掌握数控车床操作面板的方法和技巧

【任务描述】

本任务按安全操作规程、日常维护与保养要求进行车床的操作、维护和保养；观察数控车床，熟悉数控车床操作面板各按键的位置和作用；操作数控车床，控制刀架移动，认识数控车床各个坐标轴；通过观察坐标值的变化，认识数控车床相关坐标系以及各坐标系间的相互关系。

通过数控车床MDI面板建立一个新程序，输入给定的程序，并对程序进行调用、检验和修改操作；结合程序结构、组成和编程指令等相关知识的学习，解读给定的程序。

【任务目标】

知识目标：了解坐标系的概念及机床回参考点的意义。

技能目标：能熟练操作FANUC系统数控车床的操作面板和控制面板。

情感目标：严格遵守安全文明操作规程，树立安全意识，提高职业素养。

【任务实施及相关知识】

1.认识数控车床

数控是数字化控制的简称。带有数控装置的机床称为数控机床。数控车床是数控机床的一种，是采用数控系统控制的车床，其数控系统通过控制车床X、Z坐标轴的电动机来带动车床运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再加上对主轴的转速和转向的控制，从而自动加工出各种不同形状的轴类和盘类回转体零件。

（1）数控系统 能按照零件加工程序的数字信息指令控制机床完成零件加工的一种控制系统，是数控机床的核心组成部分。

（2）数控程序 输入数控系统中的、使数控机床按一定的加工轨迹执行一个确定工作任务的、具有特定代码和其他符号编码的一系列指令，称为数控程序。

（3）数控编程 编制程序时，编程人员应对图样规定的技术要求、零件的几何形状、尺寸精度要求等内容进行分析，确定加工方法和加工路线，再进行数学计算，获得刀具轨迹数据，然后按数控机床规定的代码和程序格式，将被加工工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、切削参数以及辅助功能（如换刀、主轴正、反转和切削液开、关等）信息编制成加工程序，并输入数控系统，由数控系统控制机床自动地进行加工。

数控车床除了可以完成普通车床能够加工的轴类和盘套类零件的加工外，还可以加工各种形状复杂的回转体零件，如复杂曲面，也可以加工各种螺距甚至变螺距的螺纹。如图1-1所示为常见的车削应用。数控车床一般应用于精度较高、批量生产的零件，以及各种形状复杂的轴类和盘套类零件。

数控车床的布局形式与普通车床基本一致，但数控车床的刀架和导轨布局形式有很大变化，直接影响着数控车床的使用性能及机床的结构和外观。此外，数控车床上都设有封闭的防护装置。

数控车床可以根据主轴位置、刀架形式、控制方式及系统功能进行分类。数控车床的分类及特点见表1-1。

图1-1 常见车削应用

a）车中心孔 b）钻孔 c）车孔 d）铰孔 e）车端面 f）车外圆 g）车成形面 h）车锥面 i）车锥孔 j）车螺纹 k）攻螺纹 l）车槽与车断

表1-1 数控车床的分类及特点

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典型卧式数控车床CAK6140dj/1000的主要规格参数见表1-2。

表1-2 卧式数控车床CAK6140dj/1000的主要规格参数

注意：数控车床的主要技术规格因生产厂家而有所不同，阅读时应注意不同机床技术参数的区别。数控车床型号标记CAK6140dj/1000中字母和数字的含义如下：

①机床类别代号（车床类）；

②生产厂家代号；

③机床结构特性代号（数控）；

④机床组代号（卧式车床组）；

⑤机床系代号（卧式车床系）；

⑥主参数代号（最大车削长度ϕ400mm）；

⑦系统代号（FANUC系统）；

⑧防护形式（半封闭）；

⑨主参数代号（最大工件长度1000mm）。

注意：机床型号标记可查阅我国颁布的最新机床型号标准GB/T 15375—2008《金属切削机床 型号编制方法》的相关内容。

图1-2 FANUC 0i Mate TD系统的数控操作面板

1—电源控制区 2—数控系统面板 3—机床控制面板

图1-3 电源控制区

2.认识数控车床操作面板

数控车床的生产厂家众多，其数控系统与机床操作面板各异。作为数控车床操作人员，在操作机床加工零件前，必须熟练掌握机床的数控系统与操作面板各部分的含义和功能。图1-2所示为FANUC 0i Mate TD系统的数控操作面板，通常包括电源控制区、数控系统面板和机床控制面板三个部分。

