数控车床实习指导书.docx

1、数控车床实习指导书金属工艺学教学数控车床实习指导书编 写：朱振云 赵娟审 核：沈煜 关毅天津大学机械工程学院2003年8月第一章 概述随着工业生产和科学技术的日益发展，产品的种类越来越多，零件的形状越来越复杂，对加工质量的要求也越来越高，因而对设备提出了更多的要求，而通用机床自动化程度不高，基本上由人操作，难以提高生产率和保证产品质量，为了解决上述问题，缩短新产品的开发周期，解决复杂型面零件的加工自动化问题并保证产品质量产生了数控机床。数控车床作为使用最广泛的一类数控机床，它主要用于加工多品种、中小批量、产品更新频繁和形状复杂的轴类、盘类、孔类、端面类等回转体零件。 1.1 数控车床工作原理数

2、控车床的工作原理是，用代码化的数字信息将刀具移动的信息记录在程序介质上，然后送入数控系统，经过译码、运算控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。在数控车床上加工零件要经过以下几个阶段：1.编程准备阶段 分析待加工零件图纸，确定合理的加工工艺，包括加工的步骤、刀具的轨迹及切削参数（切深、转速、进给量），并准备好刀具和夹具。2.编程阶段 根据零件图纸和加工工艺，计算出编程所需数据，用机床数控系统能识别的指令编写数控加工程序。程序就是对加工工艺过程的描述。3.加工准备阶段 包括程序的输入、装夹工件及对刀等。 4.加工阶段 当执行程序时，机床系统将程序译码和运算，向机

3、床伺服系统发出运动指令，以驱动机床的运动部件，自动完成对零件的加工。数控车工作流程图1所示。图1 数控车床工作流程图1.2 数控车床的组成数控车床大体上可分为数控系统和机床本体两大部分。1.2.1 数控系统数控系统主要由输入输出装置、数控装置（CNC）、伺服单元、驱动装置、可编程控制器（PLC）、检测反馈装置及相应的软件组成。1. 输入输出装置 输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成响应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内，主要有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等；输出装置（通常为显示器）的作用是为操作人员提供必要的信息。2. 数控装置 数控装置是数控系统的核心，它将输入装置送来的脉冲信号进行编

4、译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。3.伺服单元 伺服单元是数控装置与机床本体的联系环节，它接收来自数控装置的速度和位移指令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度、方向和位移。4. 驱动装置 驱动装置把经过放大的指令信号变为机械运动，通过机械连接部件驱动机床的遛板箱和刀架，使其精确定位或按规定的轨迹作严格的运动，加工出符合要求的零件。驱动装置有步进电动机、伺服电动机等。5. 可编程控制器 主要完成与逻辑运算有关的一些动作，而没有轨迹上的具体要求。它接收CNC的控制代码如辅助功能、主轴转速、选刀及换刀等顺序动作信息，对顺

5、序动作信息进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作。它还接收机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往数控装置用于加工过程的控制。6. 检测反馈装置 检测反馈装置用于检测机床的运动和定位误差，并传送给控制系统，使其修正偏差，从而提高加工精度。目前国内外常用的数控系统主要FANUC、SIEMENS、大森、华中数控、PA等种类。1.2.2 机床本体机床本体即数控车床的机械部件，包括主轴箱、进给机构、刀架、床身及冷却润滑装置等。数控车床机械部件的组成与普通车床相似，但是，由于数控车床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工的要求，其机械部件在精度、

6、刚度、抗震性等方面要求更高。1. 主轴箱 主轴箱是车床传递动力的装置，主轴电机的动力通过皮带、变速齿轮传递给主轴，驱动装夹在主轴头部的工件运转。通常，主轴电机的转动经过齿轮变速后，可以得到多种输出转速。2. 进给机构 进给机构用于实现刀具相对于工件位置的运动，它有横、纵两个方向的水平进给，横向进给机构通常又称为遛板箱。两个进给运动通常采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠的传动结构，可实现平面连续轨迹运动。3. 刀架 刀架用于安装和支撑刀具，加工中可自动回转换刀，其转位迅速，定位精确。4. 尾架 用于支撑较长零件或进行转、铰孔的加工。5. 床身 床身起连接和支撑车床各部件的作用。6. 冷却润滑装置 工件

