數控車床(自動化工具機)

數控車床是目前使用較為廣泛的數控工具機之一。它主要用於軸類零件或盤類零件的內外圓柱面、任意錐角的內外圓錐面、複雜迴轉內外曲面和圓柱、圓錐螺紋等切削加工，並能進行切槽、鑽孔、擴孔、鉸孔及鏜孔等。

數控工具機是按照事先編制好的加工程式，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數以及輔助功能，按照數控工具機規定的指令代碼及程式格式編寫成加工程式單，再把這程式單中的內容記錄在控制介質上，然後輸入到數控工具機的數控裝置中，從而指揮工具機加工零件。

基本介紹

• 中文名：數控車床
• 外文名：CNC lathe
• 特點：高性能，高精度，低噪音
• 領域：機械加工
• 適用：指揮工具機加工零件
• 功能：切槽、鑽孔、擴孔、鉸孔及鏜孔等

機構簡介

數控（英文名字：Numerical Control 簡稱：NC）技術是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一台或多台機械設備動作控制的技術。數控一般是採用通用或專用計算機實現數字程式控制，因此數控也稱為計算機數控(Computerized Numerical Control )，簡稱CNC，國外一般都稱為CNC，很少再用NC這個概念了。 它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數控的產生依賴於數據載體和二進制形式數據運算的出現。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世；19世紀末，以紙為數據載體並具有輔助功能的控制系統被發明；1938年，香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸，奠定了現代計算機，包括計算機數字控制系統的基礎。數控技術是與工具機控制密切結合發展起來的。1952年，第一台數控工具機問世，成為世界機械工業史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發展。

數控技術也叫計算機數控技術（CNC，Computerized Numerical Control），它是採用計算機實現數字程式控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程式來執行對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能。由於採用計算機替代原先用硬體邏輯電路組成的數控裝置，使輸入操作指令的存儲、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟體來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅動裝置驅動電機或液壓執行元件帶動設備運行。

傳統的機械加工都是用手工操作普通工具機作業的，加工時用手搖動機械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產品的精度的。現代工業早已使用電腦數位化控制的工具機進行作業了，數控工具機可以按照技術人員事先編好的程式自動對任何產品和零部件直接進行加工了。這就是我們說的數控加工。數控加工廣泛套用在所有機械加工的任何領域，更是模具加工的發展趨勢和重要和必要的技術手段。

數控車床又稱為CNC車床，即計算機數字控制車床，是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控工具機，約占數控工具機總數的25%。數控工具機是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品。是機械製造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優點的工作母機。數控工具機的技術水平高低及其在金屬切削加工工具機產量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經濟發展和工業製造整體水平的重要標誌之一。數控車床是數控工具機的主要品種之一，它在數控工具機中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視並得到了迅速的發展。

數控工具機

數控車床自五十年代問世以來，由於在單件生產、小批量生產中，使用數控車床加工複雜形狀的零件，不僅提高了勞動生產率和加工質量，而且縮短了生產準備周期和降低了對工人技術熟練程度的要求。因此它成了單件、小批量生產中實現技術革新和技術革命的一個重要的發展方向。世界各國也都在大力發展這種新技術。

我們知道，對於大批量生產的零件，使用自動化和半自動化的車床已能實現生產過程的自動化。但是，對於單件、小批量生產的零件，實現自動化一直是個難題。在過去相當長的一段時間內，總是無法圓滿解決。尤其是在加工形狀複雜的、加工精度要求高的零件，一直在自動化的道路上處於停頓狀態。雖然有些套用仿形裝置解決了一部分，但是實踐證明，仿形車床還是不能徹底地解決這一問題。

數控車床（工具機）的出現，為從根本上解決這一問題開闢了廣闊的道路，所以成為機械加工中的一個重要發展方向。

特點

數控工具機是數字控制工具機的簡稱，是一種裝有程式控制系統的自動化工具機。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程式，並將其解碼，從而使工具機動作並加工零件。

數控工具機與普通工具機相比，數控工具機有如下特點：

●加工精度高，具有穩定的加工質量；

●可進行多坐標的聯動，能加工形狀複雜的零件；

●加工零件改變時，一般只需要更改數控程式，可節省生產準備時間；

●工具機本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通工具機的3~5倍）；

●工具機自動化程度高，可以減輕勞動強度；

●對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高。

選用原則

前期準備

確定典型零件的工藝要求、加工工件的批量，擬定數控車床應具有的功能是做好前期準備，合理選用數控車床的前提條件：滿足典型零件的工藝要求。

典型零件的工藝要求主要是零件的結構尺寸、加工範圍和精度要求。根據精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求來選擇數控車床的控制精度。 根據可靠性來選擇，可靠性是提高產品質量和生產效率的保證。數控工具機的可靠性是指工具機在規定條件下執行其功能時，長時間穩定運行而不出故障。即平均無故障時間長，即使出了故障，短時間內能恢復，重新投入使用。選擇結構合理、製造精良，並已批量生產的工具機。一般，用戶越多，數控系統的可靠性越高。

工具機附屬檔案及刀具

工具機隨機附屬檔案、備件及其供應能力、刀具，對已投產數控車床、車削中心來說是十分重要的。選擇工具機，需仔細考慮刀具和附屬檔案的配套性。

車削中心

控制系統

生產廠家一般選擇同一廠商的產品，至少應選購同一廠商的控制系統，這給維修工作帶來極大的便利。教學單位，由於需要學生見多識廣，選用不同的系統，配備各種仿真軟體是明智的選擇。