注意：因厂家不同，数控车床的数控操作面板结构也不尽相同，请注意区别。

（1）电源控制区 主要用于机床数控系统的电源开启与关闭。系统上电的操作步骤如下：

1）打开机床电源开关（机床左侧）。

2）按下图1-3所示的电源控制区上的[POWER ON]绿色按键，启动数控系统。

3）按顺时针方向旋转电源控制区的红色[紧急停止]按钮。

4）按下MDI编辑器上的[RESET]功能键，消除报警状态。

（2）数控系统面板 主要用于在程序编辑与调试、对刀参数输入、机床当前加工状态的实时监控、机床维修参数修改等过程中实现人机对话。

图1-4所示为FANUC 0i Mate TD数控系统面板。该面板上包括了软键、软盘插口、显示器和MDI编辑器等部件。可结合MDI编辑器，操作常用功能键，观察显示器上呈现的数据信息。

图1-4中的MDI编辑器（Manual Data Input——人工数据输入）是数控车床编程、参数补正、坐标系设定等操作的主要部件。该部件上有很多功能键，各功能键的名称与作用见表1-3。

图1-4 FANUC 0i Mate TD数控系统面板

1—软键 2—软盘插口 3—显示器 4—MDI编辑器

表1-3 FANUC 0i Mate TD数控系统MDI编辑器功能键的名称与功能

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1）认识位置功能键[POS]。

①将机床控制面板的[工作方式]负载开关旋转到[手动]位置。

②按MDI编辑器上的[POS]键，显示器上出现数控车床当前坐标值。

③按显示器下侧文字[综合]下面对应的软键，则显示器上出现车床刀架当前的相对坐标值、绝对坐标值和综合坐标值，如图1-5所示。

④按显示器下侧文字[绝对]下面对应的软键，则显示器上出现车床刀架当前的绝对坐标值，如图1-6所示。

⑤按显示器下侧文字[相对]下面对应的软键，则显示器上出现车床刀架当前的相对坐标值，如图1-7所示。

图1-5 按[POS]键后显示器在[综合]软键下的示值

图1-6 按[POS]键后显示器在[绝对]软键下的示值

图1-7 按[POS]键后显示器在[相对]软键下的示值

⑥按照上述方法，分别按[手轮]与[（操作）]软键，观察显示器上坐标示值的变化。

⑦移动刀架，图1-5中显示器的X、Z、U、W坐标值将随刀架位置的不同而不同。

2）认识程序功能键[PROG]。

①将机床控制面板的[工作方式]负载开关旋转到[编辑]位置。

②按MDI编辑器上的[PROG]功能键，显示器出现如图1-8所示的界面。

③利用MDI编辑器输入“O0001”，然后按[INSERT]功能键，显示器上出现“O0001”的程序头。

④继续利用MDI编辑器输入“EOB”，按[INSERT]功能键观察光标的位置变化。

图1-8 按[PROG]键后显示器的界面显示

⑤输入指令“N10 T0101”和“EOB”，按[INSERT]功能键。

⑥继续利用MDI编辑器输入“N20 M03 S1000；”等指令。

⑦将加工程序单O1001的程序内容输入完整，最后按[RESET]功能键，观察显示器上程序的变化，如图1-9所示。

3）认识刀具偏置设定键[OFS/SET]。

①按下刀具偏置设定键[OFS/SET]。

②分别按下显示器下部的[形状]或[磨损]软键，显示器分别出现[形状]界面与[磨损]修正界面，如图1-10所示。

图1-9 输入O1001程序

图1-10 按[OFS/SET]键后显示器界面显示

a）[形状]软键下的界面 b）[磨损]软键下的界面

③按显示器底部[坐标系]下的软键，显示器出现机床工件坐标系选择界面，观察其中G54、G55和G56后面的数据特点。

（3）机床控制面板 主要用于操作数控车床，包括操作模式选择、主轴旋转与刀架移动操作、主轴倍率与刀架移动速率调节等。

