数控车床加工

出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《模具工实用技术手册第2版》第639页（6716字）

数控车床又称CNC车床，是将编好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Y坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。

(一)数控车床的布局、用途及分类

1．数控车床的组成与特点

(1)组成

数控车床的组成与普通卧式车床相比，仍然是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身、液压系统、冷却系统、润滑系统等部分组成。

(2)特点

①数控车床的进给系统采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架，实现纵向和横向进给运动。

②数控车床也有加工各种螺纹的功能。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持同步关系，实现加工螺纹时，主轴转一圈，刀架移动工件一个导程的运动关系。

2．数控车床的布局

数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与普通卧式车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本的变化。

(1)床身和导轨的布局如表5．4－1所示。

表5．4－1 床身与导轨的布局

(2)刀架的布局如表5．4－2所示。

表5．4－2 刀架的布局

3．数控车床的分类(表5．4－3)

表5．4－3 数控车床的分类

(二)MJ－50数控车床

目前，我国使用较多的数控车床是中小型的两坐标连续控制的数控车床，如JIBNC320A型数控车床、CSK6150型数控车床、MJ50型数控车床等。尽管数控车床的品种规格较多，但其功能基本相似。下面以MJ－50型数控车床为例，来介绍数控车床加工。

1．MJ－50型数控车床的用途

MJ－50型数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹、成型回转体。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。还可以完成车端面、切槽、倒角等。

2．MJ－50型数控车床的外形

MJ－50型数控车床为两坐标连续控制的卧式车床，如图5．4－1所示。该机床配有日本FANUC-OTE、德国SIEMENS或我国台湾HUST－11T三种数控系统。

图5．4－1 MJ－50型数控车床的外观

1－脚踏开关；2－对刀仪；3－卡盘；4－主轴箱；5－防护门；6－压力表；7－对刀仪防护罩；8－防护罩；9－转臂；10－操作面板；11－回转刀架；12－尾座；13－滑板；14－床身

3．MJ－50型数控车床的主要技术参数

(1)机床的主要参数如表5．4－4所示。

表5．4－4 MJ－50数控车床主要参数

(2)机床配置的FANUC-OTE系统的主要技术规格如表5．4－5所示。

表5．4－5 FANUC-OTE系统的主要技术规格

(三)数控车床的编程

1．数控车床的编程特点

①在一个程序中，可以用绝对值编程，也可以采用增量值编程，还可以采用绝对值编程与增量值编程的混合编程。

②车床上工件的毛坯多为圆棒料或铸锻件，加工余量大，一个表面需要进行多次反复的加工。如果对每个加工循环都编写若干个程序段，就要大大增加编程的工作量，因此，为了简化编程，机床的数控系统中备有车外圆、车端面、车螺纹等不同形式的循环功能。

③在数控车床的数控系统中，都有刀具的补偿功能。刀具的补偿功能为编程提供了方便，编程人员可以按照工件的实际轮廓编制程序，在加工过程中，对刀具位置的变化，刀具几何形状的变化，刀尖的圆角半径，无需更改程序或已制作好的穿孔带，只是将变化的尺寸或圆弧半径输入到存储器中刀具便能自动补偿。

④为了提高机床径向尺寸加工精度，数控系统X向的脉冲当量取为Z向脉冲当量的一半。

2．数控车床程序的编制方法

对于数控车床来说，采用不同的数控系统，其编程方法也不相同。现以MJ－50型数控车床采用FANUC-OTE控制系统为例，说明程序的编制方法及相关问题。

(1)编制程序前的准备工作

①在编制程序前要认真阅读机床说明书和编程手册。以便了解机床的结构和数控系统的功能及有关参数。

OTE系统的准备功能见表5．4－6，辅助功能见表5．4－7。

表5．4－6 准备功能

注：1．00组的G代码为非模态，其他各组中的G代码均为模态。

2．标有*的G代码为数控系统通电后的状态。

表5．4－7 辅助功能

本系统可以采用ISO或EIA代码。编程时使用字地址程序段格式，小数点编程。

采用绝对值编程用符号X、Z表示，采用增量值编程用符号U、W表示。在实际编程中，通常用绝对值编程，这样可以减少编程的错误，有时为了免去编程时的一些尺寸计算，绝对值编程和增量值编程在同一程序段中混用。

②制定加工工艺：根据零件图对工件的形状、加工精度、技术条件、毛坯等进行详细分析，确定加工的工步顺序和装夹方法、合理选用切削用量和刀具的形状、尺寸、规格以及在回转刀架上的安装位置等。

