作者：庄金雨
出版社：电子工业出版社
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数控车加工技术训练试读：
高等职业教育数控技术专业教学改革成果系列教材数控车加工技术训练主 编 庄金雨 副主编 夏端武 刘袁斌主 审 陈建军 内容简介本书是集理论与实践为一体的专业课程教材，详细介绍了FANUC-0i系统数控车床的操作与各种典型零件的加工。主要内容包括数控车床编程与基础操作、轴类零件的加工、槽类零件的加工、套类零件的加工、螺纹零件的加工、圆弧零件的加工、典型零件的加工7个项目。通过任务描述、任务目标、知识准备、任务实施和知识拓展等学习形式，读者可以循序渐进地学会数控编程与加工方法。
本书可作为职业院校数控、模具、机电类专业的教学用书，也可作为企业职工的上岗培训教材。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目(CIP)数据数控车加工技术训练/庄金雨主编.—北京: 电子工业出版社, 2013.8高等职业教育数控技术专业教学改革成果系列教材ISBN 978-7-121-21145-4Ⅰ.①数… Ⅱ.①庄… Ⅲ.①数控机床－车床－加工工艺－高等职业教育－教材 Ⅳ.①TG519.1中国版本图书馆CIP数据核字(2013)第176655号策划编辑: 朱怀永责任编辑：贺志洪特约编辑：张晓雪 薛阳印 刷：北京市李史山胶印厂装 订：北京市李史山胶印厂出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036开 本：787×1092 1/16 印张：14.75 字数：377千字印 次：2013年8月第1次印刷印 数：3000册 定价：29.50元
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服务热线：（010）88258888。前 言
数控加工技术是一门综合性技术，是由传统的机械加工技术与先进的计算机数字控制技术、信息处理技术等集合而成的。数控加工技术的水平在一定程度上体现了国家的制造水平和综合国力，是衡量一个国家工业现代化的重要标志。
数控加工技术的应用和发展需要大量数控技能型人才来支撑，而数控技能型人才的培养是一项复杂而艰巨的工作。数控技能型人才既需要掌握属于高新技术范围的数字控制技术，又需要具备数控加工操作的能力。职业学校数控课程的教学，怎样才能达到使学生既能理解基本的数控原理、编程等知识，又能掌握典型零件的数控加工技能的目的等问题的解决，才是真正进一步提高数控加工课程质量的关键，鉴于此我们编写了本书。
本书选用了技术先进、占市场份额最大的FANUC（发那科）系统作为典型数控系统进行剖析。根据国家数控车床中级工职业技能标准，突出了实践操作和编程技能，突出了学生对所学知识的应用能力和综合能力。本书具有以下特点：
(1)在结构上，根据数控车床加工零件的特征，按照由简到难的顺序，设计一系列的项目。每个项目又由几个不同的任务组成，构成数控车床加工技术训练必备的知识和技能。
(2)理论与实践相融合，将数控编程、数控工艺的内容融入到每个项目的任务中，充分体现了“教—学—做”一体化的项目式教学特色。
(3)本书中每个任务以任务描述、任务目标、知识准备、任务实施及知识拓展环节构成，每个任务相对独立，便于灵活安排教学进度。
(4)有利于学生在任务驱动下自主进行学习，培养学生独立思考、自主学习的习惯。
本书由宿迁经贸高等职业技术学校庄金雨任主编，宿迁中等专业学校夏端武、昆山第一中等专业学校刘袁斌任副主编，参加编写的还有宿迁经贸高等职业技术学校陈大龙、张波，其中庄金雨编写了项目二、三、四，夏端武编写了项目六，刘袁斌编写了项目七，陈大龙编写了项目一，张波编写了项目五。本书由盐城生物工程高等职业技术学校陈建军任主审。
本书可作为职业院校数控、模具、机电类专业的教学用书，还可作为企业职工的上岗培训教材。由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。编者项目一 数控车床编程与基础操作
数控车床是计算机数字化信号控制的车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。一般能自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹、槽及端面等切削加工。由于数控车床具有高精度、高效率的优点，使得越来越多的企业使用数控车床，并作为零件加工的主要设备。了解数控车床的结构、工作原理，掌握车床的使用已成为机械行业技术推广的重要方面。任务一 认识数控车床
任务描述
