數控車床編程與操作及不同系統的坐標建立方法

數控車床    時間:2014-03-14 00:56:03
數控車床編程與操作及不同系統的坐標建立方法簡介
數控車床編程與操作 4.1 數控車床簡介 4.1.1數控車床概述 數控車床作為當今使用最廣泛的數控機床之一,主要用於加工軸類、盤套類等迴……
數控車床編程與操作及不同系統的坐標建立方法正文

數控車床編程與操作
4.1 數控車床簡介
4.1.1數控車床概述
數控車床作為當今使用最廣泛的數控機床之一,主要用於加工軸類、盤套類等迴轉體零件,能夠通過程序控制自動完成內外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工,並進行切槽、鑽、擴、鉸孔等工作,而近年來研製出的數控車削中心和數控車銑中心,使得在一次裝夾中可以完成更多得加工工序,提高了加工質量和生產效率,因此特別適宜複雜形狀的迴轉體零件的加工。
4.1.2數控車床的組成
數控車床由床身、主軸箱、刀架進給系統、冷卻潤滑系統及數控系統組成。與普通車床所不同的是數控車床的進給系統與普通車床有質的區別,它沒有傳統的走刀箱溜板箱和掛輪架,而是直接用伺服電機或步進電機通過滾珠絲杠驅動溜板和刀具,實現進給運動。數控系統由NC單元及輸入輸出模塊,操作面板組成。
1.數控車床的機械構成
從機械結構上看,數控車床還沒有脫離普通車床的結構形式,即由床身、主軸箱、刀架進給系統,液壓、冷卻、潤滑系統等部分組成。與普通車床所不同的是數控車床的進給系統與普通車床有質的區別,它沒有傳統的走刀箱、溜板箱和掛輪架,而是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅動溜板和刀具,實現運動,因而大大簡化了進給系統的結構。由於要實現CNC,因此,數控車床要有CNC裝置電器控制和CRT操作面板。圖4-1所示為數控車床構成的各部分及其名稱。
圖4-1 數控車床的構成
(1)主軸箱 圖4-2為數控車床主軸箱的構造,主軸伺服電機的旋轉通過皮帶輪送刀主軸箱內的變速齒輪,以此來確定主軸的特定轉速。在主軸箱的前後裝有夾緊卡盤,可將工件裝夾在此。
圖4-2 數控車床主軸箱的構造
(2)主軸伺服電機 主軸伺服電機有交流和直流。直流伺服電機可靠性高,容易在寬範圍內控制轉矩和速度,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作為電機控制技術的發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控制卡爪的開/合。
(4)往複拖板 在往複拖板上裝有刀架,刀具可以通過拖板實現主軸的方向定位和移動,從而同Z軸伺服電機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,並同Z軸伺服電機共同完成截面方向的切削,如圖4-3所示為刀架結構。
(6)控制面板 控制面板包括CRT操作面板(執行NC數據的輸入/輸出)和機床操作面板(執行機床的手動操作)。
圖4-3 刀架結構
2.數控系統
數控車床的數控系統是由CNC裝置、輸入/輸出設備、可編程控制器(PLC)、主軸驅動裝置和進給驅動裝置以及位置測量系統等幾部分組成,如圖4-4所示。

圖4-4 CNC系統構成
數控車床通過CNC裝置控制機床主軸轉速、各進給軸的進z給速度以及其他輔助功能。
4.1.3數控車床的特點
1.傳動鏈短 數控車床刀架的兩個方向運動分別由兩台伺服電機驅動。伺服電機直接與絲杠聯結帶動刀架運動,伺服電機與絲杠也可以按控制指令無級變速,它與主軸之間無須再用多級齒輪副來進行變速。隨著電機寬調速技術的發展,目標是取消變速齒輪副,目前還要通過一級齒輪副變幾個轉速範圍。因此,床頭箱內的結構已比傳統車床簡單得多。
2.剛性高 與控制系統的高精度控制相匹配,以便適應高精度的加工。
3.輕拖動 刀架移動一般採用滾珠絲杠副,為了拖動輕便,數控車床的潤滑都比較充分,大部分採用油霧自動潤滑。