编程者在编程时，应特别注意：选择最佳的切削条件；选择最短的刀具途径以提高效率；充分利用机床数控系统的指令功能，以简化编程。

(2)坐标系的设定(表5．4－8)

表5．4－8 数控车床坐标系的设定

(3)刀具补偿功能

刀具功能称为T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能。指令格式为

刀具补偿号从01组开始，00组表示取消刀具补偿。通常以同一编号指令刀位号和刀具补偿号，以减少编程时的错误。

数控车床的刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两个方面，见表5．4－9。

表5．4－9 刀具补偿功能

(4)循环功能的应用

MJ－50型数控车床使用的FANUC-OTE系统具有多种循环功能(见表5．4－10和表5．4－11)，若能恰当地使用这些循环功能编制程序，可免去许多复杂的计算过程，而且程序也得到简化。

表5．4－10 固定循环功能

注：应该提起注意的是，G90、G92、G94都是模态G代码，当这些代码设有被同组的其他代码(G00、G01等)取代以前，程序中如果又出现了M代码，那么数控系统将G90、G92、G94代码重新执行一遍，然后才执行M功能，在编程时要注意到这一点。

表5．4－11 多重切削循环

3．数控车床编程举例

为简要说明编程方法，这里只编制精加工程序，第一把刀设置在1号刀位(用60°尖形车刀)，2号刀为螺纹刀均无刀补。刀尖起始位置为A点，如图5．4－2所示。程序如下：

图5．4－2 编程实例

N1 G1 U－44 F12 M52 LF A→B多进2mm倒角用

N2 W－5 F04 LF A→B倒角预备

N3 U4 LF C→D倒角

N4 W－15 LF D→E形成螺纹外圆

N5 U－3．6 LF E→F后倒角

N6 W－5 LF F→G Φ26←

N7 U14 W－10 LF G→H锥度↓

N8 W－6 LF H→I Φ40←

N9 G03 U－6I12 k9 LF I→J

N10 U6 W－9I15 LF J→K]}

N11 G02 U10 W－15 I20 K15 LF K→L

N12 U－10 W－15 I25 LF L→M}

N13 G03 U－6 W－9 I12 K9 LF M→N

N14 G01 W－6 LF N→P Φ36←

N15 U22 W－11 LF P→Φ锥度↙

N16 W－14 LF Q→R Ф56←

N17 U14 F12 LF R→S退X

N18 W135 F15 LF S→A退Z

N19 M06 LF 换2号刀

N20 G1 U－45．8 F12 T20 LF 准备车螺纹

N21 M12 LF 暂停，手动更换主轴速度

N22 G32 W－22 E1．5 F06 LF 螺纹第一刀

N23 G01 U45．8 F12 LF X返回

N24 W22 LF Z返回

N25 U－46 LF X再进

N26 G32 W－22 E1．5 F06 LF螺纹第二刀

N27 G01 U46．1 F12 LF X返回

N28 M06 T10 W22 LF 换回第一号刀到初始

N29 M02 LF 结束

(四)试车与实切

工件的加工程序输入到数控系统后，经检查无误，且各刀具的位置补偿值和刀尖圆弧半径补偿值已输入到相应的存储器中，便可进行机床的空运行和实际切削。

1．机床的空运行

数控车床的空运行是指在不装工件的情况下，自动运行加工程序。在机床空运行之前，操作者必须完成下面的准备工作：

(1)各刀具装夹完毕；

(2)各刀具的补偿值已输入数控系统；

(3)将“FEEDRATEOVERRIDE”开关旋至适当位置，一般置于100%；

(4)置“SINGLE BLOCK”开关于“ON”；

(5)置“OPTINAL TOP”开关于“ON”；

(6)置“MACHINE LOCK”开关于“ON”；

(7)置“DRY RUN”开关于“ON”；

(8)将尾座体退回原位，并使套筒退回；

(9)卡盘夹紧。

完成了上面的操作之后，便可执行加工程序，其操作过程如图5．4－3所示。

图5．4－3 空运行流程

2．机床的实际切削

当机床的空运行完成，且由加工程序控制的机床加工过程正确，就可以进行机床的实际切削，其操作过程如图5．4－4所示。

图5．4－4 实际切削流程

经实际切削证明，工件的加工程序正确，且加工出了符合零件图样要求的工件，便可连续执行程序，进行工件的正式加工。