性能價格比來選擇

做到功能、精度不閒置、不浪費，不要選擇和自己需要無關的功能。

工具機的防護

需要時，工具機可配備全封閉或半封閉的防護裝置、自動排屑裝置。

在選擇數控車床、車削中心時，應綜合考慮上述各項原則。

基本組成

數控車床由數控裝置、床身、主軸箱、刀架進給系統、尾座、液壓系統、冷卻系統、潤滑系統、排屑器等部分組成。

數控車床分為立式數控車床和臥式數控車床兩種類型。

平行雙主軸數控車床

立式數控車床用於迴轉直徑較大的盤類零件車削加工。

臥式數控車床用於軸向尺寸較長或小型盤類零件的車削加工。

臥式數控車床按功能可進一步分為經濟型數控車床、普通數控車床和車削加工中心。

經濟型數控車床：採用步進電動機和單片機對普通車床的車削進給系統進行改造後形成的簡易型數控車床。成本較低，自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用於要求不高的迴轉類零件的車削加工。

普通數控車床：根據車削加工要求在結構上進行專門設計，配備通用數控系統而形成的數控車床。數控系統功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用於一般迴轉類零件的車削加工。這種數控車床可同時控制兩個坐標軸，即x軸和z軸。

車削中心

車削加工中心：在普通數控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭，更高級的工具機還帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯動控制軸可以是（X，Z）、（X，C）或（Z，C）。由於增加了C軸和銑削動力頭，這種數控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外，還可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件迴轉中心的孔和徑向孔的鑽削等加工。

液壓卡盤和液壓尾架

液壓卡盤是數控車削加工時夾緊工件的重要附屬檔案，對一般迴轉類零件可採用普通液壓卡盤；對零件被夾持部位不是圓柱形的零件，則需要採用專用卡盤；用棒料直接加工零件時需要採用彈簧卡盤。對軸向尺寸和徑向尺寸的比值較大的零件，需要採用安裝在液壓尾架上的活頂尖對零件尾端進行支撐，才能保證對零件進行正確的加工。尾架有普通液壓尾架和可程式液壓尾架。

數控軸承車床

通用刀架

數控車床可以配備兩種刀架：

①專用刀架：由車床生產廠商自己開發，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優點是製造成本低，但缺乏通用性。

②通用刀架：根據一定的通用標準（如VDI，德國工程師協會）而生產的刀架，數控車床生產廠商可以根據數控車床的功能要求進行選擇配置。

銑削動力頭

數控車床刀架上安裝銑削動力頭後可以大大擴展數控車床的加工能力。如：利用銑削動力頭進行軸向鑽孔和銑削軸向槽。

數控車床的刀具

在數控車床或車削加工中心上車削零件時，應根據車床的刀架結構和可以安裝刀具的數量，合理、科學地安排刀具在刀架上的位置，並注意避免刀具在靜止和工作時，刀具與工具機、刀具與工件以及刀具相互之間的干涉現象。

工具機組成

主機，他是數控工具機的主體，包括工具機身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用於完成各種切削加工的機械部件。

數控裝置，是數控工具機的核心，包括硬體（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟體，用於輸入數位化的零件程式，並完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。

驅動裝置，他是數控工具機執行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。

輔助裝置，指數控工具機的一些必要的配套部件，用以保證數控工具機的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作檯、數控轉台和數控分度頭，還包括刀具及監控檢測裝置等。

編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程式編制、存儲等。

自從1952年美國麻省理工學院研製出世界上第一台數控工具機以來，數控工具機在製造工業，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業中被廣泛地套用，數控技術無論在硬體和軟體方面，都有飛速發展。

安裝方法

起吊和運輸

工具機的起吊和就位，應使用製造廠提供的專用起吊工具，不允許採用其他方法進行。不需要專用起吊工具，應採用鋼絲繩按照說明書規定部位起吊和就位。

基礎及位置

工具機應安裝在牢固的基礎上，位置應遠離振源；避免陽光照射和熱輻射；放置在乾燥的地方，避免潮濕和氣流的影響。工具機附近若有振源，在基礎四周必須設定防振溝。

工具機的安裝

工具機放置於基礎上，應在自由狀態下找平，然後將地腳螺栓均勻地鎖緊。對於普通工具機，水平儀讀數不超過0.04/1000mm，對於高精度的工具機，水平儀不超過0.02/1000mm。在測量安裝精度時，應在恆定溫度下進行，測量工具需經一段定溫時間後再使用。工具機安裝時應竭力避免使工具機產生強迫變形的安裝方法。工具機安裝時不應隨便拆下工具機的某些部件，部件的拆卸可能導致工具機內應力的重新分配，從而影響工具機精度。

通用刀架

試運轉前的準備

工具機幾何精度檢驗合格後，需要對整機進行清理。用浸有清洗劑的棉布或綢布，不得用棉紗或紗布。清洗掉工具機出廠時為保護導軌面和加工面而塗的防鏽油或防鏽漆。清洗工具機外表面上的灰塵。在各滑動面及工作面塗以工具機規定使滑油。

