数控车操作基础知识.docx
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数控车操作基础知识
2.4数控车操作基础
标题：
2.4数控车操作基础
4课时
一、教学目的：
系统讲述面板上各按键的功能以及数控车的一些基本操作，为后续进一步熟练掌握数控车的各种操作打下基础。
二、教学安排：
（一）旧课复习内容：
数控车刀补概念和刀补指令（5分钟）
（二）新课教学知识点与重点、难点：
第1节980TD数控车床控制面板
一、状态指示（掌握）
二、编辑键盘（重点、掌握）
三、机床面板（重点、掌握）
第2节980TD数控车床基本操作（难点、掌握）
三、新课内容：
2.4数控车操作基础
第1节980TD数控车床控制面板
一、状态指示
X、Z回零指示；
单段运行指示；
机床锁指示；
空运行指示；
快速指示；
程序段选跳指示；
辅助功能锁指示；
二、编辑键盘
（1）地址/数字键。
地址/数字键由数字、字母和符号键组成。
每次输入的数据都显示在CRT屏幕上。
其中【EOB】键表示程序段结束。
（2）功能键。
功能键用于切换各种不同的功能显示画面。
①【位置】键显示位置画面。
②【程序】键显示程序画面。
③【刀补】键显示刀偏/设定（SETTING）画面。
④【报警】键显示信息画面。
⑤【设置】键显示参数设置画面。
（3）光标移动键。
光标移动键有两个，分别表示光标的不同移动方向。
①【↑】键用于将光标朝上或倒退方向移动，在倒退方向光标按一段大尺寸单位移动。
②【→】键用于将光标朝右或前进方向移动，在前进方向光标按一段短的单位移动。
③【←】键用于将光标朝左或倒退方向移动，在倒退方向光标按一段短的单位移动。
④【↓】键用于将光标朝下或前进方向移动，在前进方向光标按一段大尺寸单位移动。
（4）翻页键。
翻页键包括【PAGE↑】和【PAGE↓】，【PAGE↑】用于在屏幕上朝后翻一页，【PAGE↓】用于在屏幕上朝前翻一页。
（5）取消键。
取消键【CAN】用于删除已输入到键的输入缓冲器的最后一个字符或者符号。
（6）输入键。
输入键【INPUT】用于输入参数和补偿值。
当按了地址键或者数字键以后，数据被输入到缓冲器，并在CRT屏幕上显示出来。
为了把键入到输入缓冲器中的数据拷贝到寄存器中，可按【INPUT】键。
这个键相当于软键的【INPUT】键，按此二键的结果是一样的。
（7）编辑键。
编辑键有三个，主要是用于程序的改变。
①【ALTER】键用于程序替换。
②【INSERT】键用于程序插入。
③【DELETE】键用于程序删除。
（8）复位键。
复位键【RESET】可使CNC复位，用以消除报警等。
三、机床面板
【自动】按钮按下时，机床可按照存储的程序进行加工，并对存储程序的顺序号进行检索。
【编辑】按钮按下时，可以把工件程序读入NC控制系统，并对编入的程序进行修改、插入和删除。
【录入方式】按钮按下时，可以通过NC控制系统操作面板上的键盘把数据送入数控系统中，所送的数据均能在显示屏上显示出来。
【单段】按钮按下时，刀具执行一段程序后就停止，再按一次【循环启动】按钮，刀具执行下一程序段后又停止。
用此方法可以检查程序。
【机床锁住】按钮按下时，指示灯亮，表示机床锁住机能有效，此时机床刀架不能移动，机床不能执行进给运动，但机床的执行和显示都正常。
再按一下此按钮，机床锁住机能取消。
【空运行】按钮按下时，指示灯亮，表示空运转机能有效。
此时，运行程序中的全部F码无效，机床的进给按照最快速度运行。
该功能用于工件从工作台上卸下时检查机床的运动。
【进给保持】按钮在程序自动运行过程中被按下时，暂停执行程序。
在此状态下，可进行点动、步进和手动换刀、重新装夹刀具、测量工件尺寸等手动操作。
要使机床继续工作，须按下【循环启动】按钮。
【循环启动】按钮按下时，在自动运行方式下即可启动加工程序自动运行或者开始图形模拟运行。
程序运行中途暂停（包括【进给保持】按钮暂停、【单段运行】按钮暂停、程序中的M00和M01指令暂停）以后，也需要按【循环启动】按钮继续运行。
【回零】按钮按下时，按【点动】按钮，刀架可回到机床的参考点位置。
