1、任务一数控车床的基础知识【知识目标】1)了解数控车床的结构。2)了解数控车床的型号标记、种类及组成。4)了解数控车床的加工范围。3)了解数控车床的加工特点。数控车床又称为CNC车床,是利用计算机数字控制(Computer Numerical Control,CNC)的车床。操作时,将编好的加工程序输入到机床专用的计算机中,再由计算机控制机床各坐标轴的伺服电动 机去控制车床各部件运动的先后顺序、速度和移动量,并与选定的主轴转速相配合,车削出形状不同的工件。数控车床的加工过程如图1-1所示。图1-1数控车床的加工过程图1-2所示为典型数控车床的机械结构系统组成,包括主轴传动机构、进给传动机构、刀架
2、、床身、辅助装置(刀具自动交换机构、润滑与切削液装置、排屑、过载限位)等部分。图1-2典型数控车床的机械结构系统组成数控车床采用与卧式车床相类似的型号表示方法,由字母及一组数字组成。例如,数控车床CKA6140各代号含义:数控车床按不同方式分有不同的种类。现按所配置的数控系统、数控车床功能、车床主轴配置形式、控制方式分别介绍。1.按数控系统分类目前工厂常用数控系统有FANUC(发那科)数控系统、SIEMENS(西门子)数控系统、广州数控系统、华中数控系统、三菱数控系统、飞阳数控系统等。每一种数控系统又有多种型号。2.按数控车床功能分类按数控车床的功能分类,可分为经济型数控车床、普通数控车床和车
3、削加工中心三大类。(1)经济型数控车床经济型数控车床是采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床,成本较低,但自动化程度和功能都比较差,切削加工精度也不高,适用于要求不高的回转类零件的切削加工。(2)普通数控车床根据切削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床,数控系统功能强,自动化程度和加工精度也比较高,适用于一般回转类零件的切削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴,即X轴和Z轴。(3)切削加工中心在普通数控车床的基础上,增加了C轴和动力头,更高级的数控车床带有刀库,可控制X、Z和C三个坐标轴,联动控制轴可以是X和Z、X和C或Z和C。由于
4、增加了C轴和动力头,这种数控车床的加工功能大大增强,除可以进行一般切削外,还可以进行径向和轴向车削、曲面车削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。3.按车床主轴配置形式分类按车床主轴配置形式分类,有立式数控车床和卧式数控车床两种。(1)立式数控车床立式数控车床简称为数控立车,其车床主轴轴线垂直于水平面,一个直径很大的圆形工作台,用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件,如图1-3所示。图1-3立式数控车床(2)卧式数控车床卧式数控车床主轴轴线处于水平位置,生产中使用较多,常用于加工径向尺寸较小的轴类、盘类、套类复杂零件。它的导轨有水平导轨式和倾斜
5、导轨式两种。水平导轨式结构用于普通数控车床、经济型数控车床。水平导轨式数控车床的外形如图1-4所示。倾斜导轨式结构可以使车床具有更大的刚性,并易于排除切屑,用于档次较高的数控车床及数控车削中心。倾斜导轨式数控车床的外形如图1-5所示。图1-4水平导轨式数控车床的外形 图1-5倾斜导轨式数控车床的外形4.按控制方式分类 按控制方式分类,数控车床可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统的数控车床。(1)开环控制系统的数控车床开环控制系统的数控车床是指不带反馈装置的数控车床。进给伺服系统采用步进电动机,数控系统每发出一个指令脉冲,经驱动电路功率放大后,驱动步进电动机旋转一个角度,然后经过减速
6、齿轮和丝杠螺母机构,转换为刀架的直线移动。系统信息流是单向的。图1-6所示为开环控制系统框图。开环控制系统的数控车床不具有反馈装置,对移动部件实际位移量的测量不能与原指令值进行比较,也不能进行误差校正,因此系统精度低。但因其结构简单、成本低、技术容易掌握,故在中、小型控制系统的经济型数控车床中得到应用,尤其适用于旧机床改造的简易数控车床。(2)半闭环控制系统的数控车床半闭环控制系统的数控车床在伺服机构中装有角度位移检测装置,通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接测量移动部件的位移,然后反馈到数控装置中,与输入原指令位移值进行比较,用比较后的差值进行控制,以弥补移动部件位移,直至差值消除为止。由于丝
