分享第2章数控车床的操作与编程

2011精品ksdowe第2章数控车床的操作与编程2.1数控车床及其组成2.1.1数控车床的类型及基本组成1．数控车床的类型（1）水平床身（即卧式车床）有单轴卧式和双轴卧式之分。由于刀架拖板运动很少需要手摇操作，所以刀架一般安放于轴心线后部，其主要运动范围亦在轴心线后半部，可使操作者易接近工件。采用短床身占地小，宜于加工盘类零件。双轴型可便于加工零件正反面。（2）倾斜式床身在水平导轨床身上布置三角形截面的床鞍。其布局兼有水平床身造价低、横滑板导轨倾斜便于排屑和易接近操作的优点。有小规格、中规格、大规格三种。（3）立式数控车床分单柱立式和双柱立式数控车床。采用主轴立置方式，适用于加工中等尺寸盘类和壳体类零件。便于装卸工件。（4）高精度数控车床分中、小规格两种。适于精密仪器、航天及电子行业的精密零件。（5）四坐标数控车床机床设有两个X、Z坐标或多坐标复式刀架。可提高加工效率，扩大工艺能力。（6）车削加工中心车削中心可在一台车床上完成多道工序的加工。从而缩短了加工周期，提高了机床的生产效率和加工精度。若配上机械手，刀库料台和自动测量监控装置构成车加工单元，用于中小批量的柔性加工。（7）各种专用数控车床如数控卡盘车床、数控管子车床等。2．数控车床的基本组成数控车床的整体结构组成基本与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架及其拖板、尾座等基本部件，但数控柜、操作面板及显示监控器却是数控机床特有的部件。即使对于机械部件，数控车床和普通车床也具有很大的区别。如数控车的主轴箱内部省掉了机械式的齿轮变速部件，因而结构已非常简单了；车螺纹也不再需要另配丝杆和挂轮了；刻度盘式的手摇移动调节机构也已被脉冲触发计数装置所取代。下面以CK7815数控车床和CK9330型数控车床为例简单介绍一下数控车床的结构组成。CK7815型数控车床是长城机床厂的产品，可选配FANUC-6T或FANUC-5T系统，为两坐标联动半闭环控制的CNC车床。该车床能车削直线（圆柱面）、斜线（锥面）、圆弧（成形面）、公制和英制螺纹（圆柱螺纹、锥螺纹及多头螺纹），能对盘形零件进行钻、扩、铰和镗孔加工。CK7815数控车床如图2-1所示。其床身导轨为60º倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩形，刚性很好。主轴由直流（配5T系统时）或交流（配6T系统时）调速电机驱动，主轴尾端带有液压夹紧油缸，可用于快速自动装夹工件。床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔刀架，刀盘可选配8位、12位小刀盘和12位大刀盘。纵横向进给系统采用直流伺服电机带动滚珠丝杠，使刀架移动。尾座套筒采用液压驱动。可采用光电读带机和手工键盘程序输入方式，带有CRT显示器、数控操作面板和机械操作面板。另外还有液动式防护门罩和排屑装置。若再配置上下料的工业机器人，就可以形成一个柔性制造单元（FMC）。2011精品ksdoweCK9330型数控车床配有由华中数控研制开发的HCNC-1T数控系统，直接由PC电脑通过数控软件进行加工控制的新型CNC系统。该机床是一开环控制的台式车床，其机械部分由床身、床头箱、工作台、大小拖板、普通刀架、尾座、主轴电机、XZ轴步进电机（4NM,1NM各一个）等组成，控制部分由机床强电控制柜、机械操作面板、PC电脑及其数控软件等组成。如图2-2所示。CK9330型数控车床能够控制的主要有X、Z轴的运动（包括移动量及移动速度的控制，能进行直线、圆弧的插补加工控制）、一些电器开关的通断（包括主轴正反转及停转、进给随意暂停和重启、急停及超程保护控制）等，由于主轴采用的是一般交流电机，故主轴转速不可任意调节。该机床可用于车削内外圆表面、锥面、平面、复杂的回转表面和公、英制螺纹等。图2-1CK7815数控车床图2-2CK9330数控车床的组成2011精品ksdowe2.1.2数控车床的传动及速度控制如图2-3所示为CK7815型数控车床的传动系统图。