10.3969/j.issn.1671-489X.2022.04.137

摘 要 隨著數(shù)控加工技術的迅速發(fā)展和普及，工程訓練中的數(shù)控加工實訓越發(fā)重要。為保證數(shù)控加工實訓安全，使操作者盡快掌握數(shù)控車床的操作技能，以實訓中使用的云南一機生產(chǎn)的CKNC-50H數(shù)控車床為例，介紹基礎加工操作，分析加工技巧，以提高加工質(zhì)量，保證數(shù)控車床實訓的加工安全。

關鍵詞 數(shù)控車床；實訓；工程素養(yǎng)

中圖分類號：G642.44 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）04-0137-03

Analysis of Practical Training and Teaching of SIEMENS CNC Lathe//WANG Xuemei

Abstract With the rapid development and popularization of CNC machining technology. In engineering training CNC ma-

chining training is more important.In order to ensure the safety of CNC machining training， the operator should

master the operation skills of CNC lathe as soon as possible， this paper takes the CKNC-50H lathe produced by Yunnan YiJi as an example to introduce the basic processing opera-tion and analyzes the processing skills， improves the pro-cessing quality and ensures the processing safety of CNC la-the training.

Key words CNC lathe; engineering training; engineering qua-

lity

0 引言

隨著科學技術的不斷發(fā)展，為了解決單件、小批量、復雜型零件加工的自動化，數(shù)控機床應運而生。數(shù)控加工集傳統(tǒng)的機械制造、計算機、現(xiàn)代控制、傳感檢測、信息處理、光電等技術于一體，是現(xiàn)代化制造技術的基礎。如今，數(shù)控技術的發(fā)展水平和普及程度已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。因此，數(shù)控技術在理工科類的工程實訓中尤為重要，是必不可少的實訓項目。

1 數(shù)控車床操作基礎知識

實訓時使用云南一機生產(chǎn)的CKNC-50H獨立主軸全無級變速經(jīng)濟型臥式數(shù)控車床。將數(shù)控加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)后，通過譯碼、刀補、插補等一系列計算來控制各坐標軸的運動，通過PLC的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)零件的自動加工。

CKNC-50H數(shù)控車床由機床本體和數(shù)控裝置組成。機床本體包含三抓自定心卡盤（主軸）、刀架、尾座、導軌、床身等幾大部分，與普通車床結(jié)構(gòu)相似。數(shù)控裝置由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、位置測量系統(tǒng)等幾部分組成。

實訓中學生使用的數(shù)控車床操作系統(tǒng)是德國西門子公司生產(chǎn)的808D數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)數(shù)控面板如圖1所示。

2 數(shù)控車床的具體操作步驟

2.1 開機

先打開機床電源，等數(shù)控面板完全顯示后，再順時針旋開急停按鈕。

【注意事項】關機時要先關急停按鈕，再關機床電源開關，以防止開機時電流對數(shù)控面板造成電沖擊。

2.2 回參考點

1）按下“回參考點”按鍵，進入回參考點模式。

2）按住X軸正向按鍵不松手，當屏幕顯示界面上X后面的圓圈標識由空白圓圈變?yōu)閰⒖键c標志“”時再松開，表明X軸回參考點操作已完成。

3）按住Z軸正向按鍵不松手，當屏幕顯示界面上Z后面的圓圈標識由空白圓圈變?yōu)閰⒖键c標志“”時再松開，表明Z軸回參考點操作已完成。

回參考點界面如圖2所示。

目的：

1）系統(tǒng)通過回參考點操作以確定機床原點的位置，從而正確建立機床坐標系；

2）可以消除絲杠間隙的累計誤差和絲杠螺距。

需要進行回參考點操作的情況：首次開機、按下急停按鈕后、機床故障解除后。

【注意事項】為保證操作安全，防止刀架與尾座相撞，在回參考點時應先沿+X方向回參考點，再沿+Z方向回參考點。

2.3 刀具配置

根據(jù)加工工藝，選擇合適的刀具安裝到自動回轉(zhuǎn)刀架上，然后將其用到的參數(shù)創(chuàng)建到數(shù)控系統(tǒng)中。

2.4 激活加工參數(shù)

