数控机床操作入门.docx
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数控机床操作入门
第一章绪论
近来来，数控技术的发展十分迅速，数控机床的普及率越来越高，在机械制造业中得到了广泛的应用。
制造业的工程技术人员和数控机床的操作与编程技术人员对数控机床及其操作与编程技术的需求越来越大。
数控机床是一种完全新型的自动化机床，是典型的机电一体化产品。
数控技术集计算机技术、成组技术、自动控制技术、传感检测技术、液压气动技术以及精密机械等高新技术于一体，是现代化制造技术的基础技术和共性技术。
随着数控机床的广泛应用，急需培养大批能熟练掌握现代数控机床编程、操作、维修的工程技术人员。
为普及与提高数控加工新技术，本教程针对目前广泛运用的FANUC和SIEMENS两种系统进行操作介绍。
第二章数控车床结构
第一节数控车床简介
数控车床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盘类零件的车削加工。
卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。
相对于立式数控车床来说，卧式数控车床的结构形式较多、加工功能丰富、使用面广。
本教程主要针对卧式数控车床进行介绍。
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。
1．经济型数控车床采用步进电动机和单片机对普通车床的车削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，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。
2．普通数控车床根据车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车削加工。
这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。
3．车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，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（、C）或（Z、C）。
由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。
在卧式数控车床上可车削加工的零件如图2－l所示。
数控车床由数控系统、床身、主轴、进给系统、回转刀架、操作面板和辅助系统等部分组成。
图2－2、图2－3所示分别为韩国大宇重工生产的立式数控车床PUMA－VIS和卧式车削加工中心PUMA．SHC．3A。
图2－1车削加工的零件种类
图2－2立式数控车床
图2－3卧式车削加工中心
第二节数控车床的卡盘和尾架
液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。
对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。
尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。
图2－4所示分别为普通液压卡盘和液压尾架，图2－5所示为利用液压尾架进行车削加工。
图2－4液压卡盘和液压尾架
a）普通液压卡盘b）液压尾架
图2－5车削加工状态
第三节数控车床的刀架
刀架是数控车床非常重要的部件。
数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量一般为8把、10把、12把或16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。
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、镜刀。
车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。
少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。
数控车床可以配备两种刀架：
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。
这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。
2．通用刀架根据一定的通用标准内VDI，德国工程师协会）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。
