第1章?數(shù)控車削基礎(chǔ)

1.1　數(shù)控車床入門

1.1.1　數(shù)控車床與數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控車床是由加工程序控制的自動(dòng)化加工設(shè)備,用于加工軸、套類等回轉(zhuǎn)體類零件。數(shù)控車床由三個(gè)部分組成,即數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床本體(光機(jī)),如圖1?1所示。

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的智能指揮系統(tǒng),由專用的計(jì)算機(jī)組成,稱為CNC系統(tǒng)。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床常采用的數(shù)控系統(tǒng)有FANUC數(shù)控系統(tǒng)(如F0/F00/F0i Mate系列和FANUC 0i 系列)、西門子系統(tǒng)、華中理工大學(xué)的華中系統(tǒng)、中科院沈陽計(jì)算機(jī)所的藍(lán)天1號(hào)系統(tǒng)、北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)的航天一型系統(tǒng)等。

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)床的動(dòng)力裝置,它把數(shù)控裝置發(fā)來的各種動(dòng)作指令,轉(zhuǎn)化成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)由伺服放大單元和伺服電動(dòng)機(jī)組成。

機(jī)床本體也稱作數(shù)控機(jī)床光機(jī),是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分。

1.1.2　數(shù)控機(jī)床加工過程

數(shù)控機(jī)床加工過程如下(圖1?2)。

① 對(duì)加工對(duì)象(零件圖樣)進(jìn)行工藝分析,確定切削加工過程。

② 根據(jù)加工過程用規(guī)定代碼編寫零件加工程序。

③ 把加工程序輸入數(shù)控裝置,經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)處理,發(fā)出指令,將零件程序轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)床的控制動(dòng)作,控制機(jī)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(shù)控機(jī)床的加工是由零件加工程序控制的,數(shù)控裝置把加工程序轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床的控制動(dòng)作。加工程序由一系列數(shù)控編程指令組成。為使零件加工程序通用化,實(shí)現(xiàn)不同數(shù)控系統(tǒng)程序數(shù)據(jù)的互換,數(shù)控程序的格式有一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的代碼,稱為ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼。我國(guó)關(guān)于數(shù)控程序的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本一致。

編制程序是數(shù)控加工中的重要環(huán)節(jié),有兩種編程方法:手工編程和自動(dòng)編程。手工編程是由人工依據(jù)程序指令編制加工程序,自動(dòng)編程是利用專用編程軟件,由計(jì)算機(jī)生成零件加工程序。手工編程知識(shí)是數(shù)控加工行業(yè)從業(yè)人員必備的基礎(chǔ)知識(shí)。本書闡述手工編程知識(shí)。

1.1.4　數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系

加工程序中根據(jù)坐標(biāo)系記錄的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡,數(shù)控坐標(biāo)系分為數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系,其中數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系是生產(chǎn)廠家在數(shù)控機(jī)床上設(shè)定的坐標(biāo)系,工件坐標(biāo)系又稱為編程坐標(biāo)系,是編制零件程序時(shí)使用的坐標(biāo)系。

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定已標(biāo)準(zhǔn)化,我國(guó)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等效,其基本規(guī)定如下。

(1)刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的原則——工件相對(duì)靜止,刀具運(yùn)動(dòng)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工件靜止,刀具運(yùn)動(dòng),刀具遠(yuǎn)離工件方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正向。由于規(guī)定工件是靜止的,零件程序中記錄的走刀路線是刀具運(yùn)動(dòng)的路線,這樣編程人員不用考慮機(jī)床上是工件運(yùn)動(dòng),還是刀具運(yùn)動(dòng),只要依據(jù)零件圖樣,就可確定刀具的走刀路線。

(2)機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定

機(jī)床坐標(biāo)系采用右手笛卡兒直角坐標(biāo)系。數(shù)控機(jī)床刀具直線進(jìn)給的坐標(biāo)軸用字母X、Y、Z表示,常稱基本坐標(biāo)軸X、Y、Z,三軸關(guān)系用右手定則確定,如圖1?3(a)所示,即圖中大拇指的指向?yàn)?i>X軸正方向,食指的指向?yàn)?i>Y軸正方向,中指的指向?yàn)?i>Z軸正方向。

刀具繞X、Y、Z軸圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用?A、B、C表示。根據(jù)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?yàn)閳A周進(jìn)給正向+A(+B或+C)。

(3)機(jī)床坐標(biāo)軸的規(guī)定

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與機(jī)床導(dǎo)軌平行。判斷數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的順序是首先定Z軸,然后定X軸,最后根據(jù)右手法則定Y軸。刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)坐標(biāo)軸符號(hào)規(guī)定如下。

① Z軸。數(shù)控機(jī)床的Z軸與機(jī)床主軸平行,刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)?i>Z軸正向。對(duì)于鉆加工,刀具鉆入工件方向?yàn)?i>Z軸的負(fù)方向,退出工件的方向?yàn)?i>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(duì)于工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床(如車床、磨床),X軸在水平面內(nèi)且垂直于工件旋轉(zhuǎn)軸線,安裝在橫向滑座上的刀具離開工件的方向?yàn)?i>X軸正向。

③ Y軸。根據(jù)X軸和Z軸,按右手定則確定Y軸的正方向。

④ A、B、C坐標(biāo)軸。A、B、C是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸,其旋轉(zhuǎn)軸線分別平行于X、Y、Z坐標(biāo)軸,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)正向,按右手螺旋定則確定,如圖1?3(b)所示。

(4)工件運(yùn)動(dòng)時(shí)坐標(biāo)軸的符號(hào)(附加坐標(biāo))

上述進(jìn)給運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸符號(hào)指的是刀具運(yùn)動(dòng),如果數(shù)控機(jī)床上進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是工件運(yùn)動(dòng)(刀具靜止),這時(shí)在機(jī)床上表示工件運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸符號(hào)為:在相應(yīng)的坐標(biāo)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(jìn)給運(yùn)動(dòng),按相對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,顯然工件運(yùn)動(dòng)的正方向與刀具運(yùn)動(dòng)的正方向相反,即:

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

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

例如數(shù)控車床坐標(biāo)系中C'軸,如圖1?4所示。

綜上所述,數(shù)控車床通常控制兩個(gè)直線軸:刀具直線運(yùn)動(dòng)的Z軸和X軸,如圖1?4所示。車削中心機(jī)床可控制三個(gè)軸,即在控制X、Z軸基礎(chǔ)上還控制主軸旋轉(zhuǎn)(C軸),如圖1?4所示C'軸。車床旋轉(zhuǎn)軸(C軸)是工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所以圖1?4中的C軸標(biāo)注符號(hào)為C'。