數(shù)控車床是高精度

1、基礎(chǔ)篇Bl*數(shù)控車廉髏述數(shù)控車床是高精度、高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控車床主要用來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行車 削、鏈削、鉆削、錢削和攻絲等加工。一般能自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋、 槽及端面等切削加工。里、本章要點(diǎn)數(shù)控車床的組成及工作流程數(shù)控車床的分類數(shù)控車床的加工特點(diǎn)i.i數(shù)控車床的組成及工作流程1.1.1 組成及流程概述從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，數(shù)控車床還沒(méi)有脫離普通車床的結(jié)構(gòu)形式，一般主要由程序輸入裝 置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、位置檢測(cè)反饋裝置和車床主體組成。數(shù)控車床的工作流程可以簡(jiǎn)單地分為以下幾步：根據(jù)圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方 案一編寫程序（手動(dòng)或自動(dòng)）一輸入程序一完成相應(yīng)零件的加工。1.1.

2、2 相關(guān)知識(shí)1.1.2.1 數(shù)控車床的組成數(shù)控車床的基本組成如圖l-i所示。1 .輸入裝置數(shù)控程序編制后需要存儲(chǔ)在一定的介質(zhì)上，控制介質(zhì)就是由穿孔帶或磁盤等存儲(chǔ)數(shù)控 程序的介質(zhì)。目前，控制介質(zhì)大致可分為紙介質(zhì)和電磁介質(zhì)兩種，它們相應(yīng)地通過(guò)不同方數(shù)控車床編程與實(shí)訓(xùn)法將程序輸入到數(shù)控裝置中。置伺服系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)裝置k進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置車床主體L版沖編碼器 3主軸 3一工向滑板 4.X向滑場(chǎng)5一1箱進(jìn)納電機(jī)6 一回轉(zhuǎn)萬(wàn)架T.尾座 機(jī)肥循開(kāi)關(guān)圖1-2數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)圖1-1數(shù)控車床原理圖紙帶輸入方法即在專用的紙帶上穿孔，用不同孔的位置組成數(shù)控代碼，再通過(guò)紙帶閱 讀機(jī)將代表不同含義的信息讀入。穿孔紙帶使用IS

3、O和EIA兩種標(biāo)準(zhǔn)信息代碼，數(shù)控機(jī)床能自動(dòng)識(shí)別。手動(dòng)輸入是將數(shù)控程序通過(guò)數(shù)控機(jī)床上的鍵盤輸入，程序內(nèi)容將存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)的存 儲(chǔ)器內(nèi)，使用時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用。 數(shù)控程序的產(chǎn)生由計(jì)算機(jī)編程軟件或手工輸入到計(jì)算機(jī)中， 也可采用機(jī)床與計(jì)算機(jī)通信方式來(lái)傳遞數(shù)控程序到數(shù)控系統(tǒng)中。2 .數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞，一般由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。數(shù) 控裝置是數(shù)控車床的核心部分，它將接收到的數(shù)控程序經(jīng)過(guò)編譯、數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯處理后,輸出各種信號(hào)到輸出接口上。3 .伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng) 通過(guò)接收數(shù)控裝置輸出的各種信號(hào)經(jīng)過(guò)分配、放大、轉(zhuǎn)換

4、等，驅(qū)動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件，完成零件 的切削加工。4 .位置檢測(cè)反饋裝置位置檢測(cè)和速度反饋裝置根據(jù)系統(tǒng)要求不斷測(cè)定運(yùn)動(dòng)部件的位置或速度，并轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)控裝置中，數(shù)控裝置將接收 的信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算，對(duì)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)不斷進(jìn)行補(bǔ)償控制，以保證運(yùn)動(dòng)部 件的運(yùn)動(dòng)精度。5 .車床主體數(shù)控車床的主體由主軸、 床身及導(dǎo)軌、 刀架、尾座和進(jìn)給機(jī)構(gòu)等組成。它們的設(shè) 計(jì)和制造應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、剛性好、制 造精度高、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，這樣才能保 證加工零件的高精度和高效率。如圖1-2所示為數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)。第1章數(shù)控車床概述1.1.2.2數(shù)控車床的工作流程數(shù)控車床的工作流程如圖1-3所示，具體如下。處理一程