如图1-11所示为FANUC 0i Mate TD数控系统配备的机床控制面板，其上配有电源控制、工作方式（MODE）、主轴与进给倍率等开关以及单段执行、主轴正反转等触摸键。通过这些开关与按键，可以进行简单的操作，从而直接控制机床实现主轴转动、刀架快慢速移动、换刀等动作及MDI模式下的单段加工等功能。机床控制面板的各功能键、开关名称与功能的详细介绍见表1-4。

图1-11 FANUC 0i Mate TD系统数控车床控制面板

表1-4 机床控制面板功能键的名称与功能

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1）工作方式选择。图1-12所示为机床控制面板上的[工作方式]选择开关，这是数控系统操作与机床控制最重要的开关，其功能分类见表1-5。

图1-12 [工作方式]选择开关

表1-5 [工作方式]选择开关的功能分类

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2）刀架移动与换刀。利用按键或手轮控制刀架移动是在数控车床上调整刀架与工件的位置，进行零件加工前的对刀和试切削等必备的技能。

①用按键控制刀架移动。

A.关闭安全防护门，通过窥视孔观察刀架。

B.将机床控制面板的[工作方式]开关旋到[手动]位置。

C.按触摸键[X↑]或[X↓]，观察刀架的移动方向与速度。

D.分别将快速移动触摸键[快速]与[X↑]按下或快速移动触摸键[快速]与[X↓]同时按下，再观察刀架的移动方向与速度。

②用手轮控制刀架移动。

A.关闭安全防护门，通过窥视孔观察刀架。

B.把机床控制面板的[工作方式]选择开关分别旋到[×1]、[×10]或[×100]挡位置。

C.按触摸键[X↑]或[X↓]。

D.用顺时针或逆时针方式旋转手轮，观察刀架分别在[×1]、[×10]、[×100]或[×1000]四个不同挡位的移动方向与速度。

E.按触摸键[Z→]或[Z←]。

F.用顺时针或逆时针方式旋转手轮，观察刀架分别在[×1]、[×10]、[×100]或[×1000]四个不同挡位的移动方向与速度。

③刀架换刀操作。

A.关闭安全防护门，通过窥视孔观察刀架。

B.将[工作方式]选择开关旋到[手动]位置。

C.按[换刀]键，观察刀具的旋转方向与对应刀位。

D.将[工作方式]选择开关旋到[MDI]位置。

E.在程序编辑栏左下角内输入以下内容：

O0001；

M03 S600；

T0300……(www.xing528.com)

F.按[循环启动]键，观察换刀的情况。

注意：使用触摸键控制刀架移动时，手指不能离开键，否则刀架就会停下来。通常，如果换刀时刀架不转动，说明刀架正好是当前位置，可以通过更换刀位来验证。

（4）机床回零。数控车床开机后，在准备装夹工件或刀具，进行刀具补偿或解除紧急停止状态后、重新开始加工前，必须执行机床回零操作，即刀架返回机床参考点。回参考点的目的是为了建立数控机床坐标系，并确定机床原点。

机床回零时一般先回X轴，再回Z轴，否则刀架可能与尾座发生碰撞。为防止缓冲过快导致车床误差较大或引起超程等现象，回零时倍率开关一般调低。手动回零的操作步骤如下：

1）关闭安全防护门。

2）将[工作方式]选择开关旋到[回零]位置（此时指示灯亮）。

3）选择合适的回零倍率，以控制回零点时坐标轴的移动速度。

4）先回X轴：按住控制面板上的[X↓]键，直到X轴回零指示灯亮为止；再回Z轴：按住控制面板上的[Z→]键，直到Z轴回零指示灯亮为止。

5）观察刀架回零后，机床控制面板上的指示灯情况。

注意：即使机床已进行回零操作，如出现下面几种情况，仍需重新回零。

①机床关机后重新接通电源。

②机床解除急停状态后。

③机床超行程解除后。

④机床在“机床锁住”状态下进行程序的空运行操作后。

⑤若机床带有绝对位置检测器，则不必进行回零操作。

手动回零操作不慎会使刀架电动机与尾座产生碰撞，从而造成刀架换刀电动机损坏。为了避免此现象的发生，可以在MDI工作方式下输入指令“G28 U0 W0”，从而使刀架准确、安全地到达参考点位置。