【手动】按钮按下时，可用【＋X】或【－X】以及【＋Z】或[【－Z】按钮使滑板沿X轴或者Z轴正负方向移动。
手动回零通常一次移动一个轴。
【单步】按钮按下时，图4-5中的手摇控制面板起作用。
按手轮进给轴选择开关（图4-5中的手摇X和手摇Z），选择机床要移动的一个轴，然后选择机床移动的倍率，就可以旋转手轮使机床沿所选轴移动。
【X1】、【X10】、【X100】和【X1000】四个按钮都属于增量倍率修调按钮。
当系统工作在【步进】按钮按下时，用于调整每次步进的步进距离，即增量值。
每一步可以是最小输入增量单位的1倍、10倍、100倍和1000倍。
【冷却】按钮用于手动开/关切削液泵。
【手动换刀】按钮按下时，在手动方式下实现转塔转位换刀。
【＋X】、【－X】、【＋Z】和【－Z】四个按钮均属于轴向移动按钮，利用它们可以进行手动点动进给和手动步进进给，每次只能控制一个坐标轴的运动。
按下其中之一，就可以实现刀架向坐标轴某一方向运动。
【快移】按钮与轴向移动按钮同时按下时，刀架按照NC参数设定的快速移动速度快速运动。
【主轴正转】、【主轴反转】和【主轴停】三个按钮可控制主轴正转、反转和停转。
第二节：
980TD数控车床基本操作
（1）开机、关机操作：
a.在确认急停开关按下的情况下，打开电源开关—打开机床开关—按下绿色开关（控制系统上电）—向右旋转急停开关—机床启动。
b.在任何情况下按下急停开关—按下红色开关（控制系统下电）—关机床开关—关电源开关—完成。
（2）手动返回参考点操作：
a.先检查一下各轴是否在参考点的内侧，如不在，则应手动回到参考点的内侧，以避免回参考点时产生超程
b.按功能键区的“回零”功能按键
c.分别按+X、+Z轴移动方向按键，使各轴返回参考点，回参考点后，相应的指示灯将点亮。
（3）点动、步进操作
a.按功能键区的“手动”或“增量”功能按键
b.“增量”时按倍率选择键0.1、0.01、0.001选择增量进给的倍率大小
c.按机床操作面板上的“+X”或“+Z”键，则刀具向X或Z轴的正方向移动，
按机床操作面板上的“－X”或“－Z”键，则刀具向X或Z轴的负方向移动；
d.如欲使某坐标轴快速移动，只要在按住某轴的“＋”或“－”键的同时，按住“快移”键即可。
（4）手轮进给
a.按功能键区的“手轮”功能按键；
b.按倍率选择键0.1、0.01、0.001选择增量进给的倍率大小
c.按中的“X”或“Z”键，选择相应的轴。
旋转手轮移动X或Z轴。
一般情况下，顺时针旋转手轮为正向进给，逆时针旋转手轮为负向进给。
（5）MDI运行
a.按机床操作面板上的【手动输入】按钮。
b.按系统操作面板上的【PROG】键，选择程序画面—按【翻页】按钮后选择在左上方显示有“程序段值”的画面。
c.键入需要的转速（S1500）—点输入键—键入（M03）—点输入键—点循环启动键。
d.点手动方式键，点主轴停止键机床停下来。
（6）程序输入及调试
a.点【程序】键—点编辑键—输入地址“O0001”，按“EOB”（注意：
地址要是里面没有的程序号）—新程序即建立好。
b.逐词逐行输入程序内容，输入时均按【插入】键—使用【上光标】或【下光标】可对程序内容进行插入、修改和删除。
c.完成输入/修改后，必须按【复位】键结束。
（7）主轴的正转、停止、反转
a.手轮/单步方式下，按此键主轴正转；
b.手轮/单步方式下，按此键主轴停止；
c.手轮/单步方式下，按此键主轴停止；
（8）手动换刀
a.手轮/单步方式下，按此键按顺序依次换刀；
（9）运行程序的选择
方法一：
检索法
a.选择编辑或自动操作方式；
b.按『程序』键，并进入程序内容显示画面；
c.按地址键“O”,键入程序号；
d.按或键，在显示画面上显示检索到的程序，若程序不存在，CNC出现报警。
方法二：
光标确认法
a.选择自动操作方式（必须处于非运行状态）；
b.按『程序』键进入程序目录显示页面（必要时再按翻页键）;
c.按光标移动键将光标移动到待选择
程序名按键。
（10）单段运行
首次执行程序时，为防止编程错误出现意外，可选择单段运行。
自动操作方式下，按键使状态指示区中的单段运行指示灯
亮，表示选择单段运行功能；
