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1、数控车床编程与操作 数控车床编程与操作4.1 数控车床简介4.1.1数控车床概述数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工。4.1.2数控车床的组成数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱溜板箱和挂轮架，而是
2、直接用伺服电机或步进电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现进给运动。数控系统由NC单元及输入输出模块，操作面板组成。1.数控车床的机械构成从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱、溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现运动，因而大大简化了进给系统的结构。由于要实现CNC，因此，数控车床要有CNC装置电器控制和CRT操作面板。图4-1所示为数控车床构成的各部分及其名称。图4-1 数控车床的构成(1)主轴箱 图4-2为
3、数控车床主轴箱的构造，主轴伺服电机的旋转通过皮带轮送刀主轴箱内的变速齿轮，以此来确定主轴的特定转速。在主轴箱的前后装有夹紧卡盘，可将工件装夹在此。图4-2 数控车床主轴箱的构造(2)主轴伺服电机 主轴伺服电机有交流和直流。直流伺服电机可靠性高，容易在宽范围内控制转矩和速度，因此被广泛使用，然而，近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服电机作为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用起来。(3)夹紧装置 这套装置通过液压自动控制卡爪的开/合。(4)往复拖板 在往复拖板上装有刀架，刀具可以通过拖板实现主轴的方向定位和移动，从而同Z轴伺服电机共同完成长度方向的切削。(5)刀架 此装置可以固定刀具和索引
4、刀具，使刀具在与主轴垂直方向上定位，并同Z轴伺服电机共同完成截面方向的切削，如图4-3所示为刀架结构。(6)控制面板 控制面板包括CRT操作面板（执行NC数据的输入/输出）和机床操作面板（执行机床的手动操作）。图4-3 刀架结构2.数控系统数控车床的数控系统是由CNC装置、输入/输出设备、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成,如图4-4所示。 图4-4 CNC系统构成数控车床通过CNC装置控制机床主轴转速、各进给轴的进z给速度以及其他辅助功能。4.1.3数控车床的特点1.传动链短 数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动。伺服电机直接与丝杠联结
5、带动刀架运动，伺服电机与丝杠也可以按控制指令无级变速，它与主轴之间无须再用多级齿轮副来进行变速。随着电机宽调速技术的发展，目标是取消变速齿轮副，目前还要通过一级齿轮副变几个转速范围。因此，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。2.刚性高 与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。3.轻拖动 刀架移动一般采用滚珠丝杠副，为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。为了提高数控车床导轨的耐磨性，一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，也可延长使用寿命。另外，数控车床还具有加工冷却充分、防护严密等结构特点，自动运转时都处于全封闭或半封闭状态。数控车床一般还配有自
6、动排屑装置。4.1.4数控车床的分类数控车床品种繁多，按数控系统功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。(1）简易数控车床（经济型数控车床） 是低档次数控车床，一般是用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。(2）多功能数控车床 也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。(3)数控车削中心 在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。4.1.5数控车床（CJK6153）的主要技术规格。床身最大工具回转直径：530mm。滑板最大工件回转直径：280mm，机床顶尖距1000mm，刀架最大X向行程：260mm
7、，刀架最大Z向行程：1000mm。手动4级变频调速252000转/分。4.1.6数控车床（CJK6153）的润滑与冷却该机床的润滑分床头箱的润格及其它部件的润滑两个部分。有齿轮变速的床头箱均采用油润滑，由摆线泵进行强迫润滑，摆线泵吸油时，先通过精制过滤器，再进过磁性滤清器而后送到各润滑部件或经分油器对主轴轴承及所有其它运转零件进行强迫润滑和喷油润滑。机床上其它部件的润滑，如尾架、道轨及丝杠螺母等均采用油润滑，采用间歇润滑泵对X轴、Z轴的各导轨润滑面及滚珠丝杠螺母、尾架套筒外圆等部位进行自动间歇式润滑。在呈透明状态的油箱内，带有一个液位报警开关，当箱内油液低于规定值时，机床会发出润滑报警。 该机
8、床冷却系统采用泵冷却。冷却装置的日常维修主要是冷却水的补给更换及过滤器的清洗。在冷却箱内未灌入冷却液前，严禁启动冷却泵，以免使冷却泵烧坏。当冷却水减少时，应及时补给。冷却水发生污染变质时，应全部更换，冷却液应注意选择防锈性能好的，以免机床生锈。4.2数控车床的编程方法要学好数控车床的编程，必须了解数控车床的操作要点，现有教材大多没把数控车床的操作与编程作为一个整体来讲。4.2.1设定数控车床的机床坐标系机床坐标系是机床固有的坐标系，是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。机床坐标系在出厂前已经调整好，一般不允许随意变动。参考点也是机床上的一个固定不变的极限点，其位置由机械挡块或行程开