图2－6和图2－7所示分别为一种专用刀架和VDI通用刀架。
图2－6专用刀架图2－7VDI刀架
第四节数控车床的刀具
在数控车床或车削加工中心上车削零件时，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上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。
数控车床上常用的刀具如图2－8所示。
图2－8数控车床常用刀具
第三章FANUC系统数控车床操作
第一节FANUCO-TD数控系统简介
FANUCO-D系列是具有与O-C系列同等的高可靠性的CNC系统是世界上是最成功的CNC，精确的测试和完整质量控制确保其故障率很低，O-D系列配置高可靠性的FANUCαC系列和β系列AC伺服电机，机床主轴可配置高速，大功率的FANUCAC主轴电机系列。
O-D系列以功能包的方式提供给用户，它包括CNC单元、控制电机、主轴电机和控制电机放大器。
O-TD有O-TD和O-TDⅡ两种配置，OMD有O-MDⅡ-种配置。
用户可根据具体应用选择最佳的系统配置。
FANUCO-TD车床仿真系统是一个基于WINDOWS操作系统的应用软件，可根据各种电脑排版软件生成的G代码进行加工，如MASTCAM，还可以根据手写G代码数控程序进行加工。
该系统是基于WINDOWS应用软件，并对BEIJING-FANUCSeriesO-TD数控系统进行高度仿真，具有良好的人机界面和简便的操作性能；具有同FANUCO-SeriesCNC控制器相同的屏幕、面板组成和功能，加载NC文件时，自动对程序进行语法检查；具有自动、编辑、MDI、MPG、JOG等模式和Dry、M01等开关；编辑模式中，实时提供G代码功能与格式提示信息系统实时处理NC代码，生成机床移动指令。
第二节控制面板与操作
FANUCO-TD主界面如下图所示：
界面上的部件可以分为四个区域：
1．数控机床电源
2．屏幕显示
3．屏幕字符输入键区
4．控制按钮和旋钮区
下面详细介绍界面的各个部分：
1．数控机床电源
为电源开关和电源指示灯，“ON”按钮表示开电源，“OFF”按钮表示关电源。
右边边的是一个指示灯，当启动电源时，指示灯变成红色，当关闭电源，指示灯恢复原来的颜色。
2．屏幕显示
屏幕显示如下图所示：
屏幕主显示区：
主要显示当前的加工状态，如当前机床系和工件系的X,Z坐标值，主轴转速，进给速度，以及输入各种参数的值，当系统读入加工文件后，此区域还可以显示加工的G代码。
屏幕下方显示菜单，菜单的选择依靠下方的菜单软键，菜单有嵌套，一个菜单下可能有若干个子菜单，通过菜单，我们能访问到系统所有的功能和设置。
操作菜单依靠下面介绍的菜单功能键。
屏幕的最下面是菜单功能区，即软键，各软键的具体名称随按下的功能键而改变。
菜单功能键区：
中间的五个按钮对应着屏幕中的五个菜单，按下菜单软键即选择了相对应的菜单命令。
左边第一个按钮的功能是向左滚动菜单。
按钮的功能是向右滚动菜单。
3．屏幕字符输入键区
屏幕字符键区如下图所示：
屏幕字符键主要在撰写和修改程序时用到：
键为上档键，当按下此键后，在屏幕中将有显示，表示现在处于上档2状态。
再按下此键后，在屏幕中将有显示，表示现在处于上档3状态。
对于按钮来说，当上档键没有按下时，输入屏幕的将是“K”字符，而当上档键按下一次时，输入则为“J”，而当上档键按下两次时，输入则为“I”。
键为退格键，用于删除前一字符，相当于键盘上的BackSpace键。
键用于输入在“插入”和“替换”间切换。
键用于删除当前文本。
用于光标向前和光标向后定位。
则是向上翻页和向下翻页。
用于输入空格。
是回车键，相当于键盘上的Enter键。
键在程序编辑状态下用于输出当前编辑的文件。
键用于显示当前绝对坐标和相对坐标屏幕。
显示程序编辑屏幕。
显示坐标偏置设置屏幕。
显示刀具参数的设置屏幕。
显示选项菜单。
各功能键的作用如下：
1．位置功能键POS
按功能键后，按对应的软键可以显示以下内容。
（1）全部坐标按软键“全部”后会显示如上图所示的全部坐标显示画面。
该画面中的X、Z是刀具在工件坐标系中当前位置的相对坐标和绝对坐标。
这些坐标值随刀具的移动而改变。
在该画面中还显示下列的内容：
当前位置指示；
当前程序名称；
各个软键名称；
当前运行方式；
当前运行时间。
（2）绝对坐标当按软键“绝对”后会显示绝对坐标显示画面，如下图所示：
（3）当按下软键“相对”后，所显示的内容除坐标为相对坐标值外，其余与绝对位置显示画面相同。
如下所示：
2．程序功能键PRGRM
按功能键后，出现如下所示的当前执行程序画面：
按对应的软键：
（1）软键菜单左滚键“<”显示左边还有的菜单按钮。