单段运行时，执行完当前程序段后，CNC停止运行，继续执行下一个程序段时，需再次按循环启动键，如此反复直至程序运行完毕。
（11）对刀操作（刀具偏置/刀补的测量与输入）
a.装夹好工件及刀具后，按功能键区的“点动”键选择点动操作方式，后按-X、-Z轴移动键，使刀具慢慢靠近工件，并调好一定的吃刀深度为车外圆作准备，再按+Z方向键稍离开工件。
b.按主轴正转按钮，启动主轴；
c.手动-Z向走刀，车一段外圆后＋Z向走刀，使车刀稍离开工件，测量加工后工件的外径值，记为D。
d.按机床操作面板上的【手动输入】按钮。
按系统操作面板上的【PROG】键，选择程序画面—按【翻页】按钮后显示程序输入的画面，输入“G50XD”，再按“循环启动”键开始执行。
e.手动操作方式，点按一下-Z方向键，调整好用于端面车削的吃刀深度，然后正转启动主轴。
f.光完端面后，按＋X方向走刀，使车刀稍离开工件。
g.按机床操作面板上的【手动输入】按钮。
按系统操作面板上的【PROG】键，选择程序画面—按【翻页】按钮后显示程序输入的画面，输入“G50Z0”，再按“循环启动”键开始执行。
采用G50对刀方式对刀完毕。
（12）自动运行的启动
选择需运行的程序后：
1、按键选择自动操作方式；
2、按键启动程序，程序自动运行。
注意：
程序的运行是从光标的所在行开始的，所以
在按下循环启动键运行之前应先检查一下光标是否
在需要运行的程序段上，若要从起始行开始光标应
在起始行。
（13）自动运行的停止
1、自动运行中按键或外接暂停键后，机床呈下列状态：
（1）机床进给减速停止；
（2）在执行暂停指令（G04）时，执行完G04之后才暂停；
（3）模态功能、状态被保存；
（4）按循环启动键后，程序继续执行。
2、按复位键
（1）所有轴运动停止；
（2）M、S功能输出无效（可由参数设置按复位
键后是否自动关闭主轴正/反转、润滑、冷却等
信号）；
（3）自动运行结束，模态功能、状态保持。
3、按急停按钮
机床运行过程中在危险或紧急情况下按急停按钮（外部急停信号有效时），CNC即进入急停状态，此时机床移动立即停止，所有的输出（如主轴的转动、冷却液等）全部关闭。
松开急停按钮解除急停报警，CNC进入复位状态。
注意:
（1）解除急停报警前先确认故障已排除；
（2）在上电和关机之前按下急停按钮可减少设备的电冲击；
（3）急停报警解除后应重新执行回机械零点操作，以确保坐标位置的正确性（若机床未安装机械零点，则不得进行回机械零点操作）。
授课中在生产现场结合实物讲解
在操作过程中进行讲授
在操作过程中进行讲授
在操作过程中进行讲授
在操作过程中进行讲授+学生自己上机操作
四、新课小结：
1、 本次课是初步介绍功能面板和编辑按键，要让学生们熟悉整个面板，初步掌握这些按键的基本功能，为后续的学习打下基础。
在后面的学习中还需反复练习各按键的使用方法和各种操作，达到熟练操作数控车加工工件。
2、熟悉面板以及练习基本操作可以在仿真软件上进行，以解决设备有限和降低初学者操作失误而造成的对设备一些的危害。
分析总结
五、作业：
1、控制面板上方式开关所控制的增量进给（步进给）和手动连续进给（点动）有什么区别？
2、面板上的“进给保持”按键有什么用处？
它和程序指令中的M00在应用上有什么区别？
3、急停按钮有什么用处？
急停后重新启动时，是否能马上投入持续加工状态？
一般应进行些什么样的操作处理？
4、什么叫MDI操作？
用MDI操作方式能否进行切削加工？
六、教学后记：
本次课是为后续的操作打下基础，一定要多练习，在课外时间也要进一步加强练习，采取多媒体讲解及CAM中心机房集中练习的教学方式。
第1章数控编程及加工工艺基础
数控（NumericalControl，NC）的定义是：
用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
数控加工是计算机辅助设计与制造技术中最能明显发挥效益的生产环节之一。
它不仅大大提高了具有复杂型面的产品的制造能力和制造效率，而且保证产品能达到极高的加工精度和加工质量。
数控加工技术集传统的机械制造、计算机、现代控制、传感检测、信息处理、光机电技术于一体，是现代机械制造技术的基础。
