數(shù)控車床概述

電子工業(yè)出版社2008.6華中數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控車床編程與維護(hù)第1章數(shù)控車床概述

1.1數(shù)控車床的分類與結(jié)構(gòu)

1.2數(shù)控車床的加工特點(diǎn)與加工對(duì)象

1.3車床數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控車床品種繁多，規(guī)格不一，可按如下方法進(jìn)行分類。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)稱為數(shù)控車床，其車床主軸垂直于水平面，并有一個(gè)直徑很大的圓形工作臺(tái)，供裝夾工件用。這類車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。（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。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。1.1數(shù)控車床的分類與結(jié)構(gòu)第1章數(shù)控車床概述

2．按加工零件的基本類型分類

（1）卡盤式數(shù)控車床卡盤式數(shù)控車床未設(shè)置尾座，適合車削盤（短軸類）零件。其夾緊方式多為電動(dòng)或液動(dòng)控制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火長(zhǎng)爪（即軟卡爪）。（2）頂尖式數(shù)控車床頂尖式數(shù)控車床配置有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長(zhǎng)的軸類零件及直徑不太大的盤、套類零件。第1章數(shù)控車床概述3．按功能分類（1）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)行改造后形成的簡(jiǎn)易型數(shù)控車床,適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。（2）普通數(shù)控車床普通數(shù)控車床是根據(jù)車削加工要求，其數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)，自動(dòng)化程度和加工精度比較高，適用于回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。（3）車削加工中心車削加工中心是在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動(dòng)力頭。更高級(jí)的數(shù)控車床帶有刀庫(kù)和換刀機(jī)械手。除可以進(jìn)行一般車削外，還可以進(jìn)行銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。

第1章數(shù)控車床概述

4．按刀架數(shù)量分類（1）單刀架數(shù)控車床單刀架的形式如圖1-1所示。（2）雙刀架數(shù)控車床雙刀架的配置可以是如圖1-2（a）所示的平行分布，也可以是圖1-2（b）所示的相互垂直分布，還可以是同軌結(jié)構(gòu)。第1章數(shù)控車床概述圖1-1基本結(jié)構(gòu)形式的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架圖1-2組合形式的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架

1.1.2數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床的外形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有本質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進(jìn)給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是直接用伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，因而其進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。雖然數(shù)控車床的種類較多，但其結(jié)構(gòu)均主要由車床主體、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三大部分組成。這里著重介紹車床主體的結(jié)構(gòu)。第1章數(shù)控車床概述

1．主軸數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)精度，直接影響零件的加工精度；其功率大小和回轉(zhuǎn)速度，影響加工的效率；其同步運(yùn)行、自動(dòng)變速及定向準(zhǔn)停等功能，影響車床的自動(dòng)化程度。

2．床身及導(dǎo)軌床身除了采用傳統(tǒng)的鑄造床身外，也有采用加強(qiáng)鋼筋板或鋼板焊接等結(jié)構(gòu)的，以減輕結(jié)構(gòu)重量，提高剛度。數(shù)控車床床身上的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌（金屬導(dǎo)軌），也有新型的滑動(dòng)導(dǎo)軌（貼塑導(dǎo)軌）。圖1-3所示的在傾斜床身導(dǎo)軌基體上粘貼塑料面后，切屑不易在導(dǎo)軌面上堆積，減輕了清除切屑的工作。第1章數(shù)控車床概述圖1-3傾斜床身

3．機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)控車床傳動(dòng)鏈作了大幅度的簡(jiǎn)化，而僅保留了縱、橫進(jìn)給的螺紋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)至絲杠間增設(shè)了可消除其側(cè)隙的齒輪副。

4．刀架刀架是數(shù)控車床普遍采用的一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀設(shè)備。刀架的基本結(jié)構(gòu)形式和組合形式分別見(jiàn)圖1-1和圖1-2。

5．輔助裝置數(shù)控車床的輔助裝置較多，除了與普通車床所配備的相同或相似的輔助裝置外，數(shù)控車床還可配備對(duì)刀儀、位置檢測(cè)反饋裝置、自動(dòng)編程系統(tǒng)及自動(dòng)排屑裝置等。第1章數(shù)控車床概述

