1、第二章数 控 车 床 主编第一节概述一、数控车床简介 数控车床主要用于对回转体零件进行车削、镗削、钻削、铰削、攻螺纹等的加工。数控车床一般能自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、圆柱螺纹、槽及端面等的切削加工。现代数控车床都具有X、Z两轴联动功能、刀具位置和刀尖圆弧半径的补偿功能及加工固定循环功能。数控车床主轴形式分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。立式数控车床用于回转直径较大的零件加工；卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的加工。卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。二、数控车床的组成结构图2-1数控车床的基本组成框图 数控车床一般由车床主体、数控装
2、置和伺服系统三大部分组成。图2-1所示是数控车床的基本组成框图。1.车床主体(1)主轴与主轴箱(2)导轨数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要部件。(3)机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，做了大幅度的简化。图2-2滚珠丝杠副1螺母2丝杠3滚珠4滚珠循环装置 除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产。1.车床主体(4)自动转动刀架除了车削中心采用随机换刀(带刀库)的自动换刀装置外，数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架，有的车床还带有双刀架。(5)检测反馈装置检测反馈装置是数控车床的
3、重要组成部分，它对加工精度、生产效率和自动化程度有很大影响。(6)对刀装置除了极少数专用的数控车床外，普通数控车床几乎都采用了自动转位刀架，以进行多刀车削。2.数控装置和伺服系统(1)数控装置数控装置的核心是计算机及其软件，它在数控车床中起指挥作用。(2)伺服系统伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件(如步进电动机等)，完成数控装置所要求的各种位移。数控车床与普通车床的主要区别在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。如果说数控车床的检测装置相当于人的眼睛，数控装置则相当于人的大脑，伺服系统则相当于人的双手。这样，就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了。三、数控
4、车床的主要技术参数三、数控车床的主要技术参数 数控车床的主要技术参数包括最大回转直径、最大车削长度、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、定位精度和刀架定位精度等，见表2-1。表2-1数控车床的主要技术参数四、数控车床的常用刀具和夹具1.对刀具的要求 数控车床能兼作粗、精加工。为使粗加工能以较大的背吃刀量和较大的进给速度加工，要求粗车刀具的强度高、使用寿命长。精车首先是保证加工精度，所以要求刀具的精度高、使用寿命长。为减少换刀时间以及方便对刀，应尽可能多地采用机夹可转位刀具。2.数控车床的刀具 在数控车床上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架
5、上的位置，并注意避免刀具与机床、刀具与工件以及刀具之间的干涉。数控车床上常用的刀具如图2-3所示。2.数控车床的刀具图2-3数控车床常用刀具3.数控车床的卡盘图2-4三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘如图2-4所示，它是最常用的车床通用夹具，其最大的优点是可以自动定心，夹持范围大，装夹速度快，但其定心精度不高，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。为了防止车削时因工件变形和振动而影响加工质量，利用三爪自定心卡盘装夹工件时，工件的悬伸长度不宜过长。4.数控车床的尾架 加工轴径比值较大的零件时，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支承。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。5.数控车床的刀架 数
