数控车床入门编程和操作实例

数控车床编程和操作-1-第一节数控车床加工概述一、数控车床的加工对象及加工特点二、数控车床的主要类型三、数控车床的主要技术参数四、常见的数控车床控制系统一、数控车床的加工对象及加工特点（1）高难度加工图4—1特殊内表面零件示例成型面零件、非标准螺距(或导程)、变螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺旋面之间作平滑过渡的螺旋零件都可在数控车床上加工。（2）高精度零件加工零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度。复印机中的回转鼓、录像机上的磁头及激光打印机上的多面反射体等超精零件，几何轮廓精度高达0.01μm、表面粗糙度数值达Ra0.02μm这些高精度的零件均可在特殊精密数控车床上加工出来。（3）淬硬工件的加工在大型模具加工中，有不少尺寸大且形状复杂的零件。这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，而在数控车床上可以用陶瓷车刀对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。（4）高效率加工为了进一步提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件。数控车床编程和操作-2-图4—2六轴控制的数控车床加工示意图现代数控车床，必须具备良好的便于操作的优点。数控车床加工具有如下特点：1．节省调整时间(1)快速夹紧卡盘减少了调整时间。(2)快速夹紧刀具减少了刀具调整时间。(3)刀具补偿功能节省了刀具补偿的调整时间。(4)工件自动测量系统节省了测量时间并提高加工质量。(5)由程序指令或操作盘的指令控制顶尖架的移动也节省了时间。2．操作方便(1)倾斜式床身有利于切屑流动和调整夹紧压力、顶尖压力和滑动面润滑油的供给，便于操作者操作机床。(2)宽范围主轴电机或内装式主轴电机省去了齿轮箱。(3)高精度伺服电机和滚珠丝杠间隙消除装置使进给速度快并有好的准确性。(4)具有切屑处理器。(5)采用数控伺服电机驱动数控刀架。3.具有程序存储功能现代数控机床控制装置可根据加工形状，并把粗加工的加工条件附加在指令中，进行内部运算，自动地计算出切削轨迹。4.采用机械手和棒料供给装置既省力又安全，并提高了自动化和操作效率。5.加工合理化和工序集约化可完成高速度高精度加工及复合加工的目的。二、数控车床的主要类型数控车床编程和操作-3-1．数控车床的组成及其作用（1）主体机床主体主要包括床身、主轴箱、床鞍、尾座、进给机构等机械部件。（2）数控装置(CNC装置)数控装置是数控车床的控制核心，一般采用专用计算机控制，主要由显示器、键盘、输入和输出装置、存储器以及系统软件等组成。（3）伺服驱动系统伺服驱动系统是数控车床执行机构的驱动部件，将CNC装置输出的运动指令信息转换成机床移动部件的运动，主要包括主轴驱动、进给驱动及位置控制等。（4）辅助装置辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括换刀装置、对刀仪，液压、润滑、气动装置、冷却系统和排屑装置等。1—电气箱；2—主轴箱；3—机床防护门；4—操作面板；5—回转刀架；6—尾座；7—排屑器；8—冷却液箱；9一滑板；10—卡盘踏板开关；1l—床身；2．数控车床的分类1)按车床主轴位置分类(1)立式数控车床其车床主轴垂直于水平面，并有一个直径很大、供装夹工件用的圆形工作台。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。(2)卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。2）按加工零件的基本类型分类(1)卡盘式数控车床这类车床未设置尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。其夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。数控车床编程和操作-4-(2)顶尖式数控车床这类数控车床配置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。3)按数控系统的功能分类(1)经济型数控车床（简易数控车床）一般用单板机、单片机进行开环控制，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，加工精度较低，功能较简单。机械部分多为在普通车床基础上改进(2)全功能型数控车床较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适宜于加工精度高、形状复杂、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件的加工。(3)精密型数控车床采用闭环控制，不但具有全功能型数控车床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快，在数控车床基础上增加其他附加坐标轴。适用于精密和超精密加工。4)其他分类方法按数控车床的不同控制方式分：直线控制数控车床、两主轴控制数控车床等；按特殊或专门工艺性能分：螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。此外，车削中心也列入这一类，分立式和卧式车削中心两类。三、数控车床的主要技术参数数控车床的主要技术参数有：•机床质量，•机床外形尺寸(长x宽x高)，•允许最大工件回转直径，•最大车削直径，•最大车削长度，•最大棒料尺寸，•主轴转速范围，•X、Z轴行程，•X、Z轴快速移动速度，•定位精度，•重复定位精度，•刀架行程，•刀架转位数，•刀架装刀数，•刀具装夹尺寸，•主轴头型式，•主轴电机功率，•进给伺服电机功率，•尾座行程，•卡盘尺寸等。数控车床编程和操作-5-中德欧马科TH-15型数控车床的主要技术参数：四、常见的数控车床控制系统常用的数控车床系统有：日本的FANUC公司的0T、3T、5T、6T、10T、11T、0TC、0TD、0TE、7CT、160／18TC、160／180TC、0i等，德国的SIEMENS公司的802S、802C、802D、810D、840D、840Di、840C等，美国ACRAMATIC数控系统、国内生产的数控车床系统北京机床研究所的1060系列，无锡数控公司的8MC／8TC数控系统，北京凯恩帝数控公司KND-500系列，北京航天数控集团的CASNUC—901、902系列，广州数控设备厂GSK980T系列，大连大森公司的R2F6000型珠峰数控公司的CME988(中华I型)系列，北京航天数控集团的CASNUC－911MC(航天I型)，华中数控公司的世纪星21T中科院沈阳计算所LT8520／30(蓝天I型)等。