數(shù)控車床編程與操作
4.1 數(shù)控車床簡介
4.1.1數(shù)控車床概述
數(shù)控車床作為當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用于加工軸類、盤套類等回轉(zhuǎn)體零件，能夠通過程序控制自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸孔等工作，而近年來研制出的數(shù)控車削中心和數(shù)控車銑中心，使得在一次裝夾中可以完成更多得加工工序，提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此特別適宜復(fù)雜形狀的回轉(zhuǎn)體零件的加工。
4.1.2數(shù)控車床的組成
數(shù)控車床由床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)及數(shù)控系統(tǒng)組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀具，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)由NC單元及輸入輸出模塊，操作面板組成。
1.數(shù)控車床的機(jī)械構(gòu)成
從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，數(shù)控車床還沒有脫離普通車床的結(jié)構(gòu)形式，即由床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)等部分組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱、溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀具，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因而大大簡化了進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由于要實(shí)現(xiàn)CNC，因此，數(shù)控車床要有CNC裝置電器控制和CRT操作面板。圖4-1所示為數(shù)控車床構(gòu)成的各部分及其名稱。
圖4-1 數(shù)控車床的構(gòu)成
(1)主軸箱 圖4-2為數(shù)控車床主軸箱的構(gòu)造，主軸伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)通過皮帶輪送刀主軸箱內(nèi)的變速齒輪，以此來確定主軸的特定轉(zhuǎn)速。在主軸箱的前后裝有夾緊卡盤，可將工件裝夾在此。
圖4-2 數(shù)控車床主軸箱的構(gòu)造
(2)主軸伺服電機(jī) 主軸伺服電機(jī)有交流和直流。直流伺服電機(jī)可靠性高，容易在寬范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩和速度，因此被廣泛使用，然而，近年來小型、高速度、更可靠的交流伺服電機(jī)作為電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展成果越來越多地被人們利用起來。
(3)夾緊裝置 這套裝置通過液壓自動(dòng)控制卡爪的開/合。
(4)往復(fù)拖板 在往復(fù)拖板上裝有刀架，刀具可以通過拖板實(shí)現(xiàn)主軸的方向定位和移動(dòng)，從而同Z軸伺服電機(jī)共同完成長度方向的切削。
(5)刀架 此裝置可以固定刀具和索引刀具，使刀具在與主軸垂直方向上定位，并同Z軸伺服電機(jī)共同完成截面方向的切削，如圖4-3所示為刀架結(jié)構(gòu)。
(6)控制面板 控制面板包括CRT操作面板（執(zhí)行NC數(shù)據(jù)的輸入/輸出）和機(jī)床操作面板（執(zhí)行機(jī)床的手動(dòng)操作）。

圖4-3 刀架結(jié)構(gòu)
2.數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)是由CNC裝置、輸入/輸出設(shè)備、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置以及位置測量系統(tǒng)等幾部分組成,如圖4-4所示。


圖4-4 CNC系統(tǒng)構(gòu)成
數(shù)控車床通過CNC裝置控制機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、各進(jìn)給軸的進(jìn)z給速度以及其他輔助功能。
4.1.3數(shù)控車床的特點(diǎn)
