数控车削程序编制与调试最新章节_朱勇著

任务2.1
认识数控车床仿真系统

【任务描述】

如图 2-1-1 所示，在刀架 1、3、5、7 位置，分别安装外圆刀具、切槽刀具、螺纹刀具和内孔镗刀。刀具规格：

T01 号位刀具：外圆右向 93°车刀，刀尖 35°刀片，刃长 16 mm，刀尖半径 0.4 mm，刀具长度 60 mm；

T03 号位刀具：方头切槽刀片，宽度 3 mm，刀尖半径 0.2 mm，切槽深度 8 mm，刀具长度60 mm；

T05 号位刀具：60°螺纹刀，刃长 11 mm，刀具长度 60 mm；

T07 号位刀具：刀尖角度 55°内孔刀具，刃长 11 mm，刀尖半径 0.4 mm，最小直径 21 mm，主偏角 93°。

图 2-1-1 刀具选择

【学习要点】

1.了解数控加工仿真技术及仿真软件在教学中的应用现状。

2.掌握仿真软件的公共操作部分。

3.掌握软件中视图、工件、刀具、测量等操作方法。

【相关知识】

1）仿真软件安装与运行

（1）仿真软件简介

数控加工仿真系统是基于虚拟现实的仿真软件。本书介绍的仿真软件由“上海宇龙软件工程有限公司”研制开发。该软件针对国内外常用的FANUC、SIMENS、华中等数控系统。“数控加工仿真系统”可以实现对数控车床、数控铣床和加工中心加工全过程的仿真，包括：毛坯定义与夹具，刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和调试，加工仿真以及各种错误加检测功能。本书主要针对FANUC 0i标准车进行介绍。

（2）仿真软件的安装与卸载

①仿真软件的安装。

本系统的安装可分为两个部分：加密锁管理软件和数控仿真软件的安装。

根据计算机的操作系统执行相应目录下的Setup. exe： Windows 2000 在“\数控加工仿真系统\2000”目录下；Windows XP在“\数控加工仿真系统\xp”目录下。

②仿真软件的卸载。

a.打开“开始”\“设置”\“控制面板”的“添加\删除程序”；

b.选中程序列表中的“数控加工仿真系统”；

c.点击“添加\删除（R）…”即可删除本程序。

（3）仿真软件的运行

在局域网中选择一台机器作为教师机，是授课教师使用的数控加工仿真系统。一个局域网内只能有一台教师机，将加密锁安装在教师机相应接口。其他机器作为学生机，学生机通常由学生使用。

①启动加密锁管理程序。

用鼠标左键依次点击“开始”\“程序”\“数控加工仿真系统”\“加密锁管理程序”。加密锁程序启动后，屏幕右下方的工具栏中将出现“ ”图标。

②数控加工仿真系统的运行。

依次点击“开始”\“程序”\“数控加工仿真系统”\“数控加工仿真系统”，系统将弹出“用户登录”界面。此时，可以通过点击“快速登录”按钮进入数控加工仿真系统的操作界面或通过输入用户名和密码，再点击“登录”按钮，进入数控加工仿真系统。

2）仿真机床基本操作及工件测量

（1）软件功能操作

仿真系统操作界面如图 2-1-2 所示，顶部是软件功能操作的主菜单和图标。有文件（ F ）、视图（ V ）、机床（ M ）、零件（ P ）、测量（ T ）等主菜单，每个主菜单有相应的子菜单。本节只介绍主菜单和工具栏，数控机床仿真操作界面将在后面作讲解。

图 2-1-2 仿真系统操作界面

①主菜单。

主菜单是一个下拉式菜单，常用主菜单与子菜单见表 2-1-1。

表 2-1-1 常用的主菜单与子菜单

续表

②工具。

工具栏中图标与主菜单中子菜单名称的对应关系见表 2-1-2。

表 2-1-2 工具栏中图标含义

（2）视图的基本操作

①视图变换的选择。

在工具栏中选择工具图标，分别对应于菜单“视图”下拉菜单的复位、局部放大、动态缩放、动态平移、动态旋转、绕 X 轴旋转、绕 Y 轴旋转、绕 Z 轴旋转、左侧视图、右侧视图、俯视图、前视图。或者可以将光标置于机床显示区域内，点击鼠标右键，在弹出的浮动菜单中进行相应选择。将光标移至机床显示区，拖动鼠标，进行相应操作。

