数控车床认识与操作

一、任务导入

(一) 任务描述

输入加工图1-1-1所示轴类零件的加工程序 (见表1-1-1)，通过程序的输入与零件加工，学习FANUC数控系统数控车床的相关操作及零件的检验方法。

图1-1-1 轴

表1-1-1 轴的加工程序

续表

尺寸公差按IT12来加工，表面粗糙度为6.3μm。

(二) 知识目标

(1) 了解数控车床的结构、组成、分类及适用对象。

(2) 熟悉FANUC系统数控车床控制面板各按键的功能与用途。

(3) 熟悉数控车床坐标系。

(4) 掌握数控车床常用操作步骤。

(5) 掌握加工程序的校验方法。

(三) 能力目标

(1) 会操作典型数控系统的数控车床，完成零件加工的相关操作。

(2) 会正确安装刀具与工件。

(3) 掌握数控车床一把刀的对刀操作。

二、知识准备

(一) 数控车床概述

目前，数控车床是使用比较广泛的数控机床，主要用于轴类、盘类等回转体零件的加工，内外圆柱面、锥面、圆弧面及螺纹等的切削加工，切槽、钻孔、扩孔及铰孔加工，复杂形状零件的加工。

数控车床一般由主轴箱、卡盘、操作面板、刀架、滑板、床身、照明灯、尾座等组成，如图1-1-2所示。

1. 数控车床分类

1) 按数控车床主轴位置分类

(1) 立式数控车床。

立式数控车床的主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类数控车床主要用于加工径向尺寸较大、轴向尺寸较小的大型复杂零件，如图1-1-3所示。

图1-1-2 数控车床结构

1—主轴箱; 2—卡盘; 3—操作面板; 4—刀架; 5—滑板; 6—床身; 7—照明灯; 8—尾座

(2) 卧式数控车床。

卧式数控车床的主轴轴线处于水平位置，它的床身和导轨有多种布局形式，是应用最广泛的数控车床，如图1-1-4所示。

图1-1-3 立式数控车床

图1-1-4 卧式数控车床

2) 按加工零件的基本类型分类

(1) 卡盘式数控车床。

这类数控车床未设置尾座，主要适用于车削盘类 (含短轴类) 零件，其夹紧方式多为电动液压控制。

(2) 顶尖式数控车床。

这类数控车床设置有普通尾座或数控尾座，主要适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。

3) 按刀架数量分类

(1) 单刀架数控车床。

普通数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四刀位卧式回转刀架、多工位转塔式自动转位刀架等。

(2) 双刀架数控车床。

这类数控车床中，双刀架的配置可以是平行交错结构，也可以是同轨垂直交错结构。

4) 按数控车床的档次分类

(1) 简易数控车床。

属于低档数控车床，采用开环控制进给。使用步进电动机和单片机对卧式车床的进给系统进行改造就得到简易型数控车床。因此，这类数控车床的加工精度不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。

(2) 经济型数控车床。

属于中档数控车床，多采用开环或半闭环控制。

(3) 全功能数控车床。

属于高档数控车床，一般采用后置转塔式刀架，可装刀具数量较多，车床采用倾斜床身结构，便于排屑，数控系统的功能较多，可靠性较好。

(4) 车削中心。

除具有数控车削加工功能外，车削中心还采用了动力刀架，并可在刀架上安装铣刀等回转刀具，该刀架具备动力回转功能。其次，车削中心还具有C轴功能。当动力刀具启用后，主轴旋转运动成为进给运动，刀具旋转变成了主运动。车削中心容量一般较大，部分车削中心还带有刀库和自动换刀装置，如图1-1-5所示。

图1-1-5 车削中心

(二) FNAUC 0iT系统数控车床操作面板

1. 数控车床控制面板结构 (见图1-1-6)

图1-1-6 FANUC 0iT系统CKA6136型数控车床控制面板布局

2. 机床控制面板

FANUC 0iT系统CKA6136型数控车床的机床控制面板如图1-1-7所示，各按键的功能及说明见表1-1-2。

图1-1-7 FANUC0i TCKA6136型数控车床的机床控制面板

表1-1-2 机床控制面板功能说明

续表

3. MDI面板介绍

1) 数控系统控制面板 (MDI面板)

MDI面板由一个单色7.2寸LCD显示器和一个MDI键盘构成，如图1-1-8所示。MDI键盘的布局如图1-1-9所示，MDI面板各按键的功能见表1-1-3。

图1-1-8 MDI面板

图1-1-9 MDI键盘的布局

表1-1-3 MDI键盘上各按键的名称和功能

2) 功能键和软键

功能键用于选择屏幕的显示 (功能) 类型，共有六个，一般是先按功能键，再按软键。功能键和软键的布局如图1-1-10所示。

图1-1-10 功能键和软键的布局

三、方案设计

通过程序输入、调试及数控加工等任务的实施，让初学者对数控车床的操作过程有一个初步认识，熟悉数控车床的开机与关机、回参考点、手动移动刀架、程序的创建与编辑、工件与刀具的装夹、对刀及其程序等操作。

四、任务实施

(一) 开机

操作步骤:

(1) 检查机床各部件的状态是否正常。

(2) 按下“急停”按钮。

(3) 接通机床电源，将机床控制箱 (电器柜) 上的电源开关旋转至“∣”位置。

图1-1-11 系统启动完成后显示画面

(4) 单击机床面板上的“系统启动”按钮，系统开始启动。系统启动完成后，机床操作面板上相应的按键指示灯亮起，系统工作方式默认为“MDI”方式。图1-1-11所示为系统启动完成后显示器显示内容。系统启动完成后松开“急停”按钮，系统自动复位。