數(shù)控車床加工主要包括主運動和進給運動。主運動是主軸帶動裝夾工件的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速用S表示，轉(zhuǎn)向采用M3主軸正轉(zhuǎn)。進給運動是刀具的移動，刀具用T表示。激活參數(shù)就是給T、S、M設置相應參數(shù)，進行后續(xù)操作。

1）按下“手動”鍵或“手輪”鍵，進入手動或手輪模式。

2）按下T、S、M鍵下方對應的灰色軟鍵，進入激活參數(shù)界面，如圖3所示。

3）按下“手動”鍵，調(diào)整刀架到安全位置（使刀架處于工件和尾座之間，以防換刀時發(fā)生碰撞）。

4）輸入換刀、主軸轉(zhuǎn)速、主軸方向三個指令。

①換刀：輸入需要進行對刀的刀具號（比如“1”號刀具）。

②主軸轉(zhuǎn)速：輸入“300”轉(zhuǎn)（根據(jù)加工使用的刀具材質(zhì)和加工零件的材質(zhì)，經(jīng)過多次測試，實訓時轉(zhuǎn)速選擇300轉(zhuǎn)）。

③主軸方向：選擇主軸正轉(zhuǎn)即“M3”（按“選擇”鍵進行切換，直到切換為M3為止）。

5）關上安全門（以防扳手等工具遺忘在卡盤上，啟動主軸時飛出傷人），點“循環(huán)啟動鍵”執(zhí)行指令。主軸以300轉(zhuǎn)/分的速度開始正轉(zhuǎn)，同時自動回轉(zhuǎn)刀架轉(zhuǎn)到“1”號刀位。

2.5 建立工件坐標系

工件坐標系是編程人員在編程時使用的，又稱編程坐標系，用于描述刀的運動軌跡。該坐標系的原點通常與零件圖紙的尺寸基準一致，X軸原點一般選在工件的回轉(zhuǎn)中心，Z軸原點選擇在工件的右端面上。實訓時選用外圓直徑50 mm的尼龍棒，對于比較簡單的軸類零件一般以工件右端面回轉(zhuǎn)中心點建立工件坐標系原點。

通過對刀來實現(xiàn)工件坐標系的建立。保證數(shù)控車床加工質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)就是對刀，這是由于數(shù)控車床本身的加工過程是按照編制程序進行控制的，建立正確合理的工件坐標系，是刀具運動軌跡合理性的保證，也是加工質(zhì)量的保證。

