一 入门知识
本课题主要讲述的内容：
1. 数控铣床安全操作规程
2. 数控铣削在工业生产中的地位及加工范围
3. 编程基础知识(一)：
① 机床的坐标轴及运动代号；
② 基本指令；
③ 加工程序编制初步；
实训目的：
1.了解掌握数控铣床的安全操作及基本指令和基础编程知识。
2. 了解掌握机床坐标轴的判别方式和动运代号，运动方向。
一、安全文明生产
(一) 文明生产
1. 严格遵守车间记律，准时上下班；
2. 操作结束要清扫机床和清洁量具；
3. 下班前要清扫工场、清点和清洁量具、清点和清洁刀具、清理整齐工件和毛坯；
4. 废品工件加工、折断的刀具必须回收，不得丢弃和藏幂；
5. 严禁不文明行为。
(二) 安全生产
图1-1 右手直角笛卡尔坐标系图 图1-2 编程平面与坐标轴
数控机床坐标轴命名遵循ISO标准：立式数控铣床的主轴运动方向定义为Z轴,刀具离开工件的方向为 Z向，面向机床，以右手直角笛卡儿坐标系判定X、Y坐标轴：大拇指代表X轴，食指代表Y轴，中指代表Z轴，各手指的指向代表对应轴运动的" "向如图1-1所示；绕X轴的旋转为A，绕Y轴的旋转为B，绕Z轴的旋转为C，以右手螺旋法则判定运动的" 、-"向。坐标指令书写格式：X___ Y___ Z___ A___ B___ C___ 各坐标（地址）后的"___"表示对应轴的运动方向和目标。
2. 基本指令：
(1) 编程平面指令：
坐标平面规定如图1-2示，分述如下：
G17——之后的程序都是以XY平面为切削平面，本指令为模态指令。
G18——之后的程序都是以XZ平面为切削平面，本指令为模态指令。
G19——之后的程序都是以YZ平面为切削平面，本指令为模态指令。
数控系统一般默认在XY平面编程，所以在程序中可以不用指定G17。
(2) 坐标系指令：
① 可设定偏置G54、G55、G56、G57（、G58、G59）：
指定程序自动执行加工零件时，编程坐标系原点在机械坐标系中的位置：工件编程原点偏离机床原点的方向和距离。都为模态指令。任意一个坐标系指令作用和效果都是相同的，编程时设置编程原点不必考虑工件在机床中的的装夹位置。加工时，通过对刀方式找到工件装夹在机械坐标系中的位置，然后把这一位置设定于相应的寄存器，设定完成。
以上坐标系指令的坐标原点在断电、重新上电后不变。
② 可编程偏置G92：
指定程序自动执行加工零件时，编程坐标系原点在加工中的位置：刀具当前点（执行G92程序段时，刀具所处的位置）偏离工件编程原点的方向和距离，为模态指令。
该坐标系指令在断电、重新上上电后消失；程序必须在G92程序段起点处结束，否则程序将不能循环加工。
图1-3 G92设定加工原点
在图1-3中明确表达了，G92时通过刀具当前位置（执行G92程序段时的为置）、G92X___Y___Z___ 所指定的数值和方向来确定加工坐标系的坐标原点的。
(3) 数值类型指令：
① 绝对和相对：
绝对坐标方式G90：坐标值是刀具运动终点相对于编程坐标系原点的距离和方向，为模态指令。
相对坐标方式G91：坐标值是刀具运动终点相对于刀具运动起点的距离和方向，为模态指令。
采用G91、G90编程都可以，一般由图样的标注方式确定，这样可以减少尺寸链的换算，方便坐标的计算。
绝对和相对编程方式编程举例：如图1-4示
图1-4 G90、G91编程举例
② 公制和英制：
FANUC：公制G21、英制G20，为模态指令。
国产机床一般默认为公制，所以编程时一般可以不在程序中指定G71、G21。
(4) 进给指令
F___ ：指令进给速度的大小。有两种方式：每分钟进给量G94、主轴每转进给量G95。这两个都为模态指令，其中F及其指令的数值在重新指令后才改变。
(5) 主轴转速指令：