1.2數(shù)控車床的加工特點(diǎn)與加工對(duì)象第1章數(shù)控車床概述1.2.1數(shù)控車床的加工特點(diǎn)1具有高度柔性在數(shù)控車床上加工零件，主要取決于加工程序。數(shù)控車床適用于零件頻繁更換的場(chǎng)合，即單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。它的應(yīng)用縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝裝備的費(fèi)用。對(duì)于由非圓曲線或列表曲線（如流線型曲線）構(gòu)成其旋轉(zhuǎn)面的零件、各種非標(biāo)準(zhǔn)螺距的螺紋或變螺距螺紋等多種特殊螺旋類零件，以及表面粗糙度要求非常均勻且表面粗糙度值又較小的變徑表面類零件，都可通過(guò)車床數(shù)控系統(tǒng)所具有的同步運(yùn)行及恒線速度等功能保證其精度要求。第1章數(shù)控車床概述2．加工精度高數(shù)控車床的加工精度一般可達(dá)0.01～0.001mm。數(shù)控車床是按數(shù)字信號(hào)形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，則車床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且車床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距的平均誤差可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此數(shù)控車床的定位精度比較高。3．加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠加工同一批零件時(shí)，在同一車床上、在相同加工條件下、使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，即零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。第1章數(shù)控車床概述4．生產(chǎn)率高數(shù)控車床可有效地減少零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，其主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍大，允許車床進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削。數(shù)控車床目前正進(jìn)入高速加工時(shí)代，車床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位及高速切削加工，極大地提高了生產(chǎn)率。另外，配合車削中心的刀庫(kù)使用，實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)車床上進(jìn)行多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品工序間的周轉(zhuǎn)時(shí)間，也提高了生產(chǎn)率。為了進(jìn)一步提高車削加工的效率，可通過(guò)增加車床的控制坐標(biāo)軸，在一臺(tái)數(shù)控車床上同時(shí)加工兩個(gè)多工序的相同或不同的零件，也可實(shí)現(xiàn)一批工序特別復(fù)雜的零件車削加工過(guò)程的自動(dòng)化。第1章數(shù)控車床概述5．改善勞動(dòng)條件在加工前，輸入零件加工程序并啟動(dòng)，數(shù)控車床就能自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。所以，操作者的工作主要是程序的輸入、編輯、裝卸零件、刀具準(zhǔn)備、加工狀態(tài)的觀測(cè)、零件的檢驗(yàn)等，勞動(dòng)強(qiáng)度極大降低，趨于智力型工作。另外，數(shù)控車床一般是封閉加工，既清潔又安全。6．利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化數(shù)控車床的加工是以標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此易于實(shí)現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，目前已和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，成為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

1.2.2數(shù)控車床的加工對(duì)象

與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床比較適合車削具有以下要求和特點(diǎn)的回轉(zhuǎn)體零件。1．精度要求高的零件由于數(shù)控車床的剛性好，制造和對(duì)刀精度高，以及能方便、精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償，甚至自動(dòng)補(bǔ)償，所以它能夠加工尺寸精度要求高的零件，在有些場(chǎng)合可以以車代磨。此外，由于數(shù)控車削時(shí)刀具運(yùn)動(dòng)是通過(guò)高精度插補(bǔ)運(yùn)算和伺服驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，再加上車床的剛性好、制造精度高，所以它能加工對(duì)母線直線度、圓度、圓柱度要求高的零件。第1章數(shù)控車床概述第1章數(shù)控車床概述

第1章數(shù)控車床概述2．表面粗糙度好的回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控車床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因?yàn)檐嚧驳膭傂院?、制造精度高，還由于它具有恒線速度切削功能。數(shù)控車床還適合車削各部位表面粗糙度要求不同的零件，粗糙度小的部位可以用減小進(jìn)給速度的方法來(lái)達(dá)到，而這在傳統(tǒng)車床上是做不到的。3．輪廓形狀復(fù)雜的零件數(shù)控車床具有圓弧插補(bǔ)功能，所以可直接使用圓弧指令來(lái)加工圓弧輪廓。數(shù)控車床也可加工由任意平面曲線所組成的輪廓回轉(zhuǎn)零件，既能加工可用方程描述的曲線，也能加工列表曲線。車削圓柱零件和圓錐零件時(shí)既可選用傳統(tǒng)車床，也可選用數(shù)控車床，但車削復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件時(shí)就只能使用數(shù)控車床。

第1章數(shù)控車床概述4．帶一些特殊類型螺紋的零件數(shù)控車床加工螺紋時(shí)主軸轉(zhuǎn)向不必像傳統(tǒng)車床那樣交替變換，它可以一刀又一刀不停頓地循環(huán)，直至完成，所以它車削螺紋的效率很高。數(shù)控車床還配有精密螺紋切削功能，再加上一般采用硬質(zhì)合金成型刀片，可以使用較高的轉(zhuǎn)速，所以車削出來(lái)的螺紋精度高、表面粗糙度小?？梢哉f(shuō)，包括絲杠在內(nèi)的螺紋零件很適合于在數(shù)控車床上加工。5．超精密、超低表面粗糙度的零件高精度、高功能的數(shù)控車床適合加工要求超高的輪廓精度和超低的表面粗糙度值的零件。以往很難加工的散光用的塑料透鏡，現(xiàn)在也可以用數(shù)控車床來(lái)加工。超精加工的輪廓精度可達(dá)到0.1mm，表面粗糙度可達(dá)0.02mm。超精車削零件的材質(zhì)以前主要是金屬，現(xiàn)已擴(kuò)大到塑料和陶瓷。