7、杠螺母机构不包括在闭环之内,所以丝杠螺母机构的误差仍然会影响移动部件的位移精度。图1-7所示为半闭环控制系统框图。图1-6开环控制系统框图 图1-7半闭环控制系统框图 半闭环控制系统的数控车床采用伺服电动机,结构简单,工作稳定,使用维修方便,应用广泛。图1-8闭环控制系统框图 数控车床在位移部件位置上直接装有直线位移检测装置,将检测到的实际位移反馈到数控装置中,与输入的原指令位移值进行比较,用比较后的差值控制移动部件作补充位移,直至差值消除为止,达到精度要求。图1-8所示为闭环控制系统框图。(3)闭环控制系统的数控车床闭环控制系统的闭环控制系统的数控车床加工精度高(一般可达0.01mm,最高可
8、达0.001mm),但结构复杂,维修困难,成本高。用于加工精度要求很高的场合。除此之外,数控车床还可按刀架数量分为单刀架数控车床和双刀架数控车床;按加工零件基本类型分为卡盘式夹紧数控车床和顶尖式夹紧数控车床;按控制轴数可分为两轴控制的数控车床、四轴控制的数控车床等。数控车床与卧式车床一样,主要用于轴类、盘类等回转体零件的加工,如完成各种内圆柱面、外圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、圆锥螺纹、切槽、钻扩孔、铰孔等工序的加工;还可以完成卧式车床上不能完成的圆弧、非圆曲面构成的回转面、非标准螺纹、变螺距螺纹等表面加工。数控车床特别适合于复杂形状的零件或中、小批量零件的加工。【资料链接】全功能型数控车床:目前
9、市场上还有全功能型数控车床说法,它属于普通数控车床中功能配置较完善的一种数控车床,一般采用闭环或半闭环控制系统,倾斜导轨式,配置有伺服刀塔或液压刀塔;采用液压卡盘自动夹紧工件;主轴电动机为变频电动机,有的配置有液压变速机构,有的配置有液压尾座等。【知识目标】1)掌握数控车床加工工艺的路线。2)掌握工件的定位与装夹方式。3)掌握刀具材料知识并合理的选用刀具。4)掌握数控车床切削用量的选择。任务二数控车削的基础知识【技能目标】1)数控车床装夹工件的方式。2)合理选用刀具材料和切削用量。3)确定工件的加工路线。在数控加工中,刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线,即刀具从对刀点
10、开始运动起,直至加工结束所经过的路径,包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削的空行程。加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量,其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。(1)车圆锥的加工路线分析在车床上车外圆锥时,可以分为车正锥和车倒锥两种情况,而每一种情况又有两种加工路线。图1-9所示为车正锥的两种加工路线。按图1-9a车正锥时,需要计算终刀距S。假设圆锥大径为D,小径为d,锥长为L,背吃刀量为ap,则由相似三角形可得 则S=ap2L/(D-d),按此种加工路线,刀具切削运动的距离较短。图1-10所示为车倒锥的两种加工路线,分别与图1-9相对应,其车倒锥原理与正
11、锥相同。图1-9车正锥的两种加工路线 图1-10车倒锥的两种加工路线(2)车圆弧的加工路线分析应用G02(或G03)指令车圆弧,若用一刀就把圆弧加工出来,这样背吃刀量太大,容易损坏刀具。所以,实际切削时,需要多刀加工,先将大部分余量切除,最后车得所需圆弧。图1-11所示为车圆弧的车圆法切削路线,即用不同半径的圆来车削,最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次背吃刀量后,对90圆弧的起点、终点坐标较易确定。图1-11a所示的走刀路线较短,但图1-11b所示的加工空行程的时间较长。此方法数值计算简单,编程方便,常被采用,可适合于加工较复杂的圆弧。图1-12所示为车圆弧的车锥法切削路线,即先车一个
12、圆锥,再车圆弧。但要注意车锥时起点和终点的确定。若选取不当,则可能损坏圆弧表面,也可能将余量留得过大。确定方法是连接OB交圆弧于D,过D点作圆弧的切线AC。由几何关系得 此为车锥时的最大切削余量,即车锥时,加工路线不能超过AC线。由BD与ABC的关系,可得 这样可以确定车锥时的起点和终点。当R不太大时,可取AB=CB=0.5R。此法数值计算较繁,但其刀具切削加工路线较短。图1-11车圆弧的车圆法切削路线 图1-12车圆弧的车锥法切削路线(3)轮廓粗车加工路线分析切削进给路线最短,可有效提高生产效率,降低刀具损耗。安排最短切削进给路线时,应同时兼顾工件的刚性和加工工艺性等要求,不要顾此失彼。图1
13、-13所示为三种不同的轮廓粗车切削进给路线,其中图1-13a所示为利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线;图1-13b所示为三角形循环进给路线;图1-13c所示为矩形循环进给路线,其路线总长最短,因此在同等切削条件下的切削时间最短,刀具损耗最少。图1-13三种不同轮廓粗车切削进给路线(4)车螺纹时的轴向进给距离分析在数控车床上车螺纹时,沿螺距方向的Z向进给量和车床主轴的旋转保持严格的速比关系,因图1-14车螺纹时的引入距离和超越距离此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削,为此要有引入距离1和超越距离2,如图1-14所示。1和2的数值与车床拖动系统的动态特性、
