数控车削加工案例深入分析研究
【摘要】数控机床是一个典型的高柔性、高精度、高效率的机电一体化产品，综合了电子、电子拖动、精密机械、自动控制、检测、故障诊断以及计算机等多个方面的技术，在国内的应用非常广泛，并且数控车削加工是机械加工中最主要的数控加工方法之一。本文将对数控车削加工案例进行深入的研究与分析，为以后数控车削加工的实践提供一个良好的经验指导。
【关键词】数控车床；车削加工；分析研究
数控加工是指在数控机床上进行工件的切削加工的一种工艺方法，也就是根据工件的图样、工艺的要求以及一些原始要求，编制工件数控加工程序，并且输入到数控系统中，控制机床的刀具以及工件的相对运动，实现工件的加工，加工的全过程都是自动完成的。数控加工是现代化模具制造加工的一种先进手段。
一、关于数控机床
（一）数控机床的作用
数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床，配备多工位刀塔或者是动力刀塔，机床具有广泛的加工工艺性能，可以加工斜线圆柱、直线圆柱、圆弧以及螺纹、蜗杆、槽等多种复杂工件，具有直线插补、圆弧插补的各种补偿功能，并且可以在复杂零件的批量生产中发挥良好的经济效果。到目前为止，数控机床的发展日新月异，发展趋势以及发展方向呈现出智能化、开放化、高速化、高精度化、复合化、并联驱动化、极端化、网络化以及绿色化。
（二）数控机床的组成
数控机床是由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程以及其他附属设备组成的，每一部分的存在都有其重要的作用以及独特的特点。
主机是用来完成各种切削加工的机械部件，是数控机床的主体，包括机床身、主轴、立柱、进给机构等机械部件；数控装置是用来输入数字化的零件程序，并且完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能，数控装置是数控机床的核心，包括硬件，比如键盒、CRT显示器、印刷电路板、纸带阅读机等，以及相应的软件；驱动装置是在数控装置的控制下通过电气或者电液使系统实现主轴和进给驱动，当几个进给联动的时候，就可以完成定位、直线、平面曲线以及空间曲线的加工，驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括了主轴驱动单元、主轴电机、进给单元以及及进给电机等；辅助装置指的是数控机床的一些必要的配套部件，用来保证数控机床的运行，比如冷却、润滑、排屑、照明、监测等，包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头、刀具以及监控检测装置等；编程以及其他的附属设备，可以用来在机外进行零件的程序编制与存储等。
（三）数控机床的布局
数控车床的布局形式与普通车床基本上是一致的，但是如果数控车床的刀架和导轨的布局形式发生变化，那么会直接影响到数控车床的使用性能以及机床的结构和外观。并且数控车床上都设有封闭的防护装置。
床身和导轨的布局有三种，分别为：平床身布局、斜床身的布局以及平床身斜滑板的布局。平床身斜滑板和斜床身的布局形式，被中、小型数控车床所普遍采用，因为这两种布局形式操作方便，容易安装机械手，来实现单机自动化；容易排屑，热切屑不会堆积在导轨上，方便安装自动排屑器；机床的占地面积小，外形美观，容易实现封闭式防护。
刀架的布局被分为排式刀架和回转式刀架两大类。目前两坐标联动数控车床大多数是采用回转刀架，它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，它的回转轴垂直于主轴；另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，它的回转轴平行于主轴。四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个的滑板和回转刀架，又称为双刀架四坐标数控车床。其上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，既可以扩大加工范围，又可以提高加工效率。
二、数控车削加工案例
数控车床的操作
不同的数控系统和数控车床的功能存在着差异，数控车床的操作面板也会有一些变化，但是其基本功能和操作面板的基本形式是大同小异，如下图HCNC—1T车削数控系统配简易型数控车床CJK6032的操作面板。
下面详细介绍一下操作面板上各按键的功能：
1、电源开关：合上总电源开关之后，用钥匙打开操作面板上的电源开关，以接通CNC电源，同样可以用钥匙断开CNC电源。