仔細檢查工具機各部位是否按要求加了油，冷卻箱中是否加足冷卻液。工具機液壓站、自動間潤滑裝置的油是否到油位批示器規定的部位。

檢查電氣控制箱中各開關及元器件是否正常，各插裝積體電路板是否到位。

通電啟動集中潤滑裝軒，使各潤滑部位及潤滑油路中充滿潤滑油。做好工具機各部件動作前的一切準備。

調試與驗收

數控車床的驗收應按國家頒布實行的《數控臥式車床製造與驗收技術要求》進行，在驗收過程中，如發生爭執，應以國家有關標準為依據，通過協商解決。

開箱驗收

按隨機裝箱單和契約中特定附屬檔案清單對箱內物品逐一核對檢查。並做檢查記錄。有如下內容：

包裝箱是否完好，工具機外觀有無明顯損壞，是鏽蝕、脫漆；

有無技術資料，是否齊全；

附屬檔案品種、規格、數量；

備件品種、規格、數量；

工具品種、規格、數量；

刀具（刀片）品種、規格、數量；

安裝附屬檔案；

電氣元器件品種、規格、數量；

開機試驗

工具機安裝調試完成後，即通知製造廠派人調試工具機。試驗主要有如下：

1、各種手動試驗

a. 手動操作試驗 試驗手動操作的準確性。

b. 點動試驗

c. 主軸變檔試驗

d. 超程試驗

2、功能試驗

a. 用按鍵、開關、人工操縱對工具機進行功能試驗。試驗動作的靈活性、平穩性及功能的可靠性。

b. 任選一種主軸轉速做主軸啟動、正轉、反轉、停止的連續試驗。操作不少於7次。

c. 主軸高、中、低轉速變換試驗。轉速的指令值與顯示值允差為±5%。

d. 任選一種進給量，在XZ軸全部行程上，連續做工作進給和快速進給試驗。快速行程應大於1/2全行程。正反方和連續操作不少於7次。

e. 在X、Z軸的全部行程上，做低、中、高進給量變換試驗。 轉塔刀架進行各種轉位夾緊試驗。

f. 液壓、潤滑、冷卻系統做密封、潤滑、冷卻性試驗，做到不滲漏。

g. 卡盤做夾緊、鬆開、靈活性及可靠性試驗。

h. 主軸做正轉、反轉、停止及變換主軸轉速試驗。

i. 轉塔刀架進行正反方向轉位試驗。

j. 進給機構做低中高進給量為快速進給變換試驗。

k. 試驗進給坐標超程、手動數據輸入、位置顯示，回基準點，程式序號批示和檢索、程式暫停、程式刪除、址線插補、直線切削徨、錐度切削循環、螺紋切削循環、圓弧切削循環、刀具位置補償、螺距補償、間隙補償等功能的可靠性、動作靈活性等。

3、空動轉試驗

a. 主動動機構運轉試驗，在最高轉速段不得少於1小時，主軸軸承的溫度值不超過70℃ ，溫升值不超過40℃；

b. 連續空運轉試驗，其運動時間不少於8小時，每個循環時間不大於15分鐘。每個循環終了停車，並模擬松卡工件動作，停車不超過一分鐘，再繼續運轉。

4、負荷試驗

用戶準備好典型零件的圖紙和毛坯，在製造廠調試人員指導下編程和輸入程式，選擇切削刀具和切削用量。負荷試驗可按如下三步進行，粗車、重切削、精車。每一步又分單一切削和循環程式切削。每一次切削完成後檢驗零件已加工部位實際尺寸並與指令值進行比較，檢驗工具機在負荷條件下的運行精度、即工具機的綜合加工精度，轉塔刀架的轉位精度。

5、驗收

工具機開箱驗收，功能試驗，空運轉試驗、負荷試驗完成後，加工出合格產品，即可辦理驗收移交手續。如有問題，製造廠應負責解決。

三要素

選擇原則

確定三要素的基本原則：根據切削要求先確定背吃刀量，再查表得到進給量，然後再經過查表通過公式計算出主切削速度。

在許多場合我們可以通過經驗數據來確定這三要素的值。

選取方法

實踐證明合理切削用量的選擇與工具機、刀具、工件及工藝等多種因素有關。合理選擇加工用量的方法如下：

①粗加工時，主要要保證較高的生產效率，故應選擇較大的背吃刀量，較大的進給量，切削速度U選擇中低速度。

②精加工時，主要保證零件的尺寸和表面精度的要求，故選擇較小的背吃刀量，較小的進給量，切削速度選擇較高速度。

③粗加工時，一般要充分發揮工具機潛力和刀具的切削能力。數控車床廠半精加工和精加工時，應重點考慮如何保證加工質量，並在此基礎上儘量提高生產率。數控車床廠在選擇切削用量時應保證刀具能加工完成一個零件或保證刀具的耐用度不低於一個工作班，最少也不低於半個工作班的工作時間。數控車床廠具體數值應根據工具機說明書中的規定、刀具耐用度及實踐經驗選取。

背吃刀量的選擇：背吃刀量的選擇要根據工具機、夾具和工件等的剛度以及工具機的功率來確定。在工藝系統允許的情況下，儘可能選取較大的背吃刀量。除留給以後工序的餘量外，其餘的粗加工餘量儘可能一次切除，以使走刀次數最少。

通常在中等功率工具機上，粗加工的背吃刀量為8~10 mm（單邊）。數控車床廠半精加工背吃刀量為0.5~5 mm；精加工時背吃刀量為0 2~1.5 mm。

進給量的確定：當工件的質量要求能夠保證時，為提高生產率，可選擇較高的進給速度。數控車床廠切斷、車削深孔或精車時，宜選擇較低的進給速度。進給速度應與主軸轉速和背吃刀量相適應。粗加工時，進給量的選擇受切削力的限制。

工裝車床

確定加工路線

加工路線是指數控工具機加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。

1、應能保證加工精度和表面粗糙要求；

2、應儘量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。

加工路線與加工餘量的聯繫

在數控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的餘量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的餘量安排在普通車床上加工。如必須用數控車床加工時，則需注意程式的靈活安排。

夾具安裝要點

液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連線是靠拉桿實現的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，並從主軸後端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。

結構和代碼

數控車程式可以分成程式開始、程式內容和程式結束三部分內容。

程式開始部分

主要定義程式號，調出零件加工坐標系、加工刀具，啟動主軸、打開冷卻液等方面的內容。主軸最高轉速限制定義G50 S2000，設定主軸的最高轉速為2000RPM，對於數控車床來說，這是一個非常重要的指令。