它的广泛应用，给机械制造业的生产方式及产品结构带来了深刻的变化。
数控技术的水平和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
本章将主要介绍CAM数控编程的实现过程、数控加工的基本原理、数控机床以及数控程序等数控编程及加工工艺基础知识，以帮助读者快速掌握CATIAV5数控加工所必须首先掌握的基础知识。
1.1数控编程的基本过程
数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（CutterLocation，CL点）。
CATIA提供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。
对于不同的加工类型，CATIAV5的数控编程过程都需经过获取零件模型、加工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控刀路、检验数控刀路和生成数控程序七个步骤。
其流程如图1-1所示。
（1）建立或者获取零件模型。
零件的CAD模型是数控编程的前提和基础，CATIA数控程序的编制必须有CAD模型作为加工对象。
CATIA是具有强大的CAD系统，用户可以通过模块之间的切换，在零件设计、曲面造型等模块中建立所需的零件CAD模型，完成后再切换到相应的数控加工模块中。
CATIA也具有健壮的数据转换接口，用户可以首先将其他CAD系统所建立的零件模型转换为公共的数据转换格式，如iges、step等，再导入CATIA中并得到零件模型。
获取零件模型的具体方法将在第2章中详细介绍。
（2）加工工艺分析及规划。
加工工艺分析和规划在很大程度上决定了数控程序的质量，主要是确定加工区域、加工性质、走刀方式、使用刀具、主轴转速和切削进给等项目。
加工工艺分析和规划主要包括以下内容。
加工对象的确定：
通过对模型的分析，确定工件的哪些部位需要在数控铣床上或者数控加工中心加工。
数控铣加工的工艺适应性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条等部位是不适合加工的，应使用线切割或者电加工来加工；而某些加工内容可能使用普通机床有更好的经济性，如孔的加工可以使用钻床、回转体加工可以用车床来加工。
图1-1
加工区域规划：
即对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成若干个加工区域。
对加工区域进行合理规划，可以达到提高加工效率和加工质量的目的。
加工工艺路线规划：
从粗加工到精加工，再到清根加工的加工流程规划，以及加工余量分配。
加工工艺和加工方式确定：
如刀具选择、加工工艺参数和切削方式的选择等。
（3）完善零件模型。
由于CAD造型人员更多地考虑零件设计的方便性和完整性，较少顾及零件模型对CAM加工的影响，所以要根据加工对象的确定及加工区域划分对模型做一些完善。
零件模型的完善通常有以下一些内容。
确定坐标系。
坐标系是加工的基准，将坐标系定位在适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。
清理隐藏对加工不产生影响的元素。
修补部分曲面。
对于因有不加工部位存在而造成的曲面空缺部位，应该补充完整。
如钻孔的曲面，在狭小的凹槽部位等，应该将这些曲面重新做完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。
增加安全曲面。
对轮廓曲线进行修整。
对于通过公共数据转换格式得到的零件CAD模型，看似光滑的曲线可能存在断点，看似一体的曲面在连接处可能不相交，这样可以通过修整或者创建轮廓线构造出最佳的加工边界曲线。
构建刀路限制边界。
需要使用边界来限制加工范围的加工区域，先构建出边界曲线。
（4）设置加工参数。
参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CATIA进行数控编程的主要操作内容，直接影响生成的数控程序质量。
