数控铣床教学课件

数控铣床教学课件第一章数控铣床概述与发展数控铣床是什么？基本定义数控铣床是采用数字程序控制机床运动及加工过程的自动化机械设备它通过预先编制的加工程序，控制机床按照指定的轨迹和参数进行切削加工，实现高精度、高效率的零件制造相比传统手动铣床，数控铣床具有加工精度高、重复性好、生产效率高、适应性强等显著优势数控铣床的核心是数控系统，它接收并解释加工程序中的指令，控制各个轴的运动，协调主轴转速、进给速度等参数，确保刀具按照预定路径对工件进行精确加工这种自动化加工方式大大减少了人为误差，提高了产品质量的一致性发展历程•20世纪40年代数控技术萌芽•1950年代第一台数控铣床诞生•1970-80年代微处理器应用普及•1990年代多轴联动技术成熟数控铣床的分类按轴数分类按结构分类2轴数控铣床仅有X、Y两个坐标轴，适合简单平面加工立式数控铣床主轴垂直布置，适合加工盘类、板类零件3轴数控铣床X、Y、Z三轴联动，可加工复杂立体零件卧式数控铣床主轴水平布置，便于排屑和换刀4轴数控铣床增加一个旋转轴（A轴或B轴），扩大加工范围龙门式数控铣床适合大型工件加工，刚性好5轴数控铣床五轴联动，可加工复杂曲面和异形零件万能数控铣床主轴可调整角度，加工灵活性强现代五轴数控铣床加工复杂零件第二章数控铣床的组成与工作原理主要组成部分机床本体数控系统刀具系统床身是机床的基础部件，提供整机的刚性控制器是数控系统的大脑，负责接收、解铣刀是直接参与切削的工具，种类繁多，支撑，通常采用铸铁或钢板焊接结构，经释和执行加工程序现代控制器采用高性包括端铣刀、球头刀、螺纹刀等，材质从过时效处理以确保稳定性床身设计直接能处理器，具备强大的运算能力和丰富的高速钢到硬质合金、涂层刀具等影响机床的精度保持性和抗振能力功能刀库存储多把刀具，容量从几把到几百把主轴是机床的核心部件，负责驱动刀具旋伺服系统包括伺服驱动器和伺服电机，负不等，采用链式、盘式或格子式结构转进行切削现代数控铣床主轴转速可达责将控制器的指令转换为精确的机械运数万转，采用高精度轴承支撑，配备自动动采用全闭环控制，确保高精度定位润滑系统系统还包括人机界面、通信接口等，实现工作台承载工件并可在多个方向运动，通操作便捷和网络化管理过伺服电机驱动滚珠丝杠实现精确定位，定位精度可达

0.001mm数控铣床的工作原理01程序输入与解释操作员将编写好的G代码程序输入数控系统，控制器对程序进行语法检查和预处理，将高级指令转换为底层控制信号02运动控制与插补数控系统根据程序指令计算刀具运动轨迹，通过插补算法生成各轴的运动脉冲，实现直线插补、圆弧插补等复杂运动03伺服驱动执行伺服驱动器接收控制脉冲，驱动各轴电机按照指定速度和位置运动，同时通过编码器反馈实现闭环控制04切削加工完成各轴协调运动使刀具按照预定轨迹对工件进行切削，同时控制主轴转速、进给速度等参数，最终完成零件加工运动轴介绍X轴（横向）Y轴（纵向）X轴通常表示工作台的左右运动方向，是机床的主要进给轴之一X轴的运动精度直接Y轴表示工作台的前后运动方向，与X轴垂直Y轴与X轴配合实现平面内的任意轨迹运影响工件的长度尺寸精度现代数控铣床X轴行程一般在300-2000mm之间，定位精动，是加工复杂轮廓的基础Y轴通常配备高精度滚珠丝杠和直线导轨度可达±