數控程式

坐標系定義如不作特殊指明，數控系統默認G54坐標系。

返回參考點指令G28 U0，為避免換刀過程中，發生刀架與工件或夾具之間的碰撞或干涉，一個有效的方法是工具機先回到X軸方向的工具機參考點，並離開主軸一段安全距離。

刀具定義G0 T0808 M8，自動調8號左偏刀8號刀補，開啟冷卻液。

主軸轉速定義G96 S150 M4，恆定線速度S功能定義，S功能使數控車床的主軸轉速指令功能，有兩種表達方式，一種是以r/min或rpm作為計量單位。另一種是以m/min為計量單位。數控車床的S代碼必須與G96或G97配合使用才能設定主軸轉速或切削速度。

G97：轉速指令，定義和設定每分鐘的轉速。

G96：恆線速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一樣的。

程式內容部分

程式內容是整個程式的主要部分，由多個程式段組成。每個程式段由若干個字組成，每個字又由地址碼和若干個數字組成。常見的為G指令和M指令以及各個軸的坐標點組成的程式段，並增加了進給量的功能定義。

F功能是指進給速度的功能，數控車床進給速度有兩種表達方式，一種是每轉進給量，即用mm/r單位表示，主要用於車加工的進給。另一種和數控銑床相同採用每分鐘進給量，即用mm/min單位表示。主要用於車銑加工中心中銑加工的進給。

程式結尾部分

在程式結尾，需要刀架返回參考點或工具機參考點，為下一次換刀的安全位置，同時進行主軸停止，關掉冷卻液，程式選擇停止或結束程式等動作。

回參考點指令G28U0為回X軸方向工具機參考點，G0 Z300.0為回Z軸方向參考點。

停止指令M01為選擇停止指令，只有當設備的選擇停止開關打開時才有效；M30為程式結束指令，執行時，冷卻液、進給、主軸全部停止。數控程式和數控設備復位並回到加工前原始狀態，為下一次程式運行和數控加工重新開始做準備。

數程式編制

數控工具機程式編制的方法有三種：即手工編程、自動編程和加工中心CAD/CAM 。

手工編程

由人工完成零件圖樣分析、工藝處理、數值計算、書寫程式清單直到程式的輸入和檢驗。適用於點位加工或幾何形狀不太複雜的零件，但是，非常費時，且編制複雜零件時，容易出錯。

自動編程

使用計算機或程編機，完成零件程式的編制的過程，對於複雜的零件很方便。

CAD/CAM

利用CAD/CAM軟體，實現造型及圖象自動編程。最為典型的軟體是Master CAM，其可以完成銑削二坐標、三坐標、四坐標和五坐標、車削、線切割的編程，此類軟體雖然功能單一，但簡單易學，價格較低。

內容和步驟

數控工具機編程的主要內容

分析零件圖樣、確定加工工藝過程、進行數學處理、編寫程式清單、製作控制介質、進行程式檢查、輸入程式以及工件試切。

數控工具機的步驟

分析零件圖樣和工藝處理，根據圖樣對零件的幾何形狀尺寸，技術要求進行分析，明確加工的內容及要求，決定加工方案、確定加工順序、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。
同時還應發揮數控系統的功能和數控工具機本身的能力，正確選擇對刀點，切入方式，儘量減少諸如換刀、轉位等輔助時間。

數學處理

編程前，根據零件的幾何特徵，先建立一個工件坐標系，
數控系統的功能根據零件圖紙的要求，制定加工路線，在建立的工件坐標繫上，首先計算出刀具的運動軌跡。對於形狀比較簡單的零件（如直線和圓弧組成的零件），只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點的坐標值。

編寫零件程式清單

加工路線和工藝參數確定以後，根據數控系統規定的指定代碼及程式段格式，編寫零件程式清單。

數控加工程式的結構

1、程式的構成：由多個程式段組成。

O0001；O（FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%）機能指定程式號，每個程式號對應一個加工零件。
N010 G92 X0 Y0；分號表示程式段結束
N020 G90 G00 X50 Y60；
...；可以調用子程式。
N150 M05；
N160 M02；
2、 程式段格式：
①字地址格式：如N020 G90 G00 X50 Y60；
最常用的格式，現代數控工具機都採用它。地址N為程式段號，地址G和數字90構成字地址為準備功能，...。

②可變程式段格式：如B2000 B3000 B B6000；

使用分割符B各開各個字，若沒有數據，分割符不能省去。常見於數控線切割工具機，另外，還有3B編程等格式。

③固定順序程式段格式：如00701+0；
西門子系統控制的機器人誤，上面程式段的意思是：N007 G01 X+02500 Y-13400 F15 S30 M02；

數學處理

零件圖的數學處理主要是計算零件加工軌跡的尺寸，即計算零件加工輪廓的基點和節點的坐標，或刀具中心輪廓的基點和節點的坐標，以便編制加工程式。

基點坐標的計算

一般數控工具機只有直線和圓弧插補功能。對於由直線和圓弧組成的平面輪廓，編程時數值計算的主要任務是求各基點的坐標。
1、基點的含義　
構成零件輪廓的不同幾何素線的交點或切點稱為基點。基點可以直接作為其運動軌跡的起點或終點。
2、直接計算的內容
根據填寫加工程式單的要求，基點直接計算的內容有：每條運動軌跡的起點和終點在選定坐標系中的坐標，圓弧運動軌跡的圓心坐標值。
基點直接計算的方法比較簡單，一般可根據零件圖樣所給的已知條件用人工完成。即依據零件圖樣上給定的尺寸運用代數、三角、幾何或解析幾何的有關知識，直接計算出數值。在計算時，要注意小數點後的位數要留夠，以保證足夠的精度。

