第1章?數控車削基礎

1.1　數控車床入門

1.1.1　數控車床與數控系統

數控車床是由加工程序控制的自動化加工設備,用于加工軸、套類等回轉體類零件。數控車床由三個部分組成,即數控系統、伺服驅動系統和機床本體(光機),如圖1?1所示。

數控系統是數控機床的智能指揮系統,由專用的計算機組成,稱為CNC系統。目前我國數控機床常采用的數控系統有FANUC數控系統(如F0/F00/F0i Mate系列和FANUC 0i 系列)、西門子系統、華中理工大學的華中系統、中科院沈陽計算機所的藍天1號系統、北京航天機床數控集團的航天一型系統等。

伺服驅動系統是機床的動力裝置,它把數控裝置發來的各種動作指令,轉化成機床移動部件的運動。伺服系統由伺服放大單元和伺服電動機組成。

機床本體也稱作數控機床光機,是數控機床的機械部分。

1.1.2　數控機床加工過程

數控機床加工過程如下(圖1?2)。

① 對加工對象(零件圖樣)進行工藝分析,確定切削加工過程。

② 根據加工過程用規定代碼編寫零件加工程序。

③ 把加工程序輸入數控裝置,經過數控系統處理,發出指令,將零件程序轉化為對機床的控制動作,控制機床切削加工。

④ 加工出符合要求的零件。

1.1.3　零件加工程序

數控機床的加工是由零件加工程序控制的,數控裝置把加工程序轉化為數控機床的控制動作。加工程序由一系列數控編程指令組成。為使零件加工程序通用化,實現不同數控系統程序數據的互換,數控程序的格式有一系列國際標準,即國際標準化組織規定的代碼,稱為ISO標準代碼。我國關于數控程序的國家標準與國際標準基本一致。

編制程序是數控加工中的重要環節,有兩種編程方法:手工編程和自動編程。手工編程是由人工依據程序指令編制加工程序,自動編程是利用專用編程軟件,由計算機生成零件加工程序。手工編程知識是數控加工行業從業人員必備的基礎知識。本書闡述手工編程知識。

1.1.4　數控機床坐標系

加工程序中根據坐標系記錄的刀具運動軌跡,數控坐標系分為數控機床坐標系和工件坐標系,其中數控機床坐標系是生產廠家在數控機床上設定的坐標系,工件坐標系又稱為編程坐標系,是編制零件程序時使用的坐標系。

數控機床坐標系的坐標軸和運動方向規定已標準化,我國相應的標準與ISO國際標準等效,其基本規定如下。

(1)刀具相對工件運動的原則——工件相對靜止,刀具運動

標準規定工件靜止,刀具運動,刀具遠離工件方向為坐標軸正向。由于規定工件是靜止的,零件程序中記錄的走刀路線是刀具運動的路線,這樣編程人員不用考慮機床上是工件運動,還是刀具運動,只要依據零件圖樣,就可確定刀具的走刀路線。

(2)機床坐標系的規定

機床坐標系采用右手笛卡兒直角坐標系。數控機床刀具直線進給的坐標軸用字母X、Y、Z表示,常稱基本坐標軸X、Y、Z,三軸關系用右手定則確定,如圖1?3(a)所示,即圖中大拇指的指向為X軸正方向,食指的指向為Y軸正方向,中指的指向為Z軸正方向。

刀具繞X、Y、Z軸圓周進給坐標軸分別用?A、B、C表示。根據右手螺旋定則,如圖1?3(b)所示,以大拇指指向+X(+Y或+Z)方向,則其余四指指向為圓周進給正向+A(+B或+C)。

(3)機床坐標軸的規定

數控機床坐標系的坐標軸與機床導軌平行。判斷數控機床坐標軸的順序是首先定Z軸,然后定X軸,最后根據右手法則定Y軸。刀具運動時坐標軸符號規定如下。

① Z軸。數控機床的Z軸與機床主軸平行,刀具遠離工件的方向為Z軸正向。對于鉆加工,刀具鉆入工件方向為Z軸的負方向,退出工件的方向為Z軸的正方向。

② X軸。X軸一般是水平的,平行于工件裝夾面,對于工件回轉類機床(如車床、磨床),X軸在水平面內且垂直于工件旋轉軸線,安裝在橫向滑座上的刀具離開工件的方向為X軸正向。

③ Y軸。根據X軸和Z軸,按右手定則確定Y軸的正方向。

④ A、B、C坐標軸。A、B、C是旋轉坐標軸,其旋轉軸線分別平行于X、Y、Z坐標軸,旋轉運動正向,按右手螺旋定則確定,如圖1?3(b)所示。

(4)工件運動時坐標軸的符號(附加坐標)

上述進給運動坐標軸符號指的是刀具運動,如果數控機床上進給運動是工件運動(刀具靜止),這時在機床上表示工件運動的坐標軸符號為:在相應的坐標軸字母上加撇,即X、Y、Z、A、B、C軸分別表示為X'、Y'、Z'、A'、B'、C'。帶撇字母表示工件做進給運動,按相對運動的關系,顯然工件運動的正方向與刀具運動的正方向相反,即:

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

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

例如數控車床坐標系中C'軸,如圖1?4所示。

綜上所述,數控車床通常控制兩個直線軸:刀具直線運動的Z軸和X軸,如圖1?4所示。車削中心機床可控制三個軸,即在控制X、Z軸基礎上還控制主軸旋轉(C軸),如圖1?4所示C'軸。車床旋轉軸(C軸)是工件回轉運動,所以圖1?4中的C軸標注符號為C'。