②控制面板切换。

在“视图”菜单或浮动菜单中选择“控制面板切换”，或在工具条中点击“ ”，即完成控制面板切换。

③“选项”对话框。

在“视图”菜单或浮动菜单中选择“选项”或在工具条中选择“ ”，在对话框中进行设置。其中，透明显示方式可方便观察内部加工状态；“仿真加速倍率”中的速度值用以调节仿真速度，有效数值范围从 1 到 100。如果选中“对话框显示出错信息”，出错信息提示将出现在对话框中。否则，出错信息将出现在屏幕的右下角。

（3）数控机床系统的选择

打开菜单“机床”\“选择机床…”，在选择机床对话框中选择控制系统类型和相应的机床并按确定按钮。

（4）数控车床工件的装夹和刀具选择

数控加工仿真系统，可以实现对数控车床毛坯定义、刀具定义与选用、零件模型的导入与导出、零件的放置与调整以及车床刀具的选择和安装等。

①定义毛坯。

打开菜单“零件”\“定义毛坯”或在工具条上选择“ ”，系统打开如图 2-1-3 所示对话框。

图 2-1-3 定义“圆柱形”和“U形”毛坯

②导出零件模型。

导出零件模型的功能是把经过部分加工的零件作为成型毛坯予以单独保存。如图 2-1-4所示，此毛坯已经过部分加工，称为零件模型，可通过导出零件模型功能予以保存。

图 2-1-4 零件模型

图 2-1-5 导出零件模型

图 2-1-6 导入零件模型

打开菜单“文件”\“导出零件模型”，如图 2-1-5 所示，系统弹出“另存为”对话框，在对话框中输入文件名，点击保存按钮，此零件模型即被保存，可在以后需要时调用。文件的后缀名为“. PRT”，请不要更改后缀名。

③导入零件模型。

打开菜单“文件”\“导入零件模型”，如图 2-1-6 所示，若已通过导出零件模型功能保存过成型毛坯，则系统将弹出“打开”对话框，在此对话框中选择并且打开所需的后缀名为“. PRT”的零件文件，则选中的零件模型被放置在三爪卡盘上。

④放置零件。

打开菜单“零件\放置零件”命令或者在工具条上选择图标“ ”，系统弹出操作对话框。在列表中点击所需的零件，选中的零件信息加亮显示；按下“安装零件”按钮，系统自动关闭对话框，零件将被放到机床卡盘上。

⑤调整零件位置。

零件可在卡盘上移动，毛坯放卡盘后，系统将自动弹出一个小键盘。按动小键盘上的方向按钮，可实现零件的平移、旋转或车床零件调头。小键盘上的“退出”按钮用于关闭小键盘。选择菜单“零件”\“移动零件”也可以打开小键盘。请在执行其他操作前关闭小键盘。

⑥车床刀具的选择和安装。

打开菜单“机床”\“选择刀具”或者在工具条中选择“ ”，系统弹出刀具选择对话框。数控车床允许同时安装 8 把刀具（后置刀架），如图 2-1-7 所示；或者 4 把刀具（前置刀架），如图 2-1-8 所示。

a.选择、安装车刀。

◆在刀架图中点击所需的刀位。该刀位对应程序中的T01 ~ T08（T04）。

刀具安装-摆放垫铁

刀具安装-螺钉安装

刀具安装-回转中心

◆选择刀片类型。

◆在刀片列表框中选择刀片。

◆选择刀柄类型。

◆在刀柄列表框中选择刀柄。

b.变更刀具长度和刀尖半径。

刀具安装-刀尖高度

刀具安装-端面不平

“选择车刀”完成后，该界面的左下部位显示出刀架所选位置上的刀具。其中显示的“刀具长度”和“刀尖半径”均可以由操作者修改。

c.拆除刀具。

在刀架图中点击要拆除刀具的刀位，点击“卸下刀具”按钮。

d.确认操作完成。

图 2-1-7 后置刀架刀具选择

图 2-1-8 前置刀架刀具选择

（5）车床工件测量

数控加工仿真系统提供卡尺以完成对工件的测量。如果当前车床上有工件且工件不处于正在被加工的状态，菜单选择“测量\坐标测量”，弹出对话框如图 2-1-9 所示。

图 2-1-9 车床工件测量对话框

对话框上半部分的视图显示了当前机床上零件的剖面图。坐标系水平方向以零件轴心为 Z 轴，向右为正方向，默认工件最右端中心记为原点，拖动可以改变 Z 轴的原点位置，垂直方向为 X 轴，显示零件的半径刻度。 Z 方向、 X 方向各有一把卡尺用来测量两个方向上的投影距离。

