数控车床的故障诊断与排除

第六章　数控车床及其应用

第一节　数控车床简介

数控车床又称为CNC（Computer Numerical Control）车床，即用计算机数字控制的车床，也是目前使用较为广泛的数控机床之一。数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过X、Z坐标轴伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。普通卧式车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工的，数控车床从成形原理上讲与普通车床基本相同，但由于它增加了数字控制功能，加工过程中自动化程度高，与普通车床相比具有更强的通用性和灵活性，以及更高的加工效率和加工精度。

一、数控车床的组成、布局和特点

1.数控车床的组成

数控车床与卧式车床相比较，其结构上仍然是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身、液压系统、冷却系统、润滑系统等部分组成，只是数控车床的进给系统与卧式车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别。卧式车床主轴的运动经过挂轮架、进给箱、溜板箱传到刀架，实现纵向和横向进给运动。而数控车床是采用伺服电动机，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，实现Z向（纵向）和X向（横向）进给运动。可见数控车床进给传动系统的结构较卧式车床大为简化。数控车床也有加工各种螺纹的功能，主轴旋转与刀架移动间的运动关系通过数控系统来控制。数控车床主轴箱内安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步齿形带1∶1地传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给之间保持加工螺纹所需的运动关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z向移动工件一个导程的运动关系。

2.数控车床的布局

数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与卧式车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本的变化，这是因为刀架和导轨的布局形式直接影响数控车床的使用性能及机床的结构和外观所致。另外，数控车床上都设有封闭的防护装置。

（1）床身和导轨的布局。数控车床床身导轨与水平面的相对位置如图6-1所示，共有4种布局形式：平床身（图6-1（a））、斜床身（图6-1（b））、平床身斜滑板（图6-1（c））和立床身（图6-1（d））。

图6-1　数控车床的布局形式

（a）平床身　（b）斜床身　（c）平床身斜滑板　（d）立床身

水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平配置的刀架可提高刀架的运动速度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，导致排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。

水平床身配上倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩的布局形式一方面有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。

水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型数控车床所普遍采用。这是由于此两种布局形式排屑容易，铁屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器；操作方便，易于安装机械手，以实现单机自动化；机床占地面积小，外形简洁、美观，容易实现封闭式防护。

斜床身的导轨倾斜的角度可为30°、45°、60°、75°和90°（称为立式床身）等几种。倾斜角度小，排屑不便；倾斜角度大，导轨的导向性差，受力情况也差。导轨倾斜角度的大小还会直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑各种因素，中小规格的数控车床，其床身的倾斜度以60°为宜。

（2）刀架的布局。数控车床的刀架是机床的重要组成部分，刀架是用于夹持切削刀具的，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了数控车床的设计与制造水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也不断创新，但总体来说大致可以分为两大类，即排刀式刀架和转塔式刀架。有的车削中心还采用带刀库的自动换刀装置。

排刀式刀架一般用于小型数控车床，各种刀具排列并夹持在可移动的滑板上，换刀时可实现自动定位。

转塔式刀架也称刀塔或刀台，转塔式刀架有立式和卧式两种结构型式。转塔刀架具有多刀位自动定位装置，通过转塔头的旋转、分度和定位来实现机床的自动换刀动作。转塔刀架应分度准确、定位可靠、重复定位精度高、转位速度快、夹紧刚性好，以保证数控车床的高精度和高效率。有的转塔刀架不仅可以实现自动定位，而且还可以转递动力。目前的两坐标联动车床多采用12工位的回转刀架，也有采用6工位、8工位、10工位回转刀架的。回转刀架在机床上的布局有两种形式。一种是用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴；另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。

四坐标控制的数控车床的床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，故称为双刀架四坐标数控车床。其中，每个刀架的切削进给量是分别控制的，因此两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又提高了加工效率。四坐标数控车床结构复杂，且需要配置专门的数控系统，实现对两个独立刀架的控制。这种机床适合加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。

二、数控车床的用途

车削加工一般是通过工件旋转和刀具进给完成切削过程的。其主要加工对象是回转体零件，加工内容包括车外圆、车端面、切断和车槽、钻中心孔、钻孔、车孔、铰孔、锪孔、车螺纹、车圆锥面、车成形面、滚花和攻螺纹等。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。

数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，因此被广泛应用于机械制造业，例如汽车制造厂、发动机制造厂等。

三、数控车床的分类

随着数控车床制造技术的不断发展，数控车床品种繁多，可采用不同的方法进行分类。

1.按机床的功能分类

（1）全功能型数控车床。如配有FANUC -6T系统、FANUC - OTE系统的数控车床就是全功能型的。

（2）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实现。

2.按主轴的配置形式分类

（1）卧式数控车床。主轴轴线处于水平位置的数控车床。

（2）立式数控车床。主轴轴线处于垂直位置的数控车床。

另外，还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。

3.按数控系统控制的轴数分类

（1）两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标控制。

（2）四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴控制。

对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其他的附加坐标轴来满足机床的功能。目前，我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。

四、典型数控车床（MJ -50型数控车床）简介

MJ -50型数控车床是济南第一机床厂的产品。该机床使用的数控系统配有日本FANUC - OTE、德国SIEMENS或台湾HUST -11T等三种。

1.MJ -50数控车床的用途

MJ -50数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。

2.MJ -50数控车床的布局

图6-2为MJ -50数控车床的外观图。MJ -50数控车床为两坐标连续控制卧式车床。机床的床身14为平床身，床身导轨面上支承着30°倾斜布置的滑板13，排屑方便。导轨的横截面为矩形，支承刚性好，且导轨上配置有防护罩8。床身的左上方安装有主轴箱4，主轴由AC交流伺服电动机驱动，免去变速传动装置，因此使主轴箱的结构变得十分简单。为了快速而省力地装夹工件，主轴卡盘3的夹紧与松开是由主轴尾端的液压缸来控制的。

图6-2　MJ -50数控车床的外观图

1—脚踏开关　2—对刀仪　3—卡盘　4—主轴箱　5—防护门　6—压力表　7—对刀仪防护罩　8—防护罩　9—转臂　10—操作面板　11—回转刀架　12—尾座13—滑板　14—平床身

床身右上方安装有尾座12。该机床有两种可配置的尾座，一种是标准尾座，另一种是选择配置的尾座。

滑板的倾斜导轨上安装有回转刀架11，其刀盘上有10个刀位，最多安装10把刀具。滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传动装置。

根据用户的要求，主轴箱前端面上可以安装对刀仪2，用于机床的机内对刀。检测刀具时，对刀仪的转臂9摆出，其上端的接触式传感器测头对所用刀进行检测。检测完成后，对刀仪的转臂摆回图中所示的原位，且测头被锁在对刀仪防护罩7中。

件1是使主轴卡盘夹紧与松开的脚踏开关，件10是操作面板，件5是机床防护门，既可以配置手动防护门，也可以配置气动防护门，液压系统的压力由压力表6显示。

3.MJ-50数控车床的主要技术参数

允许最大工件回转直径　　　500mm　　　　　　　　　　　　

最大切削直径　　　　　　　310mm　　　　　　　　　　　　

最大切削长度　　　　　　　650mm　　　　　　　　　　　　

主轴转速范围　　　　　　　35～3 500r/min（连续无级变速）

其中恒扭矩范围　　　　　　35～437r/min　　　　　　　　　

其中恒功率范围　　　　　　437～3 500r/min　　　　　　　

主轴通孔直径　　　　　　　80mm　　　　　　　　　　　　　

拉管通孔直径　　　　　　　65mm　　　　　　　　　　　　　

刀架有效行程X轴　　　　　 182mm；Z轴675mm　　　　　　　

快速移动速度X轴　　　　　 10m/min；Z轴15m/min　　　　　

安装刀具数　　　　　　　　10把　　　　　　　　　　　　　

刀具规格车刀　　　　　　　25mm×25mm；镗刀φ12～φ45mm　　

选刀方式　　　　　　　　　刀盘就近转位　　　　　　　　　

分度时间单步　　　　　　　0.8s；180°2.2s　　　　　　　　

尾座套筒直径　　　　　　　90mm　　　　　　　　　　　　　

尾座套筒行程　　　　　　　130mm　　　　　　　　　　　　

主轴AC伺服器电动机　　　　11/15kW　　　　　　　　　　　

连续/30min超载　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　

进给伺服电动机　　　　　　X轴AC0.9kW；Z轴AC1.8kW　　　　

机床外形尺寸（长×宽×高）　2995mm×1667mm×1796mm　　　　　

4.主传动系统及主轴部件

（1）主运动传动系统。MJ -50数控车床的传动系统如图6-3所示。其中主运动传动系统由功率为11/15kW的AC伺服器电动机驱动，经一级1∶1的带传动带动主轴旋转，使主轴在35～3500r/min的转速范围内实现无级调速。由于主轴箱内部省去了齿轮传动变速机构，因此减少了齿轮传动对主轴精度的影响，并且维修方便。

图6-3　MJ -50数控车床的传动系统图

（2）主轴部件。数控车床主轴部件的精度、刚度和热变形对加工质量有直接影响。

1）数控车床主轴的支承配置形式主要有以下三种：

①前支承采用双列圆柱滚子轴承和60°角接触双列球轴承组合，后支承采用成对安装的高精度角接触轴承，这种配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，普遍应用于各类数控机床主轴；

②前轴承采用高精度双列（或三列）角接触球轴承，后支承采用单列（或双列）角接触轴承，这种配置适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴；

③前后轴承采用双列和单列圆锥滚子轴承，适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。

图6-4　MJ -50数控车床主轴部件

1、6、8—螺母　2—同步带　3、16—同步带轮　4—脉冲编程器　5、12、13、17—螺钉7—主轴　9—箱体　10—角接触球轴承　11、14—圆柱滚子轴承　15—带轮

图6-4为MJ -50数控车床主轴结构。交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承11和一对角接触轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷外还承受径向载荷。松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。主轴的后支承为双列圆柱子轴承14，轴承间隙由螺母1和6来调整。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。

图6-5为另一种常见的主轴部件结构（TND360数控车床）。主轴内孔用于通过长的棒料，也可以用于通过气动、液压夹紧装置（动力夹盘）。主轴前端的短圆锥及其端面用于安装卡盘或夹盘。主轴前后支承都采用角接触或球轴承。前支承三个一组，前后两个大口朝前端，后面一个大口朝后端。后支承的两个角接触球轴承小口相对。前后轴承都由轴承厂配好，成套供应，装配时不需修配。

图6-5　TND360数控车床的主轴部件

2）液压卡盘结构。数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘，四爪单动卡盘或弹簧夹头（用于棒料加工）。为了减少数控车床装夹工件的辅助时间，广泛采用液压或气动动力自定心卡盘。如图6-6所示，液压卡盘固定安装在主轴前端，回转液压缸1与接套5用螺钉7连接，接套又通过螺钉与主轴后端面连接，使回转液压缸随主轴一起转动。卡盘的夹紧与松开，由回转液压缸通过一根空心拉杆2来驱动。拉杆后端与液压缸内的活塞6用螺纹连接，连接套3两端的螺纹分别与拉杆2和滑套4连接。图6-6（b）为卡盘内楔形机构示意图。当液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向卡盘方向移动时，滑套4向右移动，并通过楔形槽的作用，使卡爪座11带着卡爪12沿径向向外移动，从而使卡盘松开。反之液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向主轴后端移动时，通过楔形机构，使卡盘夹紧工件。卡盘体9用螺钉10固定安装在主轴前端。

3）主轴编码器。数控车床主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器。该装置可以通过中间轴上的齿轮1∶1地与主轴同步转动，也可以通过弹性联轴器与主轴同轴安装。利用主轴编码器检测主轴的运动信号，一方面可实现主轴调速的数字反馈，另一方面可用于进给运动的控制，例如车螺纹时，控制主轴与刀架之间的运动关系。

数控车床主轴的转动与进给运动之间没有机械方面的直接联系，为了加工螺纹，要求输给进给伺服电动机的脉冲数与主轴的转数应有相位关系，主轴脉冲发生器起到了主轴传动与进给传动的联系作用。

（3）进给传动系统及传动装置。

1）进给传动系统的特点。数控车床的进给传动系统是控制X、Z坐标轴伺服系统的主要组成部分。它将伺服电动机的旋转运动转化为刀架的直线运动，并能达到很高的传动精度，X轴最小移动量为0.0005mm（直径编程），Z轴最小移动量为0.001mm。采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行。另外，消除丝杠螺母的配合间隙和丝杠两端的轴承间隙，也有利于提高传动精度。

图6-6　液压卡盘结构简图

1—回转液压缸　2—空心拉杆　3—联接套　4—滑套　5—接套　6—活塞　7、10—螺钉　8—回转液压缸　9—卡盘体　11—卡爪座　12—卡爪

数控车床的进给系统采用伺服电动机驱动，通过滚珠丝杠螺母带动刀架移动。刀架的快速移动和进给通过同一传动路线传动。

2）进给传动系统。如图6-3所示，MJ -50数控车床的进给传动系统分为X轴进给传动和Z轴进给运动两部分。X轴进给由功率为0.9kW的交流伺服电动机驱动，经20/24的同步带轮传动到螺距为6mm的滚珠丝杠，并通过螺母带动回转刀架移动。Z轴进给则由功率为1.8kW交流伺服电动机驱动，经24/30的同步带轮传动到螺距为10mm的滚珠丝杠上，并由螺母带动滑板移动。

3）进给系统传动装置。

图6-7　MJ -50数控车床X轴进给传动装置结构简图

1—滑板　2、7、11—螺母　3—前支承　4—轴承座　5、8—缓冲块　6—滚珠丝杠　9—后支承　10、14—同步带轮　12—同步带　13—键　15—电动机16—脉冲编码器　17、18、19、23、24、25—镶条　20—螺钉　21—刀架　22—导轨护板　26、27—限位开关和撞块

①X轴进给传动装置。图6-7是MJ -50数控车床X轴进给传动装置的结构简图。如图6-7（a）所示，AC伺服电动机15经同步带轮14和10以及同步带12带动滚珠丝杠6回转，并通过螺母7带动刀架21沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动（图6-7（b））。脉冲编码器16安装在伺服电动机的尾部。图中件5和件8是缓冲块，在出现意外碰撞时起保护作用。

滚珠丝杠前支承的轴承座4用螺钉20固定在滑板上（见A—A剖面图）。滑板导轨如B—B剖视图所示为矩形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨的间隙。

图（b）中件22为导轨护板，件26、27为机床参考点的限位开关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导轨的间隙。

因为顶面导轨与水平面倾斜30°，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能靠自锁阻止其下滑，故机床依靠AC伺服电动机的电磁制动来实现自锁。

②Z轴进给传动装置。MJ - 50数控车床Z轴进给传动装置简图如图6-8所示。AC伺服电动机14经同步带11传动到滚珠丝杠5，由螺母4带动滑板连同刀架沿床身13的矩形导轨移动，实现Z轴的进给运动。电动机轴与同步带轮12之间用锥环无键连接（图6-8（b）），局部放大视图Ⅰ中，19和20是通过锥面相互配合的内外锥环，当拧紧螺钉17时，法兰18的端面压迫外锥环20，使其向外膨胀，内锥环19受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轴与同步带轮连接在一起，这种连接方式无需在被连接件上开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，使连接配合面无间隙，对中性较好。选用锥环对数的多少，取决于所传递扭矩的大小。

滚珠丝杠的支承形式为左端固定，右端浮动，留有丝杠受热膨胀后轴向伸长的余地。件3和6为缓冲挡块，起超程保护作用。B向视图中的螺钉10将滚珠丝杠的右支承轴承座9固定在床身13上。

Z轴进给装置的脉冲编码器1与滚珠丝杠5相连接，直接检测丝杠的回转角度，从而提高系统对Z向进给的精度控制（图6-8（b））。

图6-8　MJ -50数控车床Z轴进给传动装置简图

1—脉冲编码器　2、12—同步带轮　3、6—缓冲块　4、8、16—螺母　5—滚珠丝杠7—右支承　9—轴承座　10—螺钉　11—同步带　13—床身　14—电动机　15—角接触球轴承　17—螺钉　18—法兰　19—内锥环　20—外锥环