S___ ：指令主轴转速的大小，一般是不能带小数点的。与M04（反转）、M03（正转）结合使用，M05为主轴停止转动。这四个都为模态指令，其中S及其指令的数值在重新指令后才改变。
(6) 快速定位指令：
G00 X___ Y___ Z___ ：以系统内定的移动速度，刀具快速移动到"X___ Y___ Z___"点。如图1-5示，G00有两种刀具路径：第一，先顺着正方体的空间对角线三轴联合移动，接着以正方形的对角线双轴联合移动，最后单轴移动；第二，从起点到终点的空间直线三轴联合移动。采用哪一种路径，在系统参数中设定，加工的NC程序是不能控制的。为模态指令。
为了确保安全、避免浪费过多的时间在考虑G00路径与工件（或毛坯）、夹具的安全关系，禁止编程时采用三轴联动进行快速定位！
图1-5 G00的走刀路径
(7) 基本切削指令：
① 直线插补指令：
G01 X___ Y___ Z___ F___ ："X___ Y___ Z___"为走刀的终点坐标；刀具顺着起点到终点的（空间、二维、单轴）直线进行切削；必须指令或已经指令了"F___" ；为模态指令。
② 圆弧插补指令：
顺圆弧G02、逆圆弧G03：判定方法是，顺着垂直于圆弧平面的轴，从" "方向往"-"方向观察，如果刀具顺时针方向切削，采用G02；如果刀具逆时针方向切削，采用G03，如图1-6所示。编程格式如下：
图1-6 顺、逆圆弧的判断
半径编程：FANUC—— G02（G03）X___ Y___ Z___ R___
被加工圆弧的圆心角≤180°时，半径R___赋值为无符号数；360°＞圆心角＞180°时，半径R___赋值为带"-"号的数，这是为了避免如图1-7所是的歧义；圆心角=360°时，不能用半径编程因为已知圆上的一点和圆的半径，可以有无数个圆。
图1-7 半径编程的歧义
圆心编程：G02（G03）X___ Y___ Z___ I___ J___ K___
"X___ Y___ Z___" 为走刀的终点坐标，"I___ J___ K___"为起点指向圆心的向量，具体如下：
I=圆心X坐标-圆弧起点X坐标
J=圆心Y坐标-圆弧起点Y坐标
Z=圆心Z坐标-圆弧起点Z坐标
采用圆心编程，从几何意义上，圆弧总是唯一的，因此可以编制任何弧度的圆弧。
③ 倒圆、倒角指令：
在两个相邻的轮廓图素（直线或圆弧）之间插入直线或圆弧过渡。
倒圆指令：G01 X___Y___，R___
FANUC系统R___ ，写入圆角大小。
倒角指令：G01 X___Y___，C___
FANUC系统C___ ，写入轮廓图素交点至过渡直线的端点之间的长度，如图1-8示，写入A5—B3（B3—A6）、A7—B4（B4—A8）的长度。
图1-8 圆角、直线的过渡
说明：
a．倒圆得到的圆弧与"两个相邻的轮廓图素"都相切，如图1-8示，A1和A2、A3和A4必须是切点，才可用倒圆指令；
b．倒角得到的线段垂直于"两个相邻的轮廓图素"夹角的角度平分线；
c．只能在当前编程平面中执行倒圆、倒角功能；
d．如果其中一个轮廓图素长度不够，则在倒圆、倒角是会自动缩减编程值；
(8) 程序代号和程序段代号：
程序代号：FANUC —— O×××× 字母"O"后接1～4位阿拉伯数字。
(9) 刀具半径补偿指令：
G40、G41、G42：刀具半径补偿的取消、左补偿、右补偿。
① 指令格式：
G41 D____
G42 D____
② 判断方法：顺着刀具运动方向观察，刀具向右偏，使用G42；刀具向左偏，使用G41,如图1-9。
图1-9 G41、G42的选用
③ 建立半径补偿条件： 程序段中指令了G41、G42时，该段必须具备如下条件
a. 指令了在补偿平面的G00、G01的移动。
b. 在补偿平面的移动量大于最大的刀具半径补偿值。
c. 指令了或预先指令了D____（D00除外）。