5、序設(shè)計(jì)一程序編制指令信息輸入裝置一數(shù)控裝置命令一伺服系統(tǒng)圖1-3數(shù)控車床的工作流程(1)首先根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。(2)用規(guī)定的程序代碼和格式規(guī)則編寫零件加工程序單；或用自動(dòng)編程軟件進(jìn)行 CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。(3)將加工程序的內(nèi)容以代碼形式完整記錄在信息介質(zhì)(如穿孔帶或磁帶)上。(4)通過(guò)閱讀機(jī)把信息介質(zhì)上的代碼轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并輸送給數(shù)控裝置。手工編寫 的程序可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床的操作面板輸入程序；編程軟件生成的程序可通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行 通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的數(shù)控單元( MCU )。(5)數(shù)控裝置將所接收的信號(hào)進(jìn)行一系列處理

6、后，再將處理結(jié)果以脈沖信號(hào)形式向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行的命令。(6)伺服系統(tǒng)接到執(zhí)行的信息指令后，立即驅(qū)動(dòng)車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按照指令的要求進(jìn)行位移，使車床自動(dòng)完成相應(yīng)零件的加工。1.2 數(shù)控車床的分類1.2.1 分類概述數(shù)控車床可分為臥式和立式兩大類，臥式車床又有水平導(dǎo)軌和傾斜導(dǎo)軌兩種。檔次較高的數(shù)控臥車一般都采用傾斜導(dǎo)軌。數(shù)控車床按刀架數(shù)量又可分為單刀架數(shù)控車床和雙刀架數(shù)控車床兩類，前者是兩坐標(biāo)控制， 后者是4坐標(biāo)控制。雙刀架臥車多數(shù)采用傾斜導(dǎo)軌。 數(shù)控車床品種繁多、規(guī)格不一，下面介紹具體分類方法。1.2.2 相關(guān)知識(shí)1.2.2.1 按車床主軸位置分類1 .立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床簡(jiǎn)稱數(shù)控立車，如圖

7、1-4所示。其車床主軸垂直于水平面上一個(gè)直徑很大的圓形工作臺(tái)，用來(lái)裝夾工件。這類機(jī)床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對(duì)較小 的大型復(fù)雜零件。數(shù)控車床編程與實(shí)訓(xùn)2.臥式數(shù)控車床臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床, 其傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。如圖1-5所示。圖1-4立式數(shù)控車床2 .2.2.2按加工零件的基本類型分類3 .卡盤式數(shù)控車床卡盤式數(shù)控車床沒(méi)有尾座，適合車削盤類（含短軸類）零件。夾緊方式多為電動(dòng)或液 動(dòng)控制，卡盤結(jié)構(gòu)大多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪（即軟卡爪）。4 .頂尖式數(shù)控車床頂尖式數(shù)控車床配有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長(zhǎng)的零

8、件及直徑不太大的盤、 套類零件。5 .2.2.3 按刀架數(shù)量分類6 .單刀架數(shù)控車床單刀架數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥式回轉(zhuǎn)刀架或多工位轉(zhuǎn) 塔式自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，如圖 1-6所示。7 .雙刀架數(shù)控車床雙刀架數(shù)控車床的雙刀架配置平行分布，也可以垂直分布，如圖1-7所示。圖1-7雙刀架數(shù)控車床1 .2.2.4按功能分類2 .經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和單片機(jī)對(duì)普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造后形成的第1章數(shù)控車床概述簡(jiǎn)易型數(shù)控車床，成本較低，但自動(dòng)化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工，如圖1-8所示。3 .普通數(shù)控車床普通數(shù)控車

