数控车床加工实验指导书

一、实验目的

1.了解数控加工的安全操作规程；

2.掌握数控车床的加工工作原理、基本操作方法和步骤； 3.掌握正确的对刀方法；

4.熟悉在数控车床上加工零件的基本方法和步骤。

二、实验仪器和设备

CKA6136数控车床2台 CKA6150数控车床3台

三、准备材料和工具

塑料棒、游标卡尺，卡盘扳手，毛刷，抹布

四、数控车床安全操作规程

1、安全操作基本注意事项

（1）未经指导老师同意不得私自开机。

（2）工作时穿好工作服、女生操作机床必须戴好帽子。衣服袖口穿戴整齐。 （3）不允许戴手套操作机床，一台机床只能一个人操作。 （4）请勿更改CNC系统参数或进行任何参数设定。

（5）使用的刀具应与机床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换。 （6）加工前要认真检查机床是否符合要求，认真检查刀具是否锁紧及工件固定是否牢靠。 2、工作过程中的安全注意事项

（1）安装好工件时，务必把卡盘扳手取下，防止意外发生。 （2）调整刀具时所用的工具不要遗忘在机床内。

（3）手动换刀时,刀架距离工件要有足够的转位距离，避免发生碰撞。 （4）刀具安装好后应进行一、二次试切削。

（5）不能接触旋转中的主轴或刀具；测量工件清理机器或设备时，请先将机器停止运转。 （6）机床运转中，操作者不得离开岗位，机床发现异常现象立即停车。 （7）加工中发生问题时，请按重置键“RESET”使系统复位。

（8）加工过程中，如出现异常危急情况，一定按下“急停”按钮，以确保人身设备安全。 （9）机床自动加工前，必须关好机床防护门。 3、工作完成后的注意事项

（1）清除切屑、擦拭机床，使机床与环境保持清洁状态。 （2）依次关掉机床操作面板上的电源和总电源。 （3）打扫数控车实验室，保持实验室干净整齐。

五、工作原理

数控加工工作原理：操作者根据数控工作要求编制数控程序，并将数控程序记录在程序介质（如穿孔纸带、磁带、磁盘等）上。数控程序经数控设备的输入输出接口输入到数控设备中，控制系统按数控程序控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹，达到规定的工作结果。

数控加工过程示意图如下：

图1.数控加工过程示意图

六、数控车床机械结构

数控车床的组成：数控车床是由数控程序及存储介质、输入／输出设备、计算机数控装

置、伺服系统、机床本体组成，图2是数控机床的组成框图，CKA6316数控机床结构图如图3 所示。

图2数控机床的组成框图

图3 数控车床结构图

1.数控程序及其存储介质

数控程序是数控车床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上确定：零件坐标系在机床坐标系上的相对位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的

工艺路线或加工顺序、切削加工的工艺参数，以及辅助装置的动作等。这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，然后用标准的文字、数字和符号组成的数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行，或者在数控车床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控车床可以在数控装置上直接编程。程序必须存储在某种存储介质中，如纸带、磁带或磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。 2.输入／输出装置

存储介质上记载的加工信息需要通过输入装置输送给机床数控系统，机床内存中的零件加工程序可以通过输出装置传送到存储介质上。输入／输出装置是机床与外部设备的接口，目前输入装置主要有纸带阅读机、软盘驱动器、RS232C 串行通信口、MDI 方式等。 3.CNC 装置的数控系统

CNC 装置是数控加工中的专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控车床功能相关的功能模块结构和接口单元。 4.数控车床的进给伺服系统

数控车床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作，数控车床伺服系统是以车床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称随动系统、拖动系统或伺服系统。车床进给伺服系统，一般由位置控制、速度控制、伺服电动机、检测部件及机械传动机构五大部分组成。按照伺服系统的结构特点，伺服单元或驱动器通常有四种基本结构类型：开环、闭环、半闭环及混合闭环。 5.车床本体

车床本体是加工运动的实际机械部件，主要包括：主运动部件、进给运动部件(如工作台、刀架)和支承部件(如床身、立柱等)，还有冷却、润滑、转位部件，如夹紧、换刀机械手等辅助装置。数控车床本体通过专门设计，各个部位的性能都比普通车床优越，如结构刚性好，能适应高速和强力车削需要；精度高，可靠性好，能适应精密加工和长时间连续工作等。 （1）主轴。数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小与回转速度，影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。