14、螺纹的螺距和精度有关。一般1为25mm,对大螺距和高精度的螺纹取大值,2为12mm。这样在切削螺纹时,能保证在升速后使刀具接触工件,刀具离开工件后再降速。(1)先粗后精按照粗车半精车精车的顺序进行,逐步提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量(图1-15中的双点画线内所示部分)切掉,一方面提高金属切除率,另一方面满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时,则要安排半精车,以此为精车作准备。精车要保证加工精度,按图样尺寸一刀切出零件轮廓。(2)先近后远在一般情况下,离对刀点近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动距离,减少空行程
15、时间。对于车削而言,先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚度,改善其切削条件。例如,加工如图1-16所示零件时,若第一刀的背吃刀量未超限,则应该按?34mm?36mm?38mm的次序先近后远地安排车削顺序。图1-15先粗后精 图1-16先近后远(3)内外交叉对既有内表面(内型腔),又有外表面需加工的零件,安排加工顺序时,应先进行内外表面粗加工,后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面(外表面或内表面)加工完毕后,再加工其他表面(内表面或外表面)。(4)基面先行原则用作精基准的表面应优先加工出来,因为定位基准的表面越精确,装夹误差就越小。例如,轴类零件加工时,总是先加工中心孔,再以中心孔为精
16、基准加工外圆表面和端面。数控车床主要用于加工工件的内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等,这些表面都是绕机床主轴的旋转轴心而形成的。根据这一加工特点和夹具在车床上安装的位置,将车床夹具分为两种基本类型:一类是安装在车床主轴上的夹具,这类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转,除了各种卡盘(自定心卡盘、单动卡盘)、顶尖等通用夹具或其他机床附件外,往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具;另一类是安装在滑板或床身上的夹具,对于某些形状不规则和尺寸较大的工件,常把夹具安装在车床滑板上,刀具则安装在车床主轴上作旋转运动,夹具作进给运动。下面介绍除自定心卡盘、单动卡盘以外的其他数控车
17、床的装夹方法以及复杂畸形、精密工件的装夹。1.数控车床常用的装夹数控车床上除自定心卡盘、单动卡盘以外,一般工件常用的装夹方法如图1-17所示。图1-17一般工件常用的装夹方法2.复杂畸形、精密工件的装夹车削过程主要是加工有回转表面的、比较规则的工件。但也经常遇到一些外形复杂、不规则的异形工件。例如,图1-18所示的对开轴承座、十字孔工件、双孔连杆、环首螺栓、偏心工件、齿轮油泵体等。这些工件均不宜用自定心卡盘、单动卡盘装夹。(1)花盘、角铁和常用附件对于一些外形复杂、不规则的异形工件,必须使用花盘、角铁或装夹在专用夹具上加工。1)花盘(图1-19)。其材料为铸铁,用螺纹或定位孔形式直接装夹在车床
18、主轴上。它的工作平面与主轴轴线垂直,平面度误差小,表面粗糙度Ra1.6m。平面上开有长短不等的T形槽(或通槽),用于安装螺栓紧固工件和其他附件。为了适应大小工件的要求,花盘也有各种规格,常用的有?250mm、?300mm、?420mm等。2)角铁(图1-20a)。又称为弯板,是铸铁材料。它有两个相互垂直的平面,表面粗糙度Ra1.6m,并有较高的垂直度精度。3)V形块(图1-20b)。V形块的工作表面是V形面,一般做成90或120,它的两个面之间都有较高的几何精度,主要用作工件以圆弧面为基准的定位。4)平垫铁(图1-20c)。它装在花盘或角铁上,作为工件定位的基准平面或导向平面。5)平衡铁(图1
19、-20d)。其材料一般是钢或铸铁,有时为了减小体积,也可用铅制作。图1-18复杂工件的种类a)对开轴承座b)十字孔工件c)双孔连杆d)环首螺栓e)偏心工件f)齿轮油泵体 图1-19用百分表检查花盘平面 图-20角铁和常用附件在花盘上加工.(2)在花盘上装夹工件加工表面与主要定位基准面要求互相垂直的复杂工件(图1-21),可以装夹 图1-21双孔连杆1)检查花盘精度(图1-19)。用百分表检查花盘平面的平面度误差和车床主轴的垂直度误差的方法为:用手转动花盘,百分表在花盘边缘的跳动量要求在0.02mm以内。图1-22在花盘上装夹连杆1连杆2圆形压板 3压板4V形块 5花盘检查平面度误差是将百分表装
