数控车床编程与操作
第一节 CNC车床加工概述
1、数控车床的加工对象及加工特点
2、数控车床的主要类型
三、数控车床主要技术参数
四、常见的数控车床控制系统
1、数控车床的加工对象及加工特点
（1）加工难度高
图4-1 特殊内表面零件示例
成型曲面零件，非标准螺距（或导程）、变螺距、等螺距和变螺距，或圆柱螺旋面与圆锥螺旋面之间平滑过渡的螺旋线
所有车削零件均可在数控车床上加工。
（2）高精度零件加工
零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面的精度要求，其中表面精度主要指表面粗糙度。
复印机中的旋转滚筒、录像机上的磁头、激光打印机上的多面反射镜等超精密零件，其几何轮廓精度可达
0.01μm，表面粗糙度值达到Ra0.02μm
这些高精度零件可以在专用精密数控车床上加工。
（3）淬硬工件的加工
大型模具加工中，有很多尺寸较大、形状复杂的零件。
这些零件热处理后变形较大，磨削加工比较困难，但在数控车床上可以使用陶瓷车刀对淬硬零件进行磨削加工。
采用车削代替磨削加工零件，以提高加工效率。
（4）高效加工
为了进一步提高车削效率，通过增加车床的控制坐标轴，可以加工
两个对相同或不同零件进行多工序操作。
图4-2 六轴控制数控车床加工示意图
现代数控车床必须具有操作方便的优点。
数控车床加工具有以下特点：
1.节省调整时间
（1）快速夹紧卡盘减少了调整时间。
（2）快速夹刀，减少调刀时间。
（3）刀具补偿功能，节省了刀具补偿的调整时间。
（4）工件自动测量系统节省了测量时间，提高了加工质量。
（5）通过程序指令或者操作面板指令来控制顶部架子的运动也节省了时间。
2.操作简便
（1）倾斜床身有利于切屑的流动和夹紧压力、顶压及滑动面润滑剂供给的调整，方便操作者。
操作机床。
（2）宽范围主轴电机或内置主轴电机无需使用变速箱。
（3）采用高精度伺服电机及滚珠丝杠间隙消除装置，进给速度快，精度好。
（4）配有芯片处理器。
（5）采用数控伺服电机驱动数控刀架。
3.具有程序存储功能
现代数控机床控制装置能根据加工形状进行内部操作，并将粗略的加工条件附加到指令中。
自动计算切割轨迹。
4.使用机械手和棒料供给装置
节省人力、安全，提高自动化程度和作业效率。
5. 加工合理化和工艺强化
可达到高速、高精度加工及复合加工的目的。
2、数控车床的主要类型
数控车床编程与操作
1、数控车床的组成及作用
（1）主题
机床主体主要包括床身、主轴箱、床鞍、尾座、进给机构等机械部分。
（2）数控装置（CNC装置）
数控装置是数控车床的控制核心，一般采用专用计算机控制，主要由显示器、键盘、输入输出设备等组成。
它由设备、内存和系统软件组成。
（3）伺服驱动系统
伺服驱动系统是数控车床执行机构的驱动部件，将数控装置输出的运动指令信息转换成机床的运动。
部件的运动主要包括主轴驱动、进给驱动和位置控制。
（4）辅助设备
辅助装置是数控车床的一些配套部件，包括换刀装置、对刀装置、液压、润滑、气动装置、冷却系统等。
系统及排屑装置等。
1—电气箱；2—主轴箱；3—机床防护门；4—操作面板；5—旋转刀架；6—尾座；7—排屑器；8—
冷却液箱；9-滑板；10-卡盘脚踏开关；11-床身；
2、数控车床的分类
1）按车床主轴位置分类
（1）立式数控车床
车床主轴垂直于水平面，设有大直径的圆形工作台，用于装夹工件。该类机床主要用于
加工径向尺寸较大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。
（2）卧式数控车床
卧式数控车床分为数控卧式导轨卧式车床和数控斜导轨卧式车床，斜导轨结构可以使车床
它具有更大的刚性并且更利于排屑。
2）按加工零件基本类型分类
（1）卡盘式数控车床
该类车床无尾座，适用于车削盘类（包括短轴类）零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多为
带有可调节钳口或未硬化钳口（即软钳口）。
（2）走心式数控车床
该类数控车床配有普通尾座或数控尾座，适用于车削较长的轴类零件及直径较小的盘、套类零件。
3）按数控系统功能分类
（1）经济型数控车床（简易数控车床）
通常采用单板机、单片机进行开环控制，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能，处理精度高。
低、功能简单。机械部分多是在普通车床基础上改进而成。
（2）全功能数控车床
具有刀尖半径自动补偿、恒线速度、倒角、固定循环、螺纹切削、图形等功能的高端数控车床
显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适合加工精度高、形状复杂、周期长、品种多的物体。