對刀方式通常有自動對刀儀對刀和手動試切對刀。本機床使用手動試切對刀法對刀。

1）按下“手輪”鍵，切換到手輪工作模式。

2）建立Z軸零點，通過手動切削端面（可切短1 mm），設置Z0。

①使用手輪控制刀具以×100倍率快速進刀，刀尖離端面較近時改為×10倍率輕觸右端面，當?shù)都獬霈F(xiàn)輕微切屑后停下。

②切換坐標軸沿+X方向退刀。切換成Z軸，以×10倍率，大手輪逆時針旋轉(zhuǎn)一圈，選擇背吃刀量（刀尖向-Z方向移動1 mm）。

③切換成X軸，以×10倍率，大手輪逆時針旋轉(zhuǎn)，沿-X方向進刀切削端面，至刀尖與右端面旋轉(zhuǎn)中心重合，端面切削完畢。

④按下“測量刀具”下方對應的灰色軟鍵，進入對刀界面。

⑤按屏幕右側(cè)“測量Z”鍵，打開設置Z軸坐標的頁面。

⑥在Z0后面橙色方框內(nèi)輸入數(shù)字“0”，按下“設置長度Z”鍵，將補償數(shù)據(jù)激活。

⑦沿Z軸以×100倍率順時針退刀，Z軸零點設置完成。

車端面界面如圖4所示。

【注意事項】端面切完后，先不要退刀，讓刀尖貼著端面時直接輸入Z值“0”。

3）建立X軸零點。通過手動切削外圓（直徑切細2 mm），設置X0。

①切換成X軸，使用手輪控制刀具以×100倍率快速進刀靠近工件，刀尖離外圓較近時改為×10倍率輕觸外圓面，當?shù)都獬霈F(xiàn)輕微切屑后停下。

②切換成Z軸，以×100倍率，大手輪順時針旋轉(zhuǎn)，沿+Z方向退刀，當?shù)都鈩傠x開工件后停下來。

③切換成X軸，以×10倍率，大手輪逆時針旋轉(zhuǎn)一圈，選擇背吃刀量（直徑切2 mm）。

④選擇Z軸，以×10倍率，大手輪逆時針旋轉(zhuǎn)，將刀尖勻速沿-Z方向進刀切削10 mm左右。

⑤沿Z軸以×100倍率順時針退刀，外圓切削完畢。

⑥按“復位”鍵停下機床，用游標卡尺測量剛切完的外圓直徑Φ。

⑦按屏幕右側(cè)“測量X”鍵，打開設置X軸坐標的頁面。

⑧在Φ后面橙色方框內(nèi)輸入測量的剛切完的外圓直徑Φ的數(shù)值，按下“設置長度X”鍵，激活補償數(shù)據(jù)，X軸零點設置完畢。

車外圓界面如圖5所示。這種對刀方法在機床斷電重啟后仍不會改變對刀值，適用于大批量生產(chǎn)同一種工件，中間關閉車床不需要進行重新對刀。

2.6 對刀驗證

對刀結(jié)束后，需要對對刀結(jié)果進行驗證，以確保建立正確的工件坐標系，保證加工質(zhì)量和加工安全。操作步驟如下。

1）按“MDA”鍵，打開“MDI程序段”界面。

2）點擊“刪除文件”軟鍵，清除屏幕內(nèi)容，輸入驗證程序：

T1D1（調(diào)用1號刀具1號刀沿）

M03S300F1（主軸正轉(zhuǎn)300轉(zhuǎn)/分，指定刀架進給速度1 mm/r）

G01Z2

X52（使刀尖移動到Z2，X52位置）

M01（暫停觀察刀具位置，點擊“循環(huán)啟動”按鍵繼續(xù)執(zhí)行程序）

G01X48

Z-10（車刀切削棒料長度為10 mm，直徑為48 mm

一段外圓）

G00X100

Z100（退刀至×100，Z100處）

M05（主軸停止旋轉(zhuǎn)）

M30（程序停止，并返回到程序開頭）

用卡尺測量切削完的外圓直徑，與G01設定值Φ48 mm相比較。如果結(jié)果一致，表明對刀無誤，工件坐標系建立正確，可進行后續(xù)加工。

【注意事項】機床的工件坐標系設置錯誤極易使機床在加工過程中發(fā)生碰撞，機床碰撞對機床的精度是很大的損害，對于不同材質(zhì)的機床影響是不一樣的，一般來說，對于剛性不強的機床影響比較大。因此，對于高精度數(shù)控車床來說，碰撞絕對要杜絕，對刀完成后一定要進行對刀驗證，以免發(fā)生碰撞。

3 結(jié)論

本文對數(shù)控車床基礎操作和加工技巧進行分析，使初學數(shù)控車床的實訓學生盡快掌握操作要領，保證實訓安全，提高工件的加工質(zhì)量，增強學生理論與實踐相結(jié)合的能力，同時培養(yǎng)學生嚴謹細致、尊重科學的工程素養(yǎng)。

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作者：王雪梅，山東科技大學工程實訓中心，工程師，研究方向為機械制造（266590）。