认识常见数控车床的种类、车床结构及功能、主要加工内容及特点。
任务目标
1.理解数控技术的基本概念。
2.了解数控车床的组成部分及工作原理。
3.了解数控车床的种类。
4.了解数控车床加工的特点。
知识准备
一、数控技术的基本概念
1.数字控制
数字控制（Numerical Control,NC)，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床称作数控机床。
2.NC机床
早期的数控机床的NC装置是由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件来实现数控功能的，称作硬件数控，用这种技术实现的数控机床称作NC机床。
3.CNC机床
现代数控系统采用微处理器或专用微机的数控系统（Computer Numerical Control）由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行连接，这样的机床称作CNC机床。
二、数控车床的组成
数控车床的基本组成如图1-1所示。
1.输入装置
数控程序编制后需要存储在一定的介质上，控制介质就是由穿孔带或磁盘等存储数控程序的介质。目前，控制介质大致可分为纸介质和电磁介质两种，它们相应地通过不同方法将程序输入到数控装置中。图1-1 数控车床原理图
纸带输入方法即在专用的纸带上穿孔，用不同孔的位置组成数控代码，再通过纸带阅读机将代表不同含义的信息读入。穿孔纸带使用ISO和EIA两种标准信息代码，数控机床能自动识别。
手动输入是将数控程序通过数控机床上的键盘输入，程序内容将存储在数控系统的存储器内，使用时可以随时调用。数控程序的产生由计算机编程软件或手工输入到计算机中，也可采用机床与计算机通信方式来传递数控程序到数控系统中。
2.数控装置
数控装置是数控车床的中枢，一般由输入装置、控制器、运算器和输出装置组成。数控装置是数控车床的核心部分，它将接收到的数控程序经过编译、数学运算和逻辑处理后，输出各种信号到输出接口上。
3.伺服系统
伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成车床移动部件的运动。伺服系统通过接收数控装置输出的各种信号经过分配、放大、转换等，驱动各运动部件，完成零件的切削加工。
4.位置检测和速度反馈装置
位置检测和速度反馈装置根据系统要求不断测定运动部件的位置或速度，并转换成电信号传输到数控装置中，数控装置将接收的信号与目标信号进行比较、运算，对驱动系统不断进行补偿控制，以保证运动部件的运动精度。
5.车床主体
数控车床的主体由主轴、床身及导轨、刀架、尾座和进给机构等组成。它们的设计和制造应该具有结构先进、刚性好、制造精度高、工作可靠等优点，这样才能保证加工零件的高精度和高效率。如图1-2所示为数控车床的组成结构。图1-2 数控车床的组成结构1—脉冲编码器； 2—主轴； 3—Z向滑板； 4—X向滑板； 5—X轴进给电机；6—回转刀架； 7—尾座； 8—脚踏开关
三、数控车床的工作流程
数控车床的工作流程如图1-3所示。图1-3 数控车床的工作流程 （1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。手工编写的程序可以通过数控车床的操作面板输入程序，编程软件生成的程序可通过计算机的串行通信接口直接传输到数控车床的数控单元（MCU）。（5）数控装置将所接收的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行的命令。（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。
四、数控车床的分类
1.按车床主轴位置分类
按车床主轴位置可将车床分为立式数控车床和卧式数控车床。（1）立式数控车床：立式数控车床简称数控立车，如图1-4所示。其车床主轴垂直于水平面上一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类车床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。（2）卧式数控车床：卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床，如图1-5所示。其中，后者的倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。图1-4 立式数控车床 图1-5 卧式数控车床
2.按加工零件的基本类型分类