上面的显示已经包括最左的菜单软键了。
（2）软键【保存】保存目前的程序。
（3）软键【复制】复制选中的程序指令。
（4）软键【剪切】剪切选中的程序指令。
（5）软键【粘贴】粘贴选中的程序指令。
（6）软键【返回】返回到主菜单屏幕。
（7）软键菜单右滚键“>”显示右边还有的菜单按钮。
按下以后显示如下：
（8）软键【删除】删除选中的程序指令。
（9）软键【程序】显示当前执行程序文件的属性。
再按就又回到前面的程序显示状态。
（10）软键【当前】显示当前的加工代码，并把当前的加工代码行高度变亮显示。
3．零点设置OFSET
按该功能键以后可以进行工件坐标系设置和显示。
如下所示：
如下图所示：
当把刀具地刀位点移动到工件的最外圆一点时，输入刀位点的坐标数值，按下软键【确定】就确定了工件坐标系。
4．刀具参数设置键TOOLPARAM
按下该功能键后可以进行刀具补偿值的设置和显示，即进行对刀操作。
显示如下：
按对应的软键：
（1）软键【对刀】当刀具的刀位点移动到对刀参考点以后，按下这个软键就会自动的屏幕上显示出刀具的长度补偿值。
（2）软键【向前】显示前一把刀具的参数设置屏幕。
（3）软键【向后】显示后一把刀具的参数设置屏幕。
（4）软键【确认】确认输入的刀具的参数设置。
（4）软键【返回】返回到主菜单屏幕。
所谓对刀，就是要获知车刀与一把设定的基准刀在X轴和Z轴方向上的距离，也就是求刀补。
刀具正确安装后，接着要进行对刀。
下面介绍的对刀法，优点是无需特殊对刀工具，简便快速，有时1－2min就能对出一把刀，而且较为正确有效。
通常设定第1把进行车削的刀具为基推刀。
一般情况下，钻头、中心钻及复杂刀具不作基准刀，在安排工步时应予考虑。
例中认定外圆刀（1号刀）为基准刀。
将一根直径20－30mm的棒料夹在三爪自定心卡盘上，手动进给，先试切毛坯，把端面和外圆光一刀。
把刀具的刀尖移到工件的最外一点O（如下图所示），这样子就建立了如图所示的直角坐标系。
此时按软键【对刀】就设置了刀具补偿，完成了对刀。
如果2号刀是外螺纹刀，通过慢速点动，小心翼翼地将外螺纹刀刀尖刚刚接触上棒料地外圆最外一点，并最终使刀具处于图2所示位置。
这样子第二把刀就对好了，其他的刀具以此类推。
5．设置键MENU
按下按钮，将出现选项菜单设置屏幕，如下图所示：
默认显示的是【参数】子菜单屏幕，此时可以修改的系统参数有：
1．进给率
默认为400mm/min，进给速度最低为零，最大值由具体的机床决定。
2．主轴转速范围
默认为1000rpm。
范围由具体的机床决定。
3．JOG进给率
默认为400mm/min。
范围由具体的机床决定。
加工前可能还要设置这些加工参数。
修改了参数后要记得按下【确认】，使修改生效，否则修改将不起作用。
4．控制按钮和旋钮区
控制按钮和旋钮区如下图所示：
下面分别介绍：
为运行模式选择旋钮，左起，“zeroreturn”为返回参考点模式，“AUTO”为自动加工模式，是最常用的加工方式，“MDI”为手动程序输入模式，“JOG”为手动连续进给模式，“STEP”为单步加工模式。
0.1-1-10-100表示点动进给的距离增量值，分别为0.1mm、1mm、10mm和100mm。
为进给速度倍率选择旋钮，按照刻度，可从0％－200％可调。
为JOG进给速度倍率选择旋钮，按照刻度，快速进给速度可从25％、50％、100％中选择，用目前的JOG速度乘上倍率得到实际的JOG速度。
为刀架转动按钮。
按钮“T90”用于顺时针转动刀架90度。
为冷却液按钮。
左边的按钮“ON”表示开冷却液，右边的按钮“OFF”表示关闭冷却液。
为主轴速度倍率选择旋钮。
分七段速度，用目前的速度乘上倍率得到实际的速度。
为回零选择按钮和JOG运动轴选择按钮。
是X轴回零，是Z轴回零。
是JOG运动时+X方向运动，是JOG运动时－X方向运动是JOG运动时+Z方向运动是JOG运动时－Z方向运动，是JOG运动的快速运动进给，即加快进给速度。
为主轴控制按钮，从左到右分别为主轴正转开，主轴停止，主轴反转开。
为NC程序运行控制开关按钮。
从左到右分别是NC开启，NC暂停，NC停止复位，是运行加工程序时的主要控制按钮。
键用于打开本帮助系统。
为锁定NC按钮，NC被锁定后必须输入密码才能继续使用，初始密码为“12345”。
为紧急停止按钮。
第三节FANUCO-TD数控车床操作步骤
下面详细介绍加工的过程：
1.开启电源：
在进行加工前，要先开启电源，即让电机运行并初始化，然后处于等待命令的状态。
开启的方法是按下键，当旁边指示灯的红灯亮时，说明现在机床的电源开启，可以进行运动和加工。
点击按钮后，机床将切断电源，同时红色电源灯熄灭。
选择主菜单的“设置”项，将出现系统设置对话框，如下图所示：