(二) MDI工作方式

在MDI工作方式下可以进行的操作有两种: 一种是利用MDI键盘对系统参数进行修改;另一种是运行一段不超过八个程序段的程序，如换刀、主轴以一定转速正转等。下面介绍一下如何在MDI工作方式下运行一小段程序。若要将二号刀具换到工作位置，则操作步骤如下:

(1) 工作方式选择为“MDI”;

(2)按MDI键盘上的键，让显示器显示“程式MDI”;

(3)输入要运行的程序段(即T0202)，然后按键;

(4) 按机床操作面板上的“循环启动”键，系统会将二号刀具换到工作位置。

在刚开机时，系统默认主轴转速为零，所以在开机后应使用MDI方式给系统输入一个转速值。

(三) 手动工作方式

通过手动工作方式可以进行手动进给、手动快速移动和主轴正转、停止、反转等操作。

1. 手动进给、手动快速移动

在手动工作方式下，可以通过键使滑板移动。

按键，滑板沿X轴正向以相应的进给速度移动，进给速度可以通过进给倍率来调整;

按键，滑板沿X轴负向以相应的进给速度移动;

按键，滑板沿Z轴负向以相应的进给速度移动;

按键，滑板沿Z轴正向以相应的进给速度移动;

按住其中一个键，同时按住键，换以相应的快移速度沿选择的方向快速移动，移动速度可以通过键来调整。

2. 主轴正转、停止和反转

在手动工作方式下，可以通过键来控制主轴正转、停止或反转，转速为以前所指定的转速值，可以通过键来调整。

注意: 在启动主轴前应保证卡盘处在夹紧状态，否则卡抓可能因离心力自动从卡盘上退出而发生安全事故。

(四) 手摇工作方式

在手摇工作方式下，可以利用手轮 (手摇脉冲发生器) 来移动滑板及对主轴进行操作。

图1-1-12所示为手轮，沿顺时针方向旋转，滑板沿选定轴正方向移动; 沿逆时针方向旋转，滑板沿选定轴负方向移动。移动方向可以通过手轮右上方的方向选择开关进行选择。手轮旋转一格的移动量由来确定，在挡时为0.001mm，在挡时为0.01mm，在挡时为0.1mm。

图1-1-12 手轮

按键可以控制主轴启动或停止。

(五) 编辑工作方式

在编辑工作方式下，可以对加工程序进行输入、编辑、删除等操作。

1. 新建程序

在编辑工作方式下，按键显示程序画面，再按“DIR”软键，查看要输入的程序名是否已经存在，如不存在，则输入程序名(如O0032)，然后按键，显示画面自动切换为程式画面。

2. 输入程序内容

新建完程序后，接着输入程序内容。输入时最好以程序段为单位逐段输入，输入时应及时核对，发现错误及时修改。通过MDI键盘输入一个程序段后按键(如键入“G99 T0202M03S500;”后按键)，该程序段即被输入。程序段顺序号自动生成，不需要输入。若要输入的字符为某键右下角的字符，则应先按键，然后再按该键，输入到缓冲区的字符就是该键右下角的字符了。

3. 程序调用

在编辑工作方式下，按键显示程序画面，键入需调用的程序名(如O2023)后按光标移动键或“O检索”软键，该程序即被调用。

4. 删除程序

在编辑工作方式下，按键显示程序画面，键入需调用的程序名(如O2023)后按键，则该程序被删除。

5. 指令字的编辑

1) 插入字

将光标移动至插入位置前边的指令字处，键入要插入的指令字后按键。

2) 删除字

将光标移动至需要删除的指令字处，按键。

3) 修改 (替换) 字

将光标移动至需要修改的指令字处，键入正确的指令字后按键。

(六) 自动工作方式

在自动工作方式下，可利用输入的数控加工程序对零件进行自动加工、空运行、模拟刀具轨迹等。

1. 刀具路径模拟

模拟刀具移动轨迹的操作步骤如下:

(1) 在编辑工作方式下将光标移动至程序开始处;

(2)按键→按“图形”软键→按“操作”软键→按键，系统会在显示器上显示出刀具移动的路线。

注意: 在模拟程序时不要按“循环启动”按键，否则系统将控制机床进行动作，发生事故。

2. 自动加工

在自动工作方式下，按下机床控制面板上的“循环启动”(白色) 键，系统开始根据当前加工程序控制机床进行相应的动作，即对工件进行加工。在程序执行过程中，可以按“循环暂停”( “进给保持”) (红色) 键来暂停程序的执行及刀具的移动 (螺纹加工除外)。在按“循环暂停”( “进给保持”) 按键后，再按“循环启动”键，系统将继续执行程序，刀具继续移动。若在执行程序过程中出现紧急情况，则可按“急停”按钮或“复位”键，系统将停止机床的所有动作。

首件试切时，应在单段状态进行程式检视 (见图1-1-13)，并将进给、快速移动、主轴转速修调至较低挡位，单步执行程序，并随时观察刀具位置、剩余进给量、后续程序段是否合适，当发现问题时应及时纠正。

(七) 关机

操作步骤:

(1) 将滑板移动至床身尾部。

图1-1-13 程式检视画面

(2) 按下“急停”按钮。

(3) 单击机床面板上的“系统停止”键，CNC系统关闭，显示器关闭。

(4) 将机床控制箱 (电器柜) 上的电源开关旋转至“O”位置，断开机床电源。

五、任务考核 (见表1-1-4)

表1-1-4 任务考核

六、拓展练习

输入如图1-1-14所示的轴的加工程序 (见表1-1-5)。完成程序输入、对刀及刀补值输入、模拟加工和切削加工等机床操作。

图1-1-14 拓展练习

表1-1-5 加工程序