為了提高數控車床導軌的耐磨性,一般採用鑲鋼導軌,這樣機床精度保持的時間就比較長,也可延長使用壽命。另外,數控車床還具有加工冷卻充分、防護嚴密等結構特點,自動運轉時都處於全封閉或半封閉狀態。數控車床一般還配有自動排屑裝置。
4.1.4數控車床的分類
數控車床品種繁多,按數控系統功能和機械構成可分為簡易數控車床(經濟型數控車床)、多功能數控車床和數控車削中心。
(1)簡易數控車床(經濟型數控車床) 是低檔次數控車床,一般是用單板機或單片機進行控制,機械部分是在普通車床的基礎上改進設計的。
(2)多功能數控車床 也稱全功能型數控車床,由專門的數控系統控制,具備數控車床的各種結構特點。
(3)數控車削中心 在數控車床的基礎上增加其他的附加坐標軸。
4.1.5數控車床(CJK6153)的主要技術規格。
床身最大工具迴轉直徑:ф530mm。滑板最大工件迴轉直徑:ф280mm,機床頂尖距1000mm,刀架最大X向行程:260mm,刀架最大Z向行程:1000mm。手動4級變頻調速25~2000轉/分。
4.1.6數控車床(CJK6153)的潤滑與冷卻
該機床的潤滑分床頭箱的潤格及其它部件的潤滑兩個部分。有齒輪變速的床頭箱均採用油潤滑,由擺線泵進行強迫潤滑,擺線泵吸油時,先通過精製過濾器,再進過磁性濾清器而後送到各潤滑部件或經分油器對主軸軸承及所有其它運轉零件進行強迫潤滑和噴油潤滑。機床上其它部件的潤滑,如尾架、道軌及絲杠螺母等均採用油潤滑,採用間歇潤滑泵對X軸、Z軸的各導軌潤滑面及滾珠絲杠螺母、尾架套筒外圓等部位進行自動間歇式潤滑。在呈透明狀態的油箱內,帶有一個液位報警開關,當箱內油液低於規定值時,機床會發出潤滑報警。 該機床冷卻系統採用泵冷卻。冷卻裝置的日常維修主要是冷卻水的補給更換及過濾器的清洗。在冷卻箱內未灌入冷卻液前,嚴禁啟動冷卻泵,以免使冷卻泵燒壞。當冷卻水減少時,應及時補給。冷卻水發生污染變質時,應全部更換,冷卻液應注意選擇防鏽性能好的,以免機床生鏽。
4.2數控車床的編程方法
要學好數控車床的編程,必須了解數控車床的操作要點,現有教材大多沒把數控車床的操作與編程作為一個整體來講。
4.2.1設定數控車床的機床坐標系
機床坐標系是機床固有的坐標系,是製造和調整機床的基礎,也是設置工件坐標系的基礎。機床坐標系在出廠前已經調整好,一般不允許隨意變動。參考點也是機床上的一個固定不變的極限點,其位置由機械擋塊或行程開關來確定。通過回機械零點來確認機床坐標系。回機械零點前先要開機,數控車床開機前先要熟悉數控車床的面板。面板的形式同數控系統密切相關。數控車床的開機有難有易。對於配圖產系統的車床。開機大都比較簡單,一般打開電源后,直接啟動數控系統即可。開機后,通過回零,使工作台回到機床原點(或參考點,該點為與機床原點有一固定距離的點)。數控車床的回零(回參考點)步驟為:開關置於「回零」位置。按手動軸進給方向鍵+X、+Z至回零指示燈亮。開機后必須先回零(回參考點),若不作此項工作,則螺距誤差補償、背隙補償等功能將無法實現。設定機床機械原點同編程中的G54指令直接有關。
4.2.2設定數控車床的工件坐標系
工件坐標系是編程時使用的坐標系,又稱編程坐標系,該坐標系是人為設定的。建立工件坐標系是數控車床加工前的必不可少的一步。不同的系統,其方法各不相同。
1.西門子802S系統工件坐標系的建立方法
(1)轉動刀架至基準刀(如1號刀)。
(2)在MDA狀態下,輸入T1D0,使刀補為0。
(3)機床回參考點。
(4)用試切法確定工件坐標原點。先切削試件的端面。Z方向不動。若該點即為Z方向原點,則在參數下的零點偏置於目錄的G54中,輸入該點的Z向機械坐標值A的負值,即Z=-A。若Z向原點在端面的左邊 處,則在G54中輸入Z=-(A+ ),回車即可。同理試切外圓,X方向不動。Z方向退刀,記下X方向的機床坐標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GSK980T系統工件坐標系的建立方法
