SIEMENS系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)分析

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.04.137

摘 要 隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，工程訓(xùn)練中的數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)越發(fā)重要。為保證數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)安全，使操作者盡快掌握數(shù)控車(chē)床的操作技能，以實(shí)訓(xùn)中使用的云南一機(jī)生產(chǎn)的CKNC-50H數(shù)控車(chē)床為例，介紹基礎(chǔ)加工操作，分析加工技巧，以提高加工質(zhì)量，保證數(shù)控車(chē)床實(shí)訓(xùn)的加工安全。

關(guān)鍵詞 數(shù)控車(chē)床；實(shí)訓(xùn)；工程素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）04-0137-03

Analysis of Practical Training and Teaching of SIEMENS CNC Lathe//WANG Xuemei

Abstract With the rapid development and popularization of CNC machining technology. In engineering training CNC ma-

chining training is more important.In order to ensure the safety of CNC machining training， the operator should

master the operation skills of CNC lathe as soon as possible， this paper takes the CKNC-50H lathe produced by Yunnan YiJi as an example to introduce the basic processing opera-tion and analyzes the processing skills， improves the pro-cessing quality and ensures the processing safety of CNC la-the training.

Key words CNC lathe; engineering training; engineering qua-

lity

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了解決單件、小批量、復(fù)雜型零件加工的自動(dòng)化，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控加工集傳統(tǒng)的機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制、傳感檢測(cè)、信息處理、光電等技術(shù)于一體，是現(xiàn)代化制造技術(shù)的基礎(chǔ)。如今，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和普及程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。因此，數(shù)控技術(shù)在理工科類的工程實(shí)訓(xùn)中尤為重要，是必不可少的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

1 數(shù)控車(chē)床操作基礎(chǔ)知識(shí)

實(shí)訓(xùn)時(shí)使用云南一機(jī)生產(chǎn)的CKNC-50H獨(dú)立主軸全無(wú)級(jí)變速經(jīng)濟(jì)型臥式數(shù)控車(chē)床。將數(shù)控加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)后，通過(guò)譯碼、刀補(bǔ)、插補(bǔ)等一系列計(jì)算來(lái)控制各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)PLC的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。

CKNC-50H數(shù)控車(chē)床由機(jī)床本體和數(shù)控裝置組成。機(jī)床本體包含三抓自定心卡盤(pán)（主軸）、刀架、尾座、導(dǎo)軌、床身等幾大部分，與普通車(chē)床結(jié)構(gòu)相似。數(shù)控裝置由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、位置測(cè)量系統(tǒng)等幾部分組成。

實(shí)訓(xùn)中學(xué)生使用的數(shù)控車(chē)床操作系統(tǒng)是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的808D數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)數(shù)控面板如圖1所示。

2 數(shù)控車(chē)床的具體操作步驟

2.1 開(kāi)機(jī)

先打開(kāi)機(jī)床電源，等數(shù)控面板完全顯示后，再順時(shí)針旋開(kāi)急停按鈕。

【注意事項(xiàng)】關(guān)機(jī)時(shí)要先關(guān)急停按鈕，再關(guān)機(jī)床電源開(kāi)關(guān)，以防止開(kāi)機(jī)時(shí)電流對(duì)數(shù)控面板造成電沖擊。

2.2 回參考點(diǎn)

1）按下“回參考點(diǎn)”按鍵，進(jìn)入回參考點(diǎn)模式。

2）按住X軸正向按鍵不松手，當(dāng)屏幕顯示界面上X后面的圓圈標(biāo)識(shí)由空白圓圈變?yōu)閰⒖键c(diǎn)標(biāo)志“”時(shí)再松開(kāi)，表明X軸回參考點(diǎn)操作已完成。

3）按住Z軸正向按鍵不松手，當(dāng)屏幕顯示界面上Z后面的圓圈標(biāo)識(shí)由空白圓圈變?yōu)閰⒖键c(diǎn)標(biāo)志“”時(shí)再松開(kāi)，表明Z軸回參考點(diǎn)操作已完成。

回參考點(diǎn)界面如圖2所示。

目的：

1）系統(tǒng)通過(guò)回參考點(diǎn)操作以確定機(jī)床原點(diǎn)的位置，從而正確建立機(jī)床坐標(biāo)系；

2）可以消除絲杠間隙的累計(jì)誤差和絲杠螺距。

需要進(jìn)行回參考點(diǎn)操作的情況：首次開(kāi)機(jī)、按下急停按鈕后、機(jī)床故障解除后。

【注意事項(xiàng)】為保證操作安全，防止刀架與尾座相撞，在回參考點(diǎn)時(shí)應(yīng)先沿+X方向回參考點(diǎn)，再沿+Z方向回參考點(diǎn)。

