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数控车床的结构及简单操作
一、实习目的
1．了解数控车床的基本特点和机床坐标系。
2．熟悉FANUC 0i-TD 数控系统应用。
3．掌握数控车床常规操作方法，重点学习数控车床回零操作、手动对刀操作、工件坐标系设定、程序输入与编辑、自动加工等操作。
二、实习设备
1．CK6120数控车床
2．FANUC 0i-TD数控系统
三、基础知识
1．数控车床的特点与组成
CK6120卧式数控车床由浙江大学辰光数控公司生产，是我校数控实训专用机床。该机床采用机电一体化设计，外形美观，结构合理、用途广泛、操作方便，尤其是采用PC控制系统，可以更方便的进行系统升级及更换不同的数控系统。该机床可实现自动控制，能够自动完成车削多种零件内外圆、端面、切槽、任意锥面、球面及各种公英制圆柱、圆锥螺纹等工序。并配有完备的S、T、M功能，可以发生和接受多种信号，控制自动加工过程。
CK6120数控车床结构上是由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压系统、冷却系统及润滑系统等部分组成。
2．CK6120数控车床主要技术参数
床身上最大工件回转直径 ¢310mm
床身上最大加工直径 ¢200mm
刀架上最大加工直径 ¢130mm
最大工件长度 350mm
棒料直径 ¢40mm
加工公制螺纹范围 0.25-12mm
主轴中心高（床身平轨至主轴中心） 166mm
刀架纵向（Z坐标）最大行程 380mm
刀架横向（X坐标）最大行程 150mm
Z向进给速度（无级） 10-2000mm/min
X向进给速度（无级） 5-1000 mm/min
Z向快速移动速度 10-6000mm/min
X向快速移动速度 5-3000 mm/min
刀杆载面尺寸 20×20mm
顶尖套筒内孔锥度 莫氏3号
顶尖套筒最大位移量 90mm
主电机型号 YD112M-8/6/4
功率 1.2/1.5/2.1 KW
转速 710/950/1440 r/min
主轴转速 510/680/810/1030/1080/1640r/min
机床外形尺寸（长×宽×高） 1470×1120×1550 mm
3．机床坐标系
CK6120数控车床可联动X、Z两个坐标轴，符合国际通用标准的笛卡尔右手直角坐标系。即：三个坐标轴X、Y、Z互相垂直，各坐标轴的方向符合右手法则。大拇指的方向为X轴正方向，食指为Y轴正方向，中指为Z轴正方向。数控机床永远假定工件静止而刀具运动，同时规定坐标轴的正方向总是指向增大工件与刀具之间距离的方向。
Z轴：为主轴回转轴线，向右远离工件方向为正方向，即纵向。
X轴：数控车床X轴为径向水平线，向外为正方向，即横向。
4．数控代码规范
1）程序结构
ＮＣ程序由各个程序段组成，每个程序段执行一个加工步骤。程序段由若干个字组成，字由地址符和数值组成，地址符必须用大写字母，最后一个程序段包含程序结束符M02或M30。目前常用的是字地址可变程序段格式。
2）数控指令
数控指令包括准备功能指令（G功能）、辅助功能指令（M功能）、刀具功能指令（T功能）、主轴功能指令（S功能）、进给功能指令（F功能）。常用指令有：
G00 快速移动，模态　　　　　　　　　例如：G00X40Z50；
G01 直线插补，模态　　　　　　 　例如：G01X40Z-30；
G02 顺时针圆弧插补，模态 　　　　　例如：G02X40Z10R10；
G03 逆时针圆弧插补，模态　　　　 　例如：G03X40Z10I10K10；
G04 暂停，单位毫秒 例如：G04P200
G18 ZX平面选择，数控车床缺省
G21 米制单位设定，缺省
G41/G42/G40 刀尖半径左补偿/刀尖半径右补偿/刀尖半径补偿取消
G54～G59 第一工件坐标系～第六工件坐标系指定