（2）床身及导轨。数控车床的床身除了采用传统的铸造床身外，也有采用加强钢筋板／或钢板焊接等结构，以减轻其结构重量，提高其刚度。数控车床床身上的导轨结构有传统的滑动导轨(金属型)，也有新型的滑动导轨(贴彩导轨)。贴塑导轨的摩擦系数小，耐磨性、耐腐蚀性及吸振性好，润滑条件优越。在倾斜床身，导轨基体上粘贴塑料面后，切屑不易在导轨面上堆积，减轻了清除切屑的工作。

（3）机械传动机构。除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上作了大幅度的简化，如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横向进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机和丝杆间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。

（4）刀架。刀架是自动转位刀架的简称，它是数控车床普通采用的一种最简单的自动换刀设备。由于自动转位刀架上的各种刀具不能按加工要求自动进行装、卸，故它只是属于自动换刀系统中的初级形式，不能实现真正意义上的自动换刀。刀架的基本结构形式图 4所示。

在数控车床上，刀架转换刀具的过程是：接受转刀指令→松开夹紧机构→分度转位→粗定位→精定位→锁紧→发出动作完成后的回答信号。

（5）辅助装置。数控车床的辅助装置较多，除了与普通车床所配备的相同或相似的辅助装置外，数控车床还可配备对刀仪、位置检测反馈装置、自动编程系统及自动排屑装置等。

（a）四工位刀架 （b）转塔式刀架

图4 刀架的基本结构

七、数控车床FANUC 0 i—TC操作面板简介

（1）数控车床的操作控制面板，图5为FANUC 0I MDI键盘，图6为数控车床控制面板。

图5 FANUC 0I MDI键盘 图6 数控车床控制面板

MDI键盘各个键的功能列于表如下：

表1 MDI键盘各个键的功能

MDI软键 功能 软键实现左侧CRT中显示内容的向上翻页；软键显示内容的向下翻页。 实现左侧CRT 软键实现光标的向上移动；软键现光标的向左移动；软键实现光标的向下移动；软键实现光标的向右移动。 实实现字符的输入，点击 如：点击再点击键后再点击字符键，将输入右下角的字符。例后将在CRT的光标所处位置输入“O”字符，点击软键将在光标所处位置处输入P字符；软键入“；”号表示换行结束。 中的“EOB”将输 实现字符的输入，例如：点击软键将在光标所在位置输入“5”字符， 点击软键后再点击将在光标所在位置处输入“]”。 在CRT中显示坐标值。 CRT将进入程序编辑和显示界面。 CRT将进入参数补偿显示界面。 显示系统画面。 显示信息画面。 在自动运行状态下将数控显示切换至轨迹模式。 输入字符切换键。 删除单个字符。 将数据域中的数据输入到指定的区域。 字符替换。 将输入域中的内容输入到指定区域。 删除一段字符。 本软件不支持。 机床复位。 （2）机床操作面板操作键的主要功能见表2.

表2 机床操作面板操作键的主要功能

操作键 功能 电源指示灯，亮为通。 X零点和Z零点是X、轴回参考点操作完成指示灯，亮为回零完成。 系统启动键，控制系统启动 系统停止键，控制系统停止键 急停开关，使机床紧急停止 手轮，是进行X、Z轴进给微调 进给倍率，加工中X、Z轴进给调整 在自动方式下，单个程序段执行 在自动方式下，对编辑程序试运行时使用 在自动方式下跳过任选程序段 机床锁住，用于在不移动机床的情况下监测位置显示的变化 机床开机工作前进行回参考点用 手动进给+X、-X、+Z、-Z 是对+X、-X、+Z、-Z快速进给用 自动加工方式，在零件加工之前工作准备好后，对零件进行自动加工。 在编辑方式下，对程序进行编辑、修改、删除或传输工件加工程序用。 即手动数据输入方式，能执行单个程序段。 手动方式，进行X、Z方向的移动按钮 通过扭子开关选择X、Z方向同时选好倍率方向，实现单步移动功能。 手动下，按下此键，机床主轴正转 手动下，按下此键，机床主轴停止转动 手动下，按下此键，机床主轴反转 循环启动键，在自动方式下，按下此键进行零件的自动加工。 进给保持键，在自动方式下，按下此键，CNC将暂时停止加工程序段。 八、简单零件加工步骤