按加工零件的基本类型可将车床分为卡盘式数控车床和顶尖式数控车床。（1）卡盘式数控车床：卡盘式数控车床没有尾座，适合车削盘类（含短轴类）零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构大多具有可调卡爪或不淬火卡爪（即软卡爪）。（2）顶尖式数控车床：顶尖式数控车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘、套类零件。
3.按刀架数量分类
按刀架数量可将车床分为单刀架数控车床和双刀架数据车床。（1）单刀架数控车床：单刀架数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式回转刀架或多工位转塔式自动转位刀架，如图1-6所示。（2）双刀架数控车床：双刀架数控车床的双刀架配置可平行分布，也可以垂直分布，如图1-7所示。图1-6 单刀架数控车床 图1-7 双刀架数控车床
4.按功能分类
按功能可将车床分为经济型数控车床和普通数控车床。（1）经济型数控车床：经济型数控车床是采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工，如图1-8所示。（2）普通数控车床：普通数控车床是根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，如图1-9所示。其数控系统功能强，自动化程度和加工精度比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。图1-8 经济型数控车床 图1-9 普通数控车床
（3）车削加工中心：车削加工中心是在普通数控车床的基础上增加了C轴和动力头的更高级的数控车床，带有刀库，可控制X、Z和C 3个坐标轴，联动控制轴可以是(X，Z)、(X，C)或(Z，C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工，如图1-10（a）所示为车削中心整体结构，图1-10（b）为车削中心内部结构。图1-10 车削加工中心
5.按数控车床的布局分类
数控车床床身导轨与水平面的相对位置如图1-11所示，它有4种布局形式，如图1-11（a）所示为平床身，图1-11（b）所示为斜床身，图1-11（c）所示为平床身斜滑板，图1-11（d）所示为立床身。图1-11 数控车床床身导轨与水平面的相对位置图
水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。数控车床水平床身如图1-12所示。
水平床身配置倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩，这种布局形式一方面有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型数控车床普遍采用。这两种布局形式的特点是排屑容易，热铁屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器；操作方便，易于安装机械手以实现单机自动化；机床占地面积小，外形简单、美观，容易实现封闭式防护。如图1-13所示为数控车床倾斜床身。图1-12 数控车床水平床身 图1-13 数控车床倾斜床身
倾斜床身其导轨倾斜的角度分别为30°、45°、60°、75°和90°（称为立式床身，见图1-14），若倾斜角度小，排屑不便；若倾斜角度大，导轨的导向性差，受力情况也差。导轨倾斜角度的大小还会直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑上面的因素，中小规格数控车床的床身倾斜度以60°为宜。图1-14 立式床身
6.按伺服控制方式分类
按伺服控制方式可将车床分为开环控制数控车床、闭环控制数控车床和半闭环控制数控车床。（1）开环控制数控车床：开环控制数控车床没有位置检测及反馈装置，通常用步进电机作为执行机构。输入的数据经过数控系统的运算发出脉冲指令，使步进电机轴转过一个角度，再通过机械传动机构把步进电机轴的转动转换为工作台的直线移动，移动部件的移动速度和位移量由输入脉冲的频率和脉冲数量决定。（2）闭环控制数控车床：闭环控制数控车床带有位置检测及反馈装置，其位置检测及反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在车床的移动部件上，并将测量结果直接反馈到数控装置中。通过反馈可消除从电动机到车床移动部件整个机械传动链中的传动误差，最终实现精确定位。（3）半闭环控制数控车床：半闭环控制数控车床在电机的端头或丝杠的端头安装检测元件（如感应同步器或光电编码器等），通过检测其转角来间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统中。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可获得较稳定的控制特性。其控制精度虽不如闭环控制数控车床，但调试比较方便，因而被广泛采用。