20、在刀架上,移动中溜板,观察花盘表面凸凹情况,在半径全长上公差为0.02mm,但只允许盘面中间凹。如果达不到要求,可先把花盘卸下,清除主轴与花盘装配接触面上的脏物和毛刺,再装上检查。2)在花盘上装夹工件。双孔连杆及其在花盘上的装夹分别如图1-21和图1-22所示。先按划线找正连杆第一孔,并用V形块靠紧圆弧面,作为第二件工件定位基准,紧固板螺钉,然后用手转动花盘,如果转动不碰,图1-23用定位圆柱找正中心1定位柱2螺母3心轴 表明平衡恰当,即可车孔。在装夹和加工中要注意:花盘本身的几何公差要求比工件要求高1倍以上,才能保证工件的几何公差要求;工件的装夹基准面一定要进行精加工,保证与花盘平面贴平。垫
21、压板的垫块面要平行,高度要合适,最好只垫一块;压板压工件的受力点,要选实处压,不要压在空当处,压点牢靠、对称、压紧力一致,以防工件变形或工件松动发生事故;工件压紧后,要进行静平衡,根据具体情况增减平衡铁。车床上静平衡就是将主轴箱转速手柄放在空挡位置用手转动花盘,如果花盘能在任何位置上停下,就说明已平衡,否则就要重新调整平衡铁的位置或增减平衡铁的重量。进行静平衡很重要,是保证加工质量和安全操作的重要环节;加工时切削用量不能选择过大,特别是主轴转速,当其值过高时,会因离心力过大,使工件松动造成事故。加工双孔连杆第二孔时,可用如图1-23所示的方法装夹工件。先在花盘上安装一个定位柱,它的直径与第一孔
22、具有较小间隙配合。再调整好定位柱中心到主轴中心的距离M,使其重合双孔连杆的两孔中心距L。装夹上工件,便可加工第二孔。3)在角铁上装夹工件。例如,图1-18a所示的对开轴承座,当工件的主要定位基准面与加工表面平行时,可在花盘上加角铁来加工(图1-24)。这种加工方法,也是代替卧镗的方法。装夹和找正的步骤如下。找正角铁精度。在复杂的装夹工作中,找正每一个基准面的精度是必不可少的。找正对开轴承座,首先找正花盘的平面,达到要求后,再把角铁装在花盘合适的位置上,将百分表装在刀架上,摇动床鞍,检查角铁平面与主轴轴线的平行度。这个平面的平行度误差要小于工件同一加工位置平行度误差的1/2。如果不平行,可把角铁
23、卸下,清除角铁平面脏物和毛刺,再装上去测量。若仍不平行,也可在角铁和花盘的结合面中间垫薄垫块进行调整。装夹和找正。先用压板初步压紧,再用划针盘找正轴承座中心线(图1-25)。找正轴承座中心时,应该先根据划好的十字线找正轴承座的中心高。找正方法是水平移动划针来调整划针高度,使针尖通过工件水平中心线;然后把花盘旋转180,再用划针轻划水平线,如果两线不重合,可把划针调整在两条线中间,把工件水平线向划针高度调整。再用以上方法直至找正好为止。找正垂直中心线的方法类似,十字线调整好后,再用划针找正两侧素线。最后复查,紧固工件。装上平衡块,用手转动花盘,观察有什么地方碰撞,如果花盘平衡,旋转不碰,即可进行
24、车削。图1-24用百分表检查角铁平面与主轴轴线的平行度1花盘2百分表3角铁 图1-25在角铁上装夹和找正轴承座1平衡铁2轴承座3角铁4划针盘5压板1.常用车刀的种类及其选择数控车削常用车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀三类。(1)尖形车刀尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成,如90内、外圆车刀,左、右端面车刀,切断(车槽)车刀,以及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时,其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到,它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的。图1-26圆弧形
25、车刀尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同,但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑,并应兼顾刀尖本身的强度。(2)圆弧形车刀圆弧形车刀是以一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀(图1-26)。该车刀圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖,因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上。当某些尖形车刀或成形车刀(如螺纹车刀)的刀尖具有一定的圆弧形状时,也可作为这类车刀使用。圆弧形车刀可用于车削内、外表面,特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成形面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点:一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓面的最小曲率半径