7、在进行加工时，会产生大量的热；而具有相对运动的部位，也存在摩擦力，因此需要有相应的装置为其提供冷却和润滑。第二章 CAK6150P数控车床简介CAK6150P数控车床具有数控系统编程、设置的各种功能，不具备图形显示功能；其主轴结合变速手柄（位于主轴箱外），可得到3档共12种转速，同一档位内的4级转速可不停主轴转动自动升降；加工工件的最大直径为500mm，最大长度是800 mm；刀架为前置型，最多可同时装夹4把刀具。型号中各项的含义如下：C类代号（车床）A普通型K数控61组、系代号（卧式车床）50主参数（加工工件最大直径的1/10）P系统类型（大森数控系统）2.1 操作面板CAK6150数控车床

8、的布局如图2所示，操作面板位于主轴箱上方，其布局参见图3，主要包括NC操作面板和机床操作面板。NC操作面板和机床操作面板的放大图如图4、5所示，NC操作面板和机床操作面板各键功能如附表及表1所示图2 CAK6150数控车床的布局图图3 操作面板图图3中1.数控装置显示器及NC操作面板 6.数控装置电源停止按钮2.进给速度倍率开关 7.急停按钮3.机床操作面板 8.程序启动按钮4.脉冲手轮 9.程序停止按钮5.数控装置电源起动按钮图4 NC操作面板放大图图5 机床操作面板放大图表1 NC操作面板功能键含义序号名称功能序号名称功能1PAGE翻页12OUT通过I/O输出数据2CURSOR移动光标13

9、VER比较存储和传输的数据3ORG坐标清零14IN通过I/O输入数据4F1(ALM)报警信息15ERS删除5F2(DGN)识别16INS插入6F3(PRM)参数17ALT修改7F4(SET)设置18RST复位8F5(COM)指令19NEXT特殊目的和扩展功能9F6(PROG)编辑20CAN取消10F7(POS)坐标21SHIFT上档11F8(OFS)偏置22WR写入2.2 编程简介2.2.1 坐标系设定1. 进给方向设定CAK6150数控车床横、纵两个方向的进给运动分别称为X向进给和Z向进给，纵（Z）向进给其方向与机床主轴平行，正方向指向机床尾架，横（X）向进给其方向与机床主轴垂直，正方向指向

10、操作者，X 、Z两坐标轴构成一个水平面。2. 加工坐标系设定图6 坐标系的设定示意图车床加工工件，是用车刀来进行的，即用刀尖极其相临刀刃（随着进给的进行）切削掉相应的金属，因此，数控车床编程实际就是确定刀尖的位置和运动轨迹。为了描述刀尖的位置和运动轨迹，必须首先建立一个加工坐标系，然后才能以刀尖运动轨迹中若干个点的坐标按一定的规则编写加工程序。根据车削加工的特点，加工坐标系设定为，加工坐标系的两个轴与车床的X、Z两个进给方向分别平行，并响应地称为X坐标轴和Z坐标轴，坐标原点通常设在卡盘端面或工件端面等位置上。值得注意的是，编程时X坐标采用直径编程，即X值是实际坐标值的2倍，刀具移动量只有编程中

11、X坐标值的一半。图6为加工坐标系设定示意图，图中坐标原点设在卡盘端面，A点是加工起点，R为机床原点。2.2.2 CAK6150数控车床ISO指令代码简介ISO指令代码是国际上通用的数控机床操作使用的语言，它有基本相同的格式，只是用于不同系统时有微小差别。CAK6150数控车床的ISO指令代码有辅助功能（M）代码、刀具选择功能（T）代码和准备功能（G）代码，与其它数控机床略有不同。2.2.2.1 辅助功能（M）代码M代码用于设定辅助动作及状态，格式为Mxxx为数字，CAK6150数控车床各M代码的功能如表2所示。表2 M代码序号项目功能序号项目功能1M00程序暂停9M40主轴空档2M02程序结束