五、数控车床的加工特点
1.自动化程度高
数控加工可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需开始时对刀、装卸工件、更换刀具，加工过程中，主要观察和监督车床运行即可。但是由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动强度也相应提高。
2.加工的零件精度高、质量稳定
数控车床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加上精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。
3.生产效率高
数控车床加工时能在一次装夹中加工多个加工表面，而且一般只检测首件，所以可以省去普通车床加工时的很多中间工序，如画线、尺寸检测等，减少了辅助时间和机动时间。而且由于数控加工出的零件质量稳定，所以也为后续工序带来方便，综合效率明显提高。
4.便于新产品开发和改型
数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来。当产品改型、更改设计时，只需要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发和产品的改进、改型提供了捷径。
5.投资较大
投资较大是由于数控车床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。
6.维修要求高
数控车床是技术密集型的机电一体化典型产品，需要维修人员既懂机械，又懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。
任务实施
本任务是认识数控车床型号、种类、结构、特点、加工内容等。实施任务具备一定条件，如各种类型数控车床；也可通过上网查询，查找图片、影像资料等方法弥补设备上的不足。
一、认识数控车床的种类、特点
(1)记录并分析数控车床加工零件的形状、自身结构。
(2)记录所看到的数控车床种类，分析其特点。
二、认识数控车床各部分结构、功能
1.观察数控车床整机
分析数控车床数控系统、床身组件、各部分结构及位置。
2.认识主轴箱
观察主传动组成，观察其内部构造，分析其工作原理。
3. 认识X、Z向运动部件
观察进给传动组成、进给机构传动过程及特点。
4.认识刀架
了解其使用方法，熟悉其功能。
5.认识尾座
了解其使用方法，分析其工作原理。
6.认识数控车床中的液压系统
认识数控车床中的液压系统及其在数控车床中的应用。
检测与评分
将学生任务完成情况的检测与评价填入表1-1中。表1-1 认识数控车床检测评分表
知识拓展数控机床的发展历程和发展趋势
一、数控机床的发展历程
数控机床的研制最早是从美国开始的。1948年，美国帕森斯公司(Parsons Co.)在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。1949年，在美国空军部门的支持下，帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室(Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology)合作，开始从事数控机床的研制工作。经过三年的研究，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机，这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。其数控系统全部采用电子管元件，数控装置体积比机床本体还要大。后又经过三年的改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末，由于价格和技术上的原因，数控机床局限在航空工业中应用，品种也多为连续控制系统。到了20世纪60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断地扩展应用范围。