0.003mmZ轴（垂直）A、B旋转轴Z轴表示主轴的上下运动方向，控制切削深度Z轴的精度直接影响工件的高度尺寸和表面质量Z轴通常承载主轴箱重量，对导轨和传动系统要求较高第三章数控铣床操作基础掌握数控铣床的基本操作技能和安全规范开机与关机流程系统启动开机前准备按下主电源开关，系统开始自检程序观察显示屏信息，确认各项参检查机床周围环境，确保无杂物阻挡运动部件检查电源连接是否正数正常等待系统自检完成，通常需要1-2分钟检查各轴是否正常，常，气源压力是否充足（一般要求

0.6-

0.8MPa）确认所有防护门关主轴是否能正常启动测试急停功能是否正常工作闭，急停按钮处于释放状态检查润滑油液位，确保冷却液充足且清洁关机程序回原点操作加工完成后，清理机床切屑和冷却液将各轴移动到安全位置，主轴执行机械原点回归操作，这是数控机床的重要初始化步骤各轴按照停止关闭冷却系统和气源保存重要参数和程序按照系统提示顺Z-X-Y的顺序依次回零，避免碰撞确认各轴原点位置准确，检查原点序关闭电源，避免数据丢失开关工作正常回零完成后，机床坐标系建立完成工作台与工件装夹工件夹具种类机用虎钳最常用的通用夹具，适合夹持规则形状的中小型工件选择时要考虑工件尺寸、形状和加工要求压板夹具用于夹持大型平板工件，通过螺栓和压板将工件固定在工作台上，适合批量生产专用夹具针对特定零件设计的夹具，定位精度高，夹持可靠，但通用性差，适合大批量生产分度头用于需要分度加工的工件，可实现准确的角度定位，常用于加工多面体零件安全装夹注意事项•工件必须夹紧可靠，避免加工中松动•夹具不得伸出工作台范围•装夹后检查工件是否变形•确保刀具路径不与夹具干涉刀具安装与校正刀具种类与选择刀具长度补偿刀具半径补偿端铣刀用于平面、台阶面、沟槽加工，是最常用的铣刀类由于不同刀具长度不同，需要建立刀具长度补偿来确保加工精刀具半径补偿用于修正刀具实际半径与编程半径的差异测量型球头刀用于曲面加工，能获得较好的表面质量键槽铣度通过刀具长度测量仪或对刀仪测量刀具长度，将数值输入刀具实际半径，输入D代码寄存器程序中使用G41/G42指令刀专门用于加工键槽等窄槽螺纹铣刀用于加工各种螺纹对应的H代码寄存器程序中使用G43H××指令调用长度补调用半径补偿，G41为左补偿，G42为右补偿正确使用半径孔选择刀具时要考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度等因偿，实现刀尖精确定位补偿可以提高加工精度，便于刀具磨损补偿素刀具的正确安装和校正是保证加工精度的关键现代数控铣床通常配备自动对刀系统，可以大大提高对刀效率和精度操作人员需要熟练掌握各种对刀方法，包括机外预调、机内对刀等第四章数控铣床编程基础学习数控程序编写的基本方法和技巧数控程序结构程序组成要素典型程序示例01O0001程序号N10G21G40G49G80G90初始状态设定N20G54调用工件坐标系1N30M06T01换1号程序号刀N40G43H01M03S1200调用1号刀具长度补偿，主轴正转N50G00X0Y0快速定位到起点N60G00Z5Z轴定位到安全高度N70G01Z-2F100直线插补下刀N80G01X50Y0F200直线插补加工N90G00Z10快速以O开头，如O0001，用于识别和管理程序抬刀N100M05主轴停止N110M30程序结束并复位02程序段每行程序称为一个程序段，以N开头编号03指令代码G代码（准备功能）和M代码（辅助功能）04坐标值X、Y、Z等坐标轴的移动