26、,以免发生加工干涉;二是该半径不宜选择太小,否则不但制造困难,还会因刀具强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。(3)成形车刀成形车刀俗称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀切削刃的形状和尺寸决定。在数控车削加工中,常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形槽车刀和螺纹车刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成形车刀,当确有必要选用时,则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明。图1-27所示为常用车刀的种类、形状和用途。图1-27常用车刀的种类、形状和用途1切断刀290左偏刀390右偏刀4弯头车刀5直头车刀6成形车刀7宽刃精车刀8外螺纹车刀9端面车刀10内螺纹车刀11内槽车刀12通孔车刀13
27、不通孔车刀2.机夹可转位式车刀的选用目前,数控机床上大多使用系列化、标准化刀具,可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号。对所选择的刀具,在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确资料,并由操作者将这些数据输入数控系统,经程序调用而完成加工过程,从而加工出合格的工件。为了减少换刀时间和方便对刀,便于实现机械加工的标准化,数控车削加工时,应尽量采用机夹刀和机夹刀片。数控车床常用的机夹可转位式车刀结构形式如图1-28所示。(1)刀片材质的选择常见刀片材料有高速工具钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等,其中应用得最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择
28、刀片材质的主要依据有被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小,以及切削过程有无冲击和振动等。(2)刀片尺寸的选择刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度与背吃刀量aP和车刀的主偏角r有关(图1-29),使用时可查阅有关刀具手册选取。图1-28机夹可转位式车刀结构形式1刀体2刀片3刀垫4螺钉固定部分 图1-29刀片的几何尺寸(3)刀片形状的选择选择刀片形状的主要依据是被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等。被加工面形状及其适用的刀片形状可参考表1-3选取,表中刀片的型号组成见国家标准切削刀具用可转位刀片型号表示规则GB/T 20762
29、007。常见可转位式车刀刀片形状及角度如图1-30所示。特别需要注意的是,加工凹形轮廓表面时,若主、副偏角选得太小,会导致加工时刀具主后刀面、副后刀面与工件发生干涉,因此,必要时需作图检验。图1-30常见可转位式车刀刀片形状及角度a)T型b)F型c)W型d)S型e)P型f)D型 g)R型h)C型数控编程时,编程者必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具的切削性能,保证合理的刀具寿命;并充分发挥机床的性能,最大限度地提高生产率、降低
30、成本。(1)主轴转速n的确定车削加工主轴转速n应根据允许的切削速度vc和工件直径d来选择,按式vc=dn/1000来计算。切削速度vc的单位为m/min,由刀具寿命决定,计算时可参考切削用量手册选取。数控车床加工螺纹时,因其传动链的改变,原则上其转速只要能保证主轴每转一周时,刀具沿主进给轴(多为Z轴)方向位移一个螺距即可,不应受到限制。但数控车螺纹时,会受到以下几方面的影响。1)螺纹加工程序段中指令的螺距值,相当于以进给量f(mm/r)表示的进给速度F,如果将机床的主轴转速选择过高,则其换算后的进给速度(mm/min)必定较多的超过正常值。2)刀具在其位移过程的始/终,都将受到伺服驱动系统升/