20世纪80年代中后期，随着加工中心功能和结构的完善，显示了这种工序集中数控机床的优越性，开始出现车削中心、磨削中心等，使复合加工得到扩展而不再局限于镗、铣等工序。20世纪90年代后期又进一步发展了车铣中心、铣车中心、车磨中心等，近年来又出现由激光、电火花和超声波等特种加工方法与切削、磨削加工方法组合的复合机床，使复合加工技术成为推动机床结构和制造工艺发展的一个新热点。
自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速的发展和不断的更新换代，先后经历了五个发展阶段。
第一代数控：1952—1959年采用电子管元件构成的专用数控装置(NC)。
第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。
第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。
第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统(Computer Numerical Control，CNC)。
第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统(Microcomputer Numerical Control，MNC)。
第五代微机数控系统已取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能，这些控制功能是由一系列控制程序（即存储在系统内的管理程序）来实现的。这种数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善，数控装置的故障已从数控机床总的故障次数中占主导地位降到了很次要的地位。
进入20世纪90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控机床技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统(也称之为第六代数控)。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。近几年许多国家纷纷研究开发了这种系统，如美国科学制造中心（NCMS）与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的OSEC计划等。开发研究成果已得到应用，如Cincinnati-Milacron公司从1995年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采用了开放式体系结构的A2100系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。数控系统继续向高集成度方向发展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使系统体积更小，更加小型化、微型化，可靠性大大提高。利用多CPU的优势，实现故障自动排除；增强通信功能，提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来了极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升挡或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统，开发生产周期大大缩短。这种数控系统可随CPU升级而升级，结构上不必变动。
最新一代的数控机床——并联机床（又称6条腿数控机床、并联运动学机器人、虚轴机床）在数控机床的结构上又取得了重大突破。1994年，在美国芝加哥国际机床展览会(IMTS’94)上，美国Giddings＆Lewis公司首次展出了Variax型并联运动机床，引起各国机床研究单位和生产厂家的重视。它是一台以Stewart平台为基础的5坐标立式加工中心，标志着机床设计开始采用并联机构，是机床结构重大改革的里程碑。
并联运动机床是以空间并联机构为基础，充分利用计算机数字控制的潜力，以软件取代部分硬件，以电气装置和电子器件取代部分机械传动，使将近两个世纪以来以笛卡儿坐标直线位移为基础的机床结构和运动学原理发生了根本变化。并联运动机床与传统机床的比较如图1-15所示。图1-15 并联运动机床与传统机床的比较