6、控车床根据其功能，刀架上可安装多把刀具。刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀等。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀等。少数数控车床的刀架为直排式，即刀具沿一条直线安装。5.数控车床的刀架1)专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。2)通用刀架根据一定的通用标准而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。6.数控车床的铣削动力头 数控车床刀架上安装铣削动力头可以大大扩展数控车床的加工能力。五、数控车床的一般操作规程1)开机前要检查润滑油是否充裕、切削液是否充足，发现不足应及时补充。2)检查机床
7、导轨及各主要滑动面，如有障碍物、工具、铁屑、杂物等，必须清理、擦拭干净、上油。3)打开数控车床电器柜上的电器总开关。4)启动数控机床。5)手动返回数控车床参考点，首先返回+X方向，然后返回+Z方向。6)车刀安装不宜伸出过长，车刀垫片要平整，宽度要与车刀底面宽度一致。7)对刀操作时应选取合适的主轴转速、背吃刀量及进给速度。五、数控车床的一般操作规程8)在自动运行程序前，必须认真检查程序，确保程序的正确性。9)出现报警时，要先进入主菜单的诊断界面，根据报警号和提示文本，查找原因，及时排除警报。10)加工完毕后，应把刀架停放在远离工件的换刀位置。11)非机床操作人员禁止按控制面板的任何按钮、旋钮，以
8、免发生意外及事故。12)严禁任意修改、删除机床参数。13)关机前，刀架应移动到距离主轴较远处，清除切屑，清扫工作现场，认真擦净机床，导轨面处加油保养，并将进给速度修调置零。14)关闭电器总开关。第二节手 动 操 作一、数控车床面板图2-5数控机床面板1.FANUC系统数控机床面板如图2-5所示，面板上各按键及其功能见表2-2。1.FANUC系统表2-2FANUC系统面板上各按键及其功能1.FANUC系统表2-2FANUC系统面板上各按键及其功能1.FANUC系统表2-2FANUC系统面板上各按键及其功能2.华中系统图2-6HNC-21T车床数控装置操作台2.华中系统(1)操作装置 1)操作台结
9、构。HNC-21T车床数控装置操作台为标准固定结构，外形尺寸为420mm310mm110mm(WHD)，如图2-6所示。2.华中系统(2)软件操作界面HNC-21T的软件操作界面如图2-7所示。图2-7HNC-21T的软件操作界面三、手动连续进给和手轮进给1.FANUC系统1)按下返回参考点键。2)按下坐标轴移动键、，X轴、Z轴返回参考点。2.华中系统1)如果系统显示的当前工作方式不是回零方式，调整控制面板上面的回零按键，确保系统处于回零方式。2)根据X轴机床参数“回参考点方向”，按下+X(“回参考点方向”为“+”)或-X”(“回参考点方向”为“-”)按键，X轴回到参考点后，+X或-X按键内的
10、指示灯亮。3)用同样的方法使用+Z、-Z按键，使Z轴回参考点。所有轴回参考点后，即建立了机床坐标系。2.华中系统(1)手动连续进给按下手动按键(指示灯亮)，系统处于手动运行方式，可手动移动机床坐标轴(下面以手动移动X 轴为例说明)。(2)手轮进给当手持单元的坐标轴选择波段开关置于X、Z挡时，按一下控制面板上的增量按键(指示灯亮)，系统处于手摇进给方式，可手摇进给机床坐标轴(下面以手摇进给X 轴为例说明)：第三节程序的录入与编辑 主编1.FANUC系统1)按下机床面板上的编辑键，系统处于编辑运行方式。2)按下系统面板上的程序键，显示程序屏幕。3)使用字母/数字键，输入程序号，如输入程序号O000
11、1。4)按下系统面板上的插入键。5)这时程序屏幕上显示新建立的程序名，如图2-8所示，接下来可以输入程序内容。6)在输入到一行程序的结尾时，先按EOB键生成；，然后再按插入键。图2-8【建立程序名】界面2.华中系统1)在主菜单界面中选择【程序】菜单，如图2-9所示。图2-9主菜单【程序】菜单选择2)程序菜单界面中选择功能键编辑程序F2。3)在编辑程序窗口中，按下新建程序F3。2.华中系统图2-10【新建程序】界面4)建立文件名后，在显示窗口中输入程序名，以“%”开始，后接数字。二、程序的录入与编辑检索1.FANUC系统(1)输入程序的方法在0T系统中，同一个键既包含数字也包含字母，输入时，系统
12、可以自动识别当前输入的是字母还是数字。图2-11完成换行1.FANUC系统图2-12输入行号2)使用地址/数字键，输入行号“N01”。系统自动识别所按下的为地址N，、分别为数字0、1，如图2-12所示。1.FANUC系统图2-13按下插入键3)按下系统面板上的插入键；如图2-13所示。1.FANUC系统图2-14插入“G54”4)使用地址/数字键，输入下一个字“G54”，然后按下插入键；如图2-14所示。1.FANUC系统图2-15完成第一行内容的输入9)输入该行最后一个字“M03”，按键，系统自动换行，光标移到下一行。这样就完成了程序第一行内容的输入，如图2-15所示。1.FANUC系统图2