允允许许最最大大工工件件回回转转直直径径，，mmmmфф338800最最大大车车削削直直径径，，mmmmфф332200最最大大车车削削长长度度，，mmmmфф550000最最大大棒棒料料直直径径，，mmmmфф4422主主轴轴通通孔孔直直径径，，mmmmфф5544刀刀架架工工位位数数1122主主轴轴电电动动机机功功率率，，kkww77..55//1111XX轴轴电电动动机机功功率率，，kkww00..66ZZ轴轴电电机机功功率率，，kkww00..66刀刀架架的的最最大大XX向向行行程程，，mmmm118800刀刀架架的的最最大大ZZ向向行行程程，，mmmm552200主主轴轴转转速速，，rr//mmiinn6600——66000000最最大大移移动动速速度度，，mm//mmiinnXX、、ZZ向向均均为为2200数控车床编程和操作-6-一、数控车床加工刀具及其选择1．常用车刀的种类和用途a.尖形车刀——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）b.圆弧形车刀——刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上c.成型车刀——样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。图4-4圆弧形车刀图4-5常用车刀的种类、形状和用途1）切断刀；2）90°左偏刀；3）90°右偏刀；4）弯头车刀；5）直头车刀；6）成型车刀；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）盲孔车刀2．机夹可转位车刀的选用数控车削加工时，为了减少换刀时间和方便对刀，尽量采用机夹车刀和机夹刀片，便于实现机械加工的标准化。数控车床常用的机夹可转位式车刀结构型式如图4-6所示。图机夹可转位式车刀结构型式（1）刀片材质的选择常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、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。数控车床编程和操作-7-（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kr有关，使用时可查阅有关刀具手册选取。图切削刃长度、背吃刀量与主偏角关系（3）刀片形状的选择刀片形状主要依据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因素选择。a-T型；b-F型；c-W型；d-S型；e-P型；f-D型；g-R型；h-C型数控车床编程和操作-8-表被加工表面与适用的刀片形状二、数控车削加工的切削用量选择1．切削用量的选用原则（1）背吃刀量αp的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，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。为了保证加工表面质量，可留少许精加工余量，一般为0.2~0.5mm。（2）切削速度v的确定切削速度是指切削时，车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度(m/min)，又称为线速度。与普通车削加工时一样，根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。主要根据实践经验来确定。（3）进给量f的确定进给量是指工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离，单位为mm/r，它与背吃刀量αp有着较密切的关系。表4—1为一些资料上切削用量推荐数据，供使用时参考。数控车床编程和操作-9-表4—1切削用量推荐数据2．选择切削用量时应注意的几个问题（1）切削用量选择的一般原则是：粗车时，宜选择大的背吃刀量αp，较大的进给量f，较低的切削速度v，以提高生产率。半精车或精车时，应选用较小(但不能太小)的背吃刀量αp和进给量f，较高的切削速度v，以保证零件加工精度和表面粗糙度。（2）主轴转速由于交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。主轴转速n可用下式计算：n=1000v/πd（3）车螺纹时的主轴转速a.螺纹加工程序段中指令的螺距值b.刀具在其位移过程的始/终，都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补运算速度的约束.c.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、编码器的质量不稳定时，会导致工件螺纹产生乱纹（俗称“烂牙”）。车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下：式中P——被加工螺纹螺距，mm；k——保险系数，一般为80。三、数控车削加工的装夹与定位1．数控车床的定位及装夹要求在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或端面、内孔装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程基准统一，以减少定位误差，提高加工精度。1200nkP数控车床编程和操作-10-要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确。数控车床对工件的装夹要求：首先应具有可靠的夹紧力，以防止工件在加工过程中松动；其次应具有较高的定位精度，并多采用气动或液压夹具，以便于迅速和方便地装、拆工件。2．常用的夹具型式及定位方法（1）圆柱心轴定位夹具加工套类零件时，常用工件的孔在圆柱心轴上定位，如图4-6a）、b)所示。（2）小锥度心轴定位夹具将圆柱心轴改成锥度很小的锥体(C=1/1000—1/5000)时，就成了小锥度心轴。工件在小锥度心轴定位，消除了径向间隙，提高了心轴的定心精度。定位时，工件楔紧在心轴上，靠楔紧产生的摩擦力带动工件，不需要再夹