从图1-15中可以看出，并联运动机床与传统机床的区别主要表现在于，传统机床布局的基本特点是以床身、立柱、横梁等作为支承部件，主轴部件和工作台的滑板沿支承部件上的直线导轨移动，按照X、Y、Z坐标运动叠加的串联运动学原理，形成刀头点的加工表向轨迹。并联运动机床布局的基本特点是，以机床框架为固定平台的若干杆件组成空间并联机构，主轴部件安装在并联机构的动平台上，改变杆件的长度或移动杆件的支点，按照并联运动学原理形成刀头点的加工表面轨迹。 由于并联运动机床结构以桁架杆系取代传统机床结构的悬臂梁和两支点梁来承载切削力和部件重力，加上运动部件的质量明显减小以及主要由电主轴、滚珠丝杠、直线电动机等机电一体化部件组成，因而具有刚度高、动态性能好、机床的模块化程度高、易于重构以及机械结构简单等优点，是新一代机床结构的重要发展方向。
二、数控机床的发展趋势
近年来，数控机床的发展呈现以下趋势。
1.高速化
采用高速的32位以上的微处理器，可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工。日本产的FANUC 15系统开发出64位CPU系统，能达到最小移动单位0.1μm时，最大进给速度为100m/min。
2.多功能化
配有自动换刀机构的各类加工中心，能在同一台机床上实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种加工工序，现代数控机床还采用多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。
3.智能化
引进了自适应控制（Adaptive Control，AC）技术。自适应控制技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。
4.高精度化
通过减少数控系统误差和采用补偿技术可提高数控机床的加工精度。
5.高可靠性
通过提高数控系统的硬件质量，采用模块化、标准化和通用化来提高其可靠性。任务二 数控车床的基本操作
数控车床的操作是数控加工技术的重要环节，数控车床的操作是通过系统操作面板和机床控制面板来完成的。不同的数控车床，由于配置的数控系统不同，面板功能和布局也各不相同。因此应根据具体设备，仔细阅读编程与操作说明书，掌握数控车床的基本操作。本书涉及的操作均以CK6140型数控车床上的FANUC-0i数控系统为例。
任务描述
在FANUC-0i数控车床上进行几种基本操作：手动方式操作、手轮方式操作、MDI方式操作、回零操作、急停操作等。
任务目标
1.掌握数控系统控制面板的使用方法和功能。
2.掌握数控车床操作面板的使用方法和功能。
3.掌握规范的操作动作和操作的基本要求。
知识准备
一、数控系统控制面板
系统控制面板主要包括CRT显示器、MDI键盘和功能软键等，如图1-16、图1-17所示。各种功能键的名称和用途见表1-2。图1-16 数控系统控制面板图1-17 MDI键盘表1-2 数控系统控制面板功能介绍续表
二、数控车床操作面板
车床操作面板位于窗口的右下侧，如图1-18所示，主要用于控制机床运行状态，由模式选择按钮、运行控制开关等多个部分组成。图1-18 FANUC-0i数控车床操作面板
车床操作面板上各功能键的名称和用途见表1-3。表1-3 数控车床操作面板功能介绍续表续表
三、数控车床的安全操作规程
(一) 数控车削的安全操作规程
1.安全操作注意事项
(1)工作时要穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜，严禁戴手套操作车床。
(2)不要移动或损坏安装在车床上的警告标牌。
(3)不要在车床周围放置障碍物，工作空间应足够大。
(4)某一项工作如需要两人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致。
(5)不允许采用压缩空气吹洗车床、电气柜及NC单元。
(6)任何人员违反上述规定或学校的规章制度，实训指导教师或设备管理员有权停止其使用、操作，并根据情节轻重，报学校相关部门处理。
2.工作前的准备工作
(1)车床开始工作前要先进行预热，认真检查润滑系统工作是否正常，如车床长时间未开动，可先采用手动方式向各部分供油润滑。
(2)使用的刀具应与车床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换。
(3)调整刀具所用的工具不要遗忘在车床内。
(4)检查大尺寸轴类零件的中心孔是否合适，以免发生危险。
(5)刀具安装好后应进行1～2次试切削。
(6)认真检查卡盘夹紧的工作状态。
(7)车床开动前，必须关好车床防护门。
3.工作过程中的注意事项
(1)禁止用手接触刀尖和切屑，切屑必须使用铁钩子或毛刷来清理。
(2)禁止用手或其他任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部位。
(3)禁止在加工过程中进行测量、变速，更不能用棉絮擦拭工件，也不能清扫车床。
(4)车床运转中，操作者不得离开岗位，发现车床异常现象应立即停车。