单件或中小批量零件的加工。
（3）精密数控车床
采用闭环控制，不仅具备全功能数控车床的所有功能，而且机械系统动态响应更快。
在此基础上增加了其他附加坐标轴。适用于精密及超精密加工。
4）其他分类方法
根据数控车床控制方式的不同，可分为：直线控制数控车床、双主轴控制数控车床等；
按特殊或专门的工艺性能，数控车床有很多种类型：螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等。此外，还有车削中心
此类别中还包括两种类型的车削中心：立式和卧式。
3、数控车床主要技术参数
数控车床的主要技术参数为：
数控车床编程与操作
中德奥马科TH-15数控车床主要技术参数：
4.常见的数控车床控制系统
常用的数控车床系统有：
日本FANUC公司的0T、3T、5T、6T、10T、11T、0TC、0TD、0TE、7CT、1
60/18TC、160/180TC、0i 等
机器质量，
机床尺寸（长 x 宽 x 高），
最大允许工件旋转直径，
最大车削直径，
最大车削长度，
最大钢筋尺寸，
主轴转速范围，
X、Z轴行程，
X、Z轴快速移动速度，
定位精度，
重复性，
刀架行程，
刀架分度号，
刀架上的刀具数量，
刀具夹紧尺寸，
主轴头类型，
主轴电机功率，
送料伺服电机功率，
尾座行程，
卡盘尺寸等
最大允许工件旋转直径，最大允许工件旋转直径，mm mm ф ф380 380
最大车削直径, 最大车削直径,mm mm ф ф320 320
最大车削长度，mm 最大车削长度，mm ф ф500 500
最大钢筋直径，mm mm ф ф42 42
主轴通孔直径，主轴通孔直径，mm mm ф ф54 54
刀架工位数量 刀架工位数量 12 12
主轴电机功率，kw 主轴电机功率，kw 7. 5/11 7. 5/11
XX轴电机功率，KW 0.6 0.6
Z轴电机功率，Z轴电机功率，kw kw 0.6 0.6
刀架X轴最大行程，mm 180 180
刀架Z轴最大行程，mm 520 520
主轴转速，r/min 主轴转速，r/min 60 60— —6000 6000
最大移动速度，m/min m/min XX、ZZ方向均为20 20
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德国公司的802S、802C、802D、810D、840D、840Di、840C等
美国ACC数控系统，
国产数控车床系统
北京机床研究所1060系列，
无锡数控有限公司8Ｍ C/8Ｔ C数控系统
北京凯迪数控有限公司 KND-500系列、
北京航天数控集团-901、902系列
广州数控设备厂系列，
大连大森公司的R2 F6000
珠峰数控的CME 988（中华一号）系列，
北京航天数控集团-9１１ＭC（航天Ⅰ型）
华中数控世纪星21T
/30（蓝天I型） 中国科学院沈阳计算技术研究所等
1.数控车床加工刀具及其选择
1、常用车刀的种类及用途
a. 尖头车刀——一种车刀，其特点是切削刃是直的。这种车刀的刀尖（也是其刀位点）
b.圆弧车刀——刀具位置点不在圆弧上，而是在圆弧的中心
c.成形车刀——试样车刀，加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。
图4-4 圆弧形车刀 图4-5 常用车刀的种类、形状及用途
1) 切削刀具；2) 90°左手刀具；3) 90°右手刀具；4) 弯头车刀；5) 直车刀；6) 成形车刀；7) 宽刃精加工车刀；8) 外螺纹
10）内螺纹车刀；11）内凹槽车刀；12）通孔车刀；13）盲孔车刀
2.机夹式可转位车刀的选择
在数控车削中，为了减少换刀时间和方便对刀，尽量采用机夹式车刀和机夹式刀片，以利于机械加工。
标准化。
数控车床常用的机夹式可转位车刀结构如图4-6所示。
图1. 带机夹的可转位车刀结构
（1）叶片材质的选择
常见的刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最为广泛的是硬质合金。
硬质合金和涂层硬质合金刀片。刀片材料的选择主要根据工件的材料、加工表面的精度和表面质量。
要求、切削负荷的大小，切削过程中是否有冲击、振动。
（2）刀片尺寸的选择
刀片的尺寸取决于必要的有效切削刃长度L，有效切削刃长度与车刀的切削深度aP和主前角kr有关。
使用时请参考相关工具手册进行选择。
图1. 切削刃长度、切削深度和主前角的关系
（3）叶片形状的选择
刀片形状主要根据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命及刀片的车削次数等因素来选择。