31、降频率和数控装置插补运动速度的约束,由于升/降频率特性满足不了加工需要等原因,则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求。3)车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现,即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器(编码器)。当其主轴转速选择过高时,通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每转一周时发出的一个基准脉冲信号)将可能因“过冲”(特别是当编码器的质量不稳定时)而导致工件螺纹产生乱纹(俗称“乱牙”)。鉴于上述原因,不同的数控系统车螺纹时推荐使用不同的主轴转速范围。大多数经济型数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速n为 式中 P被加工螺纹螺距,单位为mm;k保险系数,一般为80。
32、(2)进给速度vf的确定进给速度vf是数控车床切削用量中的重要参数,其大小直接影响表面粗糙度值和车削效率,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取,最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。表1-4给出了硬质合金外圆刀切削速度的参考值。确定进给速度的原则如下。1)当工件的质量要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给速度,一般在100200mm/min范围内选取。2)在切断、加工深孔或用高速工具钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在2050mm/min范围内选取。3)当加工精度、表面粗糙度要求较高时,进给速度应选小些,一般在2050mm/min范围内选
33、取。4)刀具空行程,特别是远距离“回零”时,可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。5)计算进给速度时,可查阅切削用量手册选取每转进给量f,然后按式vf=nf计算进给速度。(3)背吃刀量ap的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。为了保证加工面的表面粗糙度,可留少许精加工余量,一般为0.20.5mm。注意:按照上述方法确定的切削用量进行加工时,工件表面的加工质量未必十分理想。切削用量的具体数值还应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用模拟方法确定,使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适
34、应,以形成最佳切削用量。任务三数控车床的面板操作【知识目标】1)掌握HNC-21T(华中)系统数控车床面板功能。2)掌握FANUC Series 0i-T系统数控车床面板功能。3)掌握GSK980TD广数系统数控车床面板功能。4)掌握数控车床安全操作规程。5)熟悉数控车床日常维护及保养。【技能目标】1)数控车床开机、关机、回参考点。2)程序的输入、仿真校验。3)DMI手动输入、试切对刀的方法。【相关知识】HNC-21T(华中)系统数控车床面板(图1-31)及其按键功能(表1-5)图1-31HNC-21T(华中)系统数控车床面板表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC
35、-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能表1-5HNC-21T(华中)系统数控车床面板按键功能图1-32FANUC Series 0i-T系统CRT/MDI数控车床面板2.FANUC Series 0i-T系统机床操作面板FANUC Series 0i-T系统机床操作面板如图
36、1-33所示,主要用于控制机床的运动和选择机床运行状态,由模式选择旋钮、数控程序运行控制开关等多个部分组成。图1-33FANUC Series 0i-T系统机床操作面板1.GSK980TD广数系统数控车床面板(图1-34)图1-34GSK980TD广数系统数控车床面板 GSK980TD广数系统机床操作面板如图1-35所示,主要用于控制机床的运动和选择机床运行状态,由模式选择旋钮、数控程序运行控制开关等多个部分组成。各按键功能见表1-9。2.GSK980TD广数系统机床操作面板 图1-35GSK980TD广数系统机床操作面板为了正确、合理地使用数控车床,保证机床正常运转,必须制订比较完善的数控车