主轴由AC-6型5.5Kw交流调速电动机或DC-8型1.1Kw直流调速电动机驱动，靠电器系统实现无级变速。由于电机调速范围的限制，故采用两级宝塔皮带轮实施高、低两档速度的手工切换，在其中某档的范围内可由程序代码S任意指定主轴转速。结合数控装置还可进行恒线速度切削。但最高转速受卡盘和卡盘油缸极限转速的制约，一般不超过4500r/min。纵向Z轴进给由直流伺服电机直接带动滚珠丝杠实现，横向X轴进给由直流伺服电机驱动，通过同步齿形带带动横向滚珠丝杠实现，这样可减小横轴方向的尺寸。刀盘转位由电机经过齿轮及蜗杆副实现，可手动或自动换刀。排屑机构由电机、减速器和链轮传动实现。CK7815的主要速度指标为：主轴转速直流电机交流电机（无级）工进速度：0.01~500mm/r0.0001~50in/r1~2000mm/min0.01~600in/min快进速度：纵向Z轴12m/min横向X轴9m/min工进速度和快进速度还受控制面板上相应的速度修调旋钮影响。实际速度还应乘以速度修调的倍率。CK9330型数控车床的传动系统较为简单，该机床主轴是由电机经三角胶带传至车头主轴，由皮带塔轮传动实施有级变速。主轴转速不受S代码的控制，其调整需靠手工进行。按图2-4所示变换各皮带位置，即可得到表2-1中所列的六种主轴转速。由于主轴转速不可无级调控，所以在螺纹车削时只有靠编码器检测主轴的实际转速并反馈到数控系统后再由系统自动调整进给轴的进给速度来保证（主轴每转一圈，刀架移动一个螺距值）。表2-1CK9330主轴变速列表CK9330数控车床的纵向Z轴进给由4NM的三相六拍感应式步进电机直接带动普通丝杠实现，横向X轴进给由1NM的步进电机带动一对18/27的减速齿轮后再带动普通丝杠实现。由于小拖板上的丝杠手柄调节位移量不计入数控装置，因此只用于加工前对刀时的辅助调节，其在加工过程中的任何移动都将影响尺寸精度。CK9330型数控车床的主要规格与技术参数为：床身上最大工件回转直径φ300mm最大工件长度500mm刀架上最大工件回转直径φ140mm图2-4CK9330的主轴变速皮带接法主轴转速（r/min）C160D250E400F630G1000H16002011精品ksdowe主轴通孔直径φ26mm主轴孔莫氏锥度NO.4.刀架最大横向行程160mm刀架最大纵向行程100mm加工公制螺纹种数14加工公制螺纹螺距0.5-3(或更大)加工英制螺纹种数20加工英制螺纹螺距11-401/n纵、横向进给量级数无级调速主轴每转刀架的纵、横向进给量无级调速主轴转速范围160-1600r/min主轴转速级数6另外，还有些车床的主轴虽然采用的是机械式的有级变速，但配合一定的电液动控制系统，也可通过S代码自动实现主轴的变速，当然那也只能是有级变速。2.1.3数控车床的控制面板及其功能用PC电脑作控制系统的数控车床，其程序输入、数据设定及NC控制等操作均可由PC键盘进行，文字及图形信息由显示器显示。CK9330数控车床操作面板的布局如图2-5所示。面板顶行为一排指示灯，分别为指示机床电柜电源的“强电”指示灯、表示机床与计算机数控软件是否联系上的“联机”指示灯、数控系统内部是否有故障的“数控”报警和控制轴行程是否超界的“超程”报警指示灯以及回参考点指示灯。右上部菱形布置的几个按钮为拖板移动用的手动操作按钮，相当于普通车床上的旋转手柄，轴移动方向遵循标准规定，当按住某轴移动方向按钮的同时再按住中间的快移按钮，则该轴将以内部设定的最快速度向指定方向移动，否则将以当前设定的速度修调率移动。指示灯下方的旋钮为速度修调钮，“自动”的各档用于控制机床自动及MDI方式下的进给速度修调率，“手动”各档用于控制点动及步进移动时的X、Z轴移动速度，“增量”各档则用于决定步进方式下点按一下轴移动按钮所产生的移动量。左下NC锁匙电源是为机床提供的又一道电源开关，右下急停按钮是用于紧急情况下强行切断电源的，中部几个为功能控制按钮。