(5)经常检查轴承温度，温度过高时应找有关人员进行检查。
(6)在加工过程中，不允许打开车床防护门。
(7)严格遵守岗位责任制，车床由专人使用，未经同意不得擅自使用。
(8)工件伸出车床100mm以外时，须在伸出位置设防护物。
(9)禁止进行尝试性操作。
(10)手动原点回归时，车床各轴的位置要距离原点-100mm以上，车床原点回归顺序为：首先是+X轴，其次是+Z轴。
(11)使用手轮或快速移动方式调整各轴位置时，一定要看清车床X、Z轴各方向的“＋、－”号标牌后再移动。移动时，先慢转手轮观察车床移动方向无误后方可加快移动速度。
(12)编完程序或将程序输入车床后，须先进行图形模拟，准确无误后再进行车床试运行，并且刀具应离开工件端面200mm以上。
4.程序运行注意事项
(1)对刀应准确无误，刀具补偿号应与程序调用刀具号相符。
(2)检查车床各功能按键的位置是否正确。
(3)光标要放在主程序头。
(4)加注适量冷却液。
(5)站立位置应合适，启动程序时，右手做按停止按键准备，程序在运行当中手不能离开停止按键，如有紧急情况应立即按下停止按键。
(6)加工过程中认真观察切削及冷却状况，确保车床、刀具的正常运行及工件的质量，并关闭防护门以免切屑、润滑油飞出。
(7)在程序运行中需暂停测量工件尺寸时，要待车床完全停止、主轴停转后方可进行测量，以免发生危险。
(8)关机时，要等主轴停转3min后方可关机。
(9)未经许可禁止打开电器箱。
(10)各手动润滑点必须按说明书要求进行润滑。
(11)修改程序的钥匙在程序调整完后要立即拿掉，不得插在车床上，以免无意改动程序。
(12)使用车床时，每日必须使用切削液循环0.5h，冬天时间可稍短一些；切削液要定期更换，一般更换周期为1～2个月。
(13)如果几天不使用车床，则每隔一天应对NC数控装置及CRT(显示装置)部分通电2～3h。
5.工作完成后的注意事项
(1)清除切屑、擦拭车床，使车床与环境保持清洁状态。
(2)注意检查或更换磨损坏了的车床导轨上的油擦板。
(3)检查润滑油、冷却液的状态，及时添加或更换。
(4)依次关掉机床操作面板上的电源和总电源。
(二) 数控车床的日常维护
1.每日维护及保养要点
(1)擦拭车床丝杠和导轨的外露部分，用轻质油洗去污物和切屑。
(2)擦拭全部外露限位开关的周围区域，仔细擦拭各传感器的齿轮、齿条、连杆和检测头。
(3)检查润滑油箱和液压油箱及油压、油温、油雾和油量。
(4)使电气系统和液压系统至少升温30min，检查各参数是否正常，气压压力是否正常，有无泄漏。
(5)空运转使各运动部件得到充分润滑，防止卡死。
(6)检查刀架转位、定位情况。
2.每月维护及保养要点
(1)清理控制柜内部。
(2)检查、清洗或更换通风系统的空气过滤器。
(3)检查按键及指示灯是否正常。
(4)检查全部电磁和限位开关是否正常。
(5)检查并紧固全部电线接头及有无腐蚀破损等现象。
(6)全面检查安全防护设施是否完整牢固。
3.六个月维护及保养要点
(1)对液压油化验，根据化验结果，对液压油箱进行清洗换油，疏通油路，清洗或更换滤油器。
(2)检查车床工作台是否水平，检查锁紧螺钉及调整垫铁是否锁紧，并按要求调整水平。
(3)检查镶条、滑块的调整机构，调整间隙。
(4)检查并调整全部传动丝杠负荷，清洗滚动丝杠并涂上新油。
(5)拆卸、清扫电动机，加润滑油脂，检查电动机轴承，并予以更换。
(6)检查、清洗并重新装好机械式联轴器。
(7)检查、清洗和调整平衡系统，并更换钢缆和钢丝绳。
(8)清扫电气柜、数控柜及电路板，更换维护RAM(随机存取存储器)内的失效电池。
任务实施
1.自动操作方式AUTO
(1)选择要执行的程序(参见任务三)。
(2)按下，选择自动操作方式。
(3)按下程序启动键，按键灯亮，自动加工循环开始。
(4)程序执行完毕，循环启动灯灭，加工循环结束。
2.编辑操作EDIT
编辑方式是用来输入、修改、删除、查询和调用加工程序的一种工作方式(参见任务三)。
3.手动数据输入方式MDI
(1)按键，切换到“MDI”模式。
(2)按键，再按→分程序段号“N10”，输入程序，如G0X50。
(3)按“N10G0X50”程序被输入。
(4)按程序启动按钮。
4.手动返回参考点操作REF
(1)先检查一下各轴是否在参考点的内侧，如不在，则应手动回到参考点的内侧，以避免回参考点时产生超程。
(2)置模式旋钮在位置。
(3)分别选择轴、轴，按住方向键，使各轴返回参考点。回参考点后，相应的指示灯将点亮。
5.手动操作方式JOG
手动操作方式是通过X、Z轴方向移动按钮，实现两轴各自的移动，并通过进给倍率开关选择移动的速度。还可以同时按下快速移动键，实现快速连续移动，其操作方式如下：