12、10M41主轴1档3M03主轴正转启动11M42主轴2档4M04主轴返转启动12M43主轴3档5M05主轴停转13M44主轴4档6M08冷却液开14M50螺纹退尾角开7M09冷却液关15M51螺纹退尾角关8M30程序结束并返回程序开始16M98调用子程序2.2.2.2 刀具选择功能（T）代码T代码用于设定刀具和刀具补偿，格式为Txx#xx两位为刀号，取值范围为0104。#两位为刀补单元号，取值范围为0199，可以取00，表示撒消刀补。刀号和刀补号可以随意组合，每个刀具都可以使用多组刀补单元。例如：选择第二把刀具，准备用第三个刀补单元对第二把刀具进行补偿，必须在程序的适当位置编写语句T0203

13、。2.2.2.3 准备功能（G）代码G代码用于设定刀具插补进给、定位等功能，格式为Gxx X(U) Z(W) ( (I K)或(R) ) (F)x为数字，为CAK6150数控车床各G代码的功能如表3所示。表3 G代码序号项目功能序号项目功能1G00快速移动定位10G41刀尖圆弧半径左补偿2G01直线插补11G42刀尖圆弧半径右补偿3G02逆时针圆弧插补12G50设定刀具起点4G03顺时针圆弧插补13G70精加工循环5G04暂停14G71外园粗车循环6G22半径定义逆时针圆弧插补15G72端面粗车循环7G23半径定义顺时针圆弧插补16G73封闭切削循环8G32螺纹插补17G76螺纹切削符合循环9

14、G40刀尖半径补偿取消2.2.2.4 几种常用G代码应用介绍1. G50 刀具起点设定格式：G50 X ZX、Z为坐标值。应用此代码后，即确定了刀具起点到程序原点之间的距离，它是一个绝对坐标值。加工时与从机床原点出发相比，生产效率提高了。刀具起始点的坐标指的是基准刀具的刀尖位置。对刀时要确保刀具在起点换刀时不与工件或机床其它部件发生碰撞。图7为加工坐标系原点设定在不同位置时刀具起点设定的应用，分别表示为G50 X100.0 Z100.0G50 X100.0 Z10.0图7 G50刀具起点设定例图2. G00 快速定位格式：G00 X(U) Z(W)X、Z为终点坐标值，U、W为沿X、Z轴的相对移

15、动量。该代码的作用是使刀具以点位控制方式从刀具所在的位置快速移动到目标位置，无运动轨迹要求，不需特别规定进给速度。应用实例参见图8。G50 X100.0 Z50.0； 或 G50 X100.0 Z50.0； G00 X60.0 Z10.0； G00 U-40.0 W-40.0； 图8 G00快速定位例图3. G01 直线插补图9 直线插补例图格式：G01 X(U) Z(W) FX、Z为直线终点坐标值，U、W为沿X、Z轴的相对移动量，F为进给量。该代码用于使刀具沿X轴、Z轴或沿XZ平面内任意斜率的直线作直线运动，运动速度由F来确定。例如图9所示，刀尖由B点到D点的移动。 G00 X50.0 Z1

16、52.0； G01 Z50.0 F0.3； B CX60.0； C D 注：G01和F0.3持续有效。4. G02、G03圆心定义圆弧插补格式：G02（G03）X(U) Z(W) I K F如图10所示，G02、G03分别为逆圆和顺圆插补，X、Z为圆弧终点坐标值，U、W为沿X、Z轴的相对移动量，I、K为起点到圆弧中心沿X、Z轴的移动量，F为进给量。该代码的作用是使刀具沿着指定半径圆弧运动，切出圆弧轮廓。图10 圆弧插补示意图5. G22、G23 半径定义圆弧插补图11 G02、G22圆弧插补例图 图12螺纹插补例图格式：G22（G23）X(U) Z(W) R FG22、G23分别为逆圆和顺圆插