(1)用手動方式,試切端面。
(2)在Z軸不動的情況下,沿X軸退刀,且停止主軸旋轉。3.測量端面與工件坐標系零點間的距離Z。然後在錄入方式下輸入G50 Z ,運行該句即可。4.同理,用手動方式車外圓,在X軸不動的情況下沿Z軸退刀,且停止主軸旋轉,測量工件直徑X,在錄入方式下輸入G50X,運行該句即可。
3.廣數GSK928TC工件坐標系的建立方法
(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系原點間的距離,按InputZ輸入該距離值,回車即可。
4.2.3確定基準刀在工件坐標系中的位置
確定了工件坐標系后,可用G50指令確定第1把刀(基準刀)在工件坐標系中的位置。
4.2.4確定其它刀在工件坐標系中的位置
加工一個零件常需要幾把不同的刀具,由於刀具安裝及刀具本身的偏差,每把刀轉到切削位置時,其刀尖所處的位置並不重合,為使用戶在編程時無需考慮刀具間的偏差,需確定其它刀在工件坐標系中的位置,這需要通過對刀來實現。不同的系統,其對刀方法各不相同。
1.西門子802S系統的對刀方法
(1)選用某一把刀為基準刀,按參數鍵下和刀具補償按鈕,再按新刀具按鈕,輸入基準刀的刀號及刀沿(補)號。如基準刀為1號刀,選用1號刀沿(補),則刀具為T1D1。
(2)調用對刀窗口,用基準刀車外圓,Z向退刀,在對刀窗口的X軸零偏處輸入0(因是基準刀),按計算鍵后確認。
(3)調用其它各把刀具,確定刀號和刀沿(補)號,車外圓輸入直徑,車端面。輸入台階深度的負值。計算、確定即可。
2.廣數GSK980T系統的對刀方法
(1)用基準刀試切工件,設定基準坐標系:試切端面X向退刀,進入錄入方式,按程序按鈕。輸入G50 Z0,即把該端面作為Z向基準面。然後按設置鍵,設置偏置號(基準刀+100),輸入Z=0,試切外圓,Z向退刀,測得外圓直徑 ,進入錄入方式,按程序按鈕。輸入G50X ,然後按設置鍵,設置偏號,基準刀偏置號+100,X= 。
(2)調用其它各把刀具,車外圓,Z向退刀。測得外圓直徑,將所測得的值 設到一偏置號中,該偏置為刀號+100,如刀號為2,則偏置號為202,在此處輸入X= 。同理車台階,X向退刀,測得台階深度 ,在偏置號處輸入Z=- 。
3.廣數GSK928TC系統的對刀方法
(1)用基準刀試切工件,用input建立對刀坐標系,該坐標系的Z向原點,一般設在工件的右端,即把試切的端面作為Z向零點。
(2)調用其它各刀,如2號刀,用T20調用,然後試切外圓Z向退刀,測得直徑 ,然後按I鍵。輸入 。試切台階,X向退刀,測得台階深度為 ,然後按K鍵,輸入- ,刀補即設置完畢。
4.2.5坐標軸的方向
無論那種坐標系都規定與車床主軸軸線平行的方向為Z軸,從卡盤中心至尾座頂尖中心的方向為正方向。在水平面內與車床主軸軸線垂直的方向為X軸,遠離主軸旋轉中心的方向為正方向。
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註和加工測量時,一般用直徑值表示,所以採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,此時需把第一把刀移動到工件坐標為X Z的位置。
2 .返回參考點
G26(G28):X Z軸同時返回參考點,G27:X軸返回參考點,G29:Z軸返回參考點。
3. 快速定位
G00 X Z 快速定位到指定點。
4 .直線插補
G01 X Z F 該指令用於車外圓及端面。F為進給速度,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
G02(03) X Z I K F 該指令用於車順圓或逆圓周。X Z為圓弧終點坐標,I K為圓心相對於起點的坐標,F為進給速度。
6.螺紋切削