目标位置工件坐标系设置工件坐标系是编程的基础，常用G54-G59等指令调用预设的工件坐标系正确建立工件坐标系可以简化编程，提高加工精度现代数控系统支持多个工件坐标系，方便批量加工和多工序操作常用代码解析GG00快速定位G01直线插补G02/G03圆弧插补功能使刀具以最快速度移动到指定位置，功能刀具沿直线路径以指定速度移动，可功能G02顺时针圆弧插补，G03逆时针圆不进行切削加工各轴可能不同步运动进行切削加工弧插补格式G00X_Y_Z_格式G01X_Y_Z_F_格式G02/G03X_Y_I_J_F_或G02/G03X_Y_R_F_应用用于换刀、定位、避让等非切削运应用加工直线轮廓、平面、斜面等F值动移动速度由机床参数决定，通常为15-指定进给速度，单位为mm/min应用加工圆弧轮廓、倒角、圆形孔等60m/min I、J表示圆心相对起点的坐标，R表示圆弧特点各轴协调运动，保证刀尖沿直线轨迹半径注意G00运动轨迹不一定是直线，编程时运动，插补精度高要避免与工件、夹具碰撞技巧编程时要注意圆弧方向判断，避免过象限错误熟练掌握这些基本G代码是数控编程的基础现代CAM软件虽然能自动生成复杂的加工程序，但理解基本代码的含义对于程序优化和故障排除仍然非常重要编程实例简单平面轮廓加工程序讲解加工任务描述加工一个50×30mm的矩形轮廓，深度2mm，材料为铝合金使用Φ10端铣刀，主轴转速1200rpm，进给速度200mm/min完整程序代码O0002矩形轮廓程序N10G21G40G49G80G90N20G54调用工件坐标系N30M06T01换Φ10端铣刀N40G43H01M03S1200N50G00X-5Y-5定位到起点N60G00Z5N70G01Z-2F100下刀N80G01X55F200加工第一边N90G01Y35加工第二边N100G01X-5加工第三边N110G01Y-5加工第四边N120G00Z10抬刀N130M05N140M30第五章复杂零件加工与多轴编程掌握高级加工技术和多轴联动编程孔系零件加工技巧钻孔循环镗孔循环攻丝循环G81钻孔循环是最基本的孔加工循环，适用于通孔钻削循环包括快速定位、工G85镗孔循环用于精密孔加工，进刀和退刀都采用工作进给，表面质量好G84攻丝循环实现螺纹攻制，主轴转速与进给速度必须严格同步，关系式为F=作进给钻孔、快速退刀等动作S×P（P为螺距）G86镗孔循环进刀用工作进给，到底后主轴停转，然后快速退刀，避免划伤孔G83深孔钻削循环用于深孔加工，通过分层钻削和间断排屑，避免切屑堵塞和刀壁刚性攻丝通过伺服主轴精确控制，同步精度高，可加工高精度螺纹具过热每次钻削深度由Q参数控制G89镗孔循环在孔底有暂停动作，适用于高精度镗孔浮动攻丝使用攻丝夹头，允许轴向浮动，适合一般精度要求G73高速深孔钻循环适用于高效钻削，每次钻削后稍微退刀，有利于断屑和排屑多孔加工程序示例该程序实现6个孔的钻削加工，使用G81钻孔循环，大大简化了编程G81指令中，Z-8为孔深，R2为安全平面高度，F80为进O0003多孔加工程序N10G21G40G49G80G90N20G54N30M06T02钻头N40G43H02M03S800N50G00给速度X10Y10N60G00Z5N70G81X10Y10Z-8R2F80N80X30Y10N90X50Y10N100X10Y30N110X30Y30N120X50Y30N130G80取消循环N140G00Z50N150M30编程要点首次调用循环指令时需要完整格式，后续同类型孔