①选择一条线段。

在列表中点击选择一条线段，当前行变蓝，视图中将用黄色标记出此线段在零件剖面图上的详细位置。

②设置测量原点。

拖动，改变测量原点。拖动时在虚线上有一黄色圆圈在 Z 轴上滑动，遇到线段端点时，跳到线段端点处，如图 2-1-10 所示。

图 2-1-10 设置测量原点

图 2-1-11 显示卡盘

③视图操作。

选择对话框中“放大”或者“移动”可以使光标在视图上拖动时做相应的操作，完成放大或者移动视图。点击“复位”按钮，视图恢复到初始状态。

选中“显示卡盘”，视图中用红色显示卡盘位置，如图 2-1-11 所示。

④卡尺测量。

在视图的 X ， Z 方向各有一把卡尺，可以拖动卡尺的两个卡爪测量任意两位置间的水平距离和垂直距离。移动卡爪时，延长线与工件焦点由变为，卡尺位置为线段的一个端点，用同样的方法使另一个卡爪处于端点位置，就可测出两端点间的投影距离，此时卡尺读数为 45.000。通过设置“游标卡尺捕捉距离”，可以改变卡尺移动端查找线段端点的范围。点击“退出”按钮，即可退出此对话框。

【任务实施】

1）打开选择刀具对话框

打开菜单“机床”\“选择刀具”或者在工具条中选择“ ”，系统弹出刀具选择对话框。数控车床允许同时安装 8 把刀具（后置刀架），如图 2-1-12 所示。

2）安装T01 号位外圆车刀

①在“选择刀位”中点击 1 号刀位，该刀位对应程序中的T01。

②在“选择刀片”中点击 35°刀片类型。

③在“刀片参数”中选择序号 3 所示刀片参数。

外圆车刀

图 2-1-12 后置刀架刀具选择

④在“选择刀柄”中选择第二把外圆刀柄。

⑤在“刀具名称”中选择序号 2 外圆右向横柄。

3）安装T03 号位切槽车刀

①在“选择刀位”中点击 3 号刀位，该刀位对应程序中的T03。

②在“选择刀片”中点击定制行第七把切槽刀片类型。

外切槽刀

内切槽刀

③在“刀片参数”中选择序号 4 所示刀片参数。

④在“选择刀柄”中选择第一把外圆刀柄。

⑤在“刀具名称”中选择序号 2 外圆右向横柄。

4）安装T05 号位外螺纹刀

①在“选择刀位”中点击 5 号刀位，该刀位对应程序中的T05。

②在“选择刀片”中点击 60°刀片类型。

外螺纹刀

内螺纹刀

③在“刀片参数”中选择序号 1 所示刀片参数。

④在“选择刀柄”中选择第一把外圆刀柄。

⑤在“刀具名称”中选择序号 1 外螺纹柄。

5）安装T07 号位内孔车刀

①在“选择刀位”中点击 7 号刀位，该刀位对应程序中的T07。

②在“选择刀片”中点击 55°刀片类型。

③在“刀片参数”中选择序号 2 所示刀片参数。

④在“选择刀柄”中选择第六把内孔刀柄。

内孔车刀

⑤在“刀具名称”中选择序号 2 内孔柄。

⑥刀具全部安装完成，点击“确定”，如图 2-1-13 所示，四把刀具已安装在刀架上。

6）变更刀具长度和刀尖半径

①“选择车刀”完成后，该界面的左下部位显示出刀架所选位置上的刀具。

②点击“刀具长度”和“刀尖半径”均可修改。

7）拆除刀具

①“选择车刀”完成后，该界面的左下部位显示出刀架所选位置上的刀具。

图 2-1-13 后置刀架刀具安装

②在刀架图中点击要拆除刀具的刀位，点击“卸下刀具”按钮。

③点击“确定”，完成刀具拆除。

【任务拓展】

数控加工工艺文件是把数控机床加工的内容用文字形式规定而形成的文件，其中包括数控机床加工工序、走刀路线等工艺文件，数控加工工艺文件是编写加工程序的依据。这些工艺文件在生产中不得随意更改，必须严格执行，只有这样才能稳定生产，保证产品加工质量。

1）数控加工工艺过程

（1）工艺过程

工艺过程是指原材料经过加工变为成品的过程。

机械加工工艺过程是指改变毛坯的尺寸、形状、位置、表面质量或材质使之变为成品的加工过程。

（2）工序

工序是指一个（或一组）工人，在一台机床（或一固定工作地），对一个（或几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。