1.傳動(dòng)鏈短 數(shù)控車床刀架的兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)分別由兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)直接與絲杠聯(lián)結(jié)帶動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)與絲杠也可以按控制指令無級(jí)變速，它與主軸之間無須再用多級(jí)齒輪副來進(jìn)行變速。隨著電機(jī)寬調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)是取消變速齒輪副，目前還要通過一級(jí)齒輪副變幾個(gè)轉(zhuǎn)速范圍。因此，床頭箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已比傳統(tǒng)車床簡單得多。
2.剛性高 與控制系統(tǒng)的高精度控制相匹配，以便適應(yīng)高精度的加工。
3.輕拖動(dòng) 刀架移動(dòng)一般采用滾珠絲杠副，為了拖動(dòng)輕便，數(shù)控車床的潤滑都比較充分，大部分采用油霧自動(dòng)潤滑。
為了提高數(shù)控車床導(dǎo)軌的耐磨性，一般采用鑲鋼導(dǎo)軌，這樣機(jī)床精度保持的時(shí)間就比較長，也可延長使用壽命。另外，數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護(hù)嚴(yán)密等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。數(shù)控車床一般還配有自動(dòng)排屑裝置。
4.1.4數(shù)控車床的分類
數(shù)控車床品種繁多，按數(shù)控系統(tǒng)功能和機(jī)械構(gòu)成可分為簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床）、多功能數(shù)控車床和數(shù)控車削中心。
(1）簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床） 是低檔次數(shù)控車床，一般是用單板機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行控制，機(jī)械部分是在普通車床的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的。
(2）多功能數(shù)控車床 也稱全功能型數(shù)控車床，由專門的數(shù)控系統(tǒng)控制，具備數(shù)控車床的各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
(3)數(shù)控車削中心 在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上增加其他的附加坐標(biāo)軸。
4.1.5數(shù)控車床（CJK6153）的主要技術(shù)規(guī)格。
床身最大工具回轉(zhuǎn)直徑：ф530mm。滑板最大工件回轉(zhuǎn)直徑：ф280mm，機(jī)床頂尖距1000mm，刀架最大X向行程：260mm，刀架最大Z向行程：1000mm。手動(dòng)4級(jí)變頻調(diào)速25~2000轉(zhuǎn)/分。
4.1.6數(shù)控車床（CJK6153）的潤滑與冷卻
該機(jī)床的潤滑分床頭箱的潤格及其它部件的潤滑兩個(gè)部分。有齒輪變速的床頭箱均采用油潤滑，由擺線泵進(jìn)行強(qiáng)迫潤滑，擺線泵吸油時(shí)，先通過精制過濾器，再進(jìn)過磁性濾清器而后送到各潤滑部件或經(jīng)分油器對主軸軸承及所有其它運(yùn)轉(zhuǎn)零件進(jìn)行強(qiáng)迫潤滑和噴油潤滑。機(jī)床上其它部件的潤滑，如尾架、道軌及絲杠螺母等均采用油潤滑，采用間歇潤滑泵對X軸、Z軸的各導(dǎo)軌潤滑面及滾珠絲杠螺母、尾架套筒外圓等部位進(jìn)行自動(dòng)間歇式潤滑。在呈透明狀態(tài)的油箱內(nèi)，帶有一個(gè)液位報(bào)警開關(guān)，當(dāng)箱內(nèi)油液低于規(guī)定值時(shí)，機(jī)床會(huì)發(fā)出潤滑報(bào)警。 該機(jī)床冷卻系統(tǒng)采用泵冷卻。冷卻裝置的日常維修主要是冷卻水的補(bǔ)給更換及過濾器的清洗。在冷卻箱內(nèi)未灌入冷卻液前，嚴(yán)禁啟動(dòng)冷卻泵，以免使冷卻泵燒壞。當(dāng)冷卻水減少時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給。冷卻水發(fā)生污染變質(zhì)時(shí)，應(yīng)全部更換，冷卻液應(yīng)注意選擇防銹性能好的，以免機(jī)床生銹。
4.2數(shù)控車床的編程方法