2.3 刀具配置

根據(jù)加工工藝，選擇合適的刀具安裝到自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架上，然后將其用到的參數(shù)創(chuàng)建到數(shù)控系統(tǒng)中。

2.4 激活加工參數(shù)

數(shù)控車(chē)床加工主要包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是主軸帶動(dòng)裝夾工件的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速用S表示，轉(zhuǎn)向采用M3主軸正轉(zhuǎn)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的移動(dòng)，刀具用T表示。激活參數(shù)就是給T、S、M設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行后續(xù)操作。

1）按下“手動(dòng)”鍵或“手輪”鍵，進(jìn)入手動(dòng)或手輪模式。

2）按下T、S、M鍵下方對(duì)應(yīng)的灰色軟鍵，進(jìn)入激活參數(shù)界面，如圖3所示。

3）按下“手動(dòng)”鍵，調(diào)整刀架到安全位置（使刀架處于工件和尾座之間，以防換刀時(shí)發(fā)生碰撞）。

4）輸入換刀、主軸轉(zhuǎn)速、主軸方向三個(gè)指令。

①換刀：輸入需要進(jìn)行對(duì)刀的刀具號(hào)（比如“1”號(hào)刀具）。

②主軸轉(zhuǎn)速：輸入“300”轉(zhuǎn)（根據(jù)加工使用的刀具材質(zhì)和加工零件的材質(zhì)，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，實(shí)訓(xùn)時(shí)轉(zhuǎn)速選擇300轉(zhuǎn)）。

③主軸方向：選擇主軸正轉(zhuǎn)即“M3”（按“選擇”鍵進(jìn)行切換，直到切換為M3為止）。

5）關(guān)上安全門(mén)（以防扳手等工具遺忘在卡盤(pán)上，啟動(dòng)主軸時(shí)飛出傷人），點(diǎn)“循環(huán)啟動(dòng)鍵”執(zhí)行指令。主軸以300轉(zhuǎn)/分的速度開(kāi)始正轉(zhuǎn)，同時(shí)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架轉(zhuǎn)到“1”號(hào)刀位。

2.5 建立工件坐標(biāo)系

工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)使用的，又稱編程坐標(biāo)系，用于描述刀的運(yùn)動(dòng)軌跡。該坐標(biāo)系的原點(diǎn)通常與零件圖紙的尺寸基準(zhǔn)一致，X軸原點(diǎn)一般選在工件的回轉(zhuǎn)中心，Z軸原點(diǎn)選擇在工件的右端面上。實(shí)訓(xùn)時(shí)選用外圓直徑50 mm的尼龍棒，對(duì)于比較簡(jiǎn)單的軸類零件一般以工件右端面回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)建立工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)工件坐標(biāo)系的建立。保證數(shù)控車(chē)床加工質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是對(duì)刀，這是由于數(shù)控車(chē)床本身的加工過(guò)程是按照編制程序進(jìn)行控制的，建立正確合理的工件坐標(biāo)系，是刀具運(yùn)動(dòng)軌跡合理性的保證，也是加工質(zhì)量的保證。

對(duì)刀方式通常有自動(dòng)對(duì)刀儀對(duì)刀和手動(dòng)試切對(duì)刀。本機(jī)床使用手動(dòng)試切對(duì)刀法對(duì)刀。

1）按下“手輪”鍵，切換到手輪工作模式。

2）建立Z軸零點(diǎn)，通過(guò)手動(dòng)切削端面（可切短1 mm），設(shè)置Z0。

①使用手輪控制刀具以×100倍率快速進(jìn)刀，刀尖離端面較近時(shí)改為×10倍率輕觸右端面，當(dāng)?shù)都獬霈F(xiàn)輕微切屑后停下。

②切換坐標(biāo)軸沿+X方向退刀。切換成Z軸，以×10倍率，大手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一圈，選擇背吃刀量（刀尖向-Z方向移動(dòng)1 mm）。

③切換成X軸，以×10倍率，大手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，沿-X方向進(jìn)刀切削端面，至刀尖與右端面旋轉(zhuǎn)中心重合，端面切削完畢。