37、床安全操作规程,通常包括以下内容。1.安全操作基本注意事项1)工作时需穿好工作服、安全鞋,戴好工作帽及防护镜。注意:不允许戴手套操作机床。2)注意不要移动或损坏安装在机床上的警告标牌。3)注意不要在机床周围放置障碍物,工作空间应足够大。4)某一项工作如需要俩人或多人共同完成时,应注意相互间的协调一致。5)不允许采用压缩空气清洗机床、电气柜及NC单元。2.工作前的准备工作1)机床开始工作前要有预热,认真检查润滑系统工作是否正常,如机床长时间未开动,可先采用手动方式向各部分供油润滑。2)使用的刀具应与机床允许的规格相符,有严重破损的刀具要及时更换。3)不要把调整刀具时所用工具遗忘在机床内。4)检查
38、大尺寸轴类零件的中心孔是否合适,中心孔如太小,工作中易发生危险。5)刀具安装好后应进行一、二次试刀。6)检查卡盘夹紧工作的状态。7)机床开动前,必须关好机床防护门。1)禁止用手接触刀尖和铁屑,铁屑必须用铁钩子或毛刷来清理。2)禁止用手或其他任何方式接触正在旋转的主轴、工作或其他运动部位。3)禁止加工过程中测量工件、改变速度,更不能用棉丝擦拭工件,也不能清扫机床。3.工作过程中的安全注意事项4)车床运转中,操作者不得离开岗位,若机床发现异常现象则立即停止加工。5)经常检查轴承温度,温度过高时应找有关人员进行检查。6)在加工过程中,不允许打开机床防护门。7)严格遵守岗位责任制,机床由专人使用,他人
39、使用需经本人同意。8)工件伸出车床100mm以外时,需在伸出位置设防护物。4.工作完成后的注意事项1)清除切屑、擦拭机床,使机床与环境保持清洁状态。2)注意检查或更换严重磨损或已坏的机床导轨上的油察板。3)检查润滑油、冷却液的状态,及时添加或更换。4)依次关闭机床操作面板上的电源和总电源。为了充分发挥数控车床的作用,减少故障发生频率,延长机床的平均无故障时间。数控机床的编程、操作和维修者必须经过专门的技术培训,要有机械加工工艺、液压、测量、自动控制等方面的知识,这样才能全面了解和掌握数控机床,才能做好数控机床的维护和保养工作。1.数控车床日常维护保养的内容和要求数控车床操作者要严格遵守操作规程
40、和机床日常维护和保养制度,严格按机床和系统说明书的要求正确、合理地操作机床,尽量避免因操作不当影响机床使用。2.数控系统日常维护及保养数控系统使用一定时间以后,某些元器件或机械部件会老化、损坏。为延长元器件的寿命和零部件的磨损周期,应在以下几方面注意维护。(1)尽量少开数控柜和强电柜的门车间空气中一般都含有油雾、水蒸气和灰尘,它们一旦落在数控装置内的电路板或电子元器件上,容易引起元器件间的绝缘电阻下降,并导致元器件的损坏。(2)定时清理数控装置的散热通风系统散热通风口过滤网上灰尘积聚过多,会引起数控装置内温度过高(一般不允许超过55C),致使数控系统工作不稳定,甚至发生过热报警。(3)经常监视
41、数控装置电网电压数控装置允许电网电压在额定值的10%范围内波动。如果超过此范围就会造成数控系统不能正常工作,甚至引起数控系统内某些元器件损坏。为此,需要经常监测数控装置的电网电压。电网电压波动较大时,应加装电源稳压器。【技能训练】1.机床开机1)检查机床状态是否正常。2)检查电源电压是否符合要求,接线是否正确。3)按下急停按钮。4)机床上电。5)数控上电。6)检查风扇电动机运转是否正常。7)检查面板上的指示灯是否正常。接通数控装置电源后,机床自动运行系统软件。此时,液晶显示器显示系统上电,屏幕(软件操作界面)工作方式为“急停”。系统上电进入软件操作界面时,系统的工作方式为“急停”,为控制系统运
42、行需左旋并拔起操作台的“急停”按钮使系统复位,并接通伺服电源。2.机床关机1)按下控制面板上的“急停”按钮,断开伺服电源。2)断开数控电源。3)断开机床电源。3.回参考点控制机床运动的前提是建立机床坐标系,为此系统接通电源复位后,首先应进行机床各轴回参考点,具体操作方法:1)如果系统显示的当前工作方式不是回零方式,按一下控制面板上面的“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”,按一下“+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”按键内的指示灯亮。3)用同样的方法使用“+Z”、“-Z”按键,
43、使Z 轴回参考点。所有轴回参考点后,即建立了机床坐标系。注意:1)在每次电源接通后必须先完成各轴的返回参考点操作,然后再进入其他运行方式以确保各轴坐标的正确性。2)同时按下X、Z轴向选择按键可使X、Z轴同时返回参考点。3)在回参考点前应确保回零轴位于参考点的“回参考点方向”相反侧(如X 轴的回参考点方向为负,则回参考点前应保证X 轴当前位置在参考点的正向侧),否则应手动移动该轴直到满足此条件。4)在回参考点过程中,若出现超程需按住控制面板上的“超程解除”按键,向相反方向手动移动该轴使其退出超程状态。1.华中数控HNC-21T程序的输入、仿真校验(1)编辑程序在程序功能子菜单下按“F2”键,将弹
