数控车床编程与操作_李兴凯主编.pdf

高等职业教育工学结合项目建设成果系列教材数控车床编程与操作（第 2 版）主编李兴凯副主编刘明于志德参编曲海霞李兵高志仁型的机械传动；能熟悉常用机械加工方法；了解金属切削机床及其加工工艺范围；能正确制定各类典型零件的加工工艺路线；掌握安全生产、节能环保的相关知识；具备分析和检测机械产品质量的能力；对先进制造技术的类型、原理及应用有所了解。本书可作为高等院校数控技术专业及机械类相关专业的教材，也可作为相关行业岗位培训教材及有关人员自学用书。版权专有侵权必究图书在版编目（CIP）数据数控车床编程与操作/李兴凯主编.2 版.北京：北京理工大学出版社，2019.9（2019.10 重印）ISBN 978-7-5682-7664-1 数李数控机床车床程序设计高等学校教材 数控机床车床操作高等学校教材 TG519.1中国版本图书馆 CIP 数据核字（2019）第 222799 号出版发行/北京理工大学出版社有限责任公司社址/北京市海淀区中关村南大街 5 号邮编/100081电话/（010）68914775（总编室）（010）82562903（教材售后服务热线）（010）68948351（其他图书服务热线）网址/http:/经销/全国各地新华书店印刷/北京泽宇印刷有限公司开本/787 毫米 1092 毫米1/16印张/15.5 责任编辑/多海鹏字数/365 千字 文案编辑/多海鹏版次/2019 年 9 月第 2 版2019 年 10 月第 2 次印刷 责任校对/周瑞红定价/39.80 元 责任印制/李志强 图书出现印装质量问题，请拨打售后服务热线，本社负责调换前言本教材由校企双元合作共同开发，反映新技术、新工艺、新规范、典型岗位及岗位群职业能力要求，并配套开发信息化数字资源，是体现“职场化+信息化”育人模式教学物化成果之一。教材主要围绕数控加工工艺、编程指令、程序编制、精度检测、拓展知识等内容，按照“项目引领、任务驱动”的行动导向教学方法编写，注重学习过程考核，主要包括数控车床基本操作、轴类零件加工、成型面类零件加工、套类零件加工、三角形螺纹类零件加工、非圆形面类零件加工共 6 个项目 18 个任务进行学习，每个任务的实施都遵循完整的工作过程与步骤。该教材适用于机械制造与自动化专业、数控技术专业等教学、实训、参考 用书。本书主要特色有：（1）突出职业教育特色。本教材以知识传授与技术技能培养并重，以工作实践为主线，以项目为引领，用任务进行驱动，以岗位（群）能力典型工作任务作为出发点，重新序化课程内容，项目与任务设计由简单到复杂，由单一到综合，符合职业成长规律与学习规律，可作为职业教育教学和实习实训参考用书。同时，该教材将数控车床操作工职业资格标准引入课程内容中，体现双证书对接。（2）坚持校企双元合作开发。该教材开发过程中，积极争取行业指导、企业参与，歌尔股份有限公司、雷沃重工有限公司等相关技术人员参与了编写全过程，将产业发展的新技术、新工艺、新规范纳入教材内容，充分体现典型岗位（群）职业能力要求。（3）课程教学设计突出理实一体化。突出四步教学法，即“布置工作任务知识学习实施训练检查评价”，使学生在完整、综合性的行动中进行思考和学习，达到学会学习、学会工作、培养社会能力与方法能力的目的。（4）课程资源丰富多样。在课程内容设置上，增加了知识拓展、资料链接、小贴士、操作注意事项等补充内容，在增强学习趣味的同时又让学生了解了课程前沿知识，并重点强调在操作过程中应注意的问题，既开阔了学生知识面，又提高了学生学习本门课程的持续能力。同时，该教材采用“互联网+教学”理念，配套开发电子课件、电子授课教案、配套测试题、配套助学动画与仿真资源、配套实训项目指导书等，便于使用者线上线下随时随地学习。伴随着新一代信息技术的快速发展，人工智能进入爆发式增长期，成为推动新一轮装备制造业发展的新动力，同时也对职业教育变革人才培养体系、加快转型发展提出了新要求，教学角色、教学内容、教材形式、评价模式均发生深刻变化，尽管该教材基于“三教”改革做了较大尝试，但由于限于编者团队水平，书中某些错误在所难免，敬请读者批评指正。编者项目一数控车床基本操作1任务一认识数控车床 1任务二认识数控车床面板 15任务三数控车床手动操作与试切削 21任务四数控车床程序输入与编辑 35任务五数控车床 MDI 操作与对刀操作 40项目二轴类零件加工 52任务一简单阶梯轴加工 52任务二槽加工及切断 76任务三外圆锥面加工 92任务四多阶梯轴零件加工 111项目三成型面类零件加工124任务一凹圆弧面零件加工 124任务二凸圆弧面零件加工 136任务三综合成型面零件加工 146项目四套类零件加工 155任务一通孔类零件加工 155任务二阶梯孔、盲孔类零件加工 169项目五三角形螺纹类零件加工180任务一三角形圆柱外螺纹加工 180任务二三角形圆柱内螺纹加工 205项目六非圆型面类零件加工218任务一椭圆面类零件加工 218任务二抛物线面类零件加工 233参考文献2411项目一数控车床基本操作项目一数控车床基本操作项目描述本项目通过加工一个简单的台阶轴类零件，掌握 FANUC-0i Mate-TD 系统面板及操作面板的使用方法、程序的结构与组成、程序的编辑、对刀步骤等数控车床编程与加工的基础知识，为接下来的深入学习打下良好基础。工作任务在数控车床上用手动加工方法加工如图 1-1 和图 1-2 所示的简单轴类零件。图 1-1零件图图 1-2三维效果任务一认识数控车床能力目标 熟练进行开关机操作；会分辨各种型号的数控机床。2数控车床编程与操作(第 2 版)知识目标 掌握数控车床的型号、种类；掌握数控车床的组成；了解数控车床的加工特点；了解数控车床的加工范围；了解数控车床保养、维护常识。知识学习一、数控车床的型号、种类（一）数控车床概述数控车床是用计算机数字信号控制的机床。