超程解除----当Z轴正负方向出现硬性行程超界时，可同时按此钮和Z轴相反方向的按钮以解除超程进给保持和循环启动----用于自动运行中暂停进给和持续加工。单段执行----自动运行方式下若按下此钮，则每执行一段程序后都将暂停等待，需按循环启动方可执行下一段程序。机床锁住----若此按钮按下，则程序执行时只是数控系统内部进行控制运算，可模拟加工校验程序，但机械部件被锁住而不能产生实际的移动。主轴正转、反转和停转----用于手动控制主轴的正转、反转和停转。图2-5CK9330数控车床的操作面板2011精品ksdowe2.1.4控制软件界面和菜单结构HCNC-1T控制软件系统的环境界面如图2-6所示。屏幕顶行为状态行，用于显示工作方式及运行状态等，工作方式按主菜单变化，运行状态在不同的工作方式下有不同的显示。如：自动运行时显示：5%~140%(自动运行的进给速度修调倍率)循环停止（自动运行处于暂停状态）机床锁住（机械锁住有效时）程序单段（单段运行有效时）等；MDI方式时显示：当前默认的G代码模态值（如G00G91G21G94）；点动操作方式：5%~100%（最大速度百分比）X轴进给或Z轴进给；步进功能方式：x1、x10、x100、x1000(四种步进倍率)X轴进给或Z轴进给；屏幕中间为工件加工的坐标显示和图形跟踪显示或加工程序内容显示。屏幕下部为提示输入行和菜单区（多级菜单变化都在同一行中进行）。屏幕右部为信息检索显示区：O-N索引处显示自动运行中的O代码（主程序号）和N代码（程序段号），P-L索引处显示自动运行中的P代码(子程序调用)和L代码(调用次数)，M-T索引处显示自动运行中的M代码(辅助功能)和T代码(刀具号和刀补号)，机械坐标处显示刀具在机床坐标系中的坐标变化。图2-6控制软件的环境界面2011精品ksdowe控制软件系统的菜单结构见附录2。整个菜单的显示切换均在屏幕底行上进行，菜单选取由功能键F1-F10操作，第一级子菜单的调出和所有下级菜单的往上退回均靠F1功能键实施。如：在主菜单级显示时按下F2键选中自动运行方式后该按钮呈凹下状，但需要再按F1键方可切换到自动运行方式的下级菜单。然后在本级菜单显示时按下相应的选用功能键即可自动调用显示下级菜单或执行相应的菜单项功能(即除第一级子菜单调出需按F1键外，往下层次的子菜单调出则不需按F1键，均可自动调出）。从本级菜单返回到上一级以及当本级某菜单项执行完后又想执行本级的另一菜单项功能时则需要按F1功能键，而不是按ESC键，若在主菜单显示时按了ESC键，则自动退出控制软件系统。2.2数控车床的位置调整与坐标系的设定本节主要以CK9330型数控车床及其HCNC-1T控制系统为例介绍其基本操作。2.2.1手动位置调整及MDI操作1．回参考点操作对于具有参考点功能的数控车床而言，当系统接通电源、复位后首先应进行机床各轴回参考点的操作，以建立机床坐标系。（1）先检查一下各轴是否在参考点的内侧，如不在，则应手动回到参考点的内侧，以避免回参考点时产生超程。（2）在主菜单下按F3选择“回零功能”；（3）分别按+X、+Z轴移动方向按键，使各轴返回参考点，回参考点后，相应的指示灯将点亮。返回参考点后，屏幕上即显示此时刀具（或刀架）上某一参照点在机床坐标系中的坐标值，对某机床来说，该值应该是固定的。系统将凭这一固定距离关系而建立起机床坐标系，机床原点通常就设在车床主轴端头（或卡盘）的回转中心处。2．点动操作2011精品ksdowe（1）在主菜单下选择“点动操作”，即按F6功能键，此时屏幕显示如图2-7。（2）将机床操作面板上的进给修调旋钮旋至所需的进给百分比（自动的8档和手动的4档）；此时，实际移动速度=最大移动速度x进给百分比如：若某轴的最大移动速度为6m/min则：5%档时点动移动速度为0.3m/min;100%档时点动移动速度为6m/min;（3）按机床操作面板上的“+X”或“+Z”键，则刀具向X或Z轴的正方向移动，按机床操作面板上的“－X”或“－Z”键，则刀具向X或Z轴的负方向移动；（4）如欲使某坐标轴快速移动，只要在按住某轴的“＋”或“－”键的同时，按住“快移”键即可。说明：①一