(1)按下手动键，选择手动操作方式。
(2)根据移动需要按下X键或Z键，选择移动轴。
(3)根据移动需要按下键或键，溜板将沿着选定的轴，向+X(+Z)方向或-X(-Z)方向移动。
6.增量移动方式INC
这种方法用于微量调整，如用在对基准操作中。
(1)置模式在位置：选择步进量。
(2)选择各轴，每按一次，车床各轴移动一步。
7.手摇轮操作方式HND
这种方法用于微量调整。在实际生产中，使用手摇轮可以让操作者容易控制和观察车床移动。
(1)按下手摇轮键，选择手摇轮操作方式。手摇脉冲倍率开关有三个位置，分别表示脉冲当量为0.001、0.01和0.1mm，根据移动量选择其一。
(2)根据移动需要顺时针或逆时针摇动手摇轮，顺时针方向摇动时为正方向脉冲，逆时针方向摇动时为负方向脉冲。
8.急停操作
在车床操作过程中，如果出现紧急情况时，应立即按下急停按钮，车床的全部动作停止，该按钮同时自锁，并在屏幕上出现“EMG”字样，车床报警指示灯点亮。当险情或故障排除后，沿箭头指示方向旋转一定角度，急停按钮自动弹起。
9.数控车床的开机与关机
(1)数控车床的开机
① 检查数控车床的外观是否正常。
② 接通车床电源电气总开关。
③ 按下数控系统控制面板上的“ON”电源按钮。
④ 旋起急停按钮。
(2)数控车床的关机
① 按下急停按钮。
② 按下数控系统控制面板上的“OFF”电源按钮，关掉系统电源。
③ 关掉车床总电源开关。
注：为了避免数控车床在开、关机过程中，由于电流的瞬间变化而冲击数控系统外部设备，请严格按照以上操作顺序开、关机。
检测与评分
将学生任务完成情况的检测与评价填入表1-4中。表1-4 数控车床基本操作检测评分表
知识拓展FANUC 数控系统简介
一、FANUC数控系统的发展
FANUC 公司创建于1956年，1959年首先推出了电液步进电机，在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。进入20世纪70年代，微电子技术、功率电子技术，尤其是计算机技术得到了飞速发展，FANUC公司毅然舍弃了使其发家的电液步进电机数控产品，从GETTES公司引进直流伺服电机制造技术。1976年FANUC公司研制成功数控系统5，随后又与SIEMENS公司联合研制了具有先进水平的数控系统7。
1979年研制出数控系统6，它是具备一般功能和部分高级功能的中档CNC系统，6M适合于铣床和加工中心，6T适合于车床。与过去机型比较，使用了大容量磁泡存储器，专用于大规模集成电路，元件总数减少了30%。它还备有用户自己制作特有变量型子程序的用户宏程序。
1980年在系统6的基础上同时向低档和高档两个方向发展，研制了系统3和系统9。系统3是在系统6的基础上简化而形成的，体积小，成本低，容易组成机电一体化系统，适用于小型、廉价的机床。系统9是在系统6的基础上强化而形成的具备高级性能的可变软件型CNC系统，通过变换软件可适应任何不同用途，尤其适合于加工复杂而昂贵的航空部件、要求高度可靠的多轴联动重型数控机床。
1984年FANUC公司又推出新型系列产品数控系统10、系统11和系统12。该系列产品在硬件方面做了较大改进，凡是能够集成的都作成大规模集成电路，其中包含了8000个门电路的专用大规模集成电路芯片有3种，其引出脚竟多达179个，另外的专用大规模集成电路芯片有4种，厚膜电路芯片22种；还有32位的高速处理器、4MB的磁泡存储器等，元件数比前期同类产品又减少30%。由于该系列采用了光导纤维技术，使过去在数控装置与机床以及控制面板之间的几百根电缆大幅度减少，提高了抗干扰性和可靠性。该系统在DNC方面能够实现主计算机与机床、工作台、机械手、搬运车等之间的各类数据的双向传送，它的PLC装置使用了独特的无触点、无极性输出和大电流、高电压输出电路，能促使强电柜的半导体化。此外PLC的编程不仅可以使用梯形图语言，还可以使用Pascal语言，便于用户自己开发软件。数控系统10、11、12还充实了专用宏功能、自动计划功能、自动刀具补偿功能、刀具寿命管理、彩色图形显示CRT等。
1985年FANUC公司又推出了数控系统0，它的目标是体积小、价格代，适用于机电一体化的小型机床，因此它与适用于中、大型的系统10、11、12一起组成了这一时期的全新系列产品。在硬件组成以最少的元件数量发挥最高的效能为宗旨，采用了最新型高速高集成度处理器，共有专用大规模集成电路芯片6种，其中4种为低功耗CMOS专用大规模集成电路，专用的厚膜电路3种。三轴控制系统的主控制电路包括输入、输出接口、PMC（Programmable Machine Control）
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]