9、床是根據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行專門設(shè)計(jì)并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成 的數(shù)控車床，如圖1-9所示。其數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)，自動(dòng)化程度和加工精度也比較高，適用 于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸，即 X軸和Z軸。圖1-8經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床圖1-9 普通數(shù)控車床4 .車削加工中心車削加工中心為在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上增加了C軸和動(dòng)力頭的更高級(jí)的數(shù)控車床，帶有刀庫(kù)，可控制 X、Z和C 3個(gè)坐標(biāo)軸，聯(lián)動(dòng)控制軸可以是(X, Z)、(X, C)或(Z, C)。由于增加了 C軸和銃削動(dòng)力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增強(qiáng)，除可以進(jìn)行一般車削 外，還可以進(jìn)行徑向和軸向銃削、曲面銃削、中心線不在零件回

10、轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工，如圖1-10 (a)所示為車削中心整體結(jié)構(gòu)，圖 1-10 (b)為車削中心內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖1-10車削加工中心1 .2.2.5按數(shù)控車床的布局分類數(shù)控車床床身導(dǎo)軌與水平面的相對(duì)位置如圖 1-11所示，它有4種布局形式，如圖1-11 (a) 所示為平床身，圖1-11 (b)所示為斜床身，圖1-11 (c)所示為平床身斜滑板， 圖1-11 (d) 所示為立床身。數(shù)控車床編程與實(shí)訓(xùn)水平床身的工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架 的運(yùn)動(dòng)精度，一般可用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。但是水平床身由于下 部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，

11、刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較長(zhǎng)，從而加 大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。數(shù)控車床水平床身如圖 1-12所示。水平床身配置傾斜放置的滑板，并配置傾斜式導(dǎo)軌防護(hù)罩，這種布局形式一方面有水 平床身工藝性好的特點(diǎn)，另一方面機(jī)床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小，且排屑方 便。水平床身配上傾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型數(shù)控車床普遍 采用。這兩種布局形式的特點(diǎn)是排屑容易，熱鐵屑不會(huì)堆積在導(dǎo)軌上，也便于安裝自動(dòng)排 屑器；操作方便，易于安裝機(jī)械手以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化；機(jī)床占地面積小，外形簡(jiǎn)單、美觀, 容易實(shí)現(xiàn)封閉式防護(hù)。如圖 1-13所示為數(shù)控車床傾斜床身。圖1-12 數(shù)控車床水平床身圖1-13

12、數(shù)控車床傾斜床身斜床身其導(dǎo)軌傾斜的角度分別為30°、45°、60°、75°和90° （稱為立式床身，如圖1-14所示），若傾斜角度小，排屑不便；若傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性差，受力情況也 差。導(dǎo)軌傾斜角度的大小還會(huì)直接影響機(jī)床外形尺寸高度與寬度的比例。綜合考慮上面的 因素，中小規(guī)格數(shù)控車床的床身傾斜度以60°為宜。圖1-14 立式床身第1章數(shù)控車床概述2 .2.2.6 按伺服控制方式分類3 .開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床沒(méi)有位置檢測(cè)及反饋裝置，通常用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入的 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算發(fā)出脈沖指令，使步進(jìn)電機(jī)軸轉(zhuǎn)過(guò)一

13、個(gè)角度，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)把步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的直線移動(dòng)，移動(dòng)部件的移動(dòng)速度和位移量由輸入脈 沖的頻率和脈沖數(shù)量決定。4 .閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測(cè)及反饋裝置，其位置檢測(cè)及反饋裝置采用直線位移檢 測(cè)元件，直接安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上，并將測(cè)量結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中。通過(guò)反饋 可消除從電動(dòng)機(jī)到機(jī)床移動(dòng)部件整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。5 .半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床在電機(jī)的端頭或絲杠的端頭安裝檢測(cè)元件（如感應(yīng)同步器或光電 編碼器等），通過(guò)檢測(cè)其轉(zhuǎn)角來(lái)間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。由于 大部分機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路