節點坐標的計算

對於一些平面輪廓是非圓方程曲線Y=F（X）組成，如漸開線、阿基米德螺線等，只能用能夠加工的直線和圓弧去逼近它們。這時數值計算的任務就是計算節點的坐標。
1、節點的定義
當採用不具備非圓曲線插補功能的數控工具機加工非圓曲線輪廓的零件時，在加工程式的編制工作中，常用多個直線段或圓弧去近似代替非圓曲線，這稱為擬合處理。擬合線段的交點或切點稱為節點。
2、節點坐標的計算
節點坐標的計算難度和工作量都較大，故常通過計算機完成，必要時也可由人工計算，常用的有直線逼近法（等間距法、等步長法、和等誤差法）和圓弧逼近法。

　　

編程技巧

科學技術的發展，導致產品更新換代的加快和人們需求的多樣化，產品的生產也趨向種類多樣化、批量中小型化。為適應這一變化，數控（NC）設備在企業中的作用愈來愈大。我校作為國家級重點職校，為順應時代潮流，重點建設數控專業，選購了BIEJING-FANUC Power Mate O數控車床。它與普通車床相比，一個顯著的優點是：對零件變化的適應性強，更換零件只需改變相應的程式，對刀具進行簡單的調整即可做出合格的零件，為節約成本贏得先機。但是，要充分發揮數控工具機的作用，不僅要有良好的硬體，（如：優質的刀具、工具機的精度等），更重要的是軟體：編程，即根據不同的零件的特點，編制合理、高效的加工程式。通過多年的編程實踐和教學，我摸索出一些編程技巧。

數控車床雖然加工柔性比普通車床優越，但單就某一種零件的生產效率而言，與普通車床還存在一定的差距。因此，提高數控車床的效率便成為關鍵，而合理運用編程技巧，編制高效率的加工程式，對提高工具機效率往往具有意想不到的效果。

1、靈活設定參考點

BIEJING-FANUC Power Mate O數控車床共有二根軸，即主軸Z和刀具軸X。棒料中心為坐標系原點，各刀接近棒料時，坐標值減小，稱之為進刀；反之，坐標值增大，稱為退刀。當退到刀具開始時位置時，刀具停止，此位置稱為參考點。參考點是編程中一個非常重要的概念，每執行完一次自動循環，刀具都必須返回到這個位置，準備下一次循環。因此，在執行程式前，必須調整刀具及主軸的實際位置與坐標數值保持一致。然而，參考點的實際位置並不是固定不變的，編程人員可以根據零件的直徑、所用的刀具的種類、數量調整參考點的位置，縮短刀具的空行程。從而提高效率。

2.化零為整法

在低壓電器中，存在大量的短銷軸類零件，其長徑比大約為2~3，直徑多在3mm以下。由於零件幾何尺寸較小，普通儀表車床難以裝夾，無法保證質量。如果按照常規方法編程，在每一次循環中只加工一個零件，由於軸向尺寸較短，造成工具機主軸滑塊在床身導軌局部頻繁往復，彈簧夾頭夾緊機構動作頻繁。長時間工作之後，便會造成工具機導軌局部過度磨損，影響工具機的加工精度，嚴重的甚至會造成工具機報廢。而彈簧夾頭夾緊機構的頻繁動作，則會導致控制電器的損壞。要解決以上問題，必須加大主軸送進長度和彈簧夾頭夾緊機構的動作間隔，同時不能降低生產率。由此構想是否可以在一次加工循環中加工數個零件，則主軸送進長度為單件零件長度的數倍 ，甚至可達主軸最大運行距離，而彈簧夾頭夾緊機構的動作時間間隔相應延長為原來的數倍。更重要的是，原來單件零件的輔助時間分攤在數個零件上，每個零件的輔助時間大為縮短，從而提高了生產效率。為了實現這一構想，我電腦到電腦程式設計中主程式和子程式的概念，如果將涉及零件幾何尺寸的命令欄位放在一個子程式中，而將有關工具機控制的命令欄位及切斷零件的命令欄位放在主程式中，每加工一個零件時，由主程式通過調用子程式命令調用一次子程式，加工完成後，跳轉回主程式。需要加工幾個零件便調用幾次子程式，十分有利於增減每次循環加工零件的數目。通過這種方式編制的加工程式也比較簡潔明了，便於修改、維護。值得注意的是，由於子程式的各項參數在每次調用中都保持不變，而主軸的坐標時刻在變化，為與主程式相適應，在子程式中必須採用相對編程語句。

3、減少刀具空行程

在BIEJING-FANUC Power Mate O數控車床中，刀具的運動是依靠步進電動機來帶動的，儘管在程式命令中有快速點定位命令G00，但與普通車床的進給方式相比，依然顯得效率不高。因此，要想提高工具機效率，必須提高刀具的運行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完畢後退回參考點所運行的距離。只要減少刀具空行程，就可以提高刀具的運行效率。（對於點位控制的數控車床，只要求定位精度較高，定位過程可儘可能快，而刀具相對工件的運動路線是無關緊要的。）在工具機調整方面，要將刀具的初始位置安排在儘可能靠近棒料的地方。在程式方面，要根據零件的結構，使用儘可能少的刀具加工零件使刀具在安裝時彼此儘可能分散，在很接近棒料時彼此就不會發生干涉；另一方面，由於刀具實際的初始位置已經與原來發生了變化，必須在程式中對刀具的參考點位置進行修改，使之與實際情況相符，與此同時再配合快速點定位命令，就可以將刀具的空行程控制在最小範圍內從而提高工具機加工效率。