参数设置的内容主要有以下几个方面。
设置加工对象：
用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯和避让区域等。
设置切削方式：
指定刀轨的类型及相关参数。
设置刀具及机械参数：
针对每一个加工工序选择适合的加工刀具并在CATIA中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给、切削液控制等。
设置加工程序参数：
包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等的设置。
这是参数设置中最主要的内容之一。
（5）生成数控刀路。
在完成参数的设置后，CATIA将自动进行刀轨的计算。
（6）检验数控刀路。
为确保数控程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查刀路是否有明显过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具的干涉。
对检查中发现的问题，应该调整参数的设置，再重新进行计算、校验，直到准确无误。
（7）生成数控程序。
前面生成的只是数控刀轨，还需要将刀轨以规定的标准格式转换为数控代码并输出保存。
数控程序文件可以用记事本进行打开。
在生成数控程序后，还需要检查这个程序文件，特别对程序及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。
数控程序文件可以通过传输软件传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。
1.2数控加工
1.2.1CAM系统简述
一个典型的CAM系统由两个部分组成：
一是计算机辅助编程系统，二是数控加工设备。
计算机辅助编程系统的任务是根据工件的几何信息计算出数控加工的轨迹，并编制出数控程序。
它由计算机硬件设备和计算机辅助数控编程软件组成。
计算机硬件设备主要有工作站和微机两种。
一般而言，工作站的图形性能要优于微机，但随着微机性能的飞速提高，它与工作站的性能差别也越来越小。
而且由于微机的价格要远低于工作站，因此其在CAD/CAM系统中的应用越来越广泛，其普及率也远高于工作站。
计算机辅助数控编程软件即是通常所说的CAM软件，它是计算机辅助编程系统的核心。
它的主要功能包括数据输入输出、加工轨迹计算与编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等。
目前常用的CAM软件种类较多，其基本功能大同小异，并在此基础上发展出各自的特色。
数控加工设备的任务是接受数控程序，并按照程序完成各种加工动作。
数控加工技术可以应用在几乎所有的加工类型中，如车、铣、刨、镗、磨、钻、拉、切断、插齿、电加工、板材成型和管料成型等。
数控铣床、数控车床、数控线切割机是模具行业中最常用的数控加工设备，其中以数控铣床应用最为广泛。
1.2.2加工原理
机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成形运动，简称成形运动或切削运动。
数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹（称为数控刀轨）进行表面成形运动，从而加工出产品的表面形状。
图1-2和图1-3分别是一个平面轮廓加工和一个曲面加工的切削示意图。
图1-2图1-3
数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线，折线上的结点称为刀位点。
刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点，从而切削出工件的形状。
刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为数控机床的插补运动。
