第1天 初识数控机床

1.1 数控机床的组成

1.2 数控机床加工过程

1.3 数控机床的坐标系统

1.4 FANUC 0i系统G代码和M代码

1.5 人机界面

在第一天，我们首先要认识一台数控机床。数控机床的类型千差万别，多种多样，我们的学习旅程从一台3轴立式铣床开始，来学习数控机床的基本操作和程序调试。通过今天的学习，您将会掌握数控机床的机械结构、控制系统、坐标系统、键盘与操作界面。这些是学习数控技术最基础的内容，考虑到本书主要针对初学者，因此，书中略去专业性很强的理论知识，只从一个操作者和程序调试人员的角度阐述数控机床的各个功能和操作方法。这是我们学习旅程的第一步，俗话说，一个好的开始=成功的一半。

可以粗略地认为，一台数控机床=机械系统（机床）+数控系统，一台传统的机床装配上数控系统就变成了一台数控机床，所以数控机床的核心在于数控系统。

随着科学技术的进步，数控机床结构（机械系统）和数控系统都获得了长足的发展。目前新型数控机床，是机械和数控技术的高度完美的结合，先进的数控系统如果没有先进的机床结构，数控系统的先进功能就无法发挥出来，同样的，先进的机床结构，如果不装配先进的数控系统，机械系统良好的性能就无法得以体现。这也是目前国际上高档数控机床都有其特定性能的数控系统和特殊的机床结构的原因之一。

在各类的数控机床中，3轴立式数控铣床的应用较为普遍，它的性能已经可以满足绝大多数一般类零件和模具的加工。另外，它也是数控技术初学者入门最典型的一类机床。所以，我们就从认识一台3轴立式数控铣床开始学习。

1.1 数控机床的组成

数控机床是由数控系统和机床本体（即机械系统）组成的。

数控机床的机械系统和数控系统的结合如图1.1（a）所示，与之对应的实际机床如图1.1（b）所示。

数控机床的运动是控制系统和机械系统协调工作的结果，在图1.1（a）中，编程人员通过操作面板1将数控程序输入至CNC装置2，CNC装置2对程序进行必要的处理(如译码、插补运算等)后，将处理结果以脉冲的形式传递给主轴驱动单元及进给伺服单元3，主轴驱动单元及进给伺服单元3对接收的脉冲进行变换和放大后控制主轴电机5及X轴伺服电机(图中未画出)、Y轴伺服电机11和Z轴伺服电机4。主轴驱动单元控制主轴电机5的旋转运动，通过齿轮传动链最终驱动刀具7做旋转运动。工作台的直线运动，以Y轴运动为例（X和Z轴的运动类似），伺服电机11在进给伺服单元的控制下，以设定的旋转方向旋转，其旋转运动通过联轴器10传递给Y轴滚轴丝杠9，滚轴丝杠9的转动会驱动与其配合的螺母的直线运动，螺母固定在工作台8上，从而驱动工作台做直线运动。

图1.1（a）中的很多部件在成品机床中是被封装起来的，从外部是看不见的，所看见的机床各组成部分如图1.1（b）所示，由床身、工作台、立柱、主轴箱、主轴、冷却液箱、电器柜和控制面板等部分组成。

床身是整个数控机床的基座，工作台上装夹被加工零件，立柱是主轴箱的依托部件，主轴箱是在立柱上做直线运动，主轴是机床的关键部件之一，刀具安装在主轴上，冷却液箱盛有冷却液，电气柜中安装了很多电器元器件，操作面板供操作者控制机床。

需要注意的是，图1.1（a）和1.1（b）的各部件是对应的，结合这两张图片，读者务必要很好的理解数控机床的运动原理。

数控系统是数控机床的灵魂，是数控机床最为关键的部分。数控机床的进步和先进性，一方面体现在其机床结构上，更重要的方面是体现在数控系统上。一台高档的数控机床，必然配置十分强悍的数控系统，其功能丰富而先进。