44、出编辑程序菜单。当选择一个零件程序后,系统会给出图,在此界面下可以编辑当前程序。(2)新建程序在指定磁盘或目录下建立一个新文件,但新文件不能和已存在的文件同名。在程序功能子菜单下,按“F3”键将进入“新建程序”菜单,系统提示“输入新建文件名”,光标在“输入新建文件名”栏闪烁,输入文件名后,按“Enter”键确认后,就可编辑新建文件了。(3)保存程序在编辑状态下或在程序功能子菜单下按“F4”键,系统给出提示文件:保存的文件名。按“Enter”键,将以提示的文件名保存当前程序文件。如将提示文件名改为其他名字后,系统可将当前编辑程序另存为其他文件,另存文件的前提是更改新文件不能和已存在文件同名。如果
45、存盘操作不成功,系统则会给出提示信息,此时该程序文件是可读文件,不能更改保存,只能改为其他名字后保存。(4)校验程序校验程序用于对调入加工缓冲区的程序文件进行校验,并提示可能的错误。以前未在机床上运行的新程序在调入后最好先进行校验,正确无误后再启动机床自动运行。校验程序的操作步骤:1)调入要校验的加工程序。2)按机床控制面板上的自动或单段按键进入程序运行方式。3)在程序菜单下按“F5”键,此时软件操作界面的工作方式显示改为校验运行。4)按机床控制面板上的循环启动按键程序校验开始。5)若程序正确校验完后光标将返回到程序头,且软件操作界面的工作方式显示改回为自动或单段,若程序有错,命令行将提示程序
46、的哪一行有错。注意:1)校验运行时机床不动作。2)为确保加工程序正确无误需选择不同的图形显示方式来观察校验运行的结果。2.FANUC Series 0i-T程序的输入、仿真校验(1)编辑程序1)在操作面板模式选择中,选择编辑方式。2)按下编辑面板的“PROG”功能键,显示程序界面。3)使用字母和数字键,输入程序号。4)按下编辑面板的“INSERT”插入键。5)这时程序界面显示新建立的程序名,此时可以输入程序内容。注意:由于缓冲区大小有限,不要一次在缓冲区输入太多字符,而单节用“;”换行;如果顺序号已开启,那么程序会自动插入顺序号。6)在输入到一行程序的结尾时,先按“EOB”键生成“;”,然后再
47、按插入键。这样程序会自动换行,光标出现在下一行的开头。7)程序编辑好后,在操作面板上的模式选择中选择自动模式,按循环启动键即可。8)在完成程序新建后可按“INPUT”键进行保存。(2)校验程序NC程序导入后,可检查运行轨迹。将操作面板切换到AUTO模式上,单击控制面板中“图形参数设置页面”命令,转入检查运行轨迹模式;再按下操作面板上的循环启动键,即可观察数控程序的运行轨迹,此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对三维运行轨迹进行全方位的动态观察。注意:检查运行轨迹时,暂停运行、停止运行、单段执行等同样有效。3.广数GSK980TD程序的输入、仿真校验(1)编辑程序举例:
48、编写O 0001号程序,即编辑程序O0001换行(或)(不能与已有程序重名)。(2)校验程序先把刀补清零,否则图形坐标不正确。还要注意应在对刀前进行程序刀尖轨迹空运行,如果在对刀后进行,则刀X向和Z向坐标会发生改变。步骤:编辑程序复位(或光标移到程序第一段)自动设置设置机床锁辅助锁空运行快速翻页(找到“S:开始作图、T:停止作图”界面,如果原来已有图,就按 R 把原来的图清除)S(开始作图)运行。1.华中数控HNC-21T DMI手动输入、试切对刀的方法(1)手动输入数据(MDI)在主操作界面下按“F3”键进入MDI功能子菜单命令行与菜单条的显示。进入MDI菜单后,命令行的底色变成了白色,并且
49、有光标在闪烁。这时可以从NC键盘输入并执行一个G代码指令段,即“MDI运行”。注意:自动运行过程中,不能进入MDI运行方式,可在进给保持后进入。MDI输入的最小单位是一个有效指令字。因此,输入一个MDI运行指令段可以有下述两种方法。1)一次输入,即一次输入多个指令字的信息。2)多次输入,即每次输入一个指令字信息。例如:要输入“G00 X100 Z100”MDI运行指令段,可以直接输入“G00 X100 Z100”并按“En-ter”键,显示窗口内关键字G、X、Z的值将分别变为00、100、100。在输入命令时,可以在命令行看见输入的内容,在按“Enter”键之前,发现输入错误,可用“BS”、“
50、”、“”键进行编辑;按“Enter”键后,系统发现输入错误,会提示相应的错误信息,此时可按“F2”键将输入的数据清除。MDI指令段输入后,按下操作面板上的循环启动键,系统即开始运行所输入的MDI 指令。如果输入的 MDI 指令信息不完整或存在语法错误,系统会提示相应的错误信息,此时不能运行MDI 指令。(2)试切对刀的方法刀具偏置补偿数据的设置有两种方法,一种是手工填写,另一种是采用试切法,由系统自动生成。推荐采用试切法来设置刀具偏置补偿数据。试切法指的是通过试切,由试切直径和试切长度来计算刀具偏置值的方法。HNC-21T系统为每一把刀具独立建立自己的补偿偏置值,该值将会反映到工件坐标系上(注