4、最佳化參數，平衡刀具負荷，減少刀具磨損

刀具選擇方法

由於數控車床加工是一項精度高的工作，而且它的加工工序集中和零件裝夾次數少，所以對所使用的數控刀具提出了更高的要求，下面東莞同力金屬製品有限公司來為您介紹。

在選擇數控工具機加工的刀具時，應考慮以下幾方面的問題：

①數控刀具的類型、規格和精度等級應能夠滿足cnc車床加工要求。

②精度高。為適應數控車床加工的高精度和自動換刀等要求，刀具必須具有較高的精度。

③可靠性高。要保證數控加工中不會發生刀具意外損傷及潛在缺陷而影響到加工的順利進行，要求刀具及與之組合的附屬檔案必須具有很好的可靠性及較強的適應性。精密五金加工

④耐用度高。數控車床加工的刀具，不論在粗加工或精加工中，都應具有比普通工具機加工所用刀具更高的耐用度，以儘量減少更換或修磨刀具及對刀的次數，從而提高數控工具機的加工效率和保證加工質量。

⑤斷屑及排屑性能好。cnc車床加工中，斷屑和排屑不像普通工具機加工那樣能及時由人工處理，切屑易纏繞在刀具和工件上，會損壞刀具和劃傷工件已加工表面，甚至會發生傷人和設備事故，影響加工質量和工具機的安全運行，所以要求刀具具有較好的斷屑和排屑性能。

變頻器的套用

數控車床在啟動時，電機的電流會比額定高5-6倍的，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電 量.系統在設計時在電機選型上會留有一定的餘量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實現電機軟啟動、通過改變設備輸入電壓頻率達到節能調速的目的，而且能給設備提供過流、過壓、過載等保護功能。國

質量控制

如果對所用的普通車床和長時間使用的車床不進行改造，僅購買新的數控車床，則會增加許多生產廠家設備方面的成本。所以生產廠家對普通車床及長時間使用的車床進行數控化改造是必經之路。

由於進行數控化改造對於改造廠家來說，較雜又亂，但如何對改造的數控工具機進行質量控制則是我們一直以來需要探討的問題，在此談一下如何進行改造數控車床的質量控制。

普通車床數控改造分為新機改造和舊機改造，新機改造是用戶購買普通車床或普通光機（指僅帶床頭箱和縱、橫嚮導軌的車床），改造廠家根據其要求進行數控化改造。舊機改造是指用戶將已經使用過的普通車床或數控車床進行翻新並進行數控化改造。其中舊機改造包括大修車床改造和用戶舊機部件改造。在此淺談改造數控車床在機械方面的質量控制方法、著重控制點和檢驗過程。

新機改造和舊機大修車床改造都必須經過如下相同改造

①更換X軸、Z軸絲桿、軸承、電機。

②增加電動刀架和主軸編碼器。

③增加軸向電機的驅動裝置，限制運行超程的行程開關，加裝變頻器（客戶需要）以及為了加工和安全所需的電氣部分。

④X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的配刮、滾珠絲桿副托架與床鞍的配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮。

⑤據需要增加防護設施，如各向絲桿的防護罩，安全防護門，行程開關的防護裝置。

新機改造和舊機大修車床改造的不同點

①新機改造的主軸和尾座部分未進行改動，主軸部分和尾座部分無須進行再改造。

②舊機大修車床由於經過長時間使用，導軌已磨損，為了保證大修後，能繼續長時間使用而不變形，必須經過淬火工序，然後磨導軌，且磨導軌後必須保證導軌硬度≥HRC47。

③舊機大修車床應根據客戶需要對主軸部分和尾座部分進行改造和調整。

新機改造和大修工具機改造的精度檢驗是檢驗的重要項目

精度檢驗執行JB/T8324.1-1996《簡式數控臥式車床 精度》。

新車床改造的精度質量控制如下

①鏟刮檢驗。新車床改造經過對X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的進行配刮、對滾珠絲桿副托架與床鞍進行配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮等。車床的主軸、尾座部分未拆動。檢驗方法如下：用配合面進行塗色，相互配合面進行結合，並相對摩擦，然後對鏟刮面進行鏟刮點數檢驗，並對結合處用塞尺進行結合程度檢驗。

②絲桿與導軌平行度檢驗：裝配絲桿時，絲桿與導軌的平行度必須≤0.02mm。

③精度檢驗的G1項中導軌在垂直平面內的直線度（只許凸）應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。

④精度檢驗中的主軸部分精度G4、G5、G6項也應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。

⑤G11項床頭、尾座兩頂尖的等高度由普通車床廠家進行保證，不作為改造廠家質量控制的重點項目。

用戶大修車床改造的精度檢驗

由於進行了磨導軌，基準面已變動，所以精度檢驗中的所有項目必須進行檢驗，且應嚴格進行控制，以保證改造後的使用性能。

大修車床改造和新機改造的其它質量重要控制點

1、鏽蝕檢查：各橫、縱嚮導軌面，主軸、主軸法蘭盤，尾座空心套。

2、外露非油漆表面都必須採取防鏽措施，如清洗乾淨後，用潤滑脂等進行防鏽檢查：鏟刮面、絲桿和軸承在進行裝配前必須清洗乾淨，不得留有紅丹粉、鐵削和其它髒物質；電箱內側、防護罩內側無灰塵、髒物。

3、滲漏檢查：大修車床改造的主軸軸承和齒輪等必須保持潤滑，大修車床改造和新車床改造的軸向絲桿和軸承必須有潤滑，必須有冷卻裝置，且以上潤滑和冷卻中接頭處，油、水箱等處都不得有滲漏現象。