1.2 数控机床加工过程

图1.2所示为数控机床正在加工某零件。

一个零件从图纸转化成为一个实际的零件，需要经过以下流程（图1.3）。

要让一台数控机床加工一个零件，第一步需要结合数控机床控制系统类型和刀具、夹具方案以及加工策略编写一个程序，这个程序叫做数控加工程序（或零件加工程序）。数控加工程序可以通过两种方法得到，一种是手工编程，即由编程人员根据零件的轮廓，手工编制出一个程序，再通过手动数据输入方式将程序输入至数控系统；另一种是自动编程，即由编程人员应用专门编程的软件（如UG、Pro/E、CATIA、Cimatron、Master CAM等）来自动编程获得程序，再通过数据线下载到数控系统。图1.4所示为两种编程方式。

第二步，数控系统在接收到数控程序后，自动运行执行程序时，要对程序进行一系列的处理，例如译码、插补运算、速度运算等。

第三步，数控系统将运算结果输出以控制数控机床的运动部件如工作台，使运动部件按照数控程序设定的路径和速度运动，在旋转刀具运动的配合下，刀具就会加工出一个零件来。

1.3 数控机床的坐标系统

和传统机床的操作不一样的是，数控机床是在数控加工程序的规定下运动的，而数控加工程序的核心是一些点的坐标（图1.5），再配以其他的功能代码实现协调性的运动。既然程序中出现了坐标值，那么一定就涉及了坐标系。

在图1.5中，程序中出现了X、Y和Z的坐标，这些坐标都是相对于某一坐标系而言的。

事实上，数控机床有其自身的一套坐标系统，包括：机床坐标系、编程坐标系、工件坐标系、局部坐标系等。

（1）机床坐标系是一台数控机床的基本坐标系，在出厂时已经由数控厂家设定好了，用户不可以更改。

（2）编程坐标系是在编程阶段使用的，编程人员要根据零件的实际情况设定。

（3）工件坐标系是附在零件上的一个坐标系，它和编程坐标系是对应的，是操作者必须要设置的一个坐标系。

（4）局部坐标系是为了编程的方便而设置的一个坐标系。

在这些坐标系中，对操作而言最重要的是机床坐标系和工件坐标系。

1.3.1 机床坐标系

1. 机床坐标系

对3轴立式数控铣床而言，机床坐标轴如图1.6所示。在判断机床坐标轴时按照以下方法来确定。

（1）面向机床，水平面上，右手所指方向为+X方向；

（2）Z轴与主轴轴线重合，增加刀具与工件距离方向为+Z方向，即垂直向上为+Z方向；

（3）Y轴由右手法则决定，在水平面上。

数控机床设置了限位开关将机床各坐标轴的运行限制在一定的范围内，每个轴设置两个限位开关，分别限制该轴正、负向的运行极限，如图1.7所示。

机床坐标系是一个非常重要的坐标系，它是在机床出厂时就设定调试好的，它建立在机床原点处。通过“回零”，我们可以找到这个机床原点在数控机床上的位置。数控机床对各运动部件的控制都是转换到机床坐标系中来进行的。