（4）自动回转刀架。数控车床自动回转刀架的转位换刀过程为：接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开——刀盘旋转到指令要求的刀位——刀盘夹紧并发出转位结束信号。

1）液压驱动的转塔刀架。图6-9为MJ -50数控车床的回转刀架结构简图。回转刀架的夹紧与松开、刀盘的转位均由液压系统驱动并由PC顺序控制来实现。件11是安装刀具的刀盘，它与轴6固定连接。当刀架主轴6带动刀盘旋转时，其上的鼠牙盘13与固定在刀架上的鼠牙盘10脱开，旋转到指定刀位后，刀盘的定位由鼠牙盘的啮合来完成。

当接到换刀指令时，活塞9及轴6在压力油推动下向左移动，使鼠牙盘13与10脱开，液压电机2启动，并带动平板共轭分度凸轮1转动，经齿轮5和齿轮4带动刀架主轴及刀盘旋转。刀盘旋转的准确位置，通过开关PRS1、PRS2、PRS3、PRS4的通断组合来检测确认。刀盘旋转到指定的刀位后，接近开关PRS7通电，向数控系统发出信号，令液压电机停转，这时压力油推动活塞9向右移动，使鼠牙盘10和13啮合，刀盘被定位夹紧。接近开关PRS6确认夹紧，并向数控系统发出信号，于是刀架的转位换刀循环完成。

在机床自动工作状态下，当指定换刀的刀号后，数控系统可以通过内部的运算判断，使刀盘正转或反转，从而实现刀盘就近转位换刀。但当手动操作机床时，从刀盘方向观察，只允许刀盘顺时针转动换刀。

2）电动机传动的转塔刀架。图6-10是一种电动机驱动的转塔刀架的结构图。定位使用三齿盘结构（图6-10（a）），定齿盘3用螺钉及定位销固定在刀架体4上。动齿盘2用螺钉及定位销紧固在中心轴套1上（动齿盘左端面可安装转塔刀盘），齿盘2、3对面有一个可轴向移动的齿盘5，齿长为上述两者之和，齿盘5沿轴向左移时，合齿定位、夹紧，沿轴向右移时，脱齿松开。

图6-9　MJ -50数控车床的回转刀架结构简图

1—分度凸轮　2—液压电机　3—涨紧衬套　4、5—齿轮　6—轴　7、12—推力球轴承　8—滚针轴承　9—活塞　10、13—鼠牙盘　11—刀盘

齿盘5的右端面在三个等分位置上装有三个滚子6。此滚子在碟形弹簧18的作用下，始终顶在端面凸轮盘7的工作表面上。当端面凸轮盘7回转使滚子落入端面凸轮的凹槽时，齿盘5右移，并使齿盘松开、脱齿（图6-10（b））。当端面凸轮盘反向回转时，其工作表面的凸起部分使滚子左移，并使齿盘5左移，进行合齿、定位（图6-10（c））。端面凸轮盘还能通过其右端面的凸出部分，带动与中心轴套用齿形花键相连的驱动套10和驱动盘11回转，进行分度。

换刀时，交流电动机12经两次减速，带动安装在凸轮盘外圆的齿圈8。齿圈8通过“缓冲键”（减少传动冲击）使端面凸轮盘7转动，从而实现分度、转位等动作。

为识别刀位，装有一个用齿形带与中心轴套中齿形带轮轴14相连的编码器13。数控系统得到换刀指令后，自动判断将要换的刀向那个方向回转分度的路程最短，然后电动机转动、脱齿（松开），转塔刀盘按最短路程分度，当编码器测到分度到位信号后电动机停转，接着电磁铁16通电将插销17左移，插入驱动盘的孔中，然后电动机反转，转塔刀盘完成合齿定位、夹紧，电动机停转。电磁铁断电，弹簧使插销右移，无触点开关15用于检测插销退出信号。

（5）机床尾座。图6-11为MJ - 50数控车床尾座结构简图。尾座体的移动由滑板带动，尾座体移动后，由手动控制的液压缸将其锁紧在床身上。

调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动。顶尖1与尾座套筒2用锥孔连接，尾座套筒带动顶尖一起移动。在机床的自动工作循环中，可通过加工程序由数控系统控制尾座套筒的移动。数控系统发出尾座套筒伸出的指令后，液压电磁阀动作，压力油通过活塞杆4的内孔进入套筒液压缸2的左腔，推动尾座套筒伸出。当数控系统发出指令使其退回时，压力油进入套筒液压缸的右腔，从而使尾座套筒退回。

尾座套筒移动的行程，靠调整套筒外部连接的行程杆10上面的移动挡块6来完成。图中所示移动挡块的位置在右端极限位置时，尾座套筒的行程最长。

当尾座套筒伸出到位时，行程杆上的挡块6压下确认开关9，向数控系统发出尾座套筒到位信号。当尾座套筒退回时，行程杆上的固定挡块7压下确认开关8，向数控系统发出尾座套筒退回的确认信号。

图6-11　MJ -50尾座结构简图

1—顶尖　2—尾座套筒　3—尾座体　4—活塞杆　5—后盖　6、7—挡块　8、9—开关　10—行程杆

五、常用的CNC数控系统简介

目前我国应用的数控系统种类很多，市场占有率较大的有日本FANUC系统、德国西门子系统，其次有法国的NUM系统、西班牙FAGOR系统、日本三菱系统、美国桥堡系统等。在此我们介绍几种常用的数控系统。

1.日本FANUC公司数控装置概述

日本FANUC公司是专门从事生产数控装置及工业机器人的著名厂家，也是世界上最有影响的专业厂之一。该公司自20世纪50年代末期生产数控系统以来，已开发出40多种系列的数控系统，特别是20世纪70年代中期开发出FS5、FS7系统以后，所生产的系统都是CNC系统。20世纪80年代，FANUC公司较有代表的系统是F6和F11。目前，主要产品有F0和F15系列。

FANUC系统是最成功的CNC系统之一，具有高可靠性及完整的质量控制体系，故障率低，操作简便，易于故障的诊断和维修。

2.德国西门子系统

德国西门子公司目前推出的控制系统主要有840D / 810D / 840C / 802S / 802C / 802D，以及相配套的伺服驱动系统611/ 611D等。其中840D是目前应用较多的控制系统，市场覆盖率也非常大，其特点是能在复杂的系统平面上，通过系统设定而适用于各类的数控机床。840D与SIMODRIVE 611数字驱动系统和SIMATIC S7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适用于复杂加工任务的控制，具有较强的动态品质和控制精度，适用于钻削、铣削、车削和磨削机床加工的控制。

3.法国的NUM系统

NUM公司是法国施耐德集团的一家专门从事数控领域产品开发生产的高技术公司，该公司在近年推出的1020/1040/1060系列CNC是其主流产品，它们在系统结构上具有一致性。除了硬件方面由于能力强弱而在CPU的数量的配备及硬件的装配上有所区别外，它们在软件的结构、功能上大致相同，它们与该公司的其他系列720/ 750/ 760在PLC、报警信息、机床数据方面也兼容。

4.ACRAMATIC数控系统

美国CINCINNATI MILACRON公司于1950年首先与麻省理工学院（MIT）合作开发了世界上最早的数控机床和数控系统。1952年，世界上第一台直线插补连续控制的三坐标数控铣床由CINCINNATI MILACRON公司制造

1981年研制出ACRAMATIC900CNC系统（简称A900），装有自诊断功能、四轴的点位和轮廓控制系统。仅20世纪80年代我国就有近百家企业使用A900系统控制的数控机床。

20世纪80年代末又相继推出利用32位80386、80486的中央微处理器（CPU）和多个16位的80186微处理器控制的具有高功能，利用CRT显示菜单触摸操作的ACRAMATIC850、950CNC系统，简称A850、A950。1994年，该公司又研制出ACRAMATIC2100（简称A2100）CNC控制系统。目前，A2100系统可以提供标准的、带有一系列高性能部件的80486微处理器，也可以提供奔腾（PENTIUM）甚至高能奔腾（PENTIUM PRO）微处理器以及相关的软件。因此A2100系统可以用最新的、功能最强的部件对系统的中央处理器和软件进行升级，这样，就为加工灵活性的扩展提供了巨大的支持。

5.日本三菱电机公司数控装置

日本三菱电机株式会社是一个综合性电器电机制造公司。

三菱电机公司的CNC商标为“MELDAS”（MITSUBISHI ELECTRIC DIGITAL AUTOMATION SYSTEM）。该公司不但自己制造CNC，而且允许机床制造商采用MELDAS的硬件和基本软件，与制造商一起共同开发适合于制造商机种要求的CNC，并可采用各机械制造商的商标。如日本山崎铁工所（MRZUK）的MAZATROL系列CNC，日本大阪机工（OKK）的OKK系列CNC，德国特劳伯公司（TRAUB）的TX - S系列CNC等都是在三菱MELDAS产品的软硬件平台上针对各自机床的特点，开发出适合各自机床的先进功能，从而使其机床的整机性能大为提高，各具特色。

6.中国上海开通数控系统（MTC系列数控系统）

MTC系列数控系统按其控制对象来划分，可以分为4类：MTC - T主要控制两轴车床，小型车削中心，钻床等加工机械；MTC - M主要控制铣床和加工中心及其他要求四轴控制三轴联动的机床，MTC - B主要控制通用板料折弯机；MTC - C主要控制火焰气割机、等离子切割机等。MTC数控系统既可配用脉冲编码器作为位置反馈装置构成半闭环系统；也可以配用直线光栅尺作为位置反馈装置构成全封闭系统。MTC数控系统与机床接口可配用各种普通可编程控制器装置，MTC数控系统采用菜单式人机对话操作方式，在操作面板上还具备一部分机床常规操作键，如进给率调节开关，手动轴向按键，主轴转速调节按键，各种辅助功能手动操作等，为操作者及机床电气设计者提供了方便。AC200系列交流驱动装置采用模块化结构，各种伺服模块与相应的电动机参数相匹配，规格有一轴、三轴和四轴三种。

第二节　数控车床编程

一、数控车床的编程特点

1.加工程序的概念

数字控制机械是依据程序来控制其加工运转动作的。当使用数控机械执行零件加工时，首先须把加工路径和加工条件转换为程序，此种程序即称为加工程序或零件程序。

在加工计划中，必须考虑几个要素。

（1）决定数控机械加工范围，选用合适的数控机械。

（2）决定工件夹持方法，并选择所需要的刀具与夹具。

（3）决定加工顺序，刀具切削路径。

（4）决定切削条件，如主轴回转速度（S）、切削进给速度（F）、切削液等。

零件程序是依照加工计划，依据排列的指令群来规划刀具路径，编写成程序单。程序单上的加工程序，可使用按键、穿孔纸带、PC等方式将程序输入控制器的记忆体内。

2.数控车床的编程特点

与数控铣床相比，数控车床编程具有以下特点。

（1）一般用准备功能G50完成工件坐标系。

（2）一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程（X、Z）、增量值编程（U、W）或两者混合编程。

（3）由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，都是以直径值表示，所以，直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示。用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并带上方向符号。

（4）为了提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。

（5）由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量大，为简化编程，数控装置常具有多次重复循环切削功能。

（6）为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。大多数数控车床具备刀具半径自动补偿功能（G41、G42），这类数控车床可以直接按工件轮廓尺寸编程。对不具备刀具半径自动补偿功能的数控车床，编程时需要先计算补偿量值。

二、数控系统基本功能指令

数控机床加工中的动作在加工程序中用指令的方式予以规定，其中包括准备功能G、辅助功能M、主轴转速功能S、刀具功能T和进给功能F等。准备功能G和辅助功能M由JB3208-83部颁标准制订。由于我国现行数控系统种类较多，它们的指令尚未统一，因此，编程技术人员在编程前必须充分了解所用数控系统的功能，并详细阅读编程说明书，以免发生错误。

下面以FANUC -6T系统常用辅助功能为例作以介绍。

1.准备功能

准备功能G又称“G功能”或“G代码”，是由地址字和后面的两位数来表示的，如表6-1所示。

G代码有两种模态：模态代码和非模态代码。00组的G代码属于非模态代码，只限定在被指定的程序段中有效，其余组的G代码属于模态G代码，具有续效性，在后续程序段中，只要同组其他G代码未出现之前一直有效。

G代码按其功能的不同分为若干组。不同组的G代码在同一程序段中可以指令多个，但如果在同一程序段中指令了两个或两个以上属于同一组的G代码时，只有最后的G代码有效。如果在程序段中指令了G代码表中没有列出的G代码，则显示报警。

表6-1　准备功能

注：00组的G代码为非模态代码，其他均为模态代码。

2.辅助功能

辅助功能是用地址M及两位数字表示的。它主要用于机床加工操作时的工艺性指令。其特点是靠继电器的通断来实现其控制过程，如表6-2所示。

表6-2　辅助功能

（1）M00——程序暂停。完成编有M00指令的程序段中的其他指令后主轴停止，进给停止，冷却液关断，程序停止。此时可执行某一手动操作，如工件调头、手动变速等。重新按“循环启动”按钮，机床将继续执行下一程序段。

（2）M01——计划停止（任选暂停）。与M00相似，不同处在于必须在操作面板上，预先（程序起动前）按下任选停止开关按钮，使其接通，当执行完编有M01指令的程序段的其他指令后，程序停止。如不按任选停止，则M01指令不起作用，程序继续执行。零件加工时间较长或要在加工过程中需要停机检查，测量关键部位以及交接班等情况下使用该指令很方便。

（3）M02——程序结束。执行该程序后，表示程序内所有指令均已完成，因此切断机床所有动作，机床复位。但程序结束后，不返回到程序开头的位置。

（4）M03——主轴顺时针（正）转。

（5）M04——主轴逆时针（反）转。

（6）M05——主轴停止。

（7）M06——刀塔转位，必须与相应的刀号结合，才构成完整的换刀指令。

（8）M08——冷却液开。

（9）M09——冷却液关。

（10）M30——纸带结束，在完成程序段的所有指令后，使主轴进给、冷却液停止，机床复位，与M02相似，不同在于该指令还使纸带回到起始位置。

（11）M98——调用子程序。

（12）M99——子程序结束返回主程序。

3.N、F、T、S功能

（1）N功能。程序段号是用地址N和后面的四位数字来表示的。通常是按顺序在每个程序段前加上编号（顺序号），但也可以只在需要的地方编号。

（2）F功能。指定进给速度，由地址F和其后面的数字组成。

每转进给（G99）：在一条含有G99的程序段后面，再遇到F指令时，则认为F所指定的进给速度单位为mm/r。系统开机状态为G99状态，只有输入G98指令后，G99才被取消。如F0.25即为0.25mm/r。

每分钟进给（G98）：在一条含有G98的程序段后面，再遇到F指令时，则认为F所指定的进给速度单位为mm/min。G98被执行一次后，系统将保持G98状态，直到被G99取消为止。如F20.54即进给速度为20.54mm/min。

（3）T功能。指令数控系统进行选刀或换刀。用地址和后面的数字来指定刀具号和刀具补偿，数控车床上一般采用T 2+2的形式。

如：

N1G50　X100.0　Z175.0；

N2G00S600M03；

N3T0304；　（3号刀补、4号补偿）

N4G01　Z60.0　F30；

N5T0000；　（3号刀补取消）

（4）S功能。

1）主轴最高速度限定（G50）。G50除有坐标系设定功能外，还有主轴最高速度设定的功能，即用S指定的数值设定主轴每分钟最高转速。例如：G50S2000，表示把主轴最高速度限定为2000r/min。

2）恒线速度控制（G96）。G96是接通恒线速度控制的指令。系统执行G96指令后，便认为用S指定的数值确定切削速度vc （m/min）。例如：G96S150表示控制主轴转速，使切削点的速度始终保持在150m/min。