1.3車床數(shù)控系統(tǒng)

車床數(shù)控系統(tǒng)不僅具有直線、圓弧和螺紋等基本插補(bǔ)運(yùn)算功能和主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等基本控制功能，還具有滿足不同加工需要的一些特別功能，這些功能分別視不同的數(shù)控系統(tǒng)而定。1．主軸功能主軸除對(duì)車床進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速外，還具有同步進(jìn)給控制、恒線速度控制及最高轉(zhuǎn)速控制等功能。（1）同步進(jìn)給控制在加工螺紋時(shí)，主軸的旋轉(zhuǎn)與刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)必須保持一定的同步運(yùn)行關(guān)系。第1章數(shù)控車床概述

（2）恒線速度控制在車削表面粗糙度要求十分均勻的變徑表面，如端面、圓錐面及由任意曲線構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)面時(shí)，車刀刀尖處的切削速度（線速度）必須隨著刀尖所處直徑的位置不同而相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)整。該功能由G96指令控制其主軸轉(zhuǎn)速按所規(guī)定的恒線速度值運(yùn)行，如G96S200表示其恒線速度值為200m/min。（3）最高轉(zhuǎn)速控制當(dāng)采用G96指令加工變徑表面時(shí)，刀尖所處直徑在不斷變化，當(dāng)?shù)都饨咏ぜS線（中心）位置時(shí)，其直徑接近零，線速度又規(guī)定為恒定值，故主軸轉(zhuǎn)速將會(huì)急劇升高。為預(yù)防因主軸轉(zhuǎn)速過(guò)高而發(fā)生事故，可用G46指令限定其恒線速度運(yùn)動(dòng)中的最高轉(zhuǎn)速，如G46P2000。第1章數(shù)控車床概述

2．自動(dòng)返回參考點(diǎn)功能數(shù)控系統(tǒng)具有刀具從當(dāng)前位置快速返回至參考點(diǎn)位置的功能，其指令為G28，該功能既適用于單坐標(biāo)軸返回，又適用于X和Z兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)返回。3．螺紋車削切能該功能可控制完成各種等螺距（米制或英制）螺紋的加工，如圓柱（右、左旋）、圓錐及端面螺紋等的加工。4．多種循環(huán)切削功能（1）單一固定循環(huán)單一固定循環(huán)包括車削外圓、端面的矩形循環(huán)，車削圓錐面的固定循環(huán)和螺紋切削循環(huán)。（2）多重復(fù)合循環(huán)多重復(fù)合循環(huán)主要有：外圓、端面的粗車循環(huán)、固定形狀的粗車循環(huán)、精車復(fù)合循環(huán)、端面、鉆孔復(fù)合循環(huán)、外圓、車槽復(fù)合循環(huán)等。第1章數(shù)控車床概述

1.3.2常用數(shù)控系統(tǒng)的種類與特點(diǎn)

1

.FANUC數(shù)控系統(tǒng)

FANUC數(shù)控系統(tǒng)目前有0C系列、1x系列。FANUC-0C數(shù)控系統(tǒng)常用的有0T系列和0M系列。0T系列主要用于車削類機(jī)床，可控制2～3個(gè)軸；0M系列主要用于鏜、銑削類機(jī)床，可控制3～4個(gè)軸，具有3軸或5軸聯(lián)動(dòng)功能。FANUC-1x系列（10/11/12/15/16/18）數(shù)控系統(tǒng)屬于高性能數(shù)控系統(tǒng)，具有多主軸、多控制軸控制功能，數(shù)控銑床可以構(gòu)成具有3軸聯(lián)動(dòng)和5軸聯(lián)動(dòng)功能的加工中心，數(shù)控車床可以組成具有C軸、Y軸功能的車削中心。第1章數(shù)控車床概述

2．SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)常用的SIEMERIK802D是西門子公司推出的面向中國(guó)地區(qū)開(kāi)發(fā)的普及型全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用RS-232C接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送及通信聯(lián)網(wǎng)，中英文菜單。

SIEMERIK810和820T/M/G數(shù)控系統(tǒng)多用于小型數(shù)控機(jī)床。SIEMERIK840D/T適用于高自動(dòng)化水平的機(jī)床及柔性制造系統(tǒng)。它除了數(shù)控用CPU之外，還有伺服用CPU及通信用CPU。在實(shí)際使用中，除通信用CPU外，其他CPU均可擴(kuò)展到2～4個(gè)。第1章數(shù)控車床概述

3．華中“世紀(jì)星”數(shù)控系統(tǒng)世紀(jì)星系列數(shù)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)。（1）高可靠性