17、补，X、Z、U、W、F的意义及代码的作用同G02、G03项，R为圆弧的半径（参见图10），当R0，用于加工圆心角小于180度的圆弧，当R0，用于加工圆心角大于180度的圆弧。图11为G02、G22圆弧插补举例。G02 X60.0 Z10.0 I30.0 K-40.0 F0.3或 G22 X60.0 Z10.0 R50.0 F0.36. G32 螺纹插补格式：G32 X(U) Z(W) FX、Z、U及W的意义及代码的作用同G02、G03项，F为螺距。该代码能够用于车削圆柱螺纹、圆锥螺纹、端面螺纹。图12为车削圆柱螺纹的实例，图中，螺距F=2mm，S1=3mm，S2=3mm，刀尖由B点到D点的移动

18、的程序代码如下 G00 X37.6 Z103.0； G32 Z37.0 F2.0； B CG00 X55.0； C D 2.2.3 CAK6150数控车床手工编程与其他机床相同，数控车床的程序编制也有手工编程和自动编程两种方法。下面我们介绍CAK6150数控车床手工编程的方法。2.2.3.1编程规则在CAK6150数控车床上使用ISO代码进行编程，须遵守以下规则：1.程序必须有程序号，程序号作为程序的标志需要预先设定，其格式为Oxxxxxxxx为数字，在系统中最多可以登记99个程序号。2.为了区分和识别程序段，可以在程序段前面加上顺序号，格式为Nxxxx为数字，顺序号只是每个程序块的代码参考，

19、机床处理的顺序和含义不受影响，所以，可以是连续的，不连续的，也可以不使用顺序号，但若查询顺序号时，必须确认顺序号在前面已定义。3.每一程序行必须以“；”号结束。4.一个完整的程序要以一个程序号开始，并以主程序后面的M30结束。5.刀具移动的最小单位是0.00lmm，程序中数字单位以小数点界定，有小数点时，其左边第一位为mm；无小数点时，个位为m，如程序中X50.0表示X=50mm，X50表示X=0.050mm。2.2.3.2 加工程序举例O0007号程序为图13零件的精加工程序O0007； 7号程序N10 G50 X200.0 Z50.0； 设定刀具起点N20 M41； 主轴一级转速N30 M

20、03； 正转启动N40 T0102； 1号刀具用二号刀补N50 G00 X36.0 Z2.0； 刀具快速移动N60 G01 Z-10.0 F0.1； 车削36x10外圆，进给量每转0.1mmN65 X33.0 Z-30.0； 车削36x10外圆的相邻锥面N66 W-10.0； 车削33x10外圆N70 G02 W-20.0 I16.0 K-10.0 F0.1；逆时针车削圆弧N80 G01 W-5.0； 车削33x5外圆N85 X36.0 W-5.0； 车削33x5外圆的相邻锥面N90 G00 X200.0 Z50.0 T0100； 刀具快速移动回起点，并取消刀补N95 M05； 主轴停止转动N

21、99 M30； 程序结束且返回开头图13 程序举例图2.3 机床操作2.3.1刀具起点设定方法在程序中编入G50指令（参见图6），其刀具起点设定步骤为1. 选定基准刀具(如1#刀)。按POS键进入“选择位置”界面。2. 将主轴开启，用脉冲手轮移动1#刀具使刀尖与工件端面接触（切削），然后沿着X轴正向离开工件，依次按Z和ORG键将Z坐标当前值清零。3. 用脉冲手轮移动1#刀具车削外圆，然后沿Z方向离开工件。依次按X和ORG键将X坐标清零，将主轴停止后测量外圆直径D。4. 手动移动刀架，直到位置数值显示为：U=Xa-D，W=Za-L。2.3.2 程序传输步骤1. 程序输入1）按机床操作面板上的“编