要學(xué)好數(shù)控車床的編程，必須了解數(shù)控車床的操作要點(diǎn)，現(xiàn)有教材大多沒把數(shù)控車床的操作與編程作為一個(gè)整體來講。
4.2.1設(shè)定數(shù)控車床的機(jī)床坐標(biāo)系
機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，是制造和調(diào)整機(jī)床的基礎(chǔ)，也是設(shè)置工件坐標(biāo)系的基礎(chǔ)。機(jī)床坐標(biāo)系在出廠前已經(jīng)調(diào)整好，一般不允許隨意變動(dòng)。參考點(diǎn)也是機(jī)床上的一個(gè)固定不變的極限點(diǎn)，其位置由機(jī)械擋塊或行程開關(guān)來確定。通過回機(jī)械零點(diǎn)來確認(rèn)機(jī)床坐標(biāo)系。回機(jī)械零點(diǎn)前先要開機(jī)，數(shù)控車床開機(jī)前先要熟悉數(shù)控車床的面板。面板的形式同數(shù)控系統(tǒng)密切相關(guān)。數(shù)控車床的開機(jī)有難有易。對于配圖產(chǎn)系統(tǒng)的車床。開機(jī)大都比較簡單，一般打開電源后，直接啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)即可。開機(jī)后，通過回零，使工作臺(tái)回到機(jī)床原點(diǎn)（或參考點(diǎn)，該點(diǎn)為與機(jī)床原點(diǎn)有一固定距離的點(diǎn)）。數(shù)控車床的回零（回參考點(diǎn)）步驟為：開關(guān)置于“回零”位置。按手動(dòng)軸進(jìn)給方向鍵+X、+Z至回零指示燈亮。開機(jī)后必須先回零（回參考點(diǎn)），若不作此項(xiàng)工作，則螺距誤差補(bǔ)償、背隙補(bǔ)償?shù)裙δ軐o法實(shí)現(xiàn)。設(shè)定機(jī)床機(jī)械原點(diǎn)同編程中的G54指令直接有關(guān)。
4.2.2設(shè)定數(shù)控車床的工件坐標(biāo)系
工件坐標(biāo)系是編程時(shí)使用的坐標(biāo)系，又稱編程坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系是人為設(shè)定的。建立工件坐標(biāo)系是數(shù)控車床加工前的必不可少的一步。不同的系統(tǒng)，其方法各不相同。
1.西門子802S系統(tǒng)工件坐標(biāo)系的建立方法
（1）轉(zhuǎn)動(dòng)刀架至基準(zhǔn)刀（如1號(hào)刀）。
（2）在MDA狀態(tài)下，輸入T1D0，使刀補(bǔ)為0。
（3）機(jī)床回參考點(diǎn)。
（4）用試切法確定工件坐標(biāo)原點(diǎn)。先切削試件的端面。Z方向不動(dòng)。若該點(diǎn)即為Z方向原點(diǎn)，則在參數(shù)下的零點(diǎn)偏置于目錄的G54中，輸入該點(diǎn)的Z向機(jī)械坐標(biāo)值A(chǔ)的負(fù)值，即Z=-A。若Z向原點(diǎn)在端面的左邊 處，則在G54中輸入Z=-（A+ ），回車即可。同理試切外圓，X方向不動(dòng)。Z方向退刀，記下X方向的機(jī)床坐標(biāo)A，量直徑，得到半徑R，在G54的X中輸入X=-（A+R），回車即可。
2.廣數(shù)GSK980T系統(tǒng)工件坐標(biāo)系的建立方法
(1)用手動(dòng)方式，試切端面。
(2)在Z軸不動(dòng)的情況下，沿X軸退刀，且停止主軸旋轉(zhuǎn)。3.測量端面與工件坐標(biāo)系零點(diǎn)間的距離Z。然后在錄入方式下輸入G50 Z ，運(yùn)行該句即可。4.同理，用手動(dòng)方式車外圓，在X軸不動(dòng)的情況下沿Z軸退刀，且停止主軸旋轉(zhuǎn)，測量工件直徑X，在錄入方式下輸入G50X，運(yùn)行該句即可。
3.廣數(shù)GSK928TC工件坐標(biāo)系的建立方法
(1)車外圓，沿Z向退刀，測得直徑，按InputX輸入直徑值，回車即可。
(2)車端面，沿X向退刀，測得端面與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)間的距離，按InputZ輸入該距離值，回車即可。
4.2.3確定基準(zhǔn)刀在工件坐標(biāo)系中的位置
確定了工件坐標(biāo)系后，可用G50指令確定第1把刀（基準(zhǔn)刀）在工件坐標(biāo)系中的位置。
4.2.4確定其它刀在工件坐標(biāo)系中的位置
加工一個(gè)零件常需要幾把不同的刀具，由于刀具安裝及刀具本身的偏差，每把刀轉(zhuǎn)到切削位置時(shí)，其刀尖所處的位置并不重合，為使用戶在編程時(shí)無需考慮刀具間的偏差，需確定其它刀在工件坐標(biāo)系中的位置，這需要通過對刀來實(shí)現(xiàn)。不同的系統(tǒng)，其對刀方法各不相同。