只需给出坐标即可使用G80取消循环，避免影响后续加工复杂曲面与五轴联动编程五轴联动优势编程复杂性一次装夹完成复杂加工减少装夹次数，提高精度和效率坐标系转换复杂需要处理多个旋转坐标系避免刀具干涉通过旋转轴调整刀具姿态，避开障碍刀具姿态控制需要精确控制刀具矢量方向改善表面质量优化刀具与工件接触条件碰撞检查困难五轴运动碰撞检查更复杂缩短刀具长度减少刀具悬伸，提高刚性后处理器要求高需要专业的后处理器扩大加工范围可加工传统三轴无法达到的区域程序调试难度大五轴程序调试风险高五轴编程关键技术刀具路径规划不仅要考虑XYZ三个线性轴的运动，还要同时规划A、C两个旋转轴的运动优秀的刀具路径应该平滑连续，避免旋转轴的急剧变化刀具矢量控制通过调整A、C轴角度，控制刀具相对工件的姿态可以实现刀具始终垂直于加工表面，获得最佳切削条件奇点处理当A轴接近0°或180°时会出现奇点问题，C轴需要快速旋转180°，影响加工质量需要通过路径优化避开奇点区域现代CAM软件如Mastercam、UG NX、PowerMill等都提供了强大的五轴编程功能，能够自动处理复杂的运动学计算和碰撞检查第六章数控铣床加工工艺与仿真优化加工工艺，提高加工质量和效率加工工艺流程工艺分析刀具选择分析零件图纸，确定技术要求、材料性能、加工精度等选择合适根据加工材料、加工部位、精度要求选择合适的刀具考虑刀具材的毛坯，确定加工余量分析零件的几何特征，识别关键尺寸和形料、涂层、几何角度等参数平衡加工效率和刀具寿命位公差要求1234工序规划参数确定根据零件复杂程度，合理划分加工工序遵循先粗后精、先面后确定切削参数，包括主轴转速、进给速度、切削深度等选择合适孔、先主要后次要的原则确定装夹方案和加工基准，保证加工精的冷却润滑方式确定加工路径和走刀策略度粗加工策略精加工策略目标快速去除大量余量，为精加工留出均匀余量目标获得所需的尺寸精度、形位精度和表面质量特点采用大切深、高进给，追求材料去除率表面质量要求不高，主要考虑加工效特点采用小切深、低进给，追求加工精度注重表面质量和尺寸精度率刀具选择锋利、精度高的刀具，如涂层球头刀、精加工立铣刀刀具选择刚性好、耐磨性强的刀具，如硬质合金粗加工立铣刀策略采用等高线加工、放射状加工或投影加工等精密策略策略采用往复走刀、环形切削或螺旋下刀等策略，避免硬切入加工仿真技术仿真软件功能切削仿真模拟真实的材料去除过程，显示工件的逐步成形可以直观观察加工效果，验证程序正确性碰撞检测检测刀具、工件、夹具、机床部件之间的碰撞提前发现潜在问题，避免实际加工中的事故加工时间预估根据程序和机床特性，精确预估加工时间帮助合理安排生产计划，提高设备利用率表面质量预测预测加工表面的粗糙度和形状误差为工艺参数优化提供依据仿真在实际应用中的价值85%60%30%95%程序错误发现率调试时间减少材料成本节省安全性提升通过仿真可以发现85%以上的程序错误，大大降低使用仿真验证后，实际调试时间可以减少60%以避免废品产生，材料成本可节省30%左右通过仿真碰撞检测，可以避免95%以上的碰撞事试切风险上故现代制造企业普遍采用仿真先行的理念，在实际加工前进行充分的虚拟验证这不仅提高了加工成功率，还大大缩短了新产品的开发周期主流仿真软件包括Vericut、CGTech、Mastercam等第七章数控铣床故障诊断与维护确保设备稳定运行，延长使用寿命常见故障案例分析故障现象Z轴振动异常症状描述Z轴在垂直运动时出现明显振动，特别是在低速移动时更为明显，影响加工精度和表面质量可能原因