22、辑方式”键；2）按F6（编辑）键，这时屏幕左上方显示“程序编辑”；3）从面板输入程序号（Oxxxx），按WR（写入）键； 4）输入具体程序，按INS（插入）键；5）若程序需要修改，按及（光标）键将光标移到待修改位置，按ERS（删除）键或ALT（替换）键进行修改。2. 程序调出1）选择机床操作面板上的“编辑方式”功能；2）按F6键，屏幕左上方显示“程序编辑”，输入程序号，按及键查找。3. 通过接口由外部设备输入程序1）按（编辑方式）键；2）按F6键出现程序编号表；3）按RESET键；4）按IN键，然后屏幕下方出现“IN”。程序输入完成后“IN”从屏幕下方消失。4. 通过接口输出程序至外部设备1）

23、按“编辑方式”键；2）按F6键出现“程序编辑”；3）确认并检测外部设备接收是否准备好；4）按RESET键；5）按O键并键入程序号；6）按OUT键。在输出程序期间，屏幕下方“OUT”不断闪动。2.3.3 加工操作步骤1. 开机 合上机床侧面电闸，按绿色“开机”按钮两次 (屏幕右下方应显示LSK、RDY)。如屏幕右下方显示LSK ALM(机床报警)，需检查红色“急停”按钮是否弹起，按红色RST (复位) 键，按绿色开机按钮。2. 检查机床控制面板各按键状态是否正常。3. 输入或调出程序 (见2.3.2小节)。4. 检查程序输入是否正确。5. 检查程序格式 依次按“运行”键、机床“锁住”键、“空运行

24、”键、“程序启动”按钮空运行程序；如有报警，按RST键复位，切换到编辑状态检查程序，修改程序后切换到运行程序状态，再次空运行程序。6. 设定刀具起点（见2.3.1小节）。7. 空走刀运行 用脉冲手轮使刀具远离工件，依次按“运行”键、“单步执行”键、“程序启动”按钮；密切观察机床运行状态及坐标位置，如有事故征兆，及时按黄色“程序停止”按钮或“急停”按钮。8. 正式加工 将刀具起点调整到正确位置，执行步骤7。9. 关机 按红色关机按钮，并将电闸拉下。2.3.4 数控车床安全操作规程1. 严格按照正常顺序开启机床，检查油镜打油是否到位，操作面板功能键是否正常。2. 操作前应确定各按钮功能。3. 加工

25、前，仔细核对输入程序内容，并进行空运行。4. 如有多人共同操作机床，应相互协调，不要随便操作。5. 加工过程中，不要随便打开机床安全防护门。6. 主轴旋转时严禁搬动变速手柄。7. 变速手柄空挡位置时不得启动主轴。8. 任何物品不要放在床头箱、刀架及相关位置上。9. 机床使用后，应及时清理机床及周围环境。10. 应定期维护和保养机床。附 注一、实习注意事项1. 实习前必须仔细阅读实习指导书。2. 认真完成指定图形的程序编制作业。3. 未经教学指导人员允许，不得擅自开动机床也不得随意扳动任何手柄与开关。4. 认真观察加工中产生的各种现象，注意分析影响工件尺寸、精度与表面粗糙度的各种因素。5. 认真

26、填写实习报告，按时交送教师审阅。二、实习目的要求1. 了解数控车床的加工原理、特点和使用范围。2. 掌握数控车床的基本编程方法。3. 能够独立完成一个零件加工。三、实习内容1. 学习数控车床控制系统及加工程序的编制方法。2. 编制如图14零件的加工程序。3. 熟悉编程和机床操作面板各功能键的使用。4. 输入零件加工程序，进行切削加工。四、思考题1. 数控车床是通过什么办法代替人工操作完成零件加工的?它与普通车床相比有哪些优越性?有哪些特点?2. 下述那些情况适合采用数控车床来加工? 试说明理由。大量生产 中小批量生产 单件修配 新产品试最后，希望我们的实习，能够给同学们一个新的启示，请多提宝贵意见。 (a) (b)图14编程练习零件图附表 机床操作面板各键功能