1.西門子802S系統(tǒng)的對刀方法
（1）選用某一把刀為基準(zhǔn)刀，按參數(shù)鍵下和刀具補(bǔ)償按鈕，再按新刀具按鈕，輸入基準(zhǔn)刀的刀號(hào)及刀沿（補(bǔ)）號(hào)。如基準(zhǔn)刀為1號(hào)刀，選用1號(hào)刀沿（補(bǔ)），則刀具為T1D1。
（2）調(diào)用對刀窗口，用基準(zhǔn)刀車外圓，Z向退刀，在對刀窗口的X軸零偏處輸入0（因是基準(zhǔn)刀），按計(jì)算鍵后確認(rèn)。
（3）調(diào)用其它各把刀具，確定刀號(hào)和刀沿（補(bǔ)）號(hào)，車外圓輸入直徑，車端面。輸入臺(tái)階深度的負(fù)值。計(jì)算、確定即可。
2．廣數(shù)GSK980T系統(tǒng)的對刀方法
（1）用基準(zhǔn)刀試切工件，設(shè)定基準(zhǔn)坐標(biāo)系：試切端面X向退刀，進(jìn)入錄入方式，按程序按鈕。輸入G50 Z0，即把該端面作為Z向基準(zhǔn)面。然后按設(shè)置鍵，設(shè)置偏置號(hào)（基準(zhǔn)刀+100），輸入Z=0，試切外圓，Z向退刀，測得外圓直徑 ，進(jìn)入錄入方式，按程序按鈕。輸入G50X ，然后按設(shè)置鍵，設(shè)置偏號(hào)，基準(zhǔn)刀偏置號(hào)+100，X= 。
（2）調(diào)用其它各把刀具，車外圓，Z向退刀。測得外圓直徑，將所測得的值 設(shè)到一偏置號(hào)中，該偏置為刀號(hào)+100，如刀號(hào)為2，則偏置號(hào)為202，在此處輸入X= 。同理車臺(tái)階，X向退刀，測得臺(tái)階深度 ，在偏置號(hào)處輸入Z=- 。
3.廣數(shù)GSK928TC系統(tǒng)的對刀方法
（1）用基準(zhǔn)刀試切工件，用input建立對刀坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的Z向原點(diǎn)，一般設(shè)在工件的右端，即把試切的端面作為Z向零點(diǎn)。
（2）調(diào)用其它各刀，如2號(hào)刀，用T20調(diào)用，然后試切外圓Z向退刀，測得直徑 ，然后按I鍵。輸入 。試切臺(tái)階，X向退刀，測得臺(tái)階深度為 ，然后按K鍵，輸入- ，刀補(bǔ)即設(shè)置完畢。
4.2.5坐標(biāo)軸的方向
無論那種坐標(biāo)系都規(guī)定與車床主軸軸線平行的方向?yàn)閆軸，從卡盤中心至尾座頂尖中心的方向?yàn)檎较颉Ｔ谒矫鎯?nèi)與車床主軸軸線垂直的方向?yàn)閄軸，遠(yuǎn)離主軸旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)檎较颉?
4.2.6 直徑或半徑尺寸編程
被加工零件的徑向尺寸在圖紙標(biāo)注和加工測量時(shí)，一般用直徑值表示，所以采用直徑尺寸編程更為方便。
4.2.7一般編程方法
1. 確定第一把刀的位置
G50 X Z 該指令確定了第一把刀的位置，此時(shí)需把第一把刀移動(dòng)到工件坐標(biāo)為X Z的位置。
2 .返回參考點(diǎn)
G26（G28）：X Z軸同時(shí)返回參考點(diǎn)，G27：X軸返回參考點(diǎn)，G29：Z軸返回參考點(diǎn)。
3. 快速定位
G00 X Z 快速定位到指定點(diǎn)。
4 .直線插補(bǔ)
G01 X Z F 該指令用于車外圓及端面。F為進(jìn)給速度，其單位為mm/min (用G94或G98指定)或mm/r(用G95或G99指定)。
5 .圓弧插補(bǔ)
G02（03） X Z I K F 該指令用于車順圓或逆圓周。X Z為圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)，I K為圓心相對于起點(diǎn)的坐標(biāo)，F(xiàn)為進(jìn)給速度。
6.螺紋切削
G33（32） X Z P（E） I K 該指令用于螺紋切削，X Z為螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)，P為公制螺紋導(dǎo)程(0.25-100mm)，E為英制螺紋導(dǎo)程(100-4牙/英寸)，I K為退尾數(shù)據(jù)。螺紋切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)速不能太高，一般N×P≤3000，N為主軸轉(zhuǎn)速（rpm）,P為公制螺紋導(dǎo)程(mm)。
7. 延時(shí)或暫停
G04 X，X為暫停秒數(shù)，該指令一般用于切槽，可保持槽底光滑。
8 .主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定
