复机床的工作时，顺时针旋转 该按钮，按下机床复位按钮复位后，进行手动返回机床参考点的操作。 使用进给保持按钮。如果机床在运行时按下进给保“FEED HOLD”按钮后，机床 处于保持状态。待急停解除之后，按下循环启动按钮恢复机床运动状态，无需进行 返回参考点的操作。 7）刀具偏置设定 刀具偏置设定包括刀具长度偏置量与刀具半径偏置量的设定。操作步骤：按功 能键 MENU OFSET 进入偏置菜单；按软键 TOOL，进入刀具偏置设定画面；移动光标 到要输人或修改的偏置号；键入偏置量；按输入键 INPUT。 8）程序的输入和编辑