用恒线速度控制加工端面、锥度和圆弧时，由于X坐标不断变化，当刀具逐渐接近工件的旋转中心时，主轴转数越来越高，工件有从卡盘飞出的危险，所以为防止事故的发生，有时必须限定主轴的最高转数。

3）主轴转速控制（G97）。G97是取消恒线速度控制的指令。此时，S指定的数值表示主轴每分钟的转数。例如：G97S1500，表示主轴转速为1500r/min。

4.刀具补偿功能

刀具的补偿功能由程序中指定的T代码来实现。T代码由字母T后面跟4位数码组成，其中前两位为刀具号，后两位为刀具补偿号。刀具补偿号实际上是刀具补偿存储器的地址号，该存储器中放有刀具的几何偏置量和磨损偏置量。刀具补偿号可以是00～32中的任一数，刀具补偿号为00时，表示不进行补偿或取消刀具补偿。

系统对刀具的补偿或取消都是通过滑板的移动来实现的。其中包括以下几种形式。

（1）刀具的偏移。刀具的偏移是指车刀刀尖实际位置与编程位置存在的误差。在编程时，一般以其中一把刀具为基准，并以该刀具的刀尖位置为基准来建立工件坐标系。这样，当其他刀位的刀具转到加工位置时，刀尖的位置就会有偏差，原设定的工件坐标系对这些刀具就不适用，必须进行补偿。

图6-12　刀具偏移

例如，编制工件加工程序时，按刀架中心位置编程，如图6-12（a）所示。即以刀架中心A作为程序的起点，但安装刀具后，刀尖相对于A点必有偏移，其偏移值为X、Z。将此二值输入到相应的存储器中，当程序执行了刀具补偿功能后，原来的A点就被实际位置所代替了。如图6-12（b）所示。

（2）刀具的几何磨损补偿。每把刀具在加工过程中都有不同程度的磨损，因此应对由此而引起的偏移量在ΔX、ΔZ进行补偿。这种补偿只要修改每把刀具相应存储器中的数值即可，即使刀尖位置B移至位置A，如图6-13所示。

例如：某工件加工后外圆直径比要求的尺寸相差了0.02mm，则可以用U - 0.02或（0.02）修改相应存储器中的数值。

（3）刀具半径补偿。在实际加工中，刀具的磨损或是精加工刀具的刃磨会在刀尖形成圆弧，为确保工件轮廓形状，加工时不允许刀具中心轨迹与被加工工件轮廓重合，而应与工件轮廓偏移一个半径值，这种偏移称为刀具半径补偿。

图6-13　刀具的几何磨损补偿

图6-14　粗、精加工补偿

大多数数控装置都有刀具半径补偿功能，使用刀具半径补偿指令，并按刀具中心轨迹运动。执行刀具半径补偿后，刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。

当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，这时只需通过面板输入改变后的刀具半径，而不需修改已编好的程序或纸带。在用同一把刀具进行粗、精加工时，设精加工余量为Δ，则粗加工的补偿量为r +Δ，而精加工的补偿量改为r即可（见图6-14）。

G41——刀具半径左补偿，即沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于工件左侧时的刀具半径补偿，如图6-15所示。

G42——刀具半径右补偿，即沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于工件右侧时的刀具半径补偿，如图6-15所示。

G40——刀具半径左补偿取消，即使用该指令后，G41、G42指令无效。

使用刀具半径补偿需要注意的几个问题有。

1）刀具半径补偿的加入。刀补程序段内必须有G00或G01功能才有效，而且偏移量补偿必须在一个程序段的执行过程中完成，并且不能省略。图6-16表示了刀具补偿的加入过程，若前面没有G41、G42功能，则可以不用G40，直接写入G41、G42即可。

图6-15　刀具半径补偿

图6-16　刀具半径补偿过程

图6-17　取消刀具半径补偿的过程

2）刀具半径补偿的执行。G41、G42指令不能重复规定使用，即在前面使用了G41或G42指令之后，不能再直接使用G41或G42指令。若想使用，则必须先用G40指令解除原补偿状态，再使用G41或G42，否则补偿就不正常了。

3）刀具半径补偿的取消。在G41、G42程序后面加入G40程序段，即是刀具半径补偿的取消。图6-17表示刀具半径补偿取消的过程。刀具半径补偿取消G40程序段执行前，刀尖圆弧中心停留在前一程序段终点的垂直位置上，G40程序段是刀具由终点退出的动作。

4）刀具补偿量的设定。对应每个刀具补偿号，都有一组偏置量X、Z，刀具半径补偿量R和刀尖方位号T。一般情况下，可以通过面板上的功能键OFSET来分别设定、修改并存入数控系统中，如图6-18所示。

图6-18　刀具补偿量的设定

三、基本编程方法

1.编程基础知识

（1）坐标系统。数控车床的坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系，无论哪种坐标系都是规定与车床主轴轴线平行的坐标轴为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。在水平面内与车床主轴轴线垂直的坐标轴为X轴，且规定刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向。

1）机床坐标系。由机床坐标原点与机床的X、Z轴组成的坐标系，称为机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，在出厂前已经预调好，一般情况下不允许用户随意改动。

机床通电后，不论刀架位于什么位置，此时面板显示器上显示的X与Z的坐标值均为零。当完成回参考点的操作后，面板显示器上显示的是刀位点（刀架中心）在机床坐标系中的坐标值（空间位置），就相当于数控系统内部建立了一个以机床原点为坐标原点的机床坐标系。

图6-19　机床原点和参考点

机床原点是机床的一个固定点，永不能改变。车床的机床原点定义为主轴端面与主轴旋转中心线的交点，见图6-19，O点即为机床原点。

机床参考点O'也是机床的一个固定点，其固定位置由Z向与X向的机械挡块来确定。该点与机床原点的相对位置如图6-19所示，它是X、Z轴最远离工件的那一个点。当发出回参考点的指令时，装在纵向和横向滑板上的行程开关碰到相应的挡块后，由数控系统控制滑板停止运动，完成回参考点的操作。

2）工件坐标系。为了简化编程，数控编程时，应该首先确定工件坐标系和工件原点。

零件图给出后，首先应找出图样上的设计基准点，如在加工过程中有工艺基准，一般要尽量保证工艺基准和设计基准统一，该基准点称为工件原点。

工件原点也叫设计基准点（编程原点），是人为设定的。它的设定依据标注习惯，以便于编程，一般车削件的工件原点设在工件的左、右端面或卡盘端面与主轴的交点处。图6-20为以工件右端面为工件原点的工件坐标系。

工件坐标系是由工件原点与X、Z轴组成工件坐标系，建立起工件坐标系后，显示器上显示的是刀位点（刀尖点）在工件坐标系中的位置。

工件坐标系的设定在介绍基本编程方法时再讲述。

图6-20　工件原点和工件坐标系

（2）编程原则。

1）绝对值编程与增量值编程。数控车床编程时，可采用绝对值编程、增量值编程和两者混合编程。由于被加工零件的径向尺寸在图样的标注和测量时，都是以直径值表示，所以，直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示。用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并带上方向符号。

①绝对值编程。绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法。首先找出编程原点的位置，并用地址X、Z进行编程，例如X 50.0Z 80.0，语句中的数值表示终点的绝对值坐标。

②增量值编程。增量值编程是根据与前一位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法。即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的。采用增量值编程时，用U、W代替X、Z进行编程。U、W的正负由行程方向来确定，行程方向与机床坐标方向相同时为正，反之为负。例如U 50.0W 80.0表示终点相对于前一加工点的坐标差值在X轴方向为50、Z轴方向为80。

③混合编程。设定工件坐标系后，绝对值编程与增量值编程混合起来进行编程的方法叫混合编程。

图6-21　编程实例

④编程举例。如图6-21所示，应用以上三种不同方法编程时程序分别如下。

a.绝对值编程。

　……

　N10G01X30.0Z0F100；

　N15X40.0Z -25.0；

　N20X60.0Z -40.0；

　……

b.增量值编程。

　……

　N10G01U10.0W -25.0F100；

　N15U20.0W -15.0；

　……

c.混合编程。

　……

　N10G01U10.0Z -25.0F100；

　N15X60.0W -15.0；

　……

以上三段用不同方法编程的程序都表示从P0点经过P1点运动到P2点。

2）脉冲数编程与小数点编程。数控编程时，可以用脉冲数编程，也可以使用小数点编程。

当使用脉冲数编程时，与数控系统最小设定单位（脉冲当量）有关，当脉冲当量为0.001时，表示一个脉冲，运动部件移动0.001mm。程序中移动距离数值以μm为单位，例如：X60000表示移动60000μm，即移动60mm。若小数点后面的数位超过4位时，数控系统则按“四舍五入”处理。

当使用小数点输入编程时，以mm为单位，要特别注意小数点的输入。例如，X60.0表示移动距离为60mm，而X60则表示采用脉冲数编程，移动距离为60μm（0.06mm）。小数点编程时，小数点后的零可省略，如X60.0与X60.是等效的。

（3）不具备刀具半径补偿功能的编程。若车床不具备刀具半径补偿（G41、G42、G40）功能时，用圆头车刀加工需要用计算的方法来解决刀具半径补偿。

1）按假想刀尖编程。假想刀尖如图6-22所示，（a）图为尖头车刀，（b）图为圆头车刀，P点为假想刀尖。

①圆头刀车削台阶面。见图6-23，车削台阶面时，无论是外圆、端面，还是内孔，编程时只要在起始程序段和末尾程序段多加一个r刀长度就可以了，其他各程序段按零件尺寸编程即可。

②圆头刀加工锥面。如图6-24所示，假想刀尖P沿着工件轮廓AB移动（即刀尖轨迹P1P2与AB重合），并按AB尺寸编程，则必然产生ABCD的残留误差。因此应按图6-24（b）所示使车刀的切削点移至AB，并沿AB移动，从而避免残留误差，但这时假想刀尖轨迹P3P4与轮廓在X方向和Z方向分别相差ΔX和ΔZ。其中：

图6-22　圆头车刀假想刀尖

（a）尖头车　（b）圆头车

图6-23　圆头刀加工台阶面

③圆头车刀加工圆弧。圆头车刀加工圆弧表面的编程原理与圆头车刀加工锥面基本类似，图6-25为圆头刀加工半径为R的凸圆弧，由于刀尖圆弧r的存在，刀尖P点所走的圆弧轨迹（图中虚线）并不是工件所要求的圆弧形状，其圆心为O'，半径为r + R，此时应按假想刀尖轨迹（虚线）编程，在X向和Z向都加一个补偿量值r。同理，在切削凹圆弧时如图6-25（b）所示，则在X向和Z向都减一个补偿量值r，其轨迹半径为R - r。

图6-24　圆头刀加工锥面

图6-25　圆头车刀加工圆弧

2）刀心轨迹编程。除上述介绍的方法外，还可用刀心轨迹编程。如图6-26所示零件由三段圆弧组成，可用虚线所示的三段等距线编程，O1圆半径为R1+ r，O2圆半径为R2+ r，O3圆半径为R3- r，三段圆弧的终点坐标由等距圆的切点关系求得。

图6-26　刀心轨迹编程

2.数控车床的基本编程方法

对数控车床来说，采用不同的数控系统，其编程方法也不尽相同。因此，在编程之前，一定要了解机床系统的功能及有关参数。

（1）坐标系设定。

1）工件坐标系设定（G50）。该指令是规定刀具起刀点距工件原点的距离。坐标值X、Z为刀位点在工件坐标系中的起始点（即起刀点）位置。当刀具的起刀点空间位置一定时，工件原点选择不同，刀具在工件坐标系中的坐标X、Z也不同。其指令格式：

G50X_________ Z_________

如图6-27所示，假设刀尖的起始点距工件原点的Z向尺寸和X向尺寸分别为α和β（直径值），则执行程序段G50XαZβ后，系统内部即对α、β进行记忆，并显示在面板显示器上，就相当于系统内部建立了一个以工件坐标系为坐标原点的工件坐标系。

显然，当α、β不同或改变了刀位点在工件坐标系中的确定位置后，所设定的工件坐标系的工件原点也不同。因此在执行程序段G50XαZβ前，刀具就应安装在一确定位置。工人操作时，将刀具准确地安装在这一确定的位置就是对刀过程。其对刀方法有以下两种。

图6-27　工件坐标系设定

①试切对刀的操作步骤如下。

回参考点操作：用面板ZRN（回参考点）方式，进行回参考点的操作，建立机床坐标系。此时显示器上显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中的当前位置坐标值。

试切的测量：用面板上的MDI方式操纵机床对外圆表面试切一刀，然后保持刀具在横向（X轴方向）上的位置不变，沿纵向（Z轴方向）退刀；测量工件试切后的直径值D即可知道刀尖在X轴方向上的当前位置坐标值，并记录下显示器上显示的刀架中心在机床坐标系中X轴方向上的当前位置坐标值Xt。用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具在纵向（Z轴方向）上的位置不变，沿横向（X轴方向）退刀，同样可以测量试切端面至工件原点的距离长度尺寸L，并记录下显示器上显示的刀架中心在机床坐标系中Z轴方向上的当前位置坐标值Zt。

计算坐标增量：根据试切后测量的工件直径D、端面距离长度L与程序所要求的起刀点位置（α，β），算出将刀尖移到起刀点位置所需的X轴的坐标增量α- D与Z轴坐标增量β- L。

对刀：根据算出的坐标增量，用手摇脉冲发生器移动刀具，使前面记录的位置坐标值（Xt，Zt）增加相应的坐标增量，即将刀具移至使显示器上所显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中位置坐标值为（Xt+α- D，Zt+β- L）为止。这样就实现了将刀尖放在程序所要求的起刀位置（α，β）上。对刀的原理如图6-28所示。

X =α+（Xt- D）　Z =β+（Zt- L）

图6-28　对刀的原理图

如图6-27所示，设以卡爪前端面为工件原点（G50X 200.0Z253.0），若完成回参考点操作后，经试切，测量工件直径为φ67mm，试切端面至卡爪端面的距离尺寸为131mm，而显示器上显示的位置坐标值为X265.763Z419.421。为了将刀尖调整到起刀点的位置X 200.0Z253.0，只要将显示的位置X坐标增加200-67=133，Z坐标增加253-131=122，即将刀具移到使显示器上显示的位置为X 398.763，Z419.421即可。然后执行加工程序段G50X 200.0Z253.0，即可建立工件坐标系，并显示刀尖在工件坐标系中的当前位置X 200.0Z253.0。

②通过改变数控系统参考点位置来使刀位点到达一个新的起刀点位置，即移动机床上的挡块（一般讲是把极限位置变得离机床原点近了），这样在进行回参考点操作时，即能使刀尖到达起刀点位置。

2）坐标系平移（刀具没有动）

　G50U_________W _________

该指令能把已建立起来的某个坐标系进行平移，其中U和W分别代表坐标原点在X轴和Z轴上的位移量。

（2）快速点定位指令G00。G00指令是模态代码，它命令刀具以点定位控制方式从刀具所在点快速运动到下一个目标位置。它只是快速定位，而无运动轨迹要求，也无切削加工过程。其指令书写格式为：

G00X（U）_________Z（W）_________

当采用绝对值编程时，刀具分别以各轴的快速进给速度运动到工件坐标系（X、Z）点。当采用增量值编程时，刀具以各轴的快速进给速度运动到距离现有位置为（U、W）点。

需要注意的事项有：

①G00为模态指令。

②移动速度不能用程序指令设定，由厂家预调。

③G00的执行过程：刀具由程序起始点加速到最大速度，然后快速移动，最后减速到终点，实现快速点定位。

④刀具的实际运动路线不是直线，而是折线。使用时注意刀具是否和工件发生干涉。

图6-29　快速点定位

如图6-29所示，从起点A快速运动到B点。

绝对值编程为：

G00　X120.0　Z100.0；

增量值编程为：

G00　U80.0　W80.0；

（3）直线插补指令G01。G01指令是模态代码，它是直线运动的命令，规定刀具在两坐标或三坐标间以插补联动方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动。

