数控车床实训操作教学分析

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1数控车床操作基础知识

实训时使用云南一机生产的CKNC-50H独立主轴全无级变速经济型卧式数控车床。将数控加工程序以数据的形式输入数控系统后，通过译码、刀补、插补等一系列计算来控制各坐标轴的运动，通过PLC的协调控制实现零件的自动加工。CKNC-50H数控车床由机床本体和数控装置组成。机床本体包含三抓自定心卡盘（主轴）、刀架、尾座、导轨、床身等几大部分，与普通车床结构相似。数控装置由控制系统，伺服系统，位置测量系统等几部分组成。实训中学生使用的数控车床操作系统是德国西门子公司生产的808D数控系统，该系统数控面板如图1所示。

2数控车床的具体操作步骤

2.1开机

先打开机床电源，等数控面板完全显示完之后再顺时针旋开急停按钮。注意：关机时先关急停按钮再关机床电源开关（防止开机时电流对数控面板造成电冲击）。

2.2回参考点

1）按下“回参考点”按键，进入回参考点模式。2）按住X轴正向按键不松手，当屏幕显示界面上X后面的圆圈标识，当空白圆圈变为参考点标志“”时再松开，表明X轴回参考点操作已完成。3）按住Z轴正向按键不松手，当屏幕显示界面上Z后面的圆圈标识，由空白圆圈变为参考点标志“”时再松开，表明Z轴回参考点操作已完成。回参考点界面如图2所示。【目的】1）系统通过回参考点操作以确定机床原点的位置，来正确建立机床坐标系；2）可以消除丝杠间隙的累计误差以及丝杠螺距。【需要进行回参考点操作的情况】首次开机、按下急停按钮后、机床故障解除后。【注意事项】为保证操作安全，防止刀架与尾座相撞，在回参考点时应先沿+X方向回参考点，再沿+Z方向回参考点。

2.3刀具配置

根据加工工艺，选择合适的刀具安装到自动回转刀架上，然后将其所用到的参数创建到数控系统中。

2.4激活加工参数

数控车床加工主要包括主运动和进给运动。主运动是主轴带动装夹工件的旋转，转速用S表示，转向采用M3主轴正转。进给运动是刀具的移动，刀具用T表示。激活参数就是给T、S、M设置相应参数，进行后续的操作。1）按下“手动”键或“手轮”键，进入手动或手轮模式。2）按下“T、S、M”键下方对应的灰色软键，进入激活参数界面，如图3所示。3）按下“手动”键，调整刀架到安全位置（使刀架处于工件和尾座之间，以防换刀时发生碰撞）。4）输入换刀、主轴转速、主轴方向三个指令。换刀：输入需要进行对刀的刀具号（比如“1”号刀具）。主轴转速：输入“300”转（根据加工使用的刀具材质和加工零件的材质经过多次测试实训时转速选择300转）。主轴方向：选择主轴正转即“M3”（按“选择”键进行切换，直到切换为M3为止）。5）关上安全门（以防扳手等工具遗忘在卡盘上，启动主轴时飞出伤人），点“循环启动键”执行指令。主轴以300转/分的速度开始正转，同时自动回转刀架转到“1”号刀位。