9、关来确定。通过回机械零点来确认机床坐标系。回机械零点前先要开机，数控车床开机前先要熟悉数控车床的面板。面板的形式同数控系统密切相关。数控车床的开机有难有易。对于配图产系统的车床。开机大都比较简单，一般打开电源后，直接启动数控系统即可。开机后，通过回零，使工作台回到机床原点（或参考点，该点为与机床原点有一固定距离的点）。数控车床的回零（回参考点）步骤为：开关置于“回零”位置。按手动轴进给方向键+X、+Z至回零指示灯亮。开机后必须先回零（回参考点），若不作此项工作，则螺距误差补偿、背隙补偿等功能将无法实现。设定机床机械原点同编程中的G54指令直接有关。4.2.2设定数控车床的工件坐标系工件坐标系是
10、编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。建立工件坐标系是数控车床加工前的必不可少的一步。不同的系统，其方法各不相同。1.西门子802S系统工件坐标系的建立方法（1）转动刀架至基准刀（如1号刀）。（2）在MDA状态下，输入T1D0，使刀补为0。（3）机床回参考点。（4）用试切法确定工件坐标原点。先切削试件的端面。Z方向不动。若该点即为Z方向原点，则在参数下的零点偏置于目录的G54中，输入该点的Z向机械坐标值A的负值，即Z=-A。若Z向原点在端面的左边 处，则在G54中输入Z=-（A+ ），回车即可。同理试切外圆，X方向不动。Z方向退刀，记下X方向的机床坐标A，量直径，得到半径R
11、，在G54的X中输入X=-（A+R），回车即可。2.广数GSK980T系统工件坐标系的建立方法(1)用手动方式，试切端面。(2)在Z轴不动的情况下，沿X轴退刀，且停止主轴旋转。3.测量端面与工件坐标系零点间的距离Z。然后在录入方式下输入G50 Z ，运行该句即可。4.同理，用手动方式车外圆，在X轴不动的情况下沿Z轴退刀，且停止主轴旋转，测量工件直径X，在录入方式下输入G50X，运行该句即可。3.广数GSK928TC工件坐标系的建立方法(1)车外圆，沿Z向退刀，测得直径，按InputX输入直径值，回车即可。(2)车端面，沿X向退刀，测得端面与工件坐标系原点间的距离，按Input输入该距离值，回车
12、即可。4.2.3确定基准刀在工件坐标系中的位置 确定了工件坐标系后，可用G50指令确定第1把刀（基准刀）在工件坐标系中的位置。4.2.4确定其它刀在工件坐标系中的位置加工一个零件常需要几把不同的刀具，由于刀具安装及刀具本身的偏差，每把刀转到切削位置时，其刀尖所处的位置并不重合，为使用户在编程时无需考虑刀具间的偏差，需确定其它刀在工件坐标系中的位置，这需要通过对刀来实现。不同的系统，其对刀方法各不相同。 1.西门子802S系统的对刀方法（1）选用某一把刀为基准刀，按参数键下和刀具补偿按钮，再按新刀具按钮，输入基准刀的刀号及刀沿（补）号。如基准刀为1号刀，选用1号刀沿（补），则刀具为T1D1。（2
13、）调用对刀窗口，用基准刀车外圆，Z向退刀，在对刀窗口的X轴零偏处输入0（因是基准刀），按计算键后确认。（3）调用其它各把刀具，确定刀号和刀沿（补）号，车外圆输入直径，车端面。输入台阶深度的负值。计算、确定即可。2广数GSK980T系统的对刀方法（1）用基准刀试切工件，设定基准坐标系：试切端面X向退刀，进入录入方式，按程序按钮。输入G50 Z0，即把该端面作为Z向基准面。然后按设置键，设置偏置号（基准刀+100），输入Z=0，试切外圆，Z向退刀，测得外圆直径 ，进入录入方式，按程序按钮。输入G50X ，然后按设置键，设置偏号，基准刀偏置号+100，X= 。（2）调用其它各把刀具，车外圆，Z向退刀
14、。测得外圆直径，将所测得的值 设到一偏置号中，该偏置为刀号+100，如刀号为2，则偏置号为202，在此处输入X= 。同理车台阶，X向退刀，测得台阶深度 ，在偏置号处输入Z=- 。3.广数GSK928TC系统的对刀方法（1）用基准刀试切工件，用input建立对刀坐标系，该坐标系的Z向原点，一般设在工件的右端，即把试切的端面作为Z向零点。（2）调用其它各刀，如2号刀，用T20调用，然后试切外圆Z向退刀，测得直径 ，然后按I键。输入 。试切台阶，X向退刀，测得台阶深度为 ，然后按K键，输入- ，刀补即设置完毕。4.2.5坐标轴的方向 无论那种坐标系都规定与车床主轴轴线平行的方向为Z轴，从卡盘中心至尾
15、座顶尖中心的方向为正方向。在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴，远离主轴旋转中心的方向为正方向。4.2.6 直径或半径尺寸编程被加工零件的径向尺寸在图纸标注和加工测量时，一般用直径值表示，所以采用直径尺寸编程更为方便。4.2.7一般编程方法1. 确定第一把刀的位置G50 X Z 该指令确定了第一把刀的位置，此时需把第一把刀移动到工件坐标为X Z的位置。2 .返回参考点 G26（G28）：X Z轴同时返回参考点，G27：X轴返回参考点，G29：Z轴返回参考点。3. 快速定位 G00 X Z 快速定位到指定点。4 .直线插补 G01 X Z F 该指令用于车外圆及端面。F为进给速度，其单位为mm/min (用G94或G98指定)或mm/r(用G95或G99指定)。5 .圆弧插补 G02（03） X Z I K F 该指令用于车顺圆或逆圆周。X Z为圆弧终点坐标，I K为圆心相对于起点的坐标，F为进给速度。6.螺纹切削 G33（32） X Z P（E） I K 该指令用于螺纹切削，X Z为螺纹终点坐标，P为公制螺纹导程(0.25-100mm)，E为英制螺纹导程(100-4牙/英寸)，I K为退尾