a-Ｔ型；bF型；cW型；dS型；eP型；f-Ｄ型；gR型；hC型
工作台加工面及适用刀片形状
2.数控车削切削用量的选择
1、切削用量选择原则
（1）背切深度αp的确定
切削深度由机床、工件和刀具的刚度决定，在刚度允许的条件下，应尽量使切削深度与工件相等。
减少零件的加工余量，可以减少刀具走刀次数，提高生产效率。为了保证加工零件的表面质量，可以留出少量的精加工余量。
一般为0.2~0.5mm。
（2）切削速度v的确定
切削速度是指切削时车刀切削刃上某点相对于加工表面在主运动方向上的瞬时速度（m/
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min），又称线速度。
与普通车削一样，被加工零件的直径根据零件和刀具的材料和可加工性确定。
切割速度根据质量等条件允许的切割速度来确定。
主要根据实践经验确定。
（3）进给速率f的确定
进给量是指工件旋转一圈，车刀沿进给方向移动的距离，单位为mm/r，与背切量有关。
表4-1为部分材质的建议切削用量数据，供参考。
表4-1 切削参数推荐数据
2、选择切削用量应注意的几个问题
（1）切削用量选择的一般原则是：
粗车削时，宜选择较大的背吃刀深度αp、较大的进给量f、较低的切削速度v，以提高生产率。
半精加工或精加工时，应采用较小（但不能太小）的背切深度αp和进给量f，以及较高的切削速度v，以保证零
零件加工精度和表面粗糙度。
（2）主轴转速
由于交流变频调速数控车床在低速时输出扭矩较小，因此切削速度不能太低。主轴转速n可按下式计算：
n＝1000v／πd
（3）攻丝时的主轴转速
a.螺纹加工程序段中指定的螺距值
b.刀具在位移过程开始与结束时，会受到伺服驱动系统升降频率及数控装置插补运行速度的制约。
c.螺纹车削必须通过主轴的同步运行功能来实现，即螺纹车削需要主轴脉冲发生器（编码器）。
当转速过高或编码器品质不稳定时，就会导致工件螺纹出现乱纹现象（俗称“烂牙”）。
车床数控系统建议螺纹车削的主轴转速如下：
式中P为加工螺纹的螺距，mm；
k——保险系数，一般取80。
3.数控车削的夹紧与定位
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1、数控车床的定位与夹紧要求
在数控车床上加工零件时，应按照工序集中的原则进行工序划分，确保大部分甚至全部零件在一次装夹中完成。
根据零件的结构形状，通常选择外圆、端面或端面与内孔夹紧，并努力设计
设计基准、工艺基准、编程基准统一，减少定位误差，提高加工精度。
要充分发挥数控车床的加工效率，必须实现工件的快速装夹和准确定位。
数控车床对工件装夹的要求：
首先，要有可靠的夹紧力，防止工件在加工过程中发生松动；
其次，应具有较高的定位精度，并采用气动或液压夹具，以便于快速方便地安装和拆卸工件。
2.常用夹具类型及定位方式
（1）圆柱心轴定位夹具
加工套筒类零件时，常将工件孔定位在圆柱心轴上，如图4-6 a)和b)所示。
（2）小锥度主轴定位夹具
当圆柱形心轴变成锥度很小的圆锥体（C=1/1000～1/5000）时，就成为小锥度心轴。
工件定位在小锥度心轴上，消除了径向间隙，提高了心轴的定心精度。定位时，工件紧紧地楔在心轴上。
工件靠楔入产生的摩擦力驱动，不需装夹，定心精度高；缺点是不能对工件进行轴向定位。
该方法适用于带有高精度定位孔的工件的精加工。
（3）锥形芯轴定位夹具
当工件内孔为锥孔时，可采用与工件内孔锥度相同的锥度心轴定位。
心轴大端安装有螺母，用来旋出工件，如图4-6 c)和d)所示。
（4）螺纹主轴定位夹具
当工件内孔为螺纹孔时，可采用螺纹主轴来定位夹具，如图4-6e）和f）所示。
（5）齿轮中心夹具
用于车削轴类工件的夹具，车削时，由安装在主轴上的变速齿轮通过变径套带动工件旋转。
顶层结构如图4-7所示。
1-壳体；2-顶部；3-止动环；4-螺钉；5-齿套；
图 4-7 齿轮顶部
（6）可调式爪式卡盘夹具
适用于无尾座的卡盘式数控车床
图4-8 可调式爪式卡盘
1-爪子；2-底座夹紧座；3-差速螺钉；4-拉杆；
4.数控车削中的刀具安装与对刀
刀具安装与对刀是数控机床加工中极为重要且困难的工艺准备任务。
对刀质量的好坏将直接影响加工程序的编制和零件的尺寸精度。
通过对刀或刀具预调，可以同时测量每把刀具的刀位偏差，有利于设定刀具补偿量。
（1）车刀的安装
图4-9为刀具安装角度示意图
正确安装车刀是保证加工质量、减少刀具磨损、延长刀具寿命的重要步骤
（a）“-”倾斜角度（增加刀具切削力） （b）“+”倾斜角度（减少刀具切削力）
图4-9 车刀倾斜角度
（2）刀尖
刀位点是指加工程序中用来表现刀具特性的点，也是对刀和加工的基准点。