图7 轴类零件图纸

加工该图指定零件，加工步骤如下：

1.开机：打开机床总开关，点击操作面板上的控制系统开关按钮查急停按钮是否松开至

2.准备刀具，装夹工件：

，使电源灯，将其松开。

变亮。检

状态，若未松开，点击急停按钮

装夹工具用力要均匀，试运行 3.对刀操作：在工作方式处点击按钮

此时CRT界面上显示坐标值，利用

进入手动方式，确保没有被按下。点击MDI键盘的

，将机床移动到如图8所示大致位置。

按钮，

对x向：点击按钮，使主轴转动，点击按钮，用所选刀具切削工件外圆，如图9

，

图8 图9 图10 图11

所示。保持X轴不动，退出，使主轴停止，点击工具栏的测量，记下被车外圆柱面的直径X1，点击选择形状，将光标移到对应刀具号的番号中的,X处，输入X1，点击测量即x方向对好。

对z向：使主轴正转，将刀具移到到图10所示位置，切外端面，如图11所示，点击

将光标移到对应刀具号的番号中的,Z处输入z0.0，点击测量即z方向对好。

，选择形状，

5.输入程序

方法1：工作方式选择在“编辑”下，点击\"PROG\"，进行程序的编辑；

8.零件加工：将程序调出，将光标移动到最上方，点击自动，进入自动加工模式，完成零件的加工。

九、数控车相关坐标系

数控车床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向。建立车床的坐标系是为了确定刀具或 工件在车床中的位置，确定车床运动部件的位置及其运动范围。

图12 右手笛卡儿直角坐标系

数控车床的坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系，如图 12 所示。基本坐标轴为 X、Y、Z，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标轴为 A、B、C。大拇指方向为 X 轴的正方向；食指为 Y 轴的正方向；中指为 Z 轴的正方向。

坐标轴及其运动方向：

车床的运动是指刀具和工件之间的相对运动，一律假定工件静止，刀具在坐标系内相对工件运动。 1）Z 轴的确定。Z 轴定义为平行于车床主轴的坐标轴，其正方向为从工作台到刀具夹持的方向， 即刀具远离工作台的运动方向。

2）X 轴的确定。X 轴为水平的、平行于工件装夹面的坐标轴，对于车床 X 坐标的方向在工件的径 向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为 X 轴正方向。

3）旋转坐标轴 A、B 和 C。旋转坐标轴 A、B 和 C 的正方向相应地在 X、Y、Z 坐标正方向上，按右手螺旋前进的方向来确定。

车床原点又称机械原点，它是车床坐标系的原点。该点是车床上的一个固定的点是车床制造商设置在车床上的一个物理位置，通常不允许用户改变。车床原点是工件坐标系、车床 参考点的基准点。车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面的点。

图13 车床的机床原点

车床参考点是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是

固定的，车床出厂之前由机床制造商精密测量确定。

程序原点是编程员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为工 件原点，是由编程人员根据情况自行选择的。在车床上工件原点如图14 所示。

图14 车床的工件原点

选择工件原点的原则：

1）选在工件图样的基准上，以利于编程。 2）选在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上。 3）选在工件的对称中心上（一般选在工件右端面中心）。 4）便于测量和验收。

十、实验报告要求

实验报告要完成，字迹工整，数据准确。

附件:程序： O0001; T0101;

M03S800F0.1; GG00X35.0; Z5.0;

G71U1.0R0.5;

G71P10Q20U0.1W0.2F0.5; N10G01X0.0; Z0.0;

G03X6.0Z-3.0R3.0; G02X12.0Z-6.0R3.0; G01X19.975Z-20.0; Z-36.1; X25.95;

X27.95Z-37.0; Z-45.0;

N20G00X35.0;

G70P10Q20S1000F0.1; G00X50.0; Z200.0; M30;