d. 该程序段必须是"非零件轮廓的图素（辅助刀具路径）"。
④ 半径补偿建立后：
a. FANUC系统不能有连续两个非补偿平面运动的程序段。例如：M05、M01、M00、G09、G04等非运动程序段，G17平面编程时的Z方向运动、G18平面编程时的Y方向运动、G19平面编程时的X方向运动。
b. 同一直线不宜分成两个程序段。
c. 每一个轮廓图素的路径长（程序段的路径）应该大于当时的刀具半径补偿值。
d. 凹圆弧的半径必须大于（最大的）刀具半径补偿值。
e. 一般来说，程序不宜有分支。
⑤ 说明：
a. 建立和撤销刀具半径补偿必须在非工件廓型上进行。
b. D____仅仅代表补偿值所在的寄存器地址（代号），补偿值由寄存器中的数值确定。一般来说，该数值等于：刀具补偿值=刀具半径 预留余量。
c. G41、G40及G42、G40一般应该成对使用。
(10) 程序结束指令：
M30、M02都是程序结束指令，M30程序结束后有复位动作，M02则没有。
(二) 加工程序编制初步
1. 识图：了解图样的技术要求、技术条件，如尺寸、偏差、形位公差、材料及其切削性能等。
2. 制定工艺：根据图样特点，制订加工工序，如机床类型、夹具、量具、刀具，及加工部位的先后顺序（程序路径和方向）。
3. 选定坐标系：遵循基准统一原则，优先选择设计基准为编程原点；其次考虑基准重合原则，可采用装配基准、装夹定位基准为编程原点。一般情况，可选择图形已知点、图形中心、模具中心，配合增量编程、坐标变换，既便于对刀、又便于编程、更利于保证加工质量。
4. 对图样进行处理：首先是补充进、退刀引线、刀具补偿线及安全下刀点；其次是对工件轮廓图形进行必要的补充，对图形作补充一般只有开放轮廓或半开放轮廓才需要，在今后的相应课题中会有讲述。下面讲述进退刀引线。一般的，手工编程的进退刀引线、刀具补偿线有如下形式：
(1) 圆弧进刀法
圆弧（如图1-10）：K ＞ 最大刀具半径补偿值
R ＞ 最大刀具半径补偿值 毛坯余量（从使用G00的安全考虑）
圆弧进刀法在切入工件轮廓点B刀具可以平滑过渡，在B点不会留下且刀痕。建议加工程序优先考虑这一进刀方法。
图1-10 圆弧过渡
(2) 法线进刀法
法线进退刀（如图1-11）：K＞最大刀具半径补偿值（同时要保证：K＞毛坯余量 安全量 刀具半径）
图1-11法线过渡
法线进刀法在切入工件轮廓点B刀具不能平滑过渡，在B点会留下且刀痕，如果精加工余量足够小（相对于工艺系统刚性而言），则切痕不会很明显。法线进刀法在进刀时有刀具半径补偿，退刀必须是发线，而且必须撤销刀具补偿。法线进刀比较简单，编程时可适当考虑这一进刀方法。
(3) 直线延伸进刀法（切向进刀）
直线延伸进刀法（如图1-12）：K ＞ 最大刀具半径补偿值
M ＞ 毛坯余量 安全量
直线延伸进刀法在工件轮廓不再有切入、切出点，但一般情况只有加工外轮廓、而且有直角过渡时才方便应用。在延伸线上不能建立刀具补偿，否则可能会得不到欲求之补偿路径。
图1-12 直线过渡
5. 对图样进行数学处理：目前我们主要工作是计算基点（节点）坐标
6. 经过以上步骤，可以进行程序单的编写了。
(三) 编程练习
确定下图的进退刀引线、刀补线（安全下刀点），编写程序单。
1. 练习件一（如图1-13）：
图1-13 练习件一
刀具：Φ16立铣刀
工艺：粗加工留余1mm（S250，F30）→半径加工留余0.2~0.3mm（F60）→精加工到尺寸（S300，F120）
2. 练习件二（如图1-14）：
图1-14 练习件二
刀具：Φ12立铣刀
工艺：粗加工留余1mm（S300，F30）→半精加工留余0.2~0.3mm（F60）→精加工到尺寸（S350，F120）
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