当采用绝对值编程时，刀具以F指令的进给速度进行直线插补，运动到工件坐标系X、Z点。当采用增量值编程时，刀具以F进给速度运动到距离现有位置为U、W的点上。其中F进给速度在没有新的F指令以前一直有效，不必在每个程序段中都写入F指令。其指令书写格式为：

G01X　（U ）_________Z　（W）　F_________；

图6-30　直线插补实例

如图6-30所示。

使用绝对值编程：（O点为工件原点）从A→B：

G01　X45.0　Z13.0F30；

使用增量值编程：从A→B：

G01　U20.0　W -20.0　F30；

注意事项：

①G01指令后的坐标值取绝对值编程还是取增量值编程，由尺寸字决定；

②进给速度由F指令决定。F指令也是模态指令，可由G00指令取消。如果在G01程序段之前的程序段没有F指令，而现在的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。因此，G01程序中必须含有F指令。

（4）圆弧插补指令G02、G03。圆弧插补指令是命令刀具在指定平面内按给定的F进给速度作圆弧运动，切削出圆弧轮廓。

1）圆弧顺逆的判断。圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03。数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴，因此，按右手定则的方法将Y轴考虑进去，然后观察者从Y轴的正方向向Y轴的负方向看去，即可正确判断出圆弧的顺逆了，如图6-31所示。

图6-31　圆弧顺逆的判断

2）G02、G03指令的格式。在车床上加工圆弧时，不仅需要用G02或G03指出圆弧的顺逆方向，用X（U），Z（W）指定圆弧的终点坐标，而且还要指定圆弧的中心位置。一般常用指定圆心位置的方法有以下两种：

①用I、K指定圆心位置，其格式为：

②用圆弧半径R指定圆心位置，其格式为：

X（U）______Z（W）______R______ F______；

注意事项：

以上格式中G02为顺圆插补，G03为逆圆插补；

采用绝对值编程时，用X、Z表示圆弧终点在工件坐标系中的坐标值；采用增量值编程时，用U、W表示圆弧终点相对于圆弧起点的增量值；

圆心坐标I、K为圆弧起点到圆弧中心所作矢量分别在X、Z轴方向上的分矢量（矢量方向指向圆心）。本系统的I/K为增量坐标，当分矢量方向与坐标轴的方向一致时为“+”号，反之为“-”号；

用半径R指定圆心位置时，由于在同一半径R的情况下，从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性，因此在编程时规定：圆心角小于或等于180°的圆弧R值为正；圆心角大于180°的圆弧R值为负。

程序段中同时给出I、K和R值，以R值优先，I、K无效。

G02、G03用半径指定圆心位置时，不能描述整圆，只能使用分矢量编程。

3）编程举例。

［例1］顺时针圆弧插补，如图6-32。

图6-32　顺时针圆弧插补

方法一：用I、K表示圆心位置

①绝对值编程。

……

N05　G00　X20.0　Z2.0；

N10　G01　Z -30.0　F80；

N15　G02　X40.0　Z -40.0　I10.0　K0　F60；

……

②增量值编程。

……

N05　G00　U -80.0W -98.0；

N10G01U0W -32.0F80；

N15　G02　U20.0　W -10.0I10.0K0　F60；

……

方法二：用R表示圆心位置。

……

N05　G00　X20.0　Z2.0；

N10　G01　Z -30.0　F80；

N15　G02　X40.0　Z -40.0　R10.0　F60；

……

［例2］逆时针圆弧插补，如图6-33所示。

图6-33　逆时针圆弧插补

方法一：用I、K表示圆心位置。

①绝对值编程。

……

N05　G00　X28.0　Z2.0；

N10　G01　Z -40.0　F80；

N15　G03　X40.0　Z -46.0　I0　K -6.0　F60；

……

②增量值编程。

……

N05　G00　U -150.0　W -98.0；

N10G01W -42.0F80；

N15　G03　U12.0　W -6.0　I0　K -6.0　F60；

……

方法二：用R表示圆心位置。

……

N05　G00　X28.0　Z2.0；

N10　G01　Z -40.0　F80；

N15　G03　X40.0　Z -46.0　R6.0　F60；

……

4）数控车床中圆弧的加工方法。

①车锥法。在车圆弧时，从工艺上讲不可能一刀就把圆弧车好，因为这样做吃刀量太大，容易打刀。因此可以先车一个圆锥，再车圆弧。但这就需要确定车锥的起点和终点，方法如图6-34所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB，由图可知即车锥时，加工路线不能超过AB线。

②车圆法。车圆法就是用不同半径的圆弧来车削，最终达到加工要求，如图6-35所示。起刀点A和终点B的确定方法：连接OA、OB，则此时的圆弧每刀长（P为分刀次数）。

图6-34　车锥法

图6-35　车圆法

（5）暂停（延时）指令G04。该指令为非模态指令，在进行锪孔、车槽、车台阶轴清根等加工时，要求刀具在很短时间内实现无进给光整加工，此时可以用G04指令实现暂停，暂停结束后，继续执行下一段程序。其程序格式为：

G04P　；_____（ms）

或G04X（U ）_____；（s）

其中　X、U、P为暂停时间，P后面的数值为整数，单位为ms，X（U）后面为带小数点的数，单位为s。

例如欲停留1.5s的时间，则程序段为：

G04　X1.5；

或　G04　P1500；

（6）米制输入与英制输入G21、G20。如果一个程序段开始用G20指令，则表示程序中相关的一些数据为英制（in）；如果一个程序段开始用G21指令，则表示程序中相关的一些数据为米制（mm）。机床出厂时一般设为G21状态，机床刀具各参数以米制单位设定。两者不能同时使用，停机断电前后G20、G21仍起作用，除非再重新设定。

（7）回参考点检验G27、自动返回参考点G28、从参考点返回G29。

1）回参考点检验G27。

G27X（U）_____Z（W ）_____T0000；

该指令用于检查X轴与Z轴是否正确返回参考点。但执行G27指令的前提是机床在通电后必须返回过一次参考点。如果定位结束后检测到开关信号发令正确，参考点的指示灯亮，说明滑板正确回到了参考点的位置；如果检测到的信号不正确，系统报警。

该指令之后，如果欲使机床停止，须加入M00指令。否则机床将继续执行下一个程序段。

2）自动回参考点G28。

G28X（U）_____Z（W ）_____T0000；

执行该指令时，刀具先快速移动到指令中所指的X（U）、Z （W）中间点的坐标位置，然后自动回参考点。到达参考点后，相应的坐标指示灯亮，如图6-36所示。

注意：使用G27、G28指令时，必须预先取消补偿量值（T0000），否则会发生不正确的动作。例如：G28　U40.0W40.0　T0000；

3）从参考点返回G29。

G29X（U）_____Z（W）_____

执行该指令后各轴由中间点，移动到指令中所指的位置处定位。其中X（U）、Z（W）为返回目标点的绝对坐标或相对G28中间点的增量坐标值。例如图6-37所示。

图6-36　自动返回参考点

图6-37　从参考点返回

（8）车削固定循环。数控车床上被加工工件的毛坯常用棒料或铸、锻件，因此加工余量大，一般需要多次重复循环加工，才能去除全部余量。为了简化编程，数控系统提供不同形式的固定循环功能，以缩短程序段的长度，减少程序所占内存。固定循环一般分为单一形状固定循环和复合形状固定循环。

1）单一形状固定循环。

①外圆切削循环（G90）。

指令格式：G90X（U）_____Z（W）_____F_____；

如图6-38所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，最后又回到循环起点。图中虚线表示快速运动，实线表示按F指定的工作进给速度运动。X、Z为圆柱面切削终点坐标值；U、W为圆柱面切削终点相对循环起点的增量值。其加工顺序按1、2、3、4进行。

［例3］加工如图6-39所示的工件，其加工有关程序如下：

图6-38　外圆切削循环

图6-39　外圆切削循环加工实例

②锥面切削循环（G90）。其指令格式：G90X（U）_____Z（W）_____I_____ F_____ ；

如图6-40所示，I为锥体大小端的半径差。采用编程时，应注意I的符号，锥面起点坐标大于终点坐标时为正，反之为负。

图6-40　锥面切削循环

图6-41　锥面切削循环加工实例

［例4］加工如图6-41所示的工件，其加工有关程序如下：

……

③端面切削循环（G94）。

其指令格式：G94X（U）_____Z（W）_____F_____；

如图6-42所示，X、Z为端平面切削终点的坐标值，U、W为端面切削终点相对循环起点的坐标分量。

④带锥度的端面切削循环（G94）。

其指令格式：G94X（U）_____Z（W）_____K_____ F_____；

如图6-43所示，K为端面切削始点到终点位移在Z轴方向的坐标增量值。

图6-42　端面切削循环

图6-43　带锥度的端面切削循环

注意：一般在固定循环切削过程中，M、S、T等功能都不改变；但如果需要改变时，必须在G00或G01的指令下变更，然后再指令固定循环。

2）复合固定循环。该指令应用于非一次走刀即能完成加工的场合，要在粗车和多次走刀切螺纹的情况下使用。利用复合固定循环功能，只要编写出最终走刀路线，给出每次切除余量或循环次数，机床即可自动完成重复切削，直至加工完毕。它主要有以下几种方式：

①外圆粗车循环（G71）。适用于切除棒料毛坯的大部分加工余量。其格式为：

G71P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）D（Δd）F_____ S_____ T_____；

其中：ns——循环中的第一个程序号；

　nf——循环中的最后一个程序号；

　Δu——径向（X）的精车余量；

　Δw——轴向（Z）的精车余量；

　Δd——每次径向吃刀深度。

图6-44　外圆粗车循环G71

如图6-44所示为用G71粗车外圆的走刀路线。图中C点为起刀点，A点是毛坯外径与端面轮廓的交点。Δw为轴向的精车余量；Δu/2是径向的精车余量。Δd是切削深度，e是径向退刀量（有参数确定）。R表示快速进给，F表示切削进给。

当上述程序指令的是工件内径轮廓时，G71就自动成为内径粗车循环，此时径向精车余量Δu应指定为负值。

［例5］图6-45为棒料毛坯的加工示意图。粗加工切削深度为7mm，进给量为0.3mm/r，主轴转速为500r/min，精加工余量X向为4mm（直径上），Z向2mm，进给量为0.15mm，主轴转速为800r/min，程序起点如图。加工程序如下：

图6-45　外圆粗车循环G71实例

②端面粗车循环（G72）。它适用于圆柱棒料毛坯端面方向粗车，其格式为：

G72P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）D（Δd）F_____ S_____ T_____；

G72程序段中的地址含义与G71相同，但它只完成端面方向的粗车。如图6-46所示为从外径方向往轴心方向车削端面循环。

［例6］如图6-47所示，端面粗车循环G72粗加工程序如下：

图6-46　端面粗车循环G72

图6-47　端面粗车循环G72加工实例

③固定形状粗车循环（G73）。它适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近的铸、锻毛坯件。其格式为：

G73P（ns）Q（nf）I（Δi）K（Δk）U（Δu）W（Δw）D （Δd）F_____ S_____ T_____；

其中：Δi——粗切时径向切除的余量（半径值）；

　ΔK——粗切时轴向切除的余量；

　Δd——循环次数。

其走刀路线如图6-48所示。执行G73功能时，每一刀的切削路线的轨迹形状是相同的，只是位置不同。每走完一刀，就把切削轨迹向工件移动一个位置，这样就可以将锻件待加工表面分布较均匀的切削余量分层切去。

图6-48　固定形状粗车循环G73

［例7］如图6-49所示。设粗加工分三刀进行，第一刀后余量（X和Z向）均为单边14mm，三刀过后，留给精加工的余量X方向（直径上）为4.0mm，Z向为2.0mm；粗加工进给量为0.3mm/r，主轴转数为500r/min；精加工进给量为0.15mm/r，主轴转数为800r/min；其加工程序如下：

图6-49　固定形状粗车循环G73实例

④精车循环加工（G70）。用G71、G72、G73粗车工件后，用G70来指定精车循环，切除粗加工的余量。其格式为：

G70P（ns）Q（nf）；

其中：ns——表示精车循环的第一个程序段号；

　nf——表示精车循环中的最后一个程序号。

在精车循环G70状态下，（ns）至（nf）程序中指定的F、S、T有效；如果（ns）至（nf）程序中不指定F、S、T时，粗车循环中指定的F、S、T有效。其编程使用见上述几例。在使用G70精车循环时，要特别注意快速退刀路线，防止刀具与工件发生干涉。

（9）螺纹加工。螺纹切削分为单行程螺纹切削、简单螺纹循环和螺纹切削复合循环。

1）单行程螺纹切削G32。是完成单行程螺纹切削的，车刀进给运动严格根据输入的螺纹导程进行，但是车入、切出、返回均需输入程序。其指令格式为：

G32X（U）_____Z（W）_____F_____；

此式为整数导程螺纹切削。其中，F为螺纹导程（单位0.01mm/min）。

对于锥螺纹，如图6-50所示，角α在45°以下时，螺纹导程以Z轴方向指定；角α在45°以上至90°时，螺纹导程以X轴方向指定。

螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2。

如果螺纹牙型深度较深、螺距较大时，可分次进给，每次进给的背吃刀量是用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配，常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量见表6-3。

图6-50　螺纹切削G32

表6-3　常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量　/mm

［例8］如图6-51所示，锥螺纹导程为3.5mm，δ1= 2mm， δ2=1mm，每次背吃刀量为1mm，则程序为：

图6-51　螺纹切削G32加工实例

可见该指令编写螺纹加工程序繁琐，计算量大，一般很少使用。

2）螺纹切削循环G92为简单螺纹循环，该指令可以切削锥螺纹和圆柱螺纹，其循环路线与前面讲述的单一形状固定循环指令基本相同，只是F后边的进给量改为螺距值即可，其格式为：

G92X（U）_____Z（W）_____I_____ F_____；

如图6-52所示，图6-52（a）为圆锥螺纹循环，图6-52（b）为圆柱螺纹循环。刀具从循环开始，按A、B、C、D进行自动循环，最后又回到循环起点A。图中虚线表示按R快速移动，实线表示按F指定的工作进给速度移动。X、Z为螺纹终点（C点）的坐标值；U、W为螺纹终点坐标相对于螺纹起点的增量坐标；I为锥螺纹起点和终点的半径差（有正、负之分）。加工圆柱螺纹时为零，可省略。

图6-52　螺纹切削循环G92

（a）圆锥螺纹循环　（b）圆柱螺纹循环

［例9］如图6-53所示。圆柱螺纹加工，螺纹的螺距2mm，车削螺纹前工件直径φ48，第一次切削量0.4mm，第二次切削量0.3mm，第三次切削量0.25mm，第四次切削量0.15mm，采用绝对值编程，写出加工程序。

程序：

N010M30；

图6-53　螺纹切削循环G92加工实例

3）螺纹切削复合循环（G76）。

其指令格式：G76X（u）_Z（w）__I_ K　__ D___ F　___ A　__；

其中：X、Z——螺纹终点坐标值；

　I——锥螺纹起点与终点的半径差，I为零时可加工圆柱螺纹；

　K——螺纹牙型高度（半径值），为正；

　D——第一次进给的背吃刀量，为正；

　F——螺纹导程；

　A——牙型角。

如图6-54所示，螺纹加工程序为：

G76X55.564Z25.0K3.68D1.8F6.0A60；

4）螺纹切削时的有关问题。

①螺纹牙型高度是指在螺纹牙型上，牙顶到牙底之间垂直于螺纹轴线的距离。根据国家标准规定，普通螺纹的牙型理论高度H =0.866P；但在实际加工中，由于螺纹车刀半径的影响，螺纹实际牙型高度可按下式计算：