2.5建工件坐标系

工件坐标系是编程人员在编程时使用的，又称编程坐标系，用于描述刀的运动轨迹，该坐标系的原点通常与零件图纸的尺寸基准一致，X轴原点一般选在工件的回转中心，Z轴原点选择在工件的右端面上。实训时选用外圆直径50mm的尼龙棒，对于比较简单的轴类零件一般以工件右端面回转中心点建立工件坐标系原点。通过对刀来实现工件坐标系的建立。保证数控车床加工质量的一个重要环节就是对刀，这是由于数控车床本身的加工过程是按照编制程序进行控制的，建立正确合理的工件坐标系，是刀具运动轨迹合理性的保证，也是加工质量的保证。对刀方式通常有自动对刀仪对刀和手动试切对刀。本机床使用手动试切对刀法对刀。1）按下“手轮”键，切换到手轮工作模式。2）建立Z轴零点。通过手动切削端面（可切短1mm），设置Z0。①使用手轮控制刀具以×100倍率快速进刀，刀尖离端面较近时改为×10倍率轻触右端面，当刀尖出现轻微切屑后停下。②切换坐标轴沿+X方向退刀。切换成Z轴，以×10倍率，大手轮逆时针旋转1圈，选择背吃刀量（刀尖向-Z方向移动了1mm）。③切换成X轴，以×10倍率，大手轮逆时针旋转，沿-X方向进刀切削端面，至刀尖与右端面旋转中心重合，端面切削完毕。④按下“测量刀具”下方对应的灰色软键，进入对刀界面。⑤按屏幕右侧“测量Z”键，打开设置Z轴坐标的页面。⑥在Z0后面橙色方框内输入数字“0”，按下“设置长度Z”键，将补偿数据激活。⑦沿Z轴以×100倍率顺时针退刀，Z轴零点设置完成。车端面界面如图4所示。【注意事项】端面切完后，先不要退刀，让刀尖贴着端面时直接输入Z值“0”。3）建立X轴零点。通过手动切削外圆（直径切细2mm），设置X0。①切换成X轴，使用手轮控制刀具以×100倍率快速进刀靠近工件，刀尖离外圆较近时改为×10倍率轻触外圆面，当刀尖出现轻微切屑后停下。②切换成Z轴，以×100倍率，大手轮顺时针旋转，沿+Z方向退刀，当刀尖刚离开工件后停下来。③切换成X轴，以×10倍率，大手轮逆时针旋转1圈选择背吃刀量（直径切2mm）。④选择Z轴，以×10倍率，大手轮逆时针旋转，将刀尖匀速沿-Z方向进刀切削10mm左右。⑤沿Z轴以×100倍率顺时针退刀，外圆切削完毕。⑥按“复位”键停下机床，用游标卡尺测量刚切完的外圆直径Φ。⑦按屏幕右侧“测量X”键，打开设置X轴坐标的页面。⑧在Φ后面橙色方框内输入测量的刚切完的外圆直径Φ的数值，按下“设置长度X”键，激活补偿数据。X轴零点设置完毕。车外圆界面如图5所示。这种对刀方法在机床断电重启后仍不会改变对刀值，可适用于大批量生产同一种工件，中间关闭车床也不需要再进行重新对刀。

2.6对刀验证

对刀结束后，需要对对刀结果进行验证，以确保建立正确的工件坐标系，保证加工质量和加工安全。操作步骤如下。1）按“MDA”键，打开“MDI程序段”界面。2）点击“删除文件”软键，清除屏幕内容，输入验证程序：T1D1（调用1号刀具1号刀沿）M03S300F1（主轴正转300转/分，指定刀架进给速度1mm/r）G01Z2X52（使刀尖移动到Z2，X52位置）M01（暂停观察刀具位置，点击“循环启动”按键继续执行程序）G01X48Z-10（车刀切削棒料长度为10mm，直径为48mm一段外圆）G00X100Z100（退刀至×100，Z100处）M05（主轴停止旋转）M30（程序停止，并返回到程序开头）用卡尺测量切削完的外圆直径，与G01设定值Φ48mm相比较。如果结果一致，表明对刀无误，工件坐标系建立正确，可进行后续加工。【注意事项】机床的工件坐标系设置错误极易使机床在加工过程中发生碰撞，机床碰撞对机床的精度是很大的损害，对于不同材质的机床影响是不一样的，一般来说，对于刚性不强的机床影响比较大。所以对于高精度数控车床来说，碰撞绝对要杜绝，因此对刀完成后一定要进行对刀验证，以免发生碰撞。

3结论

本文对数控车床基础操作和加工技巧进行分析，使初学数控车床的实训学生尽快地掌握操作要领，保证实训安全，提高工件的加工质量，增强学生理论与实践相结合的能力，同时还培养了学生严谨细致、尊重科学的工程素养。

参考文献

[1]张秀东,王涛,张悦.工程实训[M].天津:天津科学技术出版社,2018.

[2]郗安民.金工实习[M].北京:清华大学出版社,2009.

[3]施孝红.数控车床加工实践教学中学生动手能力的培养分析[J].科技风,2018(14):23.

[4]牛振华,付娅琦.《数控车床编程与加工》课程考核方式的改革与实践[J].内燃机与配件,2019(4):246-247.

[5]俞仲文.工程院校技术教育实践教学研究[M].北京:清华大学出版社,2011.

作者：王雪梅 单位：山东科技大学工程实训中心