13、-16将光标移到需要插入的后一位字符上(2)编辑程序 使用光标移动键，将光标移到需要插入的后一位字符上，如图2-16所示。键入“X20.”，按下插入键，如图2-17所示。图2-17插入“X20.”2.华中系统(1)程序的输入程序的输入主要有手工输入和通信传输两种方式，此部分仅介绍手工输入方法。(2)程序编辑(3)文件管理图2-18【文件管理】菜单第四节编程基础与对刀操作 主编一、数控车削编程基础1.程序结构 一个完整的加工程序由若干程序段组成，一个程序段由若干个字组成，一个字则由地址字(字母)和数值字(数字及符号)组成，如图2-19所示。加工程序的一般格式如图2-20所示。图2-19程序段格式
14、1.程序结构图2-20加工程序的一般格式2.数控车床的坐标系图2-21数控车床坐标系 程序坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致，即X轴对应径向，Z轴对应轴向，C轴(主轴)的运动方向则以从机床尾架向主轴看，逆时针为C向，顺时针为C向，如图2-21所示。程序坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置，一般在工件的右端面或左端面上。2.数控车床的坐标系图2-22直径编程 在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值取为零件图样上的直径值，如图2-22所示。图中，点A的坐标值为(30，80)，点B的坐标值为(40，60)。采用直径尺寸编程时，编程数值与零件图样中的尺寸标注一致，这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错
15、误，给编程带来很大方便。3.直径编程方式图2-23绝对编程与增量编程X、Z表示绝对编程，U、W表示增量编程，允许同一程序段中二者混合使用。如图2-23所示，直线AB，可用：4.绝对编程与增量编程4.绝对编程与增量编程X、Z表示绝对编程，U、W表示增量编程，允许同一程序段中二者混合使用。如图2-23所示，直线AB，可用：1)绝对编程:G01 X100.0 Z50.0；。2)增量编程:G01 U60.0 W-100.0；。3)混用:G01 X100.0 W-100.0；或G01 U60.0 Z50.0；。5.F功能(控制切削进给量)F100表示刀具进给为100mm/min，F0.2表示刀具进给为0
16、.2mm/r。6.S功能(控制主轴转速)S500表示主轴转速为500r/min。7.T功能(选择所用刀具)8.M功能(辅助功能)1)M00：程序暂停。2)M02：程序结束。3)M30：程序结束(复位到起始位置)。4)M03：主轴正转。5)M04：主轴反转。6)M05：主轴旋转停止。7)M08：切削液开。8)M09：切削液关。9.功能(准备功能)常用指令及编程举例(1)设定参考点G92(通过当前刀具所在位置来设定加工坐标系的原点)图2-24G92程序段9.功能(准备功能)常用指令及编程举例(2)快速点定位G00图2-25G00程序段9.功能(准备功能)常用指令及编程举例(3)直线插补G01图2-
17、26G01程序段9.功能(准备功能)常用指令及编程举例图2-27顺时针圆弧插补(4)顺时针圆弧插补G02(图2-27)(5)逆时针圆弧插补G03(图2-28)图2-28逆时针圆弧插补二、对刀方法1.定位对刀法 定位对刀法的实质是按接触式设定基准重合原理而进行的一种粗定位对刀方法，其定位基准由预设的对刀基准点来体现。对刀时，只要将各刀的刀位点调整至与对刀基准点重合即可。该方法简便易行，因而得到较广泛的应用，但其对刀精度受到操作者技术熟练程度的影响，一般情况下其精度都不高，还需在加工或试切中修正。2.光学对刀法 光学对刀法是按非接触式设定基准重合原理而进行的对刀方法，其定位基准通常由光学显微镜(或
18、投影放大镜)上的十字基准刻线交点来体现。这种对刀方法比定位对刀法的对刀精度高，并且不会损坏刀尖。3.试切对刀法 在手动对刀方法中，均可能受到手动和目测等误差而影响对刀精度，因此往往需要通过试切对刀，以得到更加准确的结果。1.FANUC系统(1)直接用刀具试切对刀(2)用G50设置工件零点(3)用G54G59设置工件零点2.华中系统(1)T对刀T对刀的基本原理是假设将刀尖移至工件右端面中心，记下此时的机床指令X、Z的位置，并将它们输入到刀偏表里该刀的X偏置和Z偏置中。(2)G54G59对刀G54G59又称零点偏置指令，它是将机床坐标系偏移一定的距离来建立工件坐标系。图2-29T对刀2.华中系统图