图6-54　螺纹切削复合循环G76

h = H - 2（H/8）= 0.6495P（P—螺距mm）

②螺纹起点与螺纹终点径向尺寸的确定。螺纹加工中，径向起点（即编程大径）的确定取决于螺纹大径。例如欲加工M30×2-6g的外螺纹，由GB197—1981可得：

螺纹大径：基本偏差为ES = - 0.038mm；公差为Td= 0.28mm；则螺纹大径尺寸为，所以，编程大径应在此范围内选取。

径向终点（编程小径）的确定取决于螺纹小径。因为螺纹大径确定后，螺纹的总切深在加工中是由螺纹小径来控制的。可按下列公式计算：

d' = d - 2（7/8- R - es/2+ 1/2×Td2/2）

= d - 7/4H + 2R - es - Td2/2

式中　d——螺纹公称直径（mm）；

H——螺纹原始三角形高度（mm）；

R——牙底圆弧半径（mm），一般取R =（1/8—1/6）H

ES——螺纹中径基本偏差（mm）；

Td2——螺纹中径公差（mm）。

③螺纹起点与终点轴向尺寸的确定。螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2。

④分层切削深度。螺纹的吃刀次数及背吃刀量参见表6-3。

（10）子程序。当一个程序反复出现，或在几个程序中都要使用它时，可以把这类程序作为固定程序，并事先存储起来，使程序简化，这组程序叫子程序。

主程序可以调用子程序，一个子程序也可以调用下一级子程序。子程序必须在主程序结束后建立，其作用相当于一个固定循环。

1）调用子程序的格式如下：

M98P＿ L____

其中：P——调用的子程序号；

L——重复调用的子程序的次数。

2）子程序的格式：

O（子程序号）

………

M99；

四、数控车床切削参数及刀具的选择

1.切削用量的选择

编制数控加工程序时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并填入程序单中。数控车床加工的切削用量包括：背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。

合理选择加工用量的原则：粗加工时，一般以充分发挥机床潜力和刀具的切削性能为主；半精加工和精加工时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。在选择切削用量时应保证刀具能完成一个零件的加工，或保证刀具的耐用度不低于一个工作班，最少也不低于半个工作班的工作时间。具体数值应根据机床说明书中的规定、刀具耐用度及实践经验选取。

（1）背吃刀量ap的确定。根据机床、夹具、刀具和零件的刚度以及机床功率来确定。在工艺系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的切削用量，以减少走刀次数，提高生产效率；若一次切净余量最好。当零件精度要求较高时，应根据要求选取最后一道工序的加工余量。数控车削的精加工余量小于普通车削，一般取0.1～0.5mm。

（2）主轴转速n的确定。

1）轮廓车削时的主轴转速。应根据被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度可通过计算、查表和实践经验获取。对使用交流变频调速的数控机床，由于其低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。表6-4为硬质合金外圆车刀切削速度的参考值，可结合实践经验参考选用。

表6-4　切削速度参考表

2）切削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹螺距（或导程）的大小、驱动电动机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统，推荐车螺纹时的主轴转速如下：

n≤（1200/P）- k

式中　P——工件螺纹的螺距或导程（mm）；

k——保险系数，一般取为80。

（3）进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离（单位为mm/min）。有些数控车床规定可以选用进给量（单位为mm/r）来表示进给速度。

1）确定进给速度的原则

①当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选择较高（2000mm/min以下）的进给速度。

②切断、车削深孔或精车削时，宜选择较低的进给速度。

③刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。

④进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应。

2）进给速度的计算

①单一方向进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度，其值可通过进给量与主轴转速得到，具体按F = f×n计算（式中：f为进给量，n为转速）。粗车时进给量一般取0.3～0.8mm/r，精车时常取0.1～0.3mm/r，切断时常取0.05～0.2mm/ r。表6-5为硬质合金车刀粗车外圆、端面进给量参考值。

②合成进给速度是指刀具作合成（斜线及圆弧插补等）运动时的进给速度，如加工斜线及圆弧等轮廓时，刀具的进给速度由纵、横两个坐标轴同时运动的速度决定，即

式中　Fvh——合成进给速度（mm/min）；

Fvx——X向进给速度（mm/min）；

Fvz——Z向进给速度（mm/min）。

表6-5　硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量

注：（1）加工断续表面及有冲击的工件时，表内进给量应乘系数k（k = 0.75～0.85）。
（2）在无外皮加工时，表内进给量应乘系数k（k =1.1）。
（3）加工耐热钢及其合金时，进给量不大于l mm/r。
（4）加工淬硬钢时，进给量应减小。当钢的硬度为44～56HRC时，乘系数k（k =0.8）；当钢的硬度为57～62HRC时乘系数k（k =0.5）。

由于计算较繁琐，实际运用时大多凭实践经验或试切确定其速度值。

2.数控车削的刀具与选用

数控加工过程中，刀具的选择是保证加工质量和提高生产率的重要环节，合理选择数控刀具需综合考虑机床的自动化程度、工序内的加工内容、零件材料的切削性能等因素。

（1）对数控刀具的要求。虽然大多数数控车床用车刀与普通加工采用的刀具基本相同，但数控加工对刀具的要求更高。具体要求是：刚度好和強度高，以适应粗加工时的大切深和快走刀；高精度，以适应数控加工的精度和自动换刀要求；较高的可靠性和耐用度，保证加工质量和提高生产率；为使机床正常运转应具有良好的断屑和排屑性能。另外还有安装调整方便、选用优质刀具材料等方面的要求。

（2）数控刀具类型。

1）机夹可转位刀具。机夹可转位数控刀具常见的品种、规格有2000多种，并要求有各种各样的可转位硬质合金刀片、陶瓷刀片等其他材质刀片与之配套。常见的有各种铣刀、孔加工刀具、车刀及复合刀具（钻、扩、镗、锪）等类型。

2）整体高速钢刀具。整体高速钢刀具外径多小于25mm。常见的有钻头、立铣刀（一般要求PVD涂层）、丝锥及复合刀具（钻、扩、铰）等类型。

3）整体硬质合金刀具。整体硬质合金刀具外径多小于10mm，硬质合金焊接刀具外径为16～63mm，常见的有钻头、立铣刀、铰刀等类型。

4）超硬材料刀具。

①氮化硼刀具（CBN）用于加工淬火钢，可进行铣削、车削的精加工。

②金刚石刀具（PCD）用于加工有色金属，多用于铣、车、钻、铰削的精加工和超精加工。

③陶瓷刀具也可用于车削及铣削加工。

（3）数控车削刀具的选用。数控车床能兼作粗、精车削，粗车时，选用强度高、耐磨度好的刀具，以便满足大背吃刀量、大进给量的要求；精车时，选用精度高、耐磨度好的刀具，以保证精度要求。此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。目前，数控车床用的最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具。

五、数控车床综合编程实例

［例1］如图6-55所示，图6-55（a）中外圆φ85mm不加工，要求编写精加工程序。图6-55（b）为刀具布置图及刀具安装尺寸，三把车刀分别用于车外圆、切槽和车螺纹。对刀时，用对刀显微镜以T01号刀为准进行，其加工程序如下：

（1）分析图纸要求，按先主后次的加工原则，确定加工路线。

1）先从左到右切削外轮廓面。路线为：倒角——螺纹的实际外圆——切削锥度部分——车削φ62mm外圆——倒角——车φ80mm外圆——切削圆弧部分——车φ80mm外圆。

图6-55　车削零件实例1

（a）零件图　（b）刀具图

2）切3mm×φ45mm的槽。

3）车M8×1.5的螺纹。

（2）选择刀具并绘制刀具布置图。

根据加工要求：1号刀车外圆；2号刀切槽；3号刀车螺纹。选择换刀点A为（200.0，350.0）处。

（3）合理选择切削用量。

（4）编写加工程序。

续表

［例2］如图6-56所示为一缸盖零件简图。按图纸要求编写加工程序（不切断）。其中1号刀为粗车外圆车刀；3号刀为粗车内圆车刀；5号刀为精车外圆车刀；7号刀为切槽刀；9号刀为精车内圆车刀；11号刀为切槽刀。

图6-56　车削零件实例2

（1）分析图纸要求，按先主后次的加工原则，确定加工路线。

1）先从左到右切削外轮廓面。路线为：粗车端面——切削外圆锥度部分——粗车削φ110mm外圆。

2）粗车内阶梯孔。

3）精车端面——切削外圆锥度部分——精车削φ110mm外圆。

4）切4mm×φ93.8mm的槽。

5）精车内阶梯孔及倒角。

6）切4.1mm×2.5mm的槽。

（2）选择刀具。

选择换刀点A为（400，400）处。

（3）合理选择切削用量。

（4）编写加工程序。

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［例3］如图6-57所示为车削不等距槽的实例，要求应用子程序编写。已知毛坯直径φ32mm，长度为77mm，1号刀为外圆车刀，3号刀为切断刀，其宽度为2mm，加工程序如下（其中O15程序为子程序）：

图6-57　子程序应用实例

对刀是数控车削加工前的一项重要工作，它关系到被加工零件的尺寸精度，因此也是加工成败的关键因素之一。全功能型数控车床具有自动对刀功能。经济型数控车床则必须通过对刀才便于进行刀位偏差自动补偿，或在编程过程中进行考虑。数控车削加工前，应对工艺系统作准备性的调整，其中完成对刀过程并输入刀具补偿是关键的环节。在数控车削过程中，应首先确定零件的加工原点，以建立工件坐标系；同时还要考虑刀具的不同尺寸对加工的影响，并输入相应的刀具补偿值。这些都需要通过对刀来解决。

在加工程序执行前，应调整每把刀具用于编程的刀位点（例如：尖形车刀刀尖、圆弧车刀圆心等），使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。对刀操作的目的是通过确定刀具起始点，建立工件坐标系及设置刀偏量（刀具偏置量或位置补偿量）。对刀的方法按所用数控机床的类型不同也有所区别，一般可分为机内对刀和机外对刀两大类。机内对刀较多地用于车削类数控机床，根据其对刀原理，它又可分为两种：试切法和测量法（对刀仪对刀）。

1.试切法对刀

由于试切法对刀不需要任何辅助设备，所以被广泛地用于经济型低档数控机床中。其基本原理是通过每一把刀具对同一工件的试切削，分别测量出其切削部位的直径和轴向尺寸，来计算出各刀具刀尖在X轴和Z轴的相对尺寸，从而确定各刀具的刀补量。

图6-58　试切法对刀原理示意图

数控车床采用的位置检测器分相对式和绝对式两种，下面介绍采用相对位置检测器的对刀过程，这里以Z向为例说明对刀方法（如图6-58所示）：设图中端面刀是第一把刀，内径刀为第二把刀，由于是相对位置检测，需要用G50进行加工坐标系设定。假定程序原点设在零件左端面，如果以刀尖点为编程点，则坐标系设定中的Z向数据为L1，这时可以将刀架向左移动，并将右端面光切一刀，测出车削过后的零件长度N值，并将Z向显示值置零，再把刀架移回到起始位置，此时的Z向显示值就是M值，N加M即为L1。这种以刀尖为编程点的方式应将第一把刀的刀具补偿设定为零。接着用同样方法测出第二把刀的L2值，L2- L1是第2把刀对第1把刀的Z向位置差，此处是负值。如果程序中第l把刀转为第2把刀时不变换坐标，那么第2把刀的Z向刀补值应设定为ΔL。

试切法对刀属于手动对刀，它的基础是通过试切零件来对刀，它还没跳出传统车床的“试切——测量——调整”的对刀模式，手动对刀要较多地占用机床时间。

2.测量法对刀（机外对刀—对刀仪对刀）

机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间在X及Z方向的距离，即刀具X向和Z向的长度。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床即可以使用。图6-59是一种比较典型的机外对刀仪，它适用于各种数控车床，针对某台具体的数控车床，应制作相应的对刀刀具台，将其安装在刀具台安装座上。这个对刀刀具台与刀座的连接结构及尺寸，应与机床刀架相应结构及尺寸相同，甚至制造精度也要求与机床刀架该部位一样，此外，还应制作一个刀座、刀具联合体（也可将刀具焊接在刀座上），作为调整对刀仪的基准。把此联合体装在机床刀架上，尽可能精确地对出X及Z向的长度，并将这两个值刻在联合体表面，对刀仪使用若干时间后就应装上这个联合体作一次调整。机外对刀的大至顺序是：将刀具随同刀座一起紧固在对刀刀具台上，摇动X向和Z向进给手柄，使移动部件载着投影放大镜沿着两个方向移动，直至假想刀尖点与放大镜中的十字线交点重合为止（图6-60）。这时通过X和Z向的微型读数器分别读出X和Z向的长度值，就是这把刀具的对刀长度。如果这把刀具马上使用，那么将它连同刀座一起装到机床某刀位上之后，将对刀长度输到相应刀具补偿号或程序中就可以了。如果这把刀是备用的，应作好记录。

3.机内光学对刀法—ATC对刀

图6-59　机外对刀仪

图6-60　刀尖在放大镜中的对刀投影

（a）端面外径刀尖　（b）对称刀尖　（c）端面内径刀尖

机内光学对刀法又称为ATC对刀，是在机床上利用对刀显微镜自动计算出车刀长度的一种方法。对刀镜与支架不用时取下，需要对刀时才装到主轴箱上。对刀时，用手动方式将刀尖移到对刀镜的视野内，再用手动脉冲发生器微量移动刀架，使假想刀尖点与对刀镜内的中心点重合（见图6-60），再将光标移到相应刀具补偿号，并按“自动计算（对刀）”按键，这把刀两个方向的长度就被自动计算出来，并自动存入它的刀具补偿号中。

这种方法适用范围广泛，对刀精度较高，其分格读数值可达0.01mm，且属不接触对刀方式，对刀具的刀尖不会损坏，是推广采用的方法之一。然而，质量较高的光学对刀仪价格较昂贵，尚需专门保管；对某些刀具（如镗刀）进行的对刀过程较繁琐，有时不如试切对刀法简便。

具体方法参见下面同时加工轴、套类零件时各刀具的对刀过程。

①先按前述光学对刀过程安好基准刀，即对好1号刀并确定出对刀基准点（图6-61（a））。

②按动刀架控制器上的手控按钮，使刀架转过两个刀位，留出3号刀的安装位置（图6-61（b））。

③根据加工套类零件用镗刀的外形尺寸（主要指刀尖伸出刀架的长度），并考虑到镗刀在对刀时所处位置的特殊性，应预先设定出该镗刀相对于基准刀之间的偏移位置，并据此设计出如下对刀程序（当设定X向偏移量为50mm，Z向偏移量为80mm时）。

01　6E　00　80　00

④执行对刀程序中的第一至第三工步，使刀架到达镗刀的对刀位置后暂停（图6-61（c））。

⑤在刀架上装好镗刀。装刀时应使镗刀的，刀位点对准显微镜上十字的中心，然后将镗刀压紧。

⑥按动操作面板上的启动键，继续执行对刀程序，使刀架返回到基准刀对刀的初始位置上。

⑦按照上述方法，即可完成其余各把刀的对刀工作。

采用这种方法对刀时应特别注意，凡是按设定偏移量进行对刀后的车削，在加工前均应通过所编制的程序把原设定的偏移量加进去，该工步进行完后，仍应通过程序将其偏移量减去，以保证对刀执行的正确性。

图6-61　光学对刀过程

第三节　数控车床的操作及加工控制

一、操作面板

MJ -50数控车床的操作面板位于机床的右上方，它由上下两部分组成，上半部分为数控系统操作面板，下半部分为机床操作面板。

1.数控系统操作面板

MJ -50数控系统操作面板如图6-62所示。它是由CRT显示器和MDI键盘两部分组成。显示器左下侧为NC装置电源按钮，“ON”为电源通按钮，“OFF”为电源断按钮。电源按钮上方为主轴负载表，用于显示主轴功率。