①滚珠丝杠磨损或润滑不良

②导轨磨损或调整不当

③伺服参数设置不合理

④联轴器松动或损坏诊断方法通过示波器检测伺服电机电流波形，观察是否有周期性变化检查丝杠轴向间隙和径向跳动解决方案调整伺服参数，特别是速度环和位置环增益更换磨损的滚珠丝杠或导轨加强润滑维护典型故障分类与处理机械故障电气故障包括丝杠磨损、导轨磨损、主轴轴承损坏等通常需要更换磨损部件包括伺服驱动器故障、编码器故障、接触器损坏等需要专业电气知识操作故障系统故障包括程序错误、操作不当、参数设置错误等需要加强培训和规范操作包括系统死机、参数丢失、通信故障等通常需要重启系统或恢复参数故障诊断流程现象观察详细记录故障现象，包括发生时间、环境条件、操作过程等信息机床日常维护要点润滑系统维护1润滑油检查定期检查润滑油液位，确保在标准范围内观察润滑油颜色和粘度，发现异常及时更换一般机床润滑油每6-12个月更换一次2自动润滑系统检查自动润滑泵工作是否正常，润滑管路是否畅通调整润滑间隔时间和润滑量，确保各润滑点得到充分润滑3手动润滑点对于手动润滑点，按规定周期进行润滑注意使用正确型号的润滑脂，避免混用不同品牌的润滑剂电气系统检查控制柜环境保持控制柜内清洁，定期清理灰尘检查散热风扇工作状态，确保通风良好控制温度在规定范围内电缆检查检查各电缆是否有破损、老化现象检查接头是否牢固，有无松动或腐蚀对动力电缆进行绝缘测试接地系统检查机床接地是否良好，接地电阻应小于4Ω确保所有金属部件可靠接地机械系统保养导轨维护保持导轨面清洁，及时清除切屑和污物检查导轨磨损情况，必要时进行修复或更换调整导轨间隙至合适范围丝杠保养检查丝杠螺母间隙，及时调整预紧力清洁丝杠表面，检查有无磨损或损伤更换老化的防护罩主轴维护监测主轴振动和噪音，发现异常及时处理检查主轴冷却系统工作状态按周期更换主轴轴承润滑脂第八章实际案例分享与操作演示通过实际案例掌握综合应用技能典型加工案例模具型腔加工实例航空钛合金零件加工零件特点汽车保险杠注塑模具型腔，材料为P20钢，硬度HRC28-32型腔尺寸复杂，表面质量要求Ra

0.8μm，关键尺寸公差±

0.05mm零件特点某型号航空发动机压气机叶盘，材料为TC4钛合金零件整体尺寸φ600×120mm，叶片厚度仅2mm，形状复杂，精度要求极高工艺难点

①深腔加工，刀具悬伸长

②复杂曲面，多处小圆角

③表面质量要求高

④材料硬度较高，切削困难工艺挑战

①钛合金导热性差，易产生热变形

②材料韧性大，易产生积屑瘤

③叶片薄壁，易产生振动

④加工精度要求达到±

0.02mm解决方案采用分层粗加工策略，使用φ20粗加工刀具快速去除余量精加工采用φ6球头刀，分多层精铣，最后一层留余量

0.1mm进行精修切削参数主轴转速技术方案采用五轴联动加工，刀具始终保持与叶片表面垂直，避免让刀使用PCD刀具，转速8000rpm，进给速度200mm/min大流量冷却，冷却液压力3000rpm，进给速度300mm/min，径向切深

0.3mm，轴向切深

0.05mm3MPa分粗、半精、精加工三个阶段，每阶段余量分别为1mm、

0.2mm、

0.05mm成功案例关键要素刀具选择根据材料特性选择合适的刀具材料和几何参数工艺规划充分的工艺分析和合理的加工顺序安排操作演示视频与动画实操演示内容开机操作流程演示程序输入与运行安全检查程序输入演示开机前的安全检查要点，包括防护门、急停按钮、周围环境等检查项目演示通过面板键盘、MDI方式、U盘导入等多种程序输入方法程序检查系统启动演示程序语法检查、图形模拟、空运行等验证方法演示正确的启动序列，从主电源开启到系统自检完成的全过程程序运行回零操作演示自动运行、单段运行、暂停恢复等操作方法演示各轴回机械零点的操作方法和注意事项观看要点提醒•注意观察每个操作步骤的先后顺序•重点关注安全操作规范结语数控铣床技术的未来与学习建议数控技术发展趋势学习路径建议智能化发展•AI辅助编程和工艺优化1•自适应控制和自学习系统2•预测性维护和故障诊断•数字孪生技术应用34网络化制造5•工业互联网平台集成1创新应用•云端加工和远程监控•MES系统深度融合2高级技能•数据驱动的生产优化3编程能力4操作技能5基础知识学以致用，创新为本数控铣床技术的掌握需要理论与实践相结合，在不断学习中提升技能，在实际应用中积累经验面对智能制造的发展趋势，我们既要扎实掌握基础技术，也要积极拥抱新技术，为中国制造业的转型升级贡献力量！。