工序是组成工艺过程的基本单元，工序划分可按粗、精加工来划分，也可按采用不同的刀具来划分，还可按切削加工不同的表面来划分。

（3）工步

工步是指加工表面、切削工具和切削用量中转速与进给量保持不变情况下所连续完成的那一部分工序内容。

数控加工中用一把刀具采用相同的切削用量对若干个完全相同的表面进行连续加工时，为简化工序内容，通常把其看作成一个工步。

（4）走刀

走刀是指刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步内容。

（5）安装

安装是指工件在夹具中定位与夹紧的过程。

安装也是工序中的一部分内容。一个工序中可以多次安装，但多一次安装就多一次安装误差，故在数控加工中应尽量减少安装次数。

（6）工位

工位是指一次安装中，工件在夹具或机床中所占据一个确定的加工位置。

工位是安装中的一部分内容，利用数控回转工作台，可以实现工件在一次安装中获得多个工位，这样减少了安装次数与安装误差，提高了生产效率。

2）基准的概念

（1）设计基准

在零件图上，用于确定其他点、线、面位置的基准为设计基准。如轴类零件的轴线，形状对称的中心线均可作为零件的设计基准。

（2）工艺基准

零件在加工、测量、装配过程中，或在工艺文件上所采用的基准称为工艺基准。

①定位基准。在零件加工时，使零件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准称为定位基准。定位基准有定位平面、定位孔与定位销等。

②测量基准。在检验零件时，测量已加工表面的尺寸与位置所采用的基准称为测量基准。

③装配基准。装配时确定零件在部件或产品中相对位置所用的基准称为装配基准。

3）定位基准要求

①定位基准要求与设计基准、工序基准以及编程基准统一。

②定位基准的设定满足工序集中的原则。

③工件按定位基准定位，避免人工调整工件位置。

确定定位基准是制定数控加工工艺文件的一项重要工作，它直接影响零件加工的顺序与质量。

4）加工顺序的安排

制定数控加工工艺要遵循以下几个原则：

①先主后次的原则。区分零件的主要加工面与次要加工面，先考虑主要加工面的加工，次要加工面穿插在主要加工面的工序之中。

②先粗后精的原则。按粗加工、半精加工、精加工次序对零件进行加工。

③基面先行的原则。零件加工时需要有正确的定位基准，定位基准直接影响零件的加工精度。在加工工艺中，第一道工序先安排加工精基准面（加工此面时只能以粗基准定位，粗基准只能使用一次）。

④先面后孔的原则。由于孔加工刀具的刚性差，在孔加工时，刀具入口表面不平整会引起刀具振动，刀具轴线偏移，甚至造成刀具刃口崩裂，如果先面后孔可避免上述缺陷。

5）轴类零件车削工艺分析

如图 2-1-14 所示。此轴首选工艺应考虑长工件一次装夹完成外圆、螺纹加工，有利于保证工件的同轴度要求。采用调头装夹方法，先加工零件螺纹，调头装夹时会压坏已加工的螺纹，因此，应先考虑加工零件的圆柱体部分，后加工零件的螺纹。轴类零件的加工工艺分析见表 2-1-3。

图 2-1-14 轴类零件

表 2-1-3 轴类零件加工工艺分析

【评价反馈】

任务评价，见表 2-1-4。

表 2-1-4 任务评价表

说明：教师就单个项目、活动或任务设计评分量表，可任意组合自评、互评、师评等评价方式，设置不同评价方式的权重并量化评价维度，明确评价具体要求。

【每课一练】

一、判断题

（）1.对刀的目的就是确定刀具的刀位点在工件坐标系中的当前坐标值，对刀方法一般有试切对刀法、夹具对刀元件间接对刀法、多刀相对偏移对刀法。

（）2.目前常用的对刀仪是机外刀具预调测量仪和机内激光自动对刀仪。

（）3.对刀器有光电式和指针式之分。

（）4.在数控程序调试时，每启动一次只进行一个程序段的控制称为计划暂停。

（）5.刀具参数输入包括刀库的刀具与刀具号对应设定、刀具半径和长度的设定。

二、单选题

1.数控车床屏幕上菜单中英文词汇“FEED”所对应的中文词汇是（）。

A.切削液

B.急停

C.进给

D.刀架转位

2.数控车床屏幕上菜单中英文词汇“SPINDLE”所对应的中文词汇是（）。