④按下“測(cè)量刀具”下方對(duì)應(yīng)的灰色軟鍵，進(jìn)入對(duì)刀界面。

⑤按屏幕右側(cè)“測(cè)量Z”鍵，打開(kāi)設(shè)置Z軸坐標(biāo)的頁(yè)面。

⑥在Z0后面橙色方框內(nèi)輸入數(shù)字“0”，按下“設(shè)置長(zhǎng)度Z”鍵，將補(bǔ)償數(shù)據(jù)激活。

⑦沿Z軸以×100倍率順時(shí)針退刀，Z軸零點(diǎn)設(shè)置完成。

車(chē)端面界面如圖4所示。

【注意事項(xiàng)】端面切完后，先不要退刀，讓刀尖貼著端面時(shí)直接輸入Z值“0”。

3）建立X軸零點(diǎn)。通過(guò)手動(dòng)切削外圓（直徑切細(xì)2 mm），設(shè)置X0。

①切換成X軸，使用手輪控制刀具以×100倍率快速進(jìn)刀靠近工件，刀尖離外圓較近時(shí)改為×10倍率輕觸外圓面，當(dāng)?shù)都獬霈F(xiàn)輕微切屑后停下。

②切換成Z軸，以×100倍率，大手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，沿+Z方向退刀，當(dāng)?shù)都鈩傠x開(kāi)工件后停下來(lái)。

③切換成X軸，以×10倍率，大手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一圈，選擇背吃刀量（直徑切2 mm）。

④選擇Z軸，以×10倍率，大手輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將刀尖勻速沿-Z方向進(jìn)刀切削10 mm左右。

⑤沿Z軸以×100倍率順時(shí)針退刀，外圓切削完畢。

⑥按“復(fù)位”鍵停下機(jī)床，用游標(biāo)卡尺測(cè)量剛切完的外圓直徑Φ。

⑦按屏幕右側(cè)“測(cè)量X”鍵，打開(kāi)設(shè)置X軸坐標(biāo)的頁(yè)面。

⑧在Φ后面橙色方框內(nèi)輸入測(cè)量的剛切完的外圓直徑Φ的數(shù)值，按下“設(shè)置長(zhǎng)度X”鍵，激活補(bǔ)償數(shù)據(jù)，X軸零點(diǎn)設(shè)置完畢。

車(chē)外圓界面如圖5所示。這種對(duì)刀方法在機(jī)床斷電重啟后仍不會(huì)改變對(duì)刀值，適用于大批量生產(chǎn)同一種工件，中間關(guān)閉車(chē)床不需要進(jìn)行重新對(duì)刀。

2.6 對(duì)刀驗(yàn)證

對(duì)刀結(jié)束后，需要對(duì)對(duì)刀結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以確保建立正確的工件坐標(biāo)系，保證加工質(zhì)量和加工安全。操作步驟如下。

1）按“MDA”鍵，打開(kāi)“MDI程序段”界面。

2）點(diǎn)擊“刪除文件”軟鍵，清除屏幕內(nèi)容，輸入驗(yàn)證程序：

T1D1（調(diào)用1號(hào)刀具1號(hào)刀沿）

M03S300F1（主軸正轉(zhuǎn)300轉(zhuǎn)/分，指定刀架進(jìn)給速度1 mm/r）

G01Z2

X52（使刀尖移動(dòng)到Z2，X52位置）

M01（暫停觀察刀具位置，點(diǎn)擊“循環(huán)啟動(dòng)”按鍵繼續(xù)執(zhí)行程序）

G01X48

Z-10（車(chē)刀切削棒料長(zhǎng)度為10 mm，直徑為48 mm

一段外圓）

G00X100

Z100（退刀至×100，Z100處）

M05（主軸停止旋轉(zhuǎn)）

M30（程序停止，并返回到程序開(kāi)頭）

用卡尺測(cè)量切削完的外圓直徑，與G01設(shè)定值Φ48 mm相比較。如果結(jié)果一致，表明對(duì)刀無(wú)誤，工件坐標(biāo)系建立正確，可進(jìn)行后續(xù)加工。

【注意事項(xiàng)】機(jī)床的工件坐標(biāo)系設(shè)置錯(cuò)誤極易使機(jī)床在加工過(guò)程中發(fā)生碰撞，機(jī)床碰撞對(duì)機(jī)床的精度是很大的損害，對(duì)于不同材質(zhì)的機(jī)床影響是不一樣的，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于剛性不強(qiáng)的機(jī)床影響比較大。因此，對(duì)于高精度數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，碰撞絕對(duì)要杜絕，對(duì)刀完成后一定要進(jìn)行對(duì)刀驗(yàn)證，以免發(fā)生碰撞。

3 結(jié)論

本文對(duì)數(shù)控車(chē)床基礎(chǔ)操作和加工技巧進(jìn)行分析，使初學(xué)數(shù)控車(chē)床的實(shí)訓(xùn)學(xué)生盡快掌握操作要領(lǐng)，保證實(shí)訓(xùn)安全，提高工件的加工質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、尊重科學(xué)的工程素養(yǎng)。

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作者：王雪梅，山東科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造（266590）。