操作时将编制好的加工程序输入到机床专用的计算机中，再由计算机指挥机床各坐标轴的伺服电动机去控制车床各部件运动的先后顺序、速度和移动量，并与选定的主轴转速相配合，车削出形状不同的工件。数控车床组成及加工过程分别如图 1-3（a）和图 1-3（b）所示。图 1-3数控车床组成及加工过程（a）数控车床组成；（b）数控车床加工过程3项目一数控车床基本操作（二）数控车床的型号标记数控车床的型号标记采用与卧式车床相类似的表示方法，由字母及一组数字组成。例如，数控车床 CKA6140 型号含义如下：C车床；K数控；A改型；6落地及卧式车床组；1卧式车床系；40床身最大工件回转直径的 1/10，即此机床床身最大回转直径为 400mm。（三）数控车床种类数控车床按不同的分类方式分为不同的种类。现按所配置的数控系统、数控车床功能、车床主轴配置形式、控制方式及控制运动轨迹分别介绍。1.按数控系统分类目前工厂常用的数控系统有 FANUC（法那克）数控系统、SIEMENS（西门子）数控系统、华中数控系统、广州数控系统、三菱数控系统等。每一种数控系统又有多种型号，如 FANUC 数控系统的型号从 0i 到 23i；SIEMENS（西门子）系统的型号从 SINUMERIK802S、802C 到 802D、810D、840D 等。每种数控系统使用的指令各不相同，即使是同一系统但型号不同，其数控指令也略有差异，使用时应以数控系统说明书中的指令为准。2.按数控车床功能分类按数控车床的功能分，数控车床可分为经济型数控车床、普通数控车床、全功能型数控机床、精密型数控机床和车削加工中心五大类。（1）经济型数控车床。经济型数控车床是在卧式车床基础上进行改进设计的，一般采用步进电动机驱动的开环伺服系统，其控制部分通常采用单板机或单片机。经济型数控车床成本较低，自动化程序和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。（2）普通数控车床。根据车削加工要求，在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床。其数控系统功能强，自动化程度和加工精度比较高，可同时控制两个坐标轴，即 X 轴和 Z 轴，应用较广，适用于一般回转类零件的车削加工。（3）全功能型数控机床。在计算机中采用 2 4 个微处理器进行控制，其中一个是主控微处理器，其余为从属微处理器。主控微处理器完成用户程序的数据处理、粗插补运算、文本和图形显示等；从属微处理器在主控微处理器的管理下，完成对外部设备，主要是伺服控制系统的控制和管理，从而实现同时对各坐标轴的连续控制。全功能型数控机床允许的最大速度一般为 8 24m/min，脉冲当量为 0.01 0.001mm/P（毫米/脉冲），采用交、直流伺服电动机，广泛用于加工形状复杂或精度要求较高的工件。（4）精密型数控机床。精密型数控机床采用闭环控制，它不仅具有全功能型数控机床的4数控车床编程与操作(第 2 版)全部功能，而且机械系统的动态响应较快。其脉冲当量一般小于 0.001mm/P，适用于精密和超精密加工。（5）车削加工中心。在普通数控车床的基础上，增加了 C 轴和铣削动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制 X、Z 和 C 三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。由于增加了 C 轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削加工。如图 1-4 所示。3.按车床主轴配置形式分类按车床主轴配置形式分，数控车床有立式数控车床和卧式数控车床两种。（1）立式数控车床。立式数控车床主轴轴线处于垂直位置，有一个直径很大的圆形工作台供装夹工件。立式数控车床主要用于加工径向尺寸及轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。如图 1-5 所示。图 1-4C 轴加工图 1-5立式数控车床（2）卧式数控车床。卧式数控车床主轴轴线处于水平位置，生产中使用较多，常用于加工径向尺寸较小的轴类、盘类和套类等复杂零件。它的导轨有水平导轨和倾斜导轨两种。水平导轨结构用于普通数控车床和经济型数控车床，如图 1-6 所示。倾斜导轨结构可以使车床具有较大刚性，且易于排除切屑，用于档次较高的数控车床及车铣加工中心，如图 1-7 所示。4.按控制方式分类（1）开环控制数控机床。这类数控机床其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动量不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。5项目一数控车床基本操作图 1-6卧式数控车床图 1-7车铣加工中心开环控制系统的数控机床结构简单且成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不太高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。如图 1-8 所示。（2）闭环控制数控机床。闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，且与传动链的误差无关，因此其控制精度高。这类数控机床因把机床工作台纳入了控制环节，故称为6数控车床编程与操作(第 2 版)图 1-8开环伺服系统闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂且成本高。如图 1-9 所示。图 1-9闭环伺服系统（3）半闭环控制数控机床。半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地