14、內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。其控制精 度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，但調(diào)試比較方便，因而被廣泛采用。1.3 數(shù)控車床的加工特點(diǎn)1.3.1 特點(diǎn)概述數(shù)控車床是在普通車床的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，數(shù)控車床加工有普通車床無(wú)法比擬的特 點(diǎn)，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.3.2 相關(guān)知識(shí)1.3.2.1 數(shù)控車床的特點(diǎn)1 .傳動(dòng)鏈短與普通車床相比，主軸驅(qū)動(dòng)不再是電機(jī)一一皮帶一一齒輪副機(jī)構(gòu)變速，而是采用橫向 和縱向進(jìn)給分別由兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)完成，不再使用掛輪、離合器等傳動(dòng)部件， 傳動(dòng)鏈大大縮短。2 .剛性高為了與數(shù)控系統(tǒng)的高精度相匹配，數(shù)控機(jī)床的剛性也高，以便適應(yīng)高精度的加工。3 .輕拖動(dòng)刀架移動(dòng)采用滾珠絲杠副，

15、摩擦小，移動(dòng)輕便。絲杠兩端的支撐是專用軸承，其壓力 角比普通軸承大，在出廠時(shí)便選配好；數(shù)控車床的潤(rùn)滑部分采用油霧自動(dòng)潤(rùn)滑，這些措施 都使數(shù)控車床移動(dòng)輕便。數(shù)控車床編程與實(shí)訓(xùn)1 .3.2.2 數(shù)控車床的加工特點(diǎn)2 .自動(dòng)化程度高可以減輕操作者的體力勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)控加工過(guò)程是按輸入的程序自動(dòng)完成的，操作者 只需開(kāi)始時(shí)對(duì)刀、裝卸工件、更換刀具，加工過(guò)程中，主要觀察和監(jiān)督機(jī)床運(yùn)行即可。但 是由于數(shù)控機(jī)床的技術(shù)含量高，操作者的腦力勞動(dòng)強(qiáng)度也相應(yīng)提高。3 .加工的零件精度高、質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度都很高，較容易保證一批零件尺寸的一致性，只 要工藝設(shè)計(jì)和程序正確合理，加上精心操作，就可以保證

16、零件獲得較高的加工精度，也便 于對(duì)加工過(guò)程實(shí)行質(zhì)量控制。4 .生產(chǎn)效率高數(shù)控機(jī)床加工時(shí)能在一次裝夾中加工多個(gè)加工表面，而且一般只檢測(cè)首件，所以可以 省去普通機(jī)床加工時(shí)的很多中間工序，如劃線、尺寸檢測(cè)等，減少了輔助時(shí)間和機(jī)動(dòng)時(shí)間。而且由于數(shù)控加工出的零件質(zhì)量穩(wěn)定，所以也為后續(xù)工序帶來(lái)方便，綜合效率明顯提高。5 .便于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和改型數(shù)控加工一般不需要很多復(fù)雜的工藝裝備，通過(guò)編制加工程序就可把形狀復(fù)雜和精度要求 較高的零件加工出來(lái)。當(dāng)產(chǎn)品改型、更改設(shè)計(jì)時(shí)，只需要改變程序，而不需要重新設(shè)計(jì)工裝。所 以，數(shù)控加工能大大縮短產(chǎn)品研制周期，為新產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品的改進(jìn)、改型提供了捷徑。6 .初始投資較大初始投資較大是由于數(shù)控機(jī)床設(shè)備費(fèi)用高，首次加工準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)，維修成本高等因 素造成。7 .維修要求高數(shù)控機(jī)床是技術(shù)密集型的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品，需要維修人員既懂機(jī)械，又懂微電子 維修方面的知識(shí)，同時(shí)還要配備較好的維修裝備。1.4 本章精華回顧1 .數(shù)控車床一般主要由程序輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)