（1）CRT显示器可以显示机床的各种参数和功能，如显示机床参考点坐标、刀具起始点坐标、输入数控系统指令数据、刀具补偿量的数值、报警信号、自诊断结果、滑板快速移动速度及间隙补偿值等。

（2）MDI键盘。

1）功能键说明见表6-6。

表6-6　功能键说明

2）数据输入键有13个，可用来输入字母、数字及其他的符号。每次输入的字符都显示在CRT屏幕上。

3）“RESET”复位键。当机床自动运行时按下此键，则机床的所有操作都停下来。此状态下若恢复自动运行，滑板需返回参考点，程序将从头执行。

4）“START”启动键。按下此键，便可执行MDI的命令。

5）“INPUT”输入键。按下此键，可输入参数或补偿值等，也可以在MDI方式下输入命令数据。

6）“CAN”删除键。用于删除已输入到缓冲器里的最后一个字符或符号。如：当输入了N100后，又接下“CAN”键，则N100被删去。

7）光标移动键（CURSOR）。“↓”键将光标向下移，“↑”键将光标向上移。

8）页面键（PAGE）。“↓”键向后翻页，“↑”键向前翻页。

9）程序编辑器

“ALTER”键用于程序更改。

“INSRT”键用于程序插入。

“DELET”键用于程序删除。

10）“EOB”结束程序键。

2.机床操作面板

图6-63为MJ -50数控车床机床操作面板图。

操作面板上各开关及按钮的功能与使用（以面板编号为序）。

表6-7　操作面板上各开关及按钮的功能与使用

续表

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二、机床的操作

工件的加工程序编制工作完成之后，就可以操作机床对工件进行加工，下面根据MJ -50数控车床的功能，介绍机床的各种操作。

1.电源接通前后的检查工作

（1）在机床主电源开关接通之前，操作者必须做好下面的检查工作：

1）检查机床的防护门电箱门等是否关闭；

2）检查润滑装置上油标的液面位置；

3）检查切削液的液面是否高于水泵吸入口；

4）检查所选择的液压卡盘的夹持方向是否正确。卡盘正反卡开关设置在电箱内；

5）检查是否遵守了《机床使用说明书》中规定的注意事项。

当以上各项检查均符合要求时，方可合上机床主电源开关，机床工作灯亮，风扇启动，润滑泵、液压泵启动。

（2）机床通电后，操作者应做好下面的检查工作：

1）按下NC装置电源启动键“ON”，在CRT显示器上应出现机床的初始位置坐标；

2）检查安装在机床上部的总压力表，若表头读数为“4MPa”，说明系统压力正常，可以进行下面的操作。

2.手动操作机床

（1）手动返回参考点。当机床采用增量式测量系统，一旦机床断电，其上的数控系统就失去了对参考点坐标的记忆，再次接通数控系统的电源后，操作者必须首先进行返回参考点的操作。另外，机床在工作过程中遇到急停信号或超程报警信号，待故障排除，恢复机床工作时，也必须进行返回机床参考点的操作，具体操作步骤如下：

1）将“MODE”开关置于ZERO RETURN方式。提醒操作者注意，当滑板上的挡块距离参考点开关的距离不足30mm时，要首先用“JOG”按钮使滑板向参考点的负方向移动，直到距离大于30mm停止点动，然后再返回参考点。

2）分别按下X轴和Z轴的“JOG”按钮，使滑板沿X轴或Z轴正向移向参考点。在此过程中，操作者应按住“JOG”按钮，直到参考点返回指示灯亮，再松开按钮。在滑板移动到两轴参考点附近时，会自动减速移动。

（2）滑板的手动进给。当手动调整机床时，或是要求刀具快速移动接近或离开工件时，需要手动操作滑板进给。滑板进给的手动操作有两种，一种是用“JOG”按钮使滑板快速移动，另一种是用手摇轮移动滑板。

1）快速移动。机床装刀或是手动操作时，要求刀具能通过快速移动接近或离开工件，其操作方法如下：

①首先将“MODE”开关置于RAPID方式；

②用“RAPID OVERRIDE”开关选择滑板快移的速度；

③按下“JOG”按钮，使刀架快速移动到预定位置。

2）手摇轮进给。手动调整刀具时，要用手摇轮确定刀尖的正确位置，或者试削时，一面用手摇轮调进给速度，一面观察切削情况。其操作步骤如下：

①将“MODE”开关转到“HANDLE”位置（可选择3个位置）；

②选择手摇轮每转动1格滑板的移动量，将“MODE”开关转至×1挡位，手摇轮转1格，滑板移动0.001mm，若指向×10，手摇轮转1格，滑板移动0.01mm；若指向×100，手摇轮转1格，滑板移动0.1mm；

③手摇轮左侧的X、Z轴选择开关扳向滑板要移动的坐标轴；

④转动手摇脉冲发生器，使刀架按指定的方向和速度移动。

（3）主轴的操作主要包括主轴的启动与停止和主轴的点动。

1）主轴的启动与停止是用来调整刀具或试调机床的。具体操作步骤如下：

①用“MODE”开关置于手动方式（MENU）中的任意一个位置；

②用主轴功能按钮中的“FWD - RVS”开关确定主轴旋转方向，在“FWD”位置，主轴正转；开关指向“RVS”，主轴反转；

③旋转主轴“SPEED”至低转速区，防止主轴突然加速；

④按下“START”按钮，主轴旋转。在主轴旋转过程中，可以通过“SPEED”旋钮改变主轴转速，且主轴的实际转速显示在CRT显示器上；

⑤按下主轴STOP按钮，主轴停止转动。

2）主轴的点动是用于使主轴旋转到便于装卸卡爪的位置，或是检查工件的装夹情况，其操作方法是：

①将“MODE”开关置于手动方式（AUTO）中的任意一个位置；

②将主轴“FWD - RVS”开关指向所需的旋转方向；

③按下“START”按钮，主轴转动，按钮抬起，主轴停止转动。

（4）刀架的转位。装卸刀具，测量切削刀具的位置以及对工件进行切削时，都要靠手动操作实现刀架的转位，其操作步骤如下：

1）首先将“MODE”开关置于“MANU”方式中的任意一个位置；

2）将“TOOL SELECTION”开关置于指定的刀具号位置；

3）按下“INDEX”，则回转刀架上的刀顺时针转动到指定的刀位。

（5）手动尾座的操作包括尾座体移动和尾座套筒的移动。

1）手动尾座体使其前进或后退，主要用于轴类零件加工时，调整尾座的位置，或是加工短轴和盘类零件时，将尾座退至某一合适的位置。其操作步骤如下：

①将“MODE”开关置于“MANU”方式中的任一位置；

②按下“TAIL STOCK INTERLOCK”按钮，松开尾座，其按钮上方指示灯亮；

③移动滑板带动尾座体移动到指定位置；

④再次按下“TAIL STOCK INTERLOCK”按钮，尾座被锁紧，且指示灯灭。

2）尾座套筒的伸出或退回是在加工轴类零件时，顶尖顶紧或松开工件。操作方法如下：

①首先将“MODE”开关置于“MANU”方式中的任一位置；

②按下“QUILL”按钮，尾座套筒带着顶尖伸出，指示灯亮；

③再次按下“QUILL”按钮，尾座套筒带着顶尖退回，指示灯灭。

（6）机床在手动操作或自动运转时，卡盘的夹紧和松开是通过脚踏开关实现的，其操作步骤如下：

1）扳动电箱内卡盘正、反卡开关，选择卡盘正卡或反卡；

2）若第一次踏下开关卡盘松开，则第二次踏下开关卡盘夹紧。

3.机床的急停

机床无论是在手动或自动运转状态下，遇有不正常情况，需要机床紧急停止时，可通过下面的一种操作来实现。

（1）按下“EMERG STOP”按钮后，除润滑油泵外，机床的动作及各种功能均被立即停止。同时CRT屏幕上出现数控设备未准备好（NOT READY）的报警信号。

待故障排除后，顺时针旋转按钮，被按下的按钮跳起，则急停状态解除。但此时要恢复机床的工作，必须进行返回机床参考点的操作。

（2）按下复位键（RESET）。机床在自动运转过程中，按下此键则机床全部操作均停止，因此可以用此键完成急停操作。

（3）按下NC的“OFF”键，机床停止工作。

（4）机床在自动运转状态下，按下“FEED HOLD”按钮，则滑板停止运动，但机床的其他功能仍有效。当需要恢复机床运转时，按下“CYCLE START”按钮，机床从当前位置开始继续执行下面的程序。

4.程序的输入、检查和修改

（1）程序的输入。将编制好的工件程序输入到数控系统中去，以实现机床对工件的自动加工。程序的输入方法有两种：一种是通过MDI键盘输入；另一种是通过纸带阅读机输入。

使用MDI键盘输入程序的操作方法如下：

1）将“PROG PROTECTION”开关置于“ON”位置；

2）将“MODE”开关置于“EDIT”方式；

3）按下“PRGRM“键，用数据输入键输入程序号：O×× ××之后按下“INPUT”键，则程序号被输入；

4）按下“EOB”键，再按下“INPUT”键，则程序结束符号“；”被输入；

5）依次输入各程序段，每输入一个程序段后，按下“EOB”键→按下“INPUT”键，直到全部程序输入完成。

通过纸带阅读机输入程序的方法，是使用纸带阅读机将穿在纸带上的程序直接送入存储器。

（2）程序的检查。对于已输入到存储器中的程序必须进行检查，并对检查中发现的程序指令错误、坐标值错误、几何图形错误等进行修改，待加工程序完全正确，才能进行空运行操作。程序检查的方法是对工件图形进行模拟加工。在模拟加工中，逐段地执行程序，以便进行程序的检查。其操作过程如下：

1）按前面讲述的方法，进行手动返回机床参考点的操作；

2）在不装工件的情况下，使卡盘夹紧；

3）置“MODE”开关于“MEM”位置；

4）置“MACHINE LOCK”开关于“ON”位置；置“SINGLE BLOCK”开关于“ON”位置；

5）按下“PRGRM”键，输入被检查程序的程序号，CRT显示存储器的程序；

6）将光标移到程序号下面，按下“CYCLE START”按钮，机床开始自动运行，同时指示灯亮；

7）CRT屏幕上显示正在运行的程序。

（3）程序的修改。对程序输入后发现的错误或是程序检查中发现的错误，必须进行修改，即对某些程序段要进行修改、插入和删除，操作步骤如下：

1）将“PROG PROTECTION”开关置于“ON”位置；

2）将“MODE”开关置于“EDIT”方式；

3）按下“PRGRM”键，输入需要修改的程序的程序号，CRT显示该程序。

移动光标到要编辑的位置，输入要更改的字符后按下“ALTER”键；输入新的字符后按下“INSRT”键；要删除字符时，按下“DELET”键。

5.刀具补偿值的输入和修改

为保证加工精度和编程方便，在加工过程中必须进行刀具补偿，每一把刀具的补偿量需要在空运行前输入到数控系统中，以便在程序的运行中自动进行补偿。

为了编程及操作的方便，通常是使T代码指令中的刀具编号和刀具补偿号相同。例如：T0101、T0404、T1010等。

（1）更换刀具后刀具补偿值的输入。更换刀具时引起刀具变化，需要进行刀具的位置补偿。我们以下面的实例说明补偿值的输入过程。

如图6-64所示，更换刀具后，测得其位置尺寸变化为（双点划线所示为更换后刀具位置）：

X向变化-0.1mm（直径变化为-0.2mm）

Z向变化+0.2mm

对应补偿值为：

X = + 0.2mm　Z = - 0.2mm

设定该刀具号和补偿号均为02，按下面的顺序输入刀具补偿值。

1）按下功能键“OFSET”。CRT屏幕上显示“OFFSET/ WEAR”画面。

2）将光标移到设定的补偿号为02的一行上。

3）绝对值坐标编程时，按下“X”→输入“0.2”→按下“INPUT”键；按下“Z”键→输入“-0.2”→“INPUT”键。

增量坐标编程时，将“X”改为“U”键，将“Z”键改为“W”键，而输入的补偿值相同。

刀具补偿值输入到数控系统之后，刀具的运动轨迹便会自动校正。如图6-65所示，双点划线为刀具补偿值为“0”的刀具轨迹，实线为刀具补偿值X = +0.2mm、Z = -0.2mm的刀具轨迹。

（2）刀具补偿值的直接输入法。在实际编程时可以不使用G50指令设定工件坐标系，而是将一位置作为加工的起始点，当然该位置要保证刀具与卡盘或工件不发生干涉。用试切法确定每一把刀具起始点的坐标值，并将此坐标值作为刀具补偿值输入到相应的存储器内。其操作过程如下：

图6-64　更换刀具引起的刀尖位置变化

图6-65　有刀具补偿和无刀具补偿时刀尖运动轨迹

1）手动返回机床参考点；

2）任选一把加工中所使用的刀具；

3）卡盘夹紧工件；

4）按下“OFSET”键，CRT键屏幕上显示“OFFSET/GEOMETRY”画面；

5）将光标移动到该刀具补偿号的Z值处；

6）以手摇轮方式移动滑板，轻轻车一刀工件端面，沿X向退刀，并停下主轴，按下“POSITION RECORD”按钮；

7）测量工件端至工件原点的距离；

8）按下“M”键和“Z”键，输入工件原点到工件端面的距离，按下“INPUT”键。如果端面需留有精加工余量，则将该余量值加入刀补值；

9）将光标移到该刀具补偿的X值处；

10）用手摇轮方式轻轻车一刀外圆，沿Z向退刀主轴停转，按下“POSITION RECORD”按钮；

11）测量切削后的工件直径；

12）按下“M”键和“X”键，输入测量到的直径值，按下“INPUT”键；

13）对其他的刀具，返回第2步，重复以上的操作，直到所有刀具的补偿值输入完毕。

（3）刀具位置补偿值的修改。当我们使用带有刀具补偿值的车刀加工工件时，如果测得加工后的工件尺寸比图样要求的尺寸大，说明刀具磨损了，这就需要修改已存储在刀具补偿存储器里的该刀具补偿值，以便加工出合格的工件。

图6-66　车削外圆

例如：加工图6-66中φ25mm外圆，在加工过程中发现，由于刀具磨损，使工件尺寸产生误差，测量工件直径φ= 25.1mm，计算差值为（25.1- 25.0）mm = 0.1mm，即切削出工件的实际尺寸比图样要求尺寸大0.1mm，故需对原刀具补偿值进行修改。设X轴原输入的刀具补偿值为0.2mm，（0.2-0.1）mm =0.1mm，即0.1mm为刀具补偿的修改值。修改刀具补偿值的操作如下：

1）按下“OFSET”键，CRT屏幕上显示“OFFSET/WEAR”画面；2）将光标移到刀具的补偿号上；

3）采用绝对值编程时，输入X =0.1mm，采用增量值编程时，输入U = -0.1；

4）按下“INPUT”键，修改后的刀具补偿值取代了原刀具补偿值。

6.数控车床避免碰撞的方法

数控车床的价格一般为普通车床价格的5～10倍，一旦发生碰撞，经济损失巨大。这就要求编程人员和机床操作者在工作中必须严谨、细致。下面是避免机床发生碰撞的几种方法。

（1）避免程序中的坐标值超越卡爪尺寸。如图6-67所示，以工件的右端面中心为工件坐标系原点，工件原点至卡爪端面的距离为70mm。编程时要注意到各程序段中Z方向的负值不得大于70mm，否则就会发生刀具与卡爪相碰的事故。例如：加工程序中，某一程序段的Z = - 70.5mm，则刀具与卡爪之间有0.5mm的干涉量，势必导致碰撞，由此可见，编程人员在程序编制结束以后，必须认真检查所有程序段中的Z轴尺寸值是否小于70mm，一旦查出，要立即纠正，以避免机床受损。