4、工具機噪聲、溫升、轉速、空運轉試驗：

①主軸在各種轉速下連續空運轉4min，其中最高轉速運轉時間不小於2小時。整機空運行時間≥16h，對圓弧、螺紋、外圓、端面等循環車削進行模擬空運行試驗。

②主軸軸承溫度穩定後，測軸承溫度及溫升滾動軸承：溫度≤70℃，溫升≤40℃；滑動軸承：溫度≤60℃，溫升≤30℃。

③工具機噪聲聲壓級空運轉條件下≤83dB(A)，且工具機有無不正常尖叫、衝擊聲。各軸方向進給運動進行應平穩，無明顯振動、顫動和爬行現象。

④工具機連續空運轉試驗在規定連續空運轉時間內，無故障，運行可靠，穩定。

5、用戶更換部件（包括工具機部分的維修）的改造：由於車床更換部件的改造項目較多，主要是更換主軸軸承、軸向絲桿、軸向電機、軸向軸承和系統。

①更換主軸軸承：由於更換主軸軸承是為了保證加工外圓和端面的精度，必須在更換軸承後，先行檢驗主軸的噪聲在無異常的情況下，整機噪聲聲壓級不得超過83dB（A），然後進行加工精度檢驗，並檢驗加工工件的表面粗糙度。

②更換軸向絲桿檢驗：檢驗各向位置精度，確保在規定範圍內，跑機運行達到軸向運行無不正常的衝擊聲和雜音。更換軸向電機：由於其它項目未進行改造，則檢驗僅對跑機運行的噪聲進行檢驗，軸向運行無不正常的衝擊聲和雜音。檢驗其軸向反向間隙，以防在裝配中由於裝配引起反向差值不符合要求。

③更換軸向軸承：對於更換軸向軸承的情況，必須保證軸向的反向差值達到要求，並檢查無不正常的雜音。

④更換系統檢驗：更換系統的情況，則僅檢驗系統功能，檢驗系統是否有報警現象，並同時檢驗試車螺紋是否正常（對於帶編碼器的車床）。

加工對象

在五金加工中凡是能在普通車床上裝夾的迴轉體零件都能在數控車床上加工。然而數控車床具有加工精度高、能做直線和圓弧插補以及在五金加工過程中能自動變速的特點，其工藝範圍較普通工具機寬得多。

數控車床剛性好，製造和對刀精度高，能方便和精確地進入人工補償和自動補償，所以，能加工尺寸精度要求較高的零件。此外數控車削的刀具運動是通過高精度插補運動和伺服驅動來實現的，再加上工具機的剛性好和製造精度高，所以，它能加工對母線直線度、圓度、圓柱度等形狀精度要求高的零件。對於圓弧以及其他曲線輪廓，加工出的形狀和圖紙上所要求的幾何形狀的接近程度比用仿形車床要高得多。

數控車床有恆線速切削功能，所以可以選用最佳線速度來切削錐面和端面，使車削後的表面粗糙度值既小又一致，加工出表面粗糙度值小而均勻的零件。

數控車床不但能車削任何等導程的直、錐和端面螺紋，而且能車變導程與變導程之間平滑過渡的螺紋。數控車床車削螺紋時主軸轉向不必像普通車床那樣交替變換，它可以一刀又一刀不停頓地循環，直到完成，所以數控車床螺紋的效率很高。

使用條件

數控車床的正常使用必須滿足如下條件，工具機所處位置的電源電壓波動小，環境溫度低於30攝示度，相對溫度小於80%。

環境要求

工具機的位置應遠離振源、應避免陽光直接照射和熱輻射的影響，避免潮濕和氣流的影響。如工具機附近有振源，則工具機四周應設定防振溝。否則將直接影響工具機的加工精度及穩定性，將使電子元件接觸不良，發生故障，影響工具機的可靠性。

電源要求

一般數控車床安裝在機加工車間，不僅環境溫度變化大，使用條件差，而且各種機電設備多，致使電網波動大。因此，安裝數控車床的位置，需要電源電壓有嚴格控制。電源電壓波動必須在允許範圍內，並且保持相對穩定。否則會影響數控系統的正常工作。

溫度條件

數控車床的環境溫度低於30攝示度，相對溫度小於80%。一般來說，數控電控箱內部設有排風扇或冷風機，以保持電子元件，特別是中央處理器工作溫度恆定或溫度差變化很小。過高的溫度和濕度將導致控制系統元件壽命降低，並導致故障增多。溫度和濕度的增高，灰塵增多會在積體電路板產生粘結，並導致短路。

規範使用工具機

用戶在使用工具機時，不允許隨意改變控制系統內製造廠設定的參數。這些參數的設定直接關係到工具機各部件動態特徵。只有間隙補償參數數值可根據實際情況予以調整。

用戶不能隨意更換工具機附屬檔案，如使用超出說明書規定的液壓卡盤。製造廠在設定附屬檔案時，充分考慮各項環節參數的匹配。盲目更換造成各項環節參數的不匹配，甚至造成估計不到的事故。

使用液壓卡盤、液壓刀架、液壓尾座、液壓油缸的壓力，都應在許用應力範圍內，不允許任意提高。

維護保養

數控車床是一種高精度、高效率的自動化工具機。配備多工位刀塔或動力刀塔，工具機就具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等複雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，並在複雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果。斜床身數控車床的維護保養如下分析:

為了保證斜床身數控車床的工作精度，延長使用壽命，必須對自用斜床身數控車床進行合理的維護保養工作。車床維護的好壞，直接影響工件的加工質量和生產效率。當台灣台鈺精機數控車床運行500h以後，需進行一級保養。斜床身數控車床保養工作以操作工人為主，維修工人配合進行。保養時，必須首先切斷電探，然後按保養內容和要求進行保養。