G33(32) X Z P(E) I K 該指令用於螺紋切削,X Z為螺紋終點坐標,P為公制螺紋導程(0.25-100mm),E為英制螺紋導程(100-4牙/英寸),I K為退尾數據。螺紋切削時主軸轉速不能太高,一般N×P≤3000,N為主軸轉速(rpm),P為公制螺紋導程(mm)。
7. 延時或暫停
G04 X,X為暫停秒數,該指令一般用於切槽,可保持槽底光滑。
8 .主軸轉速設定
M03(04) S 該指令用於主軸順時針或逆時針轉,主軸轉速為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.程序結束
M02(在此處結束)或M30(結束后返回程序首句)。
4.2.8 循環
由於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,數控車床常具備不同形式的固定循環,可進行多次循環切削。
1. 外徑、內徑循環
G90 X Z R F 該指令用於外徑、內徑的簡單車削循環,X Z為循環終點坐標,R表示圓錐面循環。其值為圓錐體大小端差(直徑差),循環起點由上句程序決定,F為進給速度。
2.螺紋車削循環
G92 X Z P(E) I K R L 該指令用於螺紋車削循環, X Z為螺紋終點坐標,P為公制螺紋導程(0.25-100mm),E為英制螺紋導程(100-4牙/英寸),I K為退尾數據,R表示螺紋起點與終點的直徑差(用於加工圓錐螺紋),L表示螺紋頭數,螺紋車削循環起點由上句程序決定。G92指令與G33指令的區別為G92可多次自動切削螺紋。
3.端面車削循環
G94 X Z R F 該指令用於端面的簡單車削循環,X Z為循環終點坐標,R表示錐面循環。其值為圓錐體大小端差(Z向差),循環起點由上句程序決定,F為進給速度。
4 .切槽循環
G75 X Z I K E F 該指令用於切槽循環,X Z為循環終點坐標,I為每次X軸的進刀量,K為每次X軸的退刀量,E為Z軸每次的偏移量,F為進刀速度,省略Z表示切斷。
5.外圓粗車複合循環
G71 X I K L F 該指令用於外圓粗車複合循環,即編程時寫出外圓加工形狀,系統從毛坯開始自動走出外圓循環形狀。該循環平行於Z軸切削,X為循環終點坐標,I為每次X軸的進刀量,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量,F為進給速度,G71指令段后馬上接決定外圓加工形狀的程序段。
6.端面粗車複合循環
G72 Z I K L F 該指令用於端面粗車複合循環,即編程時寫出端面加工形狀,系統從毛坯開始自動走出端面循環形狀。該循環平行於X軸切削,Z為循環終點坐標,I為每次Z軸的進刀量,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量,F為進給速度,G72指令段后馬上接決定端面加工形狀的程序段。
4.2.9刀具補償
編程時,認為車刀刀尖是一個點,而實際上為了提高刀具壽命和工件表面質量,車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧,為提高工件的加工精度,編製圓頭刀程序時,需要對刀具半徑進行補償。大多數數控車床都具有刀具半徑自動補償功能(G41,G42),這類數控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。
4.2.10絕對坐標與增量坐標
X 、Z表示絕對坐標,U、W表示相對坐標。
4.2.11公制與英制尺寸設定
公制尺寸設定指令G21,英制尺寸設定指令G20,系統上電后,機床處在G21狀態。
4.2.12圓弧順逆的判斷
數控車床是兩坐標的機床,只有X軸和Z軸,應按右手定則的方法將Y軸也加上去來考慮。判斷時讓Y軸的正向指向自己,(即沿Y軸的負方向看去),站在這樣的位置就可正確判斷X-Z平面上圓弧的順逆時針。

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