图6-67　工件原点与卡爪端面尺寸图

（2）当工件形状特殊时避免发生碰撞。如图6-68所示，工件需车槽，工件原点在右端面，换刀点为P0。当车槽加工完成后。刀架需快速退回刀点，如果用N200G00X80.Z50.；程序段实施退刀动作，则刀尖轨迹为斜线（如图6-68（a）所示），刀具在运动过程中要与工件的台阶面碰撞，工件和刀具都损坏，严重的还要破坏机床的精度。

图6-68　槽形工件产生碰撞的实例

（a）产生碰撞　（b）避免碰撞的方法

正确的程序为

N200G00X80.；

N210Z50.；

执行上面的程序退刀，刀具的运动轨迹如图6-68（b）所示，避免了碰撞。

（3）防止程序中G00的负值引起碰撞。当需要刀具快速移动接近工件时，要用G00指令快速定位。当机床执行该指令时，刀具将以最快的进给速度移向工件，如果编程时Z的负值计算有误，将导致刀具在快速移动中与工件碰撞，后果是极为严重的。因此，要求编程人员对G00的负值尺寸要反复核对，以控制车刀与工件或卡盘发生碰撞的可能性。

7.机床的运转

工件的加工程序输入到数控系统后，经检查无误，且各刀具的位置补偿值和刀尖圆弧半径补偿值已输入到相应的存储器中，便可进行机床的空运行和实际切削。

（1）数控车床的空运行是指在不装工件的情况下，自动运行加工程序。在机床空运行之前，操作者必须完成下面的准备工作：

1）各刀具装夹完毕；

2）各刀具的补偿值已输入数控系统；

3）将“FEEDRATE OVERRIDE”开关旋至适当位置，一般置于100%；

4）置“SINGLE BOLCK”开关→“ON”；

5）置“OPTINAL TOP”开关→“ON”；

6）置“MACHINE LOCK”开关→“ON”；

7）置“DRY RUN”开关→“ON”；

8）将尾座体退回原位，并使套筒退回；

9）卡盘夹紧。

完成了上面的操作之后，便可执行加工程序，其操作过程如图6-69所示。

图6-69　空运行流程图

（2）当机床的空运行完成，且由加工程序控制的机床加工过程正确时，就可以进行机床的实际切削，其操作过程如图6-70所示。

图6-70　机床的实际切削流程图

经实际切削证明，工件的加工程序正确，且加工出了符合零件图样要求的工件，便可连续执行程序，进行工件的正式加工。

第四节　数控车床的故障诊断与排除

一、数控车床常见故障分类

数控车床是一种技术含量高、且较复杂的机电一体化设备，其故障发生的原因一般都较复杂，这给数控车床的故障诊断与排除带来不少困难。为了便于故障分析和处理，数控车床的故障大体上可以分为主机故障和电气故障。一般说来，主机故障比较直观，易于排除，电气故障相对而言比较复杂。电气方面的故障按部位可分为机床本体上的电气部分故障、伺服放大及位置检测部分故障、计算机部分故障及主轴控制部分故障。至于编程而引起的故障大多是由于考虑不周或输入时失误而造成的，只需按提示修改即可。

1.主机故障

数控车床的主机部分，主要包括机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大，加工精度差，运行阻力大。

2.电气故障

（1）机床本体上的电气故障。此种电气故障首先可利用机床自诊断功能的报警号提示，查阅梯形图或检查I / O接口信号状态，根据机床维修说明书所提供的图纸、资料、排除故障流程图、调整方法并结合工作人员的经验检查故障。

（2）伺服放大及检测部分故障。此种电气故障可利用计算机自诊断功能的报警号，计算机及伺服放大驱动板上的各信息状态指示灯、故障报警指示灯，参阅维修说明书上介绍的关键测试点的波形、电压值，计算机、伺服放大板有关参数设定，短路销的设置及其相关电位器的调整，功能兼容板或备板的替换等方法来作出诊断和故障排除。

（3）计算机部分故障。此种电气故障主要利用计算机自诊断功能的报警号，计算机各板上的信息状态指示灯，各关键测试点的波形、电压值，各有关电位器的调整，各短路销的设置，有关机床参数值的设定，专用诊断元件，并参考计算机控制系统维修手册、电器图等加以诊断及排除。

（4）交流主轴控制系统故障。交流主轴控制系统发生故障时，应首先了解操作者是否有过不符合操作规程的意外操作，电源电压是否出现过瞬间异常，外观检查看是否有短路器跳闸、熔丝断开等直观易查的故障，如果没有，再确认是属于有报警显示类故障，还是无报警显示类故障，应根据具体情况而定。

二、故障诊断及常规处理方法

数控系统型号很多，所产生的故障原因往往比较复杂，各不相同，本节介绍故障处理的一般方法和步骤。一旦故障发生，通常按以下步骤进行。

1.调查故障现场，充分掌握故障信息

数控系统出现故障后，不要急于动手、盲目处理，首先要查看故障记录，向操作人员询问故障出现的全过程，在确认通电对系统无危险的情况下，再通电亲自观察，特别要注意确定以下主要故障信息：

（1）故障发生时报警号和报警提示是什么？指示灯和发光管指示了什么报警；

（2）如无报警，系统处于何种状态？系统的工作方式诊断结果如何；

（3）故障发生在哪个程序段？执行何种命令？故障发生前进行了何种操作；

（4）故障发生在何种速度下？主轴处于什么位置？与指定值的位置差有多大；

（5）以前是否发生过类似故障？现场有无异常现象？故障是否重复发生？

2.分析故障原因，确定检查的方法和步骤

在调查故障现象，掌握第一手资料的基础上分析故障原因。故障分析可采用归纳法和演绎法。归纳法是从故障原因出发摸索其功能联系，调查原因对结果的影响，即根据可能产生的原因来分析，看其最后是否与故障现象相符并确定故障点。演绎法是从所发生的故障现象出发，对故障原因进行分割式的分析方法，即从故障现象开始，根据故障机理列出多种可能产生故障的原因，然后对这些原因逐点进行分析，排除不正确的原因，最后确定故障点。

3.故障的检测和排除

在检测故障过程中，应充分利用自控系统的自检测功能，如系统的开机诊断，运行诊断，PLC的监控功能。根据需要随时检测有关部分的工作状态和接口信息，同时还应灵活应用数控系统故障检查的一些行之有效的方法。以下介绍常见故障的检查方法。

（1）直观法。这是一种最基本的方法。维修人员通过对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，以及认真察看系统的每一处，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这就要求维修人员具有丰富的实际经验，要有较宽的多学科知识和综合判断能力。

（2）功能程序测试法。所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等，用手工编程或数控编程方法，编成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入阅读系统中，然后起动数控系统使之进行运行，以检测机床执行这些功能的可靠性和准确性，进而判断出故障发生的可能起因。本方法对于长期闲置的数控机床第一次开机的检查、机床加工造成废品但又无法报警的情况、一些难以确信是编程错误或操作错误还是机床故障等情况是较好的判断方法。

（3）自诊断功能法。现代的数控系统虽然尚未达到智能化很高的程度，但已经具备了较强的自诊断能力，它能随时检测数控系统的硬件和软件的工作情况，一旦发现异常，立即在CRT上显示报警信息，或用发光三极管指示出故障的大致原因，利用自诊断功能也能显示出系统与主机之间接口的信号状态，从而判断故障发生在机械部分还是数控系统部分，并指示出故障的大致部位。这个方法是当前维修中所使用的最有效的一种办法。

（4）局部升温法。CNC系统经过长期运行，元器件均要老化，性能也会变坏。当它们尚未完全损坏时，出现的故障会变得时有时无。这时可用热吹风机或电烙铁等来局部升温被怀疑的元器件，加速其老化，以便彻底暴露故障部件。当然，采用此法时，一定要注意元器件的温度参数等，不要将原本是好用的器材烤坏。

（5）参数检查法。数控参数能直接影响数控机床的性能。参数通常是存放在参数存储器，或存放在需由电池保持的CMOS RAM中。一旦电池不足或由于外界的某种干扰，使个别参数丢失或变化，就会使机床无法正常工作。此时，通过核对，修正参数就能将故障排除。当机床长期闲置，而无故地出现不正常现象或有故障而无报警时，就应根据故障特征，检查或校对有关参数。另外，经过长期运行的数控机床，由于其机械传动部分磨损，电器元件性能变化等原因，也需要对其有关参数进行调整。有些机床的故障往往就是由于未及时修改某些不适应的参数所致。当然这些故障都属于软件故障的范畴。

（6）敲击法。当CNC系统出现的故障表现为若有若无时，往往可用敲击法检查出故障的部位所在。这是由于CNC系统是由多块印刷线路板组成，每块板上又有许多焊点，板间或模块间又通过插接件及电缆相连，因此，任何虚焊或接触不良都可能引起故障。若用绝缘物轻轻敲打有虚焊及接触不良的疑点处，故障肯定会重复出现。

（7）测量比较法。CNC系统生产厂在设计印刷线路板时，为了调整、维修的便利，在印刷线路板上设计了多个检测用端子。用户也可利用这些端子比较正常的印刷线路板和有故障的印刷线路板之间的差异，检测这些测量端子的电压或波形，分析故障的起因及故障的所在位置，有时还可对正常的印刷线路板人为地制造故障，如断开连线或短路、拔去组件等，以判断故障的真正原因。为此，维修人员应在平时积累印制线路板上关键部分，或易出故障部分在正常时的正确波形和电压值的知识。

（8）转移法。所谓转移法就是将CNC系统中具有相同功能的两块印制线路板、模板、集成线路芯片或元器件互相交换，观察故障现象是否随之转移，从而可迅速确定系统的故障部位。

（9）交换法。这是一种简单易行的方法，也是现场判断时最常用的一种方法。所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员利用备用的印制线路板、模板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。实际上也是在验证分析的正确性。

（10）原理分析法。根据CNC系统的组成原理，可以逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从而对故障定位。运用这种方法，要求维修人员必须对整个系统或每个电路的原理有清楚、深刻的了解。

以上这些检查方法各有特点，按照不同的故障现象，可以同时选择几种方法灵活应用，对故障进行综合分析，逐渐缩小故障范围，可以较快地排除故障。

三、数控系统的预防性维护

机床数控系统在运行一定时间之后，某些元器件或机械部件难免出现一些损坏或故障现象，问题在于对这种高精度，高效益且又昂贵的设备，如何延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，预防各种事故，特别是将恶性事故消灭在萌芽状态，从而提高系统的无故障工作时间和使用寿命。

因此，做好预防性维护工作是使用好数控机床的一个重要环节，数控维修人员、操作人员及管理人员应共同做好这项工作。以下是预防性维护工作的主要内容。

（1）严格遵循操作规程。数控系统编程及操作人员必须经过专门的技术培训，熟悉所用数控机床的机械系统、数控系统、强电设备、液压、气源等部件及使用环境、加工条件等，能按机床和系统使用说明书的要求正确合理地使用，尽量避免因操作不当引发故障。

（2）防止数控装置过热。定期清理数控装置的散热通风系统；经常检查数控装置上各冷却风扇的工作是否正常，应视车间环境状况，每半年或一个季度清扫一次。

（3）经常监视数控系统电压。数控系统允许的电网电压范围在额定值的+10%～-15%，如果超出此范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成电子部件的损坏。因此，要经常注意电网电压的波动。对于电网电压比较劣质的地区，应及时配置数控系统专用的交流稳压电源装置，这将使故障率有比较明显的降低。

（4）定期检查和更换直流电动机的电刷。目前一些老的数控机床上使用的大部分是直流电动机，这种电机电刷的过度磨损会影响其性能，甚至造成损坏，所以必须定期检查电刷。

（5）防止尘埃进入数控装置内。除了进行检修外，应尽量少开电气柜门。因为车间内空气中飘浮的灰尘和金属粉末落在印刷电路板和电气接插件上，容易造成元件间绝缘电阻下降，从而出现故障，甚至使元件损坏。有些数控机床的主轴控制系统安置在强电柜中，强电门关得不严，是使电器元件损坏、主轴控制失灵的一个原因。有些使用者在夏天气温过高时，干脆打开数控柜门，用电风扇往数控柜内吹风，以降低机内温度，使数控机床勉强工作，这种办法最终会导致系统加速损坏。

（6）定期检查和更换存储器用电池。通常，数控系统中部分CMOS存储器中的存储内容在断电时靠电池供电保持。一般采用锂电池或可充电的镍镉电池。当电池电压下降至一定值就会造成参数丢失。因此，要定期检查电池电压，当该电压下降至限定值或出现电池电压报警，应及时更换电池。更换电池时一般要在数控系统通电状态下进行，这样才不会造成存储参数丢失。一旦参数丢失，在调换新电池后，可重新将参数输入。

（7）当数控机床长期闲置不用时，也应定期对数控系统进行维护保养。首先，应经常给数控系统通电，在机床锁住不动的情况下，让其空运行。在空气湿度较大的梅雨季节应该天天通电，利用电器元件本身发热驱走数控柜内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。实践证明，经常停置不用的机床，过了梅雨天后，一开机往往容易发生各种故障。如果数控机床闲置半年以上不用，应将直流伺服电机的电刷取出来，以免由于化学腐蚀，使换向性能变坏，甚至损坏整台电机。

四、数控车床故障诊断维修实例

由于数控车床结构、性能比较复杂，故其故障表现形式也多种多样，诊断手段不尽相同。下面列举一些实例，仅供操作者在实际工作中参考。

［实例1］

（1）机床类型：FANUC—0T系统的数控车床。

（2）故障现象：开机以后死机，任何操作不起作用。

（3）故障诊断：这类故障一般是由于NC系统机床数据混乱，或由于偶然因素使系统进入死循环。因此将数控系统内存全部清除后，重新输入机床参数，系统恢复正常。

［实例2］

（1）机床类型：FANUC—0T系统的数控车床。

（2）故障现象：正常返回参考点时，刀架却向相反方向运动。

（3）故障诊断：此故障在该机床没有改变任何参数的情况下，是不可能由回零参数不对，或者电动机方向不对，或者正负按钮方向不对而造成的。因此我们应考虑到如果是正方向回零，而此时如果正好压上回零开关，则NC系统的功能使开关朝负方向移动一段距离后，再朝正方向移动。知道上述现象后，就不难找出问题所在，经检查确实是回零开关故障，故障排除后机床正常。

［实例3］

（1）机床类型：FANUC—0T系统的数控车床。

（2）故障现象：在调试中发现变频器控制主轴转速不稳。

（3）故障诊断：出现主轴转速不稳问题，首先要看一下NC模拟电压是否正常，然后看一下主轴的倍率开关以及变频器的参数等。如有异常，则需修改上述各参数，以上参数若均正常，则可进行下一步操作。如将变频器的模拟电压电缆从走线槽中拉出后，转数平稳正常；将该线放回槽内，转数又不平稳，说明这是由于变频器的模拟电压电缆的屏蔽线没有接好。因模拟电压只有0～10V的低电压，易受干扰造成的。在重新调好变频器模拟电压电位的屏蔽后，故障排除。

［实例4］

（1）机床类型：FANUC—0T系统的CK3850数控车床。

（2）故障现象：用户反映机床Z轴方向的尺寸不对。

（3）故障诊断：据用户反映，出厂时正常，机床各部参数及元件都没变动，而故障现象是按照零件工艺编完程序后，可以正常工作，但断电重新开机后尺寸又发生变化。后来经打表得出，肯定是编码器或与之相联的环节出现了问题。通过对机床顶部Z轴编码器的检查，发现编码器处脉冲数确实不对。询问用户方知，编码器被调换过。因为当时用户认为X、Z轴的编码器一样，调换一下没关系，但实际上此机床X、Z的编码器一个为每转2000脉冲，一个为每转2500脉冲。将机床X轴和Z轴编码器调换后，上述故障立即消除。