系统设置对话框显示和整个程序相关的一些选项：
1.“启动时显示欢迎屏幕”
决定本程序启动时是否显示欢迎屏幕，如去掉前面的勾，则启动时将不显示欢迎屏幕。
2.“显示工具提示”
决定程序运行时是否显示按钮的工具提示。
按钮的工具提示会告诉用户按钮的功能和作用。
开启工具提示后，只要把鼠标放置在按钮上一会儿，将出现响应的工具提示。
如下图所示：
3.“程序启动时电源开启”决定程序启动后电源是否处于已经开启状态。
4.“屏幕颜色设置”可以改变屏幕显示的字体的颜色，“恢复默认”按钮可以恢复默认的屏幕字体颜色。
颜色设置屏幕设置如下：
5.按下“密码设置”选项卡，显示密码设置界面，可以更改锁定NC机床的密码。
2.对刀和设置参数：
启动电源和最基本的环境设置以后，接着进行对刀和参数设置。
1）回零操作：
把运行模式选择为“zeroreturn”模式，然后点击按钮，就回到X轴方向的零点，再点击按钮，回到Z轴方向的零点。
2）参数设置：
按下按钮，将出现选项菜单设置屏幕，如下图所示：
默认显示的是“参数”子菜单屏幕，此时可以修改的系统参数有：
1．进给率
默认为400mm/min，进给速度最低为零，最大值由具体的机床决定。
2．主轴转速范围
默认为1000rpm。
范围由具体的机床决定。
3．JOG进给率
默认为400mm/min。
范围由具体的机床决定。
加工前可能还要设置这些加工参数。
修改了参数后要记得按下“确认”，使修改生效，否则修改将不起作用。
3）对刀和刀具参数设置：
按下按钮，将出现坐标系设置屏幕，如下图所示：
输入当前对刀点的位置位置，按下“确认”后，程序便记住了输入的坐标值，从而确定了工件坐标系。
当选择了菜单中的“刀具”子菜单，或者屏幕字符键中的将出现刀具设置屏幕，如下：
刀具参数包括刀具号、刀具长度补偿、刀具磨损。
软键【向前】和【向后】分别选择前一把刀具和后一把刀具。
软键【确认】将保存用户填入的刀具参数值，否则无效。
对刀时有两种方式：
一．移动刀具，使其与工件相接触，直接按“对刀”后，就会自动显示出刀具补偿值。
二．移动刀具，使其与工件相接触，手动输入刀具参数值。
按“确认”将保存输入的刀具参数值，否则无效。
对刀时可以使用增量点动和连续点动。
选择运行模式0.1－50JOG，使当前的进刀方式是增量点动。
点动的增量值将从0.1mm到50mm。
选择了适合的点动增量后，按下相应的按钮，机床将沿着相应的方向运动，运动的距离为选择的点动增量。
例如：
按下按钮，机床将沿着X轴的正方向运动。
选择运行模式为JOG时为连续进给。
增量点动的时候还可以选择运行的进给率，转动JOG的进给率旋钮到自己所需要的进给速度。
当把运行模式按钮打到“JOG”档，就选择了选择了连续的进刀方式。
选择连续的进刀方式后，按下相应的按钮，机床将沿着相应的方向运动直到用户再次按下上次按过的按钮。
例如：
按下等按钮，机床将沿相应的方向不断地运动，直到用户再次按下按钮才停止。
连续点动还可以采用不同的速度，默认的为低速，如果按下了按钮后，表明现在处于快速进刀中。
再次按下按钮，速度又恢复为默认速度。
当走到了需要下刀的位置后，进入“坐标系设置”菜单，输入对刀点的位置，按下“确定”按钮。
3.读入程序或撰写程序：
当选择了菜单中的“通讯”子菜单，将出现如下屏幕：
“读入”菜单弹出“打开文件”对话框。
用于程序读入已经编制好的加工代码文件。
“输出”菜单用于将修改好的加工文件重新保存。
“编辑”菜单显示程序编辑屏幕，显示当前读入的程序文件内容。
如果输入文件成功，则在“通讯”屏幕上将显示文件名，文件大小和文件的路径。
点击“编辑”菜单或者控制面板上的按钮，都将进入下面的屏幕显示：
在这种情况下，可以进行自己所需要的操作。
4.选择加工方式：
用户可以根据自己的需要来选择加工方式。
自动加工使用最为普遍，将“运行模式”旋钮打到“AUTO”启用自动加工模式。
系统从输入的加工文件中读取代码自动进行加工。
将“运行模式”旋钮打到“STEP”启用单段加工，此种加工方式一般用于程序的调试，每次启动加工只加工一行加工代码。
手动加工方式和自动方式类似，用户在撰写好加工文件并保存后，可以选择手动方式进行加工。
5.进行加工：
上面的准备工作完成后，就可以进行加工了。
确认当前的加工方式已经选为“自动加工”，“单段加工”，“手动加工”中的一种后，单击按钮启动加工过程。
加工开始后，面板下方将出现进度条，提示用户当前的加工完成情况。
如下图：
加工过程中可以暂停，按下按钮，可以暂停当前加工过程。
如要继续加工，可以再次按下按钮，恢复加工过程。
如果在加工过程中出现了问题或者其他问题需要停止加工，可以按下按钮，系统将弹出如下对话框：
提示加工过程已经被中断。