19、2-30自动坐标系G54界面2.华中系统图2-31显示坐标(3)用G92设定工件坐标系之前介绍的T对刀和G54G59对刀都第五节零 件 加 工第五节零 件 加 工图2-32轴如图2-32所示，这是一个由外圆锥面和外圆柱面构成的轴类零件，其?50mm外圆柱面直径处不加工，而?46mm外圆柱面加工精度较高，其材料为45钢。选择棒料尺寸为?50mm120mm。一、程序的编制二、刀具和工件安装及找正1)数控车床使用三爪自动定心卡盘，对于圆棒料，装夹时工件要水平安放，右手拿工件，左手旋紧卡盘扳手。2)工件的伸出长度一般比被加工件长20mm左右。3)对于一次装夹不能满足几何公差的零件，要采用鸡心夹头夹持工
20、件并用两顶尖顶紧的装夹方法。4)用校正划针校正工件，经校正后再将工件夹紧，工件找正工作随即完成。三、对刀操作1)用外圆车刀试车一外圆，测量外圆直径后，把刀沿Z轴正方向退点，车端面到中心(X轴坐标减去直径值)。2)选择MDI方式，输入“G50 X0 Z0；”，启动START键，把当前点设为零点。3)选择MDI方式，输入“G0 X150 Z150；”，使刀具离开工件进刀加工。4)程序开头为“G50 X150 Z150；”。四、程序的调试1)单击操作面板上的自动运行按钮，使其指示灯变亮，转入自动加工模式。2)单击MDI键盘上的按钮，点击数字/字母键，输入“Ox”(x为所需要检查运行轨迹的数控程序号)
21、，按开始搜索，找到后，程序显示在显示界面上(如CRT显示器等)。3)单击按钮，进入检查运行轨迹模式。4)单击按钮，进入机床锁住模式。5)单击操作面板上的循环启动按钮，即可观察数控程序的运行轨迹。五、程序运行1)机床回零。2)预先将程序存入存储器中。3)选择要运行的程序。4)将方式选择开关置于自动位置。5)按循环启动”按钮，即开始自动运转，循环启动灯亮。第六节维 护 保 养 主编一、数控车床的日常维护1)每天做好各导轨面的清洁润滑，有自动润滑系统的机床要定期检查、清洗自动润滑系统，检查油量，及时添加润滑油，检查液压泵是否定时启动打油及停止。2)每天检查主轴箱自动润滑系统工作是否正常，定期更换主轴
22、箱润滑油。3)检查电器柜中冷却风扇工作是否正常，风道过滤网有无堵塞，清洗沾附的尘土。4)检查冷却系统，检查液面高度，及时添加油或水，油、水脏时要更换。5)检查主轴驱动带，调整其松紧程度。6)检查导轨镶条松紧程度，调节其间隙。一、数控车床的日常维护7)检查机床液压系统储油箱及液压泵有无异常噪声，工作液液面高度是否合适，压力计指示是否正常，管路及各接头有无泄露。8)检查导轨、机床防护罩是否齐全有效。9)留意检查各运动部件的机械精度，减少外形和位置偏差。10)每天做好机床清扫卫生，清扫切屑，擦静导轨部位的切削液，防止导轨生锈。二、维护注意事项1.制订数控车床日常维护的规章制度 只有建立日常维护制度，
23、才能确保日常维护能够正常进行。有了制度还必须严格执行，才能真正做到保证数控车床的日常使用。2.应尽量少开数控柜和强电柜的门 在机加工车间的空气中常含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在印制电路板或其他电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制电路板的损坏。有的用户打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，它会导致数控系统的加速损坏。3.定时清扫数控柜的散热通风系统 每天检查数控柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每季度或每半年检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，必须及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度过高(一般不允许超过55)，造成过
24、热报警或数控系统工作不可靠。如果发生过热现象，必须及时排除。4.经常监视电网电压 FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。5.重点部位的检查 每天检查冷却系统、润滑系统、液压系统的油量和切削液是否充足。液压系统的压力是否足够，这关系到工件或刀具的夹紧力是否足够。6.定期更换存储器用电池1)不需电池保持的磁泡存储器。2)需要用电池保持的CMOS RAM器件。7.数控系统长期不用时的维护1)要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的季节更应如此，在机床锁住不动的情况下(即伺服电动机不转时)，让数控系统空运行。2)数控车床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能下降，甚至使整台电动机损坏。