第1天 初识数控机床

1.1 数控机床的组成

1.2 数控机床加工过程

1.3 数控机床的坐标系统

1.3.1 机床坐标系

1.3.2 编程坐标系

1.3.3 工件坐标系

1.4 FANUC 0i系统G代码和M代码

1.4.1 FANUC 0i系统G代码

1.4.2 FANUC 0i系统M代码

1.5 人机界面

1.5.1 LCD显示屏

1.5.2 MDI键盘

1.5.3 画面各部分的含义

1.5.4 操作面板

第2天 数控加工常用工具和量具

2.1 机用平口虎钳

2.2 杠杆百分表

2.3 游标卡尺

2.4 光电式寻边器

2.5 本书中使用的数控刀具和刀柄

2.6 Z轴对刀仪

第3天 数控机床的基本操作

3.1 开机和关机

3.1.1 开机前的准备

3.1.2 开机操作

3.1.3 开机操作说明

3.1.4 关机操作

3.2 手动操作

3.2.1 手动返回机床参考点（手动回零）

3.2.2 手动连续进给（JOG）

3.2.3 手轮进给

3.3 MDI操作

3.3.1 使主轴旋转的MDI操作

3.3.2 结束MDI操作

3.3.3 重启MDI自动运行

3.3.4 MDI操作说明

3.4 紧急停止操作

3.4.1 紧急停止按钮

3.4.2 解除紧急停止操作

3.4.3 紧急停止操作说明

3.5 解除超程操作

3.5.1 超程

3.5.2 解除超程操作说明

3.6 刀具的装卸操作

第4天 数控机床的重要操作

4.1 平面找正操作

4.1.1 XY平面找正

4.1.2 XZ平面找正

4.1.3 YZ平面找正

4.2 找圆心／孔心坐标操作

4.3 设置刀具半径补偿值

4.3.1 刀具半径补偿概念

4.3.2 刀具半径补偿值设置操作

4.4 设置刀具长度补偿值

4.4.1 刀具长度补偿概念

4.4.2 刀具长度补偿值的测量／设置

4.5 设置G54工件坐标系

4.5.1 对刀的任务

4.5.2 百分表对刀操作

4.5.3 光电式寻边器对刀

4.5.4 刀具对刀

4.5.5 圆柱体百分表对刀

4.6 冷却液操作

第5天 数控加工程序格式及常用G代码

5.1 程序格式

5.1.1 一个完整的零件加工主程序结构

5.1.2 主程序部分的构成

5.1.3 子程序及其调用

5.2 常用G代码功能

5.2.1 直线插补指令G01

5.2.2 圆弧插补G02／G03

5.2.3 返回参考点G28

5.2.4 刀具半径补偿指令G41／G42／G40

5.2.5 刀具长度补偿

5.3 编制零件加工程序

5.3.1 加工对象

5.3.2 加工前的准备

5.3.3 零件加工程序

第6天 程序的创建、编辑和检查

6.1 程序的创建、检索和删除

6.1.1 用MDI面板创建一个空白程序

6.1.2 查看已有程序列表

6.1.3 检索内存中已有程序

6.1.4 删除内存中一个已有程序

6.1.5 删除内存中所有程序

6.1.6 删除指定范围内的多个程序

6.2 程序的编辑1——字的插入、删除和替换

6.2.1 一个字一个字的输入

6.2.2 一次输入整行内容

6.2.3 SHIFT键的使用

6.2.4 在某个字后插入一个字

6.2.5 使用取消键CAN删除字符

6.2.6 字的检索

6.2.7 检索一个地址

6.2.8 使光标跳到程序头

6.2.9 字的删除

6.2.10 字的替换

6.3 输入零件加工程序

6.4 顺序号检索

6.5 程序的编辑2——程序段的删除

6.5.1 删除一个程序段

6.5.2 一次删除多个程序段

6.6 扩展零件程序的编辑功能

6.6.1 拷贝一个完整的程序

6.6.2 拷贝程序的一部分

6.6.3 移动程序的一部分

6.6.4 合并程序

6.6.5 拷贝、移动和合并的补充说明

6.7 程序检查

6.7.1 图形显示

6.7.2 机床锁住和辅助功能锁住

6.7.3 进给倍率

6.7.4 快速移动倍率

6.7.5 空运行（试运行）

6.7.6 单段运行

第7天 程序调试综合实例

7.1 程序调试

7.1.14圆弧外轮廓程序调试

7.1.24圆弧外轮廓精度和余量控制

7.1.3 四角余料的去除

7.1.4 工艺孔的加工

7.1.5 椭圆内轮廓调试

7.2 其他有用操作

7.2.1 背景编辑

7.2.2 参数的显示和设定

7.2.3 PC机与CNC的数据传输

7.2.4 DNC运行

《看图学数控技术丛书:数控铣床操作与调试7日通》实用性很强，可供从事数控加工的编程人员、操作人员、工程技术人员参考，也可供工科院校的广大师生使用。

《数控铣床Siemens系统编程与操作实训》为国家级职业教育规划教材。