（5）主轴启动与停止

1）关闭安全防护门。

2）将[工作方式]选择开关旋到[手动]或[×1]、[×10]与[×100]挡位置。

3）分别按[主轴正转]与[主轴反转]触摸键，使机床主轴实现正转或反转。

4）当需要停止主轴转动时，按[主轴停止]键。

3.认识数控车床坐标系

（1）数控车床坐标系 数控车床的加工是由数控系统执行程序完成的，程序要告诉系统工件在车床坐标系中的位置和方向，所以坐标系的确定与使用非常重要。数控车床坐标系用右手笛卡儿坐标系作为标准确定，如图1-13和图1-14所示。

数控车床坐标系假定工件静止，刀具相对于工件移动。数控车床只有两根轴，即X轴和Z轴，X方向和Z方向如图1-15所示。数控车床平行于主轴方向即纵向为Z轴，垂直于主轴方向即横向为X轴；刀具远离工件方向为正方向，刀具靠近工件方向为负方向。

图1-13 笛卡儿坐标系

图1-14 数控车床坐标系

图1-15 数控车床坐标系

a）前置刀架车床 b）后置刀架车床

1）机床原点。数控车床坐标系的原点又称为机床原点或机床零点。它是一个固有的点，通常由机床制造厂确定。它是数控车床建立测量机床运动坐标的基准参考点。数控车床原点的位置大多规定在主轴轴心线与装夹盘端面的交点上。

2）机床参考点。一般增量式数控车床数控装置通电时并不知道机床原点。为了在机床工作时正确建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内用行程开关设置一个物理位置，该位置与机床原点的位置是相对固定的，也是在机床出厂前由机床制造厂精密测量确定的，这个点称为机床参考点（测量起点）。机床启动时首先要进行机动或手动的回参考点，以建立机床坐标系。机床原点实际上是通过返回（或称寻找）机床参考点来确定的。

3）回零的意义。车床坐标系是以车床参考点为零点建立起来的坐标系。开机后回零可建立车床坐标系，同时可消除屏幕显示的随机动态坐标，使车床有绝对坐标基准。在连续重复的加工后，回零操作可消除进给运动部件的坐标累积误差。

4）限位和行程。数控车床的行程就是其最大工作区域。由于数控车床的加工范围有限，为了防止刀架脱离导轨，导致超程，所以在车床的X轴和Z轴的正、负方向安装有限位开关，车床只能在限位以内工作。

（2）编程（工件）坐标系 使用数控机床加工工件时，工件可以通过卡盘夹持于车床坐标系下的任意位置。这样一来，在车床坐标系下编程很不方便，所以编程人员在编写零件加工程序时通常根据零件图样及加工工艺等选择一个工件坐标系，又称编程坐标系。这个坐标系一般供编程使用，确定坐标系时不必考虑工件毛坯在车床上的实际装夹位置，如图1-16所示。对车床而言，工件坐标系原点一般选在工件轴线与右端面或左端面的交点上，以便于对刀和测量工件的长度。如果是左右对称的零件，可取其对称面与Z轴的交点作为工件原点，以便采用同一个程序对工件进行调头加工。

工件坐标系只是编程人员在零件图上建立的坐标系。当工件装夹到机床上后，工件坐标系即处于机床坐标系的某个确定位置，但数控车床系统并无其相关位置信息。从理论上讲，数控车床系统只要知道工件坐标系原点在机床坐标系中的位置，即可将工件坐标系与机床坐标系关联起来，从而在机床坐标系中设定出工件坐标系，如图1-17所示。