停止加工后程序将复位，如要继续加工必须重新开始。
加工完成后，将弹出对话框提示加工完成。
6．重复加工
只要点击键，就会重新再加工一边零件。
第四节数控车床操作实例
FANUCO-TD的数控车床具体的操作步骤上一节已经阐述了，这一次结合数控车床的编程来操作实例。
本系统所用的数控代码规格：
1：
程序结构
NC程序由各个程序段组成，每个程序段执行一个加工步骤，程序段由若干个字组成，最后一个程序段包含程序结束符M2。
字由地址符和数值组成，地址符必须用大写。
2：
数字后用空格或者；分隔。
此为判断数据结束标志；
3：
指令表
G00；快速移动。
如：
G00X40Z0;
G01；直线插补。
如：
G01X40Z0;
G02；顺时针圆弧插补。
如：
G02X40Z10I10K0或者G2X40Z10R10;
G03；逆时针圆弧插补。
如：
G3X40Z10I0K10;
G33；恒螺距的螺纹切削。
如：
G33Z-10K1;//K为螺距G76；螺纹循环指令。
如：
G76X10Z-20K2P5;//K为
螺距，P为循环加工次数，这里的X值是螺纹的最小直径，Z为螺纹退出点Z方向的值。
G90；绝对尺寸。
G91；相对尺寸。
G94；进给率F，单位毫米/分。
G95；主轴进给率F，单位毫米/转。
T；刀具号。
如：
T1M6;//转到1号刀具
M0；程序停止。
暂停，按“启动”加工继续。
M2；程序结束。
在程序的最后一段被写入。
M3；主轴顺时针旋转。
M4；主轴逆时针旋转。
M5；主轴停。
M6；更换刀具。
如：
T1M6；//换刀一定要有M6
M30;主程序结束。
M98；调用子程序。
如：
M98L001P3;
M99；子程序结束。
P；子程序调用次数或者螺纹循环次数。
L，O；子程序代号。
L用来和M98合用一条指令；
X，Z；坐标轴。
I,K,R；插补参数。
注：
本系统没有设置工件坐标系的G代码，比如常用的G50或者G92。
因为本系统在加工前的参数设置中已经设置了工件坐标系，就没有必要在程序中重复设置了。
针对有些程序代码中有G50或者G92，用户可以用G0或者G1代替它们，例如程序中指令本来是
G50X100Z20
换为G0X100Z20就可以了。
4.调用子程序功能
本版本开始支持基本的子程序调用。
调用子程序使用M98指令字，后跟字符L和子程序代号。
O标志用来说明一个子程序的开始，后跟这个子程序的名字。
结束一个子程序用M99指令字。
主程序以M30标志结束，所有的子程序都必须位于主程序之后，M02指令之前。
一个典型的例子如下：
G01……
……
M98L1000P5；注释：
调用子程序<1000>，P是子程序调用次数
G01……
……
M98L1002；调用子程序<1002>
……
M30；主程序结束
O1000；子程序<1000>开始
G91
G01……
……
G90
M99；<1000>结束
O1002；子程序<1002>开始
……
M99；<1002>结束
M02；整个程序结束
（一）编程前应该做一些工艺准备工作：
1．确定工件的加工部位和具体内容
确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。
（1）工件在本工序加工之前的情况，例如铸件、锻件、或形状、棒料、加工余量等。
（2）前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面等。
（3）要求本工序加工的部位和具体内容。
（4）为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工前毛胚图及本工序加工图。
2．决定工件装夹方式和设计夹具
根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。
数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可以采用尾座顶尖支持工件。
工步顺序合理与否直接影响被加工工件的加工精度、加工效率以及经济效益。
工步应本着从粗到精的原则，即先进行粗加工切去毛料大部分余量，尽量减少换刀次数，以减少空程运行时间。
（二）确定工艺过程
具体的零件具体分析。
（三）编制程序
数控车床编程完以后，就可以按照上一节介绍的FANUCO-TD数控车床系统的操作步骤进行加工操作。
例1：
下图所示是一个零件，零件尺寸如图所示：
数控程序如下：
G0X50Z10S865M3
T1M6
G1X30Z2F400
G1Z-50
G1X40
G0Z2
G1X32Z2
M98L1000P10
G9
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