G32 单行程螺纹切削 　　 　 　例如：G32Z-10F1.5
G92 螺纹切削固定循环 例如：G92X32Z-20F1.5
G76 螺纹切削连续循环 例如：G76X50Z-20P3.68Q1.2F3
G90 外圆车削固定循环 例如：G90X20Z-20F80
G94 端面车削固定循环 例如：G94X20Z-20I-2F80
G71 外圆粗车连续循环 例如：G71U2R0.2
G71P50Q150U0.5W0.25F300
G72 端面粗车连续循环 例如：G72U2R0.2
G72P50Q150U0.5W0.25F300
G70 精车循环 例如：G70P50Q150F500
G94 进给率Ｆ，单位mm/min
G95 进给率Ｆ，单位mm／r
M00　程序停止　　　　　　 　 　
M02　程序结束　　　　　　 　 　
M03　主轴顺时针旋转
M04　主轴逆时针旋转
M05　主轴停止
M08 冷却液打开
M09 冷却液关闭
M06 更换刀具 　　　　　　 例如：T1M06
M30　程序结束并返回
M98 调用子程序 　　　 　 例如 ：M98L2008P3；调用O2008子程序3次
M99　子程序结束
5．FANUC 0i-TD 数控系统控制面板
数控车床所提供的各种功能可以通过控制面板上的键盘操作得以实现。机床配备的数控系统不同其CRT/MDI控制面板的形式也不相同。CK6120数控铣床配备FANUC 0i-TD数控系统。下面介绍其各控制键功能。
1)主功能键
【POS】键：位置显示键。在CRT上显示机床现在的位置。
【PRGRM】键：程序键。在编辑方式，编辑和显示内存程序，显示MDI数据。
【MENU OFSET】键：菜单设置键。刀具偏置数值的显示和设定。
【OPR ALARM】键：报警显示键。按此键显示报警号及报警提示。
【DGNOS PARAM】键：参数设置键。设置数控系统参数。
【AUX GRAPH】键：图象显示键。暂无功能。
2)数据输人键
用来输人英文字母、数字及符号。常见功能有：G、M—指令；F—进给量；S—主轴转速； X、Y、Z—坐标； I、 J 、K—圆弧的圆心坐标；R—圆弧半径；T—刀具号或换刀指令；O—程序名；N—程序段号；0-9—数字等。
3)编辑键
【ALTER】键：修改键。在程序当前光标位置修改指令代码。
【INSRT】键：插人键。在程序当前光标位置插人指令代码。
【DELET】键：数据、程序段删除键。
【EOB】键：程序段结束键。又称程序段输入键、确认健、回车键。
4）复位键
复位键【RESET】：按下此键，复位CNC系统。
5)输人输出键
输入键【INPUT】：与外部设备通信时，按下此键，才能启动输入设备，开始输入数据到CNC内。
输出键【OUTPT START】：按下此键，CNC开始输出内存中的参数或程序到外部设备。
6）软键
软键即子功能键，其含义显示于当前屏幕上对应软键的位置，随主功能状态不同而各异。在某个主功能下可能有若干子功能，子功能往往以软键形式存在。
7）编辑辅助键
光标移动键【CURSOR】：用于在CRT页面上，一步步移动光标。↑：向前移动光标。↓：向后移动光标。
页面变换键【PAGE】：用于CRT屏幕选择不同的页面。↑：向前变换页面。↓：向后变换页面。
取消键【CAN】：按下此键，删除上一个输人的字符。
8）运行模式选择旋扭：MODE SELECT
【HOME】：返回机床参考点模式
【JOG】：手动连续进给模式
【JOGINC】：手动断续进给模式
【EDIT】：程序编辑模式
【MDI】：手动数据输入模式
【STEP】：单步加工模式
【AUTO】：自动加工模式
9）进给速度倍率调节旋扭：用目前的进给速度乘上倍率得到实际进给速度。
主轴速度倍率调节旋扭：用目前的设定速度乘上倍率得到实际主轴转速。
10)其它功能按键及旋扭：
【AXIS SELECT】旋扭：手动进给轴和方向选择旋扭。在JOG、JOGINC运行模式式时，选择手动进给轴和方向。