图1-16 工件编程坐标系

图1-17 工件编程坐标系与机床坐标系的关系

4.数控程序的输入和检验

使用数控机床加工工件时，首先需要创建程序，然后利用该程序运转数控机床。将数控程序输入数控装置的方法一般有两种：一种方法是手动输入，即操作者可以利用机床上的显示屏及键盘输入加工程序指令，控制机床的运动；另一种方法是控制介质输入，对于配置有计算机软驱或数据接口的数控机床，可以将存储在磁盘上的程序通过软驱或数据线输入到数控系统中。对于比较短的程序，一般可采用在数控机床键盘上进行手动输入的方法。

对于创建好的程序，必须校验其正确性，可用图形模拟功能在画面上显示程序的刀具轨迹。如果轨迹错误，所绘出的轨迹便会与工作图不同；如果程序语法或指令出错，程序会停止在错误指令的位置，并显示报警代码。

（1）创建新程序

1）将机床控制面板的[工作方式]旋钮转到[编辑]位置。

2）按MDI编辑器上的[PROG]功能键。

3）用数据键输入“O0001”，然后按[INSERT]功能键。

4）按[EOB]功能键，再按[INSERT]功能键换行，显示器上显示一个空程序，如图1-18所示。

图1-18 程序的输入

5）输入“N10 T0101”，然后按[EOB]功能键，再按[INSERT]功能键换行。

6）输入“N20 M03 S1000”，然后按[EOB]功能键，再按[INSERT]功能键换行。

7）参照步骤5）、6）的操作，依次输入剩余的程序段，完成“O0001”程序的输入。

8）按[RESET]功能键，使光标返回到程序的起始位置，如图1-19所示。

（2）程序编辑

1）如果要查找程序中的“地址”或“字”，输入要搜索的“地址”或“字”后，按光标移动键[↓]，在光标所在位置后检索。

图1-19 零件数控加工程序的输入

2）如果输入到临时内存中的“字”有错误，则把光标移动到错误的“字”下，然后输入正确的“字”，再按[ALTER]键替换；或者先按[DELET]键删除错误的“字”，然后输入正确的“字”，再按[INSERT]键替换。

3）如果某程序段中少了一个“字”，先将光标移到所需位置的前一个“字”下，输入漏输的“字”，再按[INSERT]键插入。

（3）图形模拟

1）将[工作方式]选择开关转到[编辑]位置。

2）按MDI编辑器上的[PROG]功能键。

3）输入“O0001”，然后按光标移动键[↓]，导出加工程序。

4）按[RESET]功能键，使光标返回到程序的起始位置。

注意：如果程序O0001为当前程序，则可省略步骤1）～3）；如果光标在程序起始位置，可省略步骤4）。

5）将[工作方式]选择开关转到[自动]位置。

6）按图形显示键[CSTM GRPH]，再按下[参数]软键，显示图形参数画面，如图1-20所示，将光标移动到所需设定的参数处，输入数据后按[INPUT]键。将“毛坯长”设为60，“毛坯直径”设为40（图形参数画面共有3项功能，一般情况下设置“毛坯长”和“毛坯直径”两个参数即可，有些机床还需设置比例）。