數控車床

國家代碼

數控車床準備功能G代碼（JB3208-83）,G代碼（或G指令）是在數控工具機系統插補運算之前需要預先規定，為插補運算作好準備的工藝指令，如：坐標平面選擇、插補方式的指定、孔加工等固定循環功能的指定等。G代碼以地址G後跟兩位數字組成，常用的有G00~G99，現代數控工具機系統有的已擴展到三位數字。 G代碼按功能類別分為模態代碼和非模態代碼。a、c、d、……j、k等9組，同一組對應的G代碼稱為模態代碼，它表示組內某G代碼（如c組中G17）一旦被指定，功能一直保持到出現同組其它任一代碼（如G18或G19）時才失效，否則繼續保持有效。所以在編下一個程式段時，若需使用同樣的G代碼則可省略不寫，這樣可以簡化加工程式編制。而非模態代碼只在本程式段中有效。

註：1、凡有小寫字母a，b，c，d，…指示的G代碼為同一組代碼，稱為模態指令；

2、 “#”代表如選作特殊用途，必須在程式格式說明中說明；

3、 第二欄括弧中字母（d）可以被同欄中沒有括弧字母d所註銷或代替，亦可被有括弧的字母（d）所註銷或代替；

4、 “不指定”、“永不指定”代碼分別表示在將來修訂標準時，可以被指定新功能和永不指定功能；

5、數控系統沒有G53到G59、G63功能時，可以指定作其它用途。

市場

中國是製造大國，國內數控車床市場很大。國內的數控車床生產商也都各有特點，競爭市場。這就形成了兩種大概類型，一種是大型生產商，特點是質量好，價格貴；一種是小型生產商，特點是物美價廉。

隨著中國的研發製造能力的不斷提高，中國漸漸地從進口數控車床到出口，表明我國的數控業發展的強勁勢頭。

優勢

可程式邏輯控制器（Programmable Logical Controller,簡稱PLC）也是一種以傲處理器為墓礎的通用型自動控制裝置，用於完成數控工具機的各種邏輯運算和順序控制，如工具機啟停、工件裝夾、刀具更換、冷卻液開關等輔助動作。PLC還接受工具機操作面板的指令:一方面直接控制工具機的動作；另一方面將有關指令送往CNC，用於加工過程控創。CNC系統中的PLC有內置型和獨立型。

數控工具機的操作是通過人機操作面板實現的，人機操作面板由數控面板和工具機面板組成。
數控面板是數控系統的操作面板，由顯示器和手動數據抽入（Manual DataInput,簡稱MDI）鍵盤組成，又稱為MD面板。顯示器的下部常設有選單選擇健，用於選擇選單。鍵盤除各種符號健、數字健和功能健外，還可以設!用戶定義健等。操作人員可以通過鍵盤和顯示器.實現系統管理，對數控程式及有關數據進行輸入、存儲和編輯修改。在加工中，螢幕可以動態地顯示系統狀態和故障診斷報苦等。此外，數控程式及數據還可以通過磁碟或通訊接口箱入。
工具機操作面板主要用於手動方式下對工具機的操作，以及自動方式下對工具機的操作或千預。其上有各種按鈕與選擇開關，用於工具機及輔助裝里的啟停、加工方式選擇、速度倍率選擇等;還有數碼管及信號顯示等。中、小型數控工具機的操作面板常和數控面板做成一個整體，但二者之間有明顯界限。數控系統的通訊接口，如串列接口，常設且在工具機操作面板上。

發展趨勢

進入21世紀以來，隨著數控技術的不斷發展和套用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(IT、汽車、輕工、醫療等)的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數位化已是現代發展的大趨勢。總體而言，數控車床呈現以下三個發展趨勢：

高速、高精密化

高速、精密是工具機發展永恆的目標。隨著科學技術突飛猛進的發展，機電產品更新換代速度加快，對零件加工的精度和表面質量的要求也愈來愈高。為滿足這個複雜多變市場的需求，當前工具機正向高速切削、乾切削和準乾切削方向發展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功套用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導程空心內冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲槓副及帶滾珠保持器的直線導軌副等工具機功能部件的面市，也為工具機向高速、精密發展創造了條件。

數控車床採用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環節，大大減少了主傳動的轉動慣量，提高了主軸動態回響速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉時皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。採用電主軸結構可使主軸轉速達到10000r/min以上。

直線電機驅動速度高，加減速特性好，有優越的回響特性和跟隨精度。用直線電機作伺服驅動，省去了滾珠絲槓這一中間傳動環節，消除了傳動間隙(包括反向間隙)，運動慣量小，系統剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。

直線滾動導軌副，由於其具有各向間隙為零和非常小的滾動摩擦，磨損小，發熱可忽略不計，有非常好的熱穩定性，提高了全程的定位精度和重複定位精度。通過直線電機和直線滾動導軌副的套用，可使工具機的快速移動速度由10～20m/mim提高到60～80m/min，最高高達120m/min。

高可靠性

數控工具機的可靠性是數控工具機產品質量的一項關鍵性指標。數控工具機能否發揮其高性能、高精度和高效率，並獲得良好的效益，關鍵取決於其可靠性的高低。

數控車床設計CAD化、結構設計模組化

隨著計算機套用的普及及軟體技術的發展，CAD技術得到了廣泛發展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行設計方案選擇和大件整機的靜、動態特性分析、計算、預測及最佳化設計，可以對整機各工作部件進行動態模擬仿真。在模組化的基礎上在設計階段就可以看出產品的三維幾何模型和逼真的色彩。採用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設計的一次成功率，從而縮短試製周期，降低設計成本，提高市場競爭能力。