【ON】【OFF】键： CNC电源按钮。按下“ON”接通CNC电源；按下“OFF”断开CNC电源。
【E-STOP】键：急停按钮。当出现紧急情况时，按下此按钮，伺服进给及主轴运转立即停止工作。
6．数控车床的基本操作
1）开机与关机操作
在机床主电源开关接通之前，操作者必须对机床的防护门等是否关闭、卡盘的夹持方向是否正确和油标的液面位置是否符合要求等进行安全检查。
合上机床主电源开关，机床工作灯亮，冷却风扇启动，润滑泵、液压泵启动；按下控制面板上的电源启动按钮画，CRT显示器上出现机床的初始位置坐标；检查机床总压力表显示压力是否正常。
2）返回参考点操作
在机床出现下列情况之一时，操作者必须进行返回机床参考点的操作：开始工作之前机床电源接通；机床停电后再次接通数控系统的电源；机床在急停信号或超程报警信号解除之后恢复工作。
返回参考点的操作步骤：①旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“HOME”位置，进人回零方式；②按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的＋X或＋Z键选择一个所需移动的坐标轴；③旋转快速倍率修调开关设定返回参考点进给速度；④按下坐标轴正向运动按钮后放开，坐标运动自动保持到返回参考点，直到参考点指示灯亮时停止。
操作时注意：当滑板上的档块距离参考点开关的距离不足30mm时，要首先用“JOG”按钮使滑板向参考点的负方向移动，直到距离大于30mm停止点动，然后再返回参考点。
3) 手动连续进给及断续进给
手动断续进给操作步骤：①旋转方式选择开关“MODE SELECT”至“JOGINC”，进入断续进给方式，并设置进给步长；②按坐标轴选择按钮“JOG AXIS SELECT”的X或Z键选择准备移动的坐标轴；③旋转快速倍率修调开关“FEEDRATE OVERRIDE”选择点动进给速率；④根据坐标轴运动的方向，按正方向或负方向按钮，各坐标便可实现点动进给。点动状态下，每按一次坐标进给键，进给部件移动一段距离。
手动连续进给操作步骤：旋转方式选择开关“MODE. SELECT”处于“JOG”位置时，选择运动轴，按正方向或负方向按钮，运动部件便在相应的坐标方向上连续运动，直到按钮松开时坐标轴才停止运动。
4）刀架的转位
装卸刀具、测量切削刀具的位置以及对工件进行试切削时，都要靠手动操作实现刀架的转位。其操作步骤如下：首先将“MODE”开关置于“JOG”位置；将“TOOL SELECTION”开关置于指定的刀具号位置；按下“T90”键，则回转刀架上的刀台顺时针转动到指定的刀位。
5）主轴手动操作
自动运行时主轴的转速、转向等均可在程序中用S功能和M功能指定。手动操作时要使主轴启动，必须用MDI方式设定主轴转速。当方式选择开关“MODE SELECT”处于“JOG”位置时可手动控制主轴的正转、反转和停止。调节主轴转速修调开关“SPINDLE SPEED OVERRIDE”，对主轴转速进行倍率修调。按手动操作按钮CW、CCW、STOP控制主轴正转、反转、停止。
6）自动运行操作
机床的自动运行也称为机床的自动循环，自动运行前必须使各坐标轴返回参考点，并有结构完整的数控程序。
先将旋转方式选择开关“MODE SELECT”置于“AUTO”状态，进人自动运行方式；按程序键PRGRM，屏幕显示数控程序；按CURSOR键，光标移动至被选程序的程序头；按下循环启动按钮“CYCLE START”，则自动操作开始执行。
7）机床急停操作
机床在手动或自动运行中，一旦发现异常情况，应立即停止机床的运动。使用急停按钮或进给保持按钮中的任意一个均可使机床停止。
使用急停按钮。如果机床运行时按下急停按钮“E-STOP”，则机床进给运动和主轴运动会立即停止工作。待排除故障重新执行程序恢复机床的工作时，顺时针旋转该按钮，按下机床复位按钮复位后，进行手动返回机床参考点的操作。