M03（04） S 該指令用于主軸順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速為S，其單位為m/min (用G96指定)或r/min(用G97指定)。M05表示主軸停止。
9.程序結(jié)束
M02（在此處結(jié)束）或M30（結(jié)束后返回程序首句）。
4.2.8 循環(huán)
由于車削加工常用棒料和鍛料作為毛坯，加工余量較大，為簡化編程，數(shù)控車床常具備不同形式的固定循環(huán)，可進(jìn)行多次循環(huán)切削。
1. 外徑、內(nèi)徑循環(huán)
G90 X Z R F 該指令用于外徑、內(nèi)徑的簡單車削循環(huán)，X Z為循環(huán)終點(diǎn)坐標(biāo)，R表示圓錐面循環(huán)。其值為圓錐體大小端差（直徑差），循環(huán)起點(diǎn)由上句程序決定，F(xiàn)為進(jìn)給速度。
2.螺紋車削循環(huán)
G92 X Z P（E） I K R L 該指令用于螺紋車削循環(huán), X Z為螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)，P為公制螺紋導(dǎo)程(0.25-100mm)，E為英制螺紋導(dǎo)程(100-4牙/英寸)，I K為退尾數(shù)據(jù)，R表示螺紋起點(diǎn)與終點(diǎn)的直徑差（用于加工圓錐螺紋），L表示螺紋頭數(shù)，螺紋車削循環(huán)起點(diǎn)由上句程序決定。G92指令與G33指令的區(qū)別為G92可多次自動(dòng)切削螺紋。
3.端面車削循環(huán)
G94 X Z R F 該指令用于端面的簡單車削循環(huán)，X Z為循環(huán)終點(diǎn)坐標(biāo)，R表示錐面循環(huán)。其值為圓錐體大小端差（Z向差），循環(huán)起點(diǎn)由上句程序決定，F(xiàn)為進(jìn)給速度。
4 .切槽循環(huán)
G75 X Z I K E F 該指令用于切槽循環(huán)，X Z為循環(huán)終點(diǎn)坐標(biāo)，I為每次X軸的進(jìn)刀量，K為每次X軸的退刀量，E為Z軸每次的偏移量，F(xiàn)為進(jìn)刀速度，省略Z表示切斷。
5.外圓粗車復(fù)合循環(huán)
G71 X I K L F 該指令用于外圓粗車復(fù)合循環(huán)，即編程時(shí)寫出外圓加工形狀，系統(tǒng)從毛坯開始自動(dòng)走出外圓循環(huán)形狀。該循環(huán)平行于Z軸切削，X為循環(huán)終點(diǎn)坐標(biāo)，I為每次X軸的進(jìn)刀量，K為每次X軸的退刀量，L為決定外圓加工形狀的程序段數(shù)量，F(xiàn)為進(jìn)給速度，G71指令段后馬上接決定外圓加工形狀的程序段。
6.端面粗車復(fù)合循環(huán)
G72 Z I K L F 該指令用于端面粗車復(fù)合循環(huán)，即編程時(shí)寫出端面加工形狀，系統(tǒng)從毛坯開始自動(dòng)走出端面循環(huán)形狀。該循環(huán)平行于X軸切削，Z為循環(huán)終點(diǎn)坐標(biāo)，I為每次Z軸的進(jìn)刀量，K為每次Z軸的退刀量，L為決定端面加工形狀的程序段數(shù)量，F(xiàn)為進(jìn)給速度，G72指令段后馬上接決定端面加工形狀的程序段。
4.2.9刀具補(bǔ)償
編程時(shí)，認(rèn)為車刀刀尖是一個(gè)點(diǎn)，而實(shí)際上為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量，車刀刀尖常磨成一個(gè)半徑不大的圓弧，為提高工件的加工精度，編制圓頭刀程序時(shí)，需要對刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償。大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能（G41，G42），這類數(shù)控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。
4.2.10絕對坐標(biāo)與增量坐標(biāo)
X 、Z表示絕對坐標(biāo)，U、W表示相對坐標(biāo)。
4.2.11公制與英制尺寸設(shè)定
公制尺寸設(shè)定指令G21，英制尺寸設(shè)定指令G20，系統(tǒng)上電后，機(jī)床處在G21狀態(tài)。
4.2.12圓弧順逆的判斷
數(shù)控車床是兩坐標(biāo)的機(jī)床，只有X軸和Z軸，應(yīng)按右手定則的方法將Y軸也加上去來考慮。判斷時(shí)讓Y軸的正向指向自己，（即沿Y軸的負(fù)方向看去），站在這樣的位置就可正確判斷X-Z平面上圓弧的順逆時(shí)針。