2、急停按钮：机床在操作过程中，如果出现紧急状况，按下急停按钮，伺服进给及主轴运转立即停止工作，CNC即进入急停状态，如果要解除急停时，须沿急停按钮的箭头方向转抬，即可解除。
3、超程解除按钮：当某轴出现超程，要退出超程状况时，必须在手动方式下，一直按压着超程解除按钮，并且同时按下该坐标轴运动方向按钮（+X、-X、+Z或-Z）的反方向按钮，以解除超程状态。
4、工作方式选择波段开关：通过工作方式来选择开关，选择系统的工作方式，其中包括：自动、手动、回零、单段、步进等五种工作方式。
5、自动方式：当工作方式选择波段开关置于该工作方式时，机床控制由CNC自动完成，也就是说通过数控程序自动控制完成。
6、单段方式：当方式选择波段开关置于该工作方式时，程序控制将会逐段进行，也就是运行一段后机床停止，再按一下循环启动按钮，执行下一程序段，执行完之后又再次停止。这种方式一般用于调试程序或试切工件时使用。
7、手动或者点动方式：当方式选择波段开关置于该工作方式时，按压+X、-X、+Z或-Z，机床将在对应的轴向乘进给倍率产生点动，松开按钮则减速停止，按压+X、-X、+Z或-Z时，同时按下快移按钮，则点动速度较快，这种方式主要是在装夹、调整工件，设定刀具参数以及其它准备工作的时候进行。
8、步进方式：当方式选择波段开关置于该工作方式时，按压+X、-X、+Z或-Z，机床将在对应的轴向乘进给倍率以脉冲当量的倍数产生步进，松开按钮则停止。这种方式主要用在精调整机床或精对刀时。9、回零方式：当方式选择波段开关置于该工作方式时，按压+X、-X、+Z或-Z，机床将在对应的轴向回零。一般情况下，系统上电或退出数控系统后操作机床，必须首先使各坐标轴回零；在回零过程中，不允许有使坐标轴移动的动作（如点动）；可允许所有坐标轴同时进行回零操作。
10、进给倍率：在自动、点动和步进方式下，当进给速度偏高时，可用操作面板上的进给倍率开关，修调机床的实际进给速度，这个开关可以提供5%、10%、30%、50%、70%和100%六档修调比例。
11、刀位选择：在选定对应的刀具之后，再按下“刀架开/停”按钮，可手动将用户所选的刀具转到切削位置。
12、循环启动：自动运转的启动。
13、进给保持：自动运转暂停。在自动运转方式过程中，按下“进给保持”键，机床运动轴减速停止，暂停执行程序，刀具、机床坐标轴停止运行，暂停期间，按钮内指示灯亮。在暂停状态下，再按下“循环启动”键，系统将重新启动，从暂停时的位置继续运行。
14、机床锁住：在自动运行开始之前，按下“机床锁住”键，再循环启动，坐标位置信息变化，但不允许刀架的X轴、Z轴方向移动。这个功能用于校验程序。
15、冷却液开/关：按下此开关，冷却液开；松开则冷却液关。
16、主轴正转/主轴停止/主轴反转/主轴点动：主轴转动控制的手动按钮，主轴点动一般用在主轴速度机械换挡后的挂挡试速或调试主轴时。
（二）数控车削加工案例分析
已知毛坯为Φ30mm的棒料，材料为45钢，试数控车削成如图2所示的正锥。
制作程序如下：
1、根据零件图样要求和毛坯情况，确定工艺方案及加工路线，对短轴类零件，轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘一次装夹完成粗精加工。
（1）粗车端面及外圆锥面，留1mm精车余量。
（2）精车外圆锥面到尺寸。
（3）按第一种车锥路线进行加工，终刀距S1=8mm，S2=16mm。
2、选择机床设备：根据零件图样要求，可以选用MJ-50型数控卧式车床。
3、选择刀具：根据加工要求，选择T01为90°粗车刀，T02为90°精车刀，同时把这两把刀安装在自动换刀刀架上，并且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。
4、确定切削用量：具体数值应根据该机床性能，相关的手册并结合实际经验确定，设定分三次走刀，前两次背吃刀量ap=2mm，最后一次背吃刀量为ap=1mm。
5、确定工件坐标系：以工件右端面在与轴心线的交点O为工件原点，建立X0Z工件坐标系。
6、编写程序：按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。
三、结语
数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的智能技术和最基本的装备，数控车削加工在现代的工艺加工中广泛应用于生物产业、信息产业、航空、航天等国防工业，有利于提高制造能力和水平，以及提高对市场的适应能力和竞争能力。
参考文献：
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