第1章 数控车削基础

1.1　数控车床入门

1.1.1　数控车床与数控系统

数控车床是由加工程序控制的自动化加工设备,用于加工轴、套类等回转体类零件。数控车床由三个部分组成,即数控系统、伺服驱动系统和机床本体(光机),如图1⁃1所示。

数控系统是数控机床的智能指挥系统,由专用的计算机组成,称为CNC系统。目前我国数控机床常采用的数控系统有FANUC数控系统(如F0/F00/F0i Mate系列和FANUC 0i 系列)、西门子系统、华中理工大学的华中系统、中科院沈阳计算机所的蓝天1号系统、北京航天机床数控集团的航天一型系统等。

伺服驱动系统是机床的动力装置,它把数控装置发来的各种动作指令,转化成机床移动部件的运动。伺服系统由伺服放大单元和伺服电动机组成。

机床本体也称作数控机床光机,是数控机床的机械部分。

1.1.2　数控机床加工过程

数控机床加工过程如下(图1⁃2)。

① 对加工对象(零件图样)进行工艺分析,确定切削加工过程。

② 根据加工过程用规定代码编写零件加工程序。

③ 把加工程序输入数控装置,经过数控系统处理,发出指令,将零件程序转化为对机床的控制动作,控制机床切削加工。

④ 加工出符合要求的零件。

1.1.3　零件加工程序

数控机床的加工是由零件加工程序控制的,数控装置把加工程序转化为数控机床的控制动作。加工程序由一系列数控编程指令组成。为使零件加工程序通用化,实现不同数控系统程序数据的互换,数控程序的格式有一系列国际标准,即国际标准化组织规定的代码,称为ISO标准代码。我国关于数控程序的国家标准与国际标准基本一致。

编制程序是数控加工中的重要环节,有两种编程方法:手工编程和自动编程。手工编程是由人工依据程序指令编制加工程序,自动编程是利用专用编程软件,由计算机生成零件加工程序。手工编程知识是数控加工行业从业人员必备的基础知识。本书阐述手工编程知识。

1.1.4　数控机床坐标系

加工程序中根据坐标系记录的刀具运动轨迹,数控坐标系分为数控机床坐标系和工件坐标系,其中数控机床坐标系是生产厂家在数控机床上设定的坐标系,工件坐标系又称为编程坐标系,是编制零件程序时使用的坐标系。

数控机床坐标系的坐标轴和运动方向规定已标准化,我国相应的标准与ISO国际标准等效,其基本规定如下。

(1)刀具相对工件运动的原则——工件相对静止,刀具运动

标准规定工件静止,刀具运动,刀具远离工件方向为坐标轴正向。由于规定工件是静止的,零件程序中记录的走刀路线是刀具运动的路线,这样编程人员不用考虑机床上是工件运动,还是刀具运动,只要依据零件图样,就可确定刀具的走刀路线。

(2)机床坐标系的规定

机床坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系。数控机床刀具直线进给的坐标轴用字母X、Y、Z表示,常称基本坐标轴X、Y、Z,三轴关系用右手定则确定,如图1⁃3(a)所示,即图中大拇指的指向为X轴正方向,食指的指向为Y轴正方向,中指的指向为Z轴正方向。

刀具绕X、Y、Z轴圆周进给坐标轴分别用 A、B、C表示。根据右手螺旋定则,如图1⁃3(b)所示,以大拇指指向+X(+Y或+Z)方向,则其余四指指向为圆周进给正向+A(+B或+C)。

(3)机床坐标轴的规定

数控机床坐标系的坐标轴与机床导轨平行。判断数控机床坐标轴的顺序是首先定Z轴,然后定X轴,最后根据右手法则定Y轴。刀具运动时坐标轴符号规定如下。

① Z轴。数控机床的Z轴与机床主轴平行,刀具远离工件的方向为Z轴正向。对于钻加工,刀具钻入工件方向为Z轴的负方向,退出工件的方向为Z轴的正方向。

② X轴。X轴一般是水平的,平行于工件装夹面,对于工件回转类机床(如车床、磨床),X轴在水平面内且垂直于工件旋转轴线,安装在横向滑座上的刀具离开工件的方向为X轴正向。

③ Y轴。根据X轴和Z轴,按右手定则确定Y轴的正方向。

④ A、B、C坐标轴。A、B、C是旋转坐标轴,其旋转轴线分别平行于X、Y、Z坐标轴,旋转运动正向,按右手螺旋定则确定,如图1⁃3(b)所示。

(4)工件运动时坐标轴的符号(附加坐标)

上述进给运动坐标轴符号指的是刀具运动,如果数控机床上进给运动是工件运动(刀具静止),这时在机床上表示工件运动的坐标轴符号为:在相应的坐标轴字母上加撇,即X、Y、Z、A、B、C轴分别表示为X'、Y'、Z'、A'、B'、C'。带撇字母表示工件做进给运动,按相对运动的关系,显然工件运动的正方向与刀具运动的正方向相反,即:

+X=-X',+Y=-Y',+Z=-Z'

+A=-A',+B=-B',+C=-C'

例如数控车床坐标系中C'轴,如图1⁃4所示。

综上所述,数控车床通常控制两个直线轴:刀具直线运动的Z轴和X轴,如图1⁃4所示。车削中心机床可控制三个轴,即在控制X、Z轴基础上还控制主轴旋转(C轴),如图1⁃4所示C'轴。车床旋转轴(C轴)是工件回转运动,所以图1⁃4中的C轴标注符号为C'。