［实例5］

（1）机床类型：FANUC—0T系统的PW1200数控机床。

（2）故障现象：没有进给。

（3）故障诊断：许多常规发生的现象的原因在这里都已排除后，也未找到故障原因。无意中发现在控制面板上，有一个按钮低一点。该按钮为空运转按钮，此按钮按下，CNC系统就将指令中的编码忽略，按一个给定的快移速度运行。这个按钮只能在校对程序时使用，在实际加工中是万万不能用的。这个按钮有一个明显的指示灯，提醒操作者注意。但问题就出在这里，指示灯坏了。操作者又没有及时将情况告诉维修人员。造成了很长时间的停机。所以这里只需把空运转按钮抬起，并使相关的指示灯保持良好状态，便可排除无进给的故障。

［实例6］

（1）机床类型：FANUC OT—C系统的CK6163C型数控车床。

（2）故障现象：X轴移动时，电动机不转并出现414的过电流报警。

（3）故障诊断：这类故障经常出现，而造成故障的原由也很多，但最多出现的也是最容易出现的就是X轴的制动器没有打开。因为如果车床为斜床身，则X轴须带制动器，以防止停电时由于本身重力而下滑。造成制动器未打开的原因很多，可根据原理图和PLC梯形图来分析判断。制动器未打开而移动X轴，使电流增大产生报警。经分析后得知，该机床故障是由于继电器的触点质量不好而造成接触不良引起的，更换继电器后机床恢复正常。

［实例7］

（1）机床类型：FANUC 0—TD系统的CK3210型车床。

（2）故障现象：主电动机的驱动系统变频器出现反馈过压报警。

（3）故障诊断：该变频器为三菱变频器，如果主电动机起动频繁，系统放电过程未结束便进行下次起动，则易产生电压报警。所以将升降速时间常数增大，即可消除此故障。另外，在编程时，应尽量避免主电动机的频繁起动，否则，有可能对机械结构和驱动装置造成损坏。

［实例8］

（1）机床类型：FANUC OT系统的数控车床。

（2）故障现象：数控车床在工作过程中，被加工工件的尺寸毫无规律地出现突变，随后又正常。出现的次数和间隙都不一定，但突变的尺寸基本上接近。

（3）故障诊断：数控车床一般均用内装在伺服电动机中的编码器作为反馈元件。如果光电编码器的玻璃码盘由于意外的原因产生了微小的裂痕。当裂痕很轻微时不一定马上对脉冲的信号发出产生影响。但在高速旋转过程中，偶尔会产生非正常的多余信号，导致机床误动作，使加工尺寸突变。更换新的码盘后机床恢复正常。

［实例9］

（1）机床类型：FANUC 0—TD系统的数控车床。

（2）故障现象：发出主轴箱变挡指令后，主轴处于来回摇摆状态，一直挂不上挡。

（3）故障诊断：为了保证滑移齿轮移动到正确啮合位置，机床接到变挡指令后，在电器设计上指令主电动机带动主轴作慢速来回摇摆运动。此时，如果电磁阀发生故障（阀芯卡孔或电磁铁失效），油路不能切换，液压缸不动作，滑移齿轮到位后不能发出反馈信号，或者发反馈信号的无触点开关失效，都会造成机床循环动作中断。该故障的解决方法是：更换液压阀或失效的无触点行程开关。

［实例10］

（1）机床类型：CK1200型数控车床。

（2）故障现象：刀架转位故障。

（3）故障诊断：机床刀架的夹紧和转位都是由液压系统来控制实现的。当接到转位信号后，液压缸后腔进油，将中心轴和刀架抬起，使鼠牙盘分离，随后液压电机驱动凸轮旋转，凸轮拨动回转盘上的12个柱销，使回转盘带动中心轴和刀盘旋转。经过长时间的使用，可能会发生转塔不转动或不正位的故障。刀架的夹紧力和回转速度有异常及时调整在出厂前已经调好，在一般条件下不要随便调整。一旦发生转塔不转动现象首先应检查油路是否正常，如油路正常可检查液压电机是否有故障，输入电压是否正确，如不正确，应进行调整。当发生转塔不正位时，首先应检查接近开关的位置是否正确，还有凸轮两侧的螺母是否松动，如松动可重新调整凸轮的位置并固定螺母。具体方法如下：当刀盘顺时针转位不到位置时，可将凸轮向下调整一段距离，如刀盘转位过时则排除此故障向上调整，直到转盘正位为止。

［实例11］

（1）机床类型：FANUC—OT系统的CA6140型车床。

（2）故障现象：主轴不转。

（3）故障诊断：首先发现V79报警灯亮，V79报警灯为电源故障报警。测量外围各电压均正常，但主驱动仍有报警，则怀疑其电源板有故障。经测量同步电压的输出电压有一项低于正常电压。检查后确认为功率管松动，致使其与印制电路板接触不良，导致电压降低，使主轴无法启动，并发出V79报警。因此排除故障的方法是将功率管调紧后，电压正常，报警消失，主轴转动恢复正常。

［实例12］

（1）机床类型：FANUC0—TD系统，主驱动装置为安川变频器的CK20型数控车床。

（2）故障现象：当机床转塔刀架转位时，主轴也跟着转动。

（3）故障诊断：转塔刀架转动与主轴的转动在控制上没有关系，那么就应该想到一定是干扰信号造成的。先检查输入模拟电压的屏蔽电缆，观察接或不接屏蔽线有无差别，如有差别，那就是屏蔽线没接好。将电缆屏蔽线很好接地后，故障随之消失。

［实例13］

（1）机床类型：FANUC—OT系统数控车床。

（2）故障现象：加工精度不稳。

（3）故障诊断：此类故障机械方面的因素很多，加工精度不稳是机床的传动误差和刀架的重复定位精度造成的，有以下多方面的原因。

1）滚动丝杠轴承螺母松动。

2）滚动丝杠轴端和电动机轴的联轴器松动。

3）滚动丝杠与外装编码器之间松动。

4）切削用量选择不合理。

5）电动机本身故障。

按上述各原因逐一排查、检测、调整或更改切削用量即可将故障排除。

［实例14］

（1）机床类型：FANUC OT—D系统CK3210D型数控车床。

（2）故障现象：精车时出现波纹。

（3）故障诊断：这类故障与刀具的选择有关，同时装夹刀具的镶条松动也能产生这种情况，此外，主轴轴承螺母松动也会产生此类故障，所以排除故障的方法是重新选择刀具或进行调整，拧紧主轴锁紧螺母。

［实例15］

（1）机床类型：CA6140型数控车床。

（2）故障现象：卡盘无松夹动作。

（3）故障诊断：电气及液压等原因（如压力过低或电磁阀芯移动不灵敏，导致电磁铁被烧坏）都能造成此类故障。可通过调整减压阀压力，或更换电磁阀来解决此故障。

［实例16］

（1）机床类型：FANUC—OT系统数控车床。

（2）故障现象：带有光栅尺的闭环装置的机床，坐标轴产生振动或不准。

（3）故障诊断：这种现象在数控系统中经常出现，一种是电器原因所致，通常是光栅尺的定滑尺调整不当造成的，也可能是机械原因，丝杠与丝杠螺母间隙太大，丝杠与滑座松动，电动机与丝杠联轴器松动，都会产生这种现象。在重新调整好光栅尺或进行机械调整后，就可消除故障。

［实例17］

（1）机床类型：普通数控车床。

（2）故障现象：机床每次送电之后，加工零件的尺寸总是有较明显的变化。

（3）故障诊断：因送电后首先必须回零，此时如果回零开关撞块没有锁紧或回零开关的紧固螺钉松动，都会造成回零尺寸不一致，致使加工零件尺寸变化，解决方法是紧固开关撞块或开关本身，再次检测回零精度一致性。

［实例18］

（1）机床类型：西门子5T系统数控车床。

（2）故障现象：面板显示值与机床实际进给值不符，显示值总是比实际进给值少1～2mm。

（3）故障诊断：此故障多与位置检测元件有关。

经检查确定为光电脉冲编码器有问题，快速进给时丢脉冲所致。如果在某段程序上反应出显示值与实际值不符，且值在0.5mm以内，应考虑程序上前把刀的刀具补偿值在本程序段没有清除；如果机床送电后在没有指令的情况下就开始运行，应考虑脉冲编码器的光源灯泡是否坏了，或者有关测速发电机的电刷是否没接触好。经上述几方面检测后，更换一只同产品的脉冲编码器后故障得以排除。

［实例19］

（1）机床类型：南京JN系列数控系统机床。

（2）故障现象：手动调整时，X、Z轴均不能移动，电动刀架也不能转动，但机床无任何报警。

（3）故障诊断：该机床是采用南京江南机床数控工程公司的JN系列机床数控系统而改造的经济型数控车床。故障检查显示电动刀架在手动和自动时均不能转动。但在自动加工过程中，X、Z轴能正常工作。考虑到故障是发生在手动调整时，而X、Z轴在自动、空运转状态下均能正常执行程序，因此可以判断CPU中央处理器无故障，编程无故障，X、Z轴驱动系统无故障，电源电压无故障。

由故障现象分析，此故障应是属于系统输入信号有问题。根据这个思路，检查控制系统上各个选择开关无故障。所有的控制连线也无故障。故判定是系统输入控制板出现了硬件故障。检修好系统输入控制板后，机床恢复正常。

［实例20］

（1）机床类型：南京大方JWK系统数控车床。

（2）故障现象：机床无显示，两坐标有命令无动作。

（3）故障诊断：从现象看两坐标轴均无动作，但一般不可能两驱动电路均有故障点，故怀疑故障应在两驱动单元的公共部分——电源上。用三用表测量开关电源输出电压，均无显示说明电源有问题，更换电源后故障排除。

［实例21］

（1）机床类型：南京大方JWK系统数控车床。

（2）故障现象：Z轴电动机声音异常。

（3）故障诊断：电动机声音异常可能有以下几种原因：

1）电动机驱动电源有问题。

①插头不牢，接触不好。

②电动机缺相。

2）电动机故障。

检查排除故障顺序：

①电源插头；

②互换X，Z轴电动机以判断电动机故障（当然要先检查减速箱是否正常）；

③查电源，查脉冲ZA、ZB、ZC是否正常，用比较法测量各阻容等元件的好坏，尤其是高、低压管的好坏。

［实例22］

（1）机床类型：德州机床厂CKD6140数控车床。

（2）故障现象：尾座移动时，尾座芯轴出现抖动且行程不到位。

（3）故障诊断：检查发现液压系统压力不稳，芯轴与尾座壳体内孔配合间隙过小，行程开关调整不当。所以处理此故障的方法是：调整系统压力，检查芯轴与尾座壳体孔的间隙并修复至要求值。

［实例23］

（1）机床类型：德州机床厂CKD6140数控车床。

（2）故障现象：液压卡盘夹紧力不足，卡盘失压，监视不报警。

（3）故障诊断：卡盘夹紧力不足，可能是由于系统压力过大，执行件内泄，控制回路动作不稳定及卡盘移动受阻造成的。

故障排除措施：调整系统压力至要求值，检修液压缸的内泄及控制回路动作情况，检查卡盘各摩擦副的滑动情况，调整液压缸与卡盘间联接拉杆的调整螺母。上述几种情况均正常后故障排除。

［实例24］

（1）机床类型：南京机床厂FANUC—OT系统数控车床。

（2）故障现象：尾座套筒报警。

（3）故障诊断：检查尾座套筒的工作状态，当脚踏尾座开关顶紧时，系统产生报警。在系统诊断状态下，调出PLC输入参数，在X04.2上看到，当脚踏向前开关时，PLC状态为1；X17.3尾座套筒转换开关信号为“1”；尾座正常工作范围保护信号为“1”；输入信号正常。在PLC输出参数Y49.0上，当脚踏向前开关时，Y49.0为“1”，同时，电磁换向阀L4- Y1也导通，这说明系统PLC输入/输出状态均正常。

分析尾座套筒液压系统图。当电磁换向阀L4- Y1导通后，液压油经溢流阀，流量控制阀，单向阀进入尾座套筒油缸，使其向前顶紧工件。松开脚踏开关后，电磁换向阀L4- Y1处于中间位置，油路停止供油，由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持，该油压使压力继电器常开触点接通，在系统PLC输入信号X00.2为“1”。然而检查系统PLC输入信号X00.2为“0”，说明压力继电器触点信号不正常。因此检查压力继电器，发现其触点开关损坏，从而造成PLC输入信号为“0”，系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。

更换一个新的压力继电器后，故障排除。

第五节　数控车床安全生产规则及日常维护

一、数控车床安全生产规则

（1）数控车床的使用环境要避免光的直射和其他热辐射，要避免太潮湿或粉尘过多的场所，特别要避免腐蚀气体的场所。

（2）为了避免电源不稳定给电子元件造成损坏，数控机床应采取专线供电或增设稳压装置。

（3）数控车床的开机、关机顺序，一定要按照机床说明书的规定操作。

（4）主轴启动开始切削之前，要关好防护罩门，程序正常运行中禁止开启防护罩门。

（5）机床在正常运行时不允许开电器柜的门，禁止按动“急停”、“复位”按钮。

（6）机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明故障发生的前后情况，以利于分析情况，查找故障原由。

（7）数控机床的使用一定要有专人负责，严禁其他人随意动用数控设备。

（8）要认真填写数控车床的工作日志，做好交接班工作，消除事故隐患。

（9）不得随意更改控制系统内部制造厂设定的参数。

二、日常维护

为了使数控车床保持良好的状态，除了发生故障及时修理外，坚持经常的维护保养是非常重要的。坚持定期检查，经常维护保养，可以把许多故障隐患消除在萌芽之中，防止或减少事故的发生。不同型号的数控车床其日常保养的内容和要求不完全一样，对于具体机床应按说明书中的规定执行。

以下列出几个带有普遍性的日常维护内容。

（1）做好各导轨面的清洁润滑，有自动润滑系统的机床要定期检查，清洗自动润滑系统，检查油量，及时添加润化油，检查油泵是否定期启动打油及停止。

（2）每天检查主轴箱自动润滑系统工作是否正常，定期更换主轴箱润滑油。

（3）注意检查电器柜中冷却风扇的工作是否正常，风道过滤网有无堵塞，清洗粘附的尘土。

（4）注意检查冷却系统，检查液面高度，及时添加油或水，油、水脏时，应及时更换清洗。

（5）注意检查主轴驱动皮带，调整松紧程度。

（6）注意检查导轨镶条松紧程度，调节间隙。

（7）注意检查机床液压系统油箱油泵有无异常噪音，工作油面高度是否合适，压力表指示是否正常，管路及各接头有无泄漏。

（8）注意检查导轨机床防护罩是否齐全有效。

（9）注意检查各运动部件的机械精度，减少形状和位置偏差。

（10）每天下班前做好机床卫生清扫，清扫切屑，擦净导轨部位的冷却液，防止导轨生锈。

本章小结

随着机械加工技术的不断发展，数控加工已日益成为一种重要的机械加工手段。数控车床是一种高效而灵活的自动化机床，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产率高的优点。车削加工中越来越多地使用数控车床为主要加工设备。作为21世纪的车削加工人员，至少应掌握一些初级的数控加工技术，否则将很难适应技术发展的需要。

为了将较为先进的数控车加工技术介绍给读者，本书以较大篇幅编写了数控车床及其应用这一章。本章的重点为：数控车床的编程、操作及故障诊断与排除。希望读者通过本章的阅读，并通过实际使用及操作能初步掌握一些常见的数控车床的操作及维护技能。各种数控车床由于使用的数控系统不一样，在程序编制和操作上可能不尽一致，但只要掌握了基本方法，通过阅读机床的说明书及使用手册，应当在具体编程和操作上不会有太大的困难。关键的问题是要理论与实践密切结合，要在实际应用中不断提高编程及操作数控车床的能力。

故障诊断与排除是维修数控机床的一大难点。数控机床是集电子技术、计算技术、自动控制及精密测试等技术于一身的高、精、尖设备。除了机械部分外，还有大量的电子、电器及液压等装置。因此，排除数控机床的故障往往要比排除通用机床故障困难得多。本书中举出大量实例的目的在于开阔维修者的思路，至于具体问题必须具体分析，不能照搬。