使用进给保持按钮。如果机床在运行时按下进给保“FEED HOLD”按钮后，机床处于保持状态。待急停解除之后，按下循环启动按钮恢复机床运动状态，无需进行返回参考点的操作。
8）刀具偏置设定
刀具偏置设定包括刀具长度偏置量与刀具半径偏置量的设定。操作步骤：按功能键MENU OFSET进入偏置菜单；按软键TOOL，进入刀具偏置设定画面；移动光标到要输人或修改的偏置号；测量对刀点直径值，前加MX输入；以工件坐标原点处Z值前加MZ输入，按输入键INPUT。
9）程序的输入和编辑
当输入、编辑、检索程序时需将程序保护开关“PROGRAM PROTECT”打开，并将运行模式置于EDIT状态，显示模式置于PRGRM状态。
程序新建：键入程序名，按INSRT完成程序新建。
程序调入：键入程序名，按INPUT完成程序调入。
程序输入：键入程序单元，按INSRT完成输入确认，按EOB程序段换行。
程序编辑：按替换键ALTER、删除键DELET、退格键CAN等完成程序的修改编辑。
7、数控车床操作步骤
1）开机。开机一般是先开机床再开系统，有的设计二者是互锁的，机床不通电就不能在CRT上显示信息。
2）返回参考点。对于增量控制系统（使用增量式位置检测元件）的机床，必须首先执行这一步，以建立机床各坐标的移动基准。
3）调加工程序。若是简单程序可直接采用键盘在CNC控制面板上输入，若程序非常简单且只加工一件且程序没有保存的必要时采用MDI方式输人，外部程序通过DNC方式输入数控系统内存。
4）程序编辑。输入的程序若需要修改，则要进行编辑操作。此时，将方式选择开关置于编辑位置，利用编辑键进行增加、删除、更改。编辑后的程序必须保存后方能运行。
5）空运行校验。机床锁住，运行程序。此步骤是对程序进行检查，若有错误，则需重新进行编辑。
6）对刀并设定工件坐标系。采用手动进给移动机床，使车刀刀尖位于工件外圆母线与端面交点处，测量该点直径，以程序原点与工件原点重合（这点也是对刀点）为原则将X、Z偏置值输入系统。
7）自动加工。加工中可以按进给保持按钮，暂停进给运动，观察加工情况或进行手工测量，再按下循环启动按钮，即可恢复加工。
8）关机。一般应先关闭数控系统，最后关闭机床电源。
8、数控车床操作过程中的注意事项
1）开机前操作者必须检查卡盘的夹持方向是否正确、润滑装置上油标的液面位置是否符合要求和切削液面是否充裕；
2）开机、关机操作应按照机床使用说明书的规定进行；
3）机床在掉电后重新接通电源开关或在解除急停状态、超程报警信号后，必须进行返回机床参考点操作；
4) 主轴启动开始切削前必须关闭机床防护门，程序正常运行时严禁开启防护门；
5）正常加工运行时不得开启电气箱门，禁止使用急停、复位操作；
6）编程时要仔细计算换刀点,Z轴负向等坐标，防止加工中刀具与卡盘或工件碰撞，造成机床损坏。
7）卡盘扳手使用完毕应立即从卡盘拿开，保证牢固装夹工件和刀具。
8）车床床头箱上禁止放置游标卡尺、工具等物，以免震动落下造成事故。
四、实习内容
1．现场了解数控车床结构特点、加工特点、控制原理及机床坐标系组成。
2．练习FANUC 0i-TD 数控系统控制面板各功能按扭、旋扭作用，熟悉其规范使用方法。
3．练习数控车床基本操作方法，重点学习回零操作、对刀操作、工件坐标系设定、程序输入、自动加工等的应用规范。
4．数控车床加工实训，在给定时间内完成指定零件的数控加工。
五、实习报告
1．简述数控车床坐标轴的确定方法，并画出CK6120数控车床的坐标系。
2．说明FANUC 0i-TD数控系统控制面板及其主要按键旋扭的功能。
3．数控车床常用指令有哪些，按照准备功能、辅助功能、刀具功能、主轴功能、进给功能分别说明指令的含义和规范。
4．归纳数控车床操作步骤。
5．画出你所加工零件的零件图，并完整编制数控程序。