由于数控机床一般只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式完成插补运动，因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆弧段将刀位点连接而成的折线。
数控编程的任务是计算出数控刀轨，并以程序的形式输出到数控机床，其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。
在数控加工误差中，与数控编程直接相关的有两个主要部分：
（1）刀轨的插补误差。
由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成，因此只能近似地拟合理想的加工轨迹，如图1-4所示。
（2）残余高度。
在曲面加工中，相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域，如图1-5所示，由此造成的加工误差称为残余高度，它主要影响加工表面的粗糙度。
图1-4图1-5
刀具的表面成形运动通常分为主运动和进给运动。
主运动指机床的主轴转动，其运动质量主要影响产品的表面光洁度。
进给运动是主轴相对工件的平动，其传动质量直接关系到机床的加工性能。
进给运动的速度和主轴转速是刀具切削运动的两个主要参数，对加工质量、加工效率有重要的影响。
1.2.3刀位计算
如前所述，数控编程的核心内容是计算数控刀轨上的刀位点。
下面简单介绍数控加工刀位点的计算原理。
数控加工刀位点的计算过程可分为3个阶段。
（1）加工表面的偏置。
如图1-6所示，刀位点是刀具中心点的移动位置，它与加工表面存在一定的偏置关系。
这种偏置关系取决于刀具的形状和大小。
例如，当刀具为半径R的球头刀时，刀轨（刀具中心的移动轨迹）应当在距离加工表面为R的偏置面上，如图1-7所示。
由此可见，刀位点计算的前提是首先根据刀具的类型和尺寸计算出加工表面的偏置面。
图1-6图1-7
（2）刀轨形式的确定。
把刀位点在偏置面上的分布形式称为刀轨形式。
图1-8和图1-9所示是两种最常见的刀轨形式。
其中图1-8所示为行切刀轨，即所有刀位点都分布在一组与刀轴（z轴）平行的平面内。
图1-9所示为等高线刀轨（又称环切刀轨），即所有刀位点都分布在与刀轴（z轴）垂直的一组平行平面内。
图1-8图1-9
显然，对于这两种刀轨来说，其刀位点分布在加工表面的偏置面与一组平行平面的交线上，这组交线称为理想刀轨，平行平面的间距称为刀轨的行距。
也就是说，刀轨形式一旦确定下来，就能够在加工表面的偏置面上以一定行距计算出理想刀轨。
（3）刀位点的计算。
如果刀具中心能够完全按照理想刀轨运动的话，其加工精度无疑将是最理想的。
然而，由于数控机床通常只能完成直线和圆弧线的插补运动，因此只能在理想刀轨上以一定间距计算出刀位点，在刀位点之间做直线或圆弧运动，如图1-4所示。
刀位点的间距称为刀轨的步长，其大小取决于编程允许误差。
编程允许误差越大，则刀位点的间距越大；反之越小。
以上所描述的仅仅是刀位点计算的基本思路，而CAM软件中实际采用的计算方法要复杂得多，而且随着软件的不同会有许多具体的变化。
然而不管在哪种CAM软件中，刀位点计算有多么复杂多样，其技术核心都只有一点，即以一定的形式和密度在被加工面的偏置面上计算出刀位点。
刀位点的密度不仅指刀轨的行距，还指刀轨的步长，它们是影响数控编程精度的主要因素。
1.3数控机床
1.3.1数控机床的特点
随着科学技术和市场经济的不断发展，对机械产品的质量、生产率和新产品的开发周期提出了越来越高的要求。
虽然许多生产企业（如汽车、家用电器等制造厂）已经采用了自动机床和专用自动生产线，可以提高生产效率、提高产品质量、降低生产成本，但是由于市场竞争日趋激烈，这就要求企业必须不断开发新产品。
在频繁的开发新产品的生产过程中，使用“刚性”（不可变）的自动化设备，由于其工艺过程的改变极其复杂，因此刚性自动化设备的缺点暴露无遗。
另外，在机械制造业中，并不是所有产品零件都具有很大的批量。
据统计，单件小批量生产约占加工总量的7
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