7）按下[图形]软键，显示X-Z坐标，如图1-21所示。

8）按[机床锁住]键设定机床锁住状态（指示灯亮），按[循环启动]键启动自动运行，在画面上绘出刀具的运动轨迹，如图1-22所示。

图1-20 图形参数画面

图1-21 X-Z坐标显示

图1-22 刀具的运动轨迹

注意：机床锁住时，刀具不移动而仅执行绘图操作。若未设定机床锁住状态，必须先完成对刀设置，否则会导致撞刀事故。

图1-23 操作者的着装规范

5.数控车床安全操作与保养

（1）安全操作规程

1）遵循各不同实训场地的安全规定。要穿好工作服，衣袖口要扎紧，衬衫要系入裤内。女同学要戴帽子，并将发辫纳入帽内，操作者的着装规范如图1-23所示。

2）开动车床前，要检查车床电气控制系统是否正常、润滑系统是否畅通、油质是否良好，并按规定加足润滑油，检查各传动部件是否正常，确认无故障后，才可正常使用。

3）严禁在标示的危险区域或其附近奔跑、嬉戏及进行其他不安全的活动。

4）机器未完全停止前，禁止用手触摸任何转动的机件，禁止拆卸零件或更换材料。

5）禁止拆卸机器上的零件及防护装置，进行必要的维修作业后必须复原。

6）严禁戴手套操作机器，避免误触其他开关造成危险。

7）禁止用潮湿的手触摸开关，避免短路及触电。

8）禁止非专业人员操作或维修机台。

9）禁止将工具、工件和材料随意放置在机器上，尤其是工作台上。

10）未详读操作手册或未确定了解所有按钮功能及机器功能特性前，禁止单独操作数控机床。

11）禁止不按标准程序操作，或随意触动开关。

12）非必要时，操作者切勿擅改软件设定参数或其他任何电子零件的设定值，若必须更改时，务必将原参数值记录存查，以便于以后故障维修时参考。

13）熟悉数控车床的动力控制开关，尤其是紧急停止开关的位置须特别牢记。

14）电源或动力源发生异常或断电时，应将主电源关掉；当操作结束操作人员要离开机床时，主电源也需关掉。

15）开机后禁止用手或其他任何导电的东西去触摸控制器及操作箱内部或变压器等高电压元件。

16）在维护或维修作业时，必须确认所有人员均已离开危险区，才可以启动机器。

（2）工作前的检查

1）每天做好各导轨面的清洁润滑，有自动润滑系统的车床要定期检查、清洗自动润滑系统，检查油量，及时添加润滑油，检查油泵是否定时启动泵油及停止。

2）每天检查主轴箱自动润滑系统的工作是否正常，定期更换主轴箱润滑油。

3）检查电气柜中的冷却风扇是否工作正常，风道过滤网有无堵塞，并清洗黏附的尘土。

4）检查冷却系统，检查液面高度，及时添加油或水，油、水脏时要更换。

5）检查主轴驱动带，调整其松紧程度。

6）检查导轨镶条的松紧程度，调节其间隙。

7）检查车床液压系统油箱和液压泵有无异常噪声，工作液面高度是否合适，压力表指示是否正常，管路及各接头有无泄漏。

8）检查导轨和车床防护罩是否齐全有效。

9）检查各运动部件的机械精度，减少形状和位置偏差。

（3）操作注意事项

数控车削加工可分为加工前准备、加工过程中和加工后三个阶段，每个阶段的工作注意事项如下。

1）加工前的注意事项。

①机床回原点时先回X轴，再回Z轴，以免刀架碰撞尾座。

②当使用堆高机、吊车或相类似设备时，小心不要损坏机器护罩。

③注意工、量具的摆放，特别是是否在装夹工件后取下卡盘钥匙。

④在操作按钮时请先确定是否正确，并检查夹具是否安全牢靠。

⑤程序调试完成后，必须经指导教师的同意方可按步骤操作，不允许跳步骤执行，未经指导教师许可，不可擅自操作或违章操作。

⑥加工前注意[空运行]按键功能是否取消，没取消请及时取消。

2）加工过程中的注意事项。

①加工零件时，必须关上防护门，不准把头、手伸入防护门内，加工过程中不允许打开防护门。

②加工过程中，操作者不得擅自离开机床，应观察机床的运行状态，保持思想高度集中。

③不要用手接触铁屑或主轴鼻端，清理铁屑时应使用专用拉丝勾。

④禁止用手或其他任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部件。

⑤加工过程中严禁测量工件。

3）完成加工后的注意事项。

①当更换工件时，注意使工件与刀具间保持一段适当的距离，并停止机器运转。

②用手拿刚加工完的工件时，注意工件烫手或毛刺割手。

③工作完毕应做好清理工作，并关闭电源。

④清扫机床时，注意铁屑分类存放。

（4）日常保养 每天下班前做好车床的清扫工作，清除铁屑，擦净导轨部位的切削液，防止导轨生锈。数控车床的日常保养见表1-6。

表1-6 数控车床的日常保养一览表