模块一认识数控机床

1、模块一 认识数控机床任务一 数控机床的类型一、学习目标【职业知识目标】1.掌握各类数控机床的组成2.熟悉数控机床常见类型【职业技能目标】1.能辨别数控机床属于哪种类型2.能说明数控机床各部分的名称【职业素养目标】1.在学习过程中，体现出小组团结协作意识，爱岗敬业的精神；2.培养学生综合的职业素养、认真负责的工作态度和较强的语言表达能力；3.培养7s或10S管理习惯和理念。友情提示：建议完成本部分学习任务为2学时二、任务准备场景描述：1.工作对象（设备）：各种类型数控机床若干。2.工具材料：教师准备好学生要填写的考核表格序号姓名项目任务评价总成绩自我评价教师评价12345任务流程：工作准备知识准

2、备实施过程教学评价拓展训练三、知识链接1.数控机床的类型数控机床的分类如下：（1）按工艺用途分类常用的数控机床有数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控钻床、数控齿轮加工机床、数控雕刻机等。（2）按运动方式分类点位控制数控机床：数控装置要求精确地控制刀具相对于工件从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度。数控机床的点位控制系统控制刀具相对于工件的定位点的坐标位置，而对定位移动的轨迹并无要求，因为刀具在定位移动过程中不进行切削加工。如数控钻床、数控镗床等。二维轮廓控制：数控机床不仅要求具有准确的定位功能，而且要求从一点到另一点按直线运动进行切削加工。其路线一般是由各轴线平行的直线段组成；运动时的

3、速度是可以控制的，对于不同的刀具和工件，可以选择不同的切削用量。如数控车床、数控铣床等。三维轮廓控制：又称连续控制或多坐标联动数控机床，其数控系统控制几个坐标轴同时协调运动(即坐标轴联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，进行连续切削加工。这类数控机床不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能按需要严格控制刀具移动轨迹，以加工任意斜率的直线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线或曲面。数控系统控制几个坐标按需要的函数关系同时协调运功，称之为坐标联动。按照联动轴数分为2轴联动、2.5轴联动、3轴联动、4轴联动、5轴联动等数控机床。2.5轴联动是3个主要坐标控制轴(X、Y、Z)中，任意

4、两个轴联动，而另一轴是点位或点位直线控制。这一类数控机床包括：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。（3）按控制方式分类按伺服系统控制的类型数控机床可分为开环、闭环和半闭环系统。开环控制系统开环数控系统的工作原理如图1.1所示。开环数控系统没有测量反馈装置，数控装置发出的指令信号流是单向的，控制指令直接通过步进驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统（滚珠丝杠螺母副）转化成刀架或工作台的轨迹方向位移距离，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，其精度主要取决于步进驱动系统的性能。工作台步进电机进给脉冲步进电动机功率放大器数控装置齿轮副图1.1 开环数控系统的结构图半闭环

5、控制系统半闭环数控系统工作原理如图1.2所示，半闭环数控系统的位置测量装置（编码器）安装在伺服电动机转动轴上或丝杆的端部，即反馈信号取自电动机轴或丝杆上，而不是机床的最终运动部件。由于伺服电动机采样的是旋转角度而不是检测工作台的实际位置，故丝杠的螺距误差和齿轮或同步带轮等引起的误差都难以消除。半闭环数控系统环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此系统控制性能较稳定。工作台数控装置伺服放大器伺服电机位置检测装置齿轮副反馈脉冲图1.2半闭环数控系统结构图闭环控制系统全闭环数控系统工作原理如图1.3所示。这类数控机床装有位置测量反馈装置（光栅尺）。加工中直接安装在机床移动部件上的位移测量装置随时不

6、断地测量机床移动部件的实际位移，并将测量到的实际位移值反馈到CNC单元中，具有很高的位置控制精度。工作台数控装置伺服放大器伺服电机齿轮副位置检测装置反馈脉冲图1.3 闭环数控系统的结构图控制方式数控机床不同开环数控系统没有反馈环节，精度相对较低，应用的是步进电动机；半闭环数控系统具有反馈环节，反馈信号取自电动机轴或丝杆上，不是机床的最终部件上，是速度反馈；全闭环数控系统具有位置测量反馈装置，直接安装在机床移动部件上，是位置反馈。 1.数控机床有哪些分类形式？2.数控机床有哪几种类型？请写在表格里。3.按控制方式分的数控机床类型有哪些？各自的特点是什么？ 3、G75指令主要适合加工哪些类型的槽？

7、4、用G75指令切槽，是怎样实现进退刀的？有什么好处？5、G75指令格式中各参数值的单位是什么？课堂互动2.数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元及检测装置、伺服驱动和反馈装置、辅助控制装置以及机床本体等部分，数控装置是数控系统的核心。如图1.4所示。进给伺服单元输入和输出机床本体主轴单元数控装置图1.4 （a） 数控车床的组成 （b） 数控铣床的组成 1.信息输入或输出:信息传输是通过输入/输出装置进行的，其作用是进行数控加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入、输出。2.数控装置：是数控系统的核心，由输入/输出

8、接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组成。数控装置的作用是将输入装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定的动作。3.进给伺服单元：由伺服放大器（亦称驱动器）和执行机构及反馈装置等部分组成。在数控机床上，目前一般都采用交流伺服电动机作为执行机构，也有用直流伺服电动机的；在先进的高速加工机床上，使用直线电动机。检测装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，其作用是通过现代化的测量元件：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅尺、磁尺和激光测量仪等，将执行元件（如刀架或工作台等）的实际位移的速度和位移量检测出来，反馈到伺服驱动

9、装置或数控装置，并补偿进给的速度或执行机构的运动误差，以达到提高运动机构精度的目的。4.机床本体：就是数控机床的机械结构件，包括床身、箱体、立柱、导轨、工作台、主轴、进给机构、刀具交换机构等5.辅助控制装置： 是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制部件。辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置、排屑、防护系统等部分组成。其主要作用是接受数控装置输出的主轴转速、转向和启停指令；刀具选择交换；冷却、润滑装置的启停指令；工件和机床部件的松开、夹紧工作台转位等辅助指令信号，以及机床上检测开关的状态等信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的执行元件，带动机床机械部件、液压气动等

10、辅助装置完成指令规定的动作。1.数控机床有哪几部分组成？2.数控机床各组成部分的作用有哪些？ 3、G75指令主要适合加工哪些类型的槽？4、用G75指令切槽，是怎样实现进退刀的？有什么好处？5、G75指令格式中各参数值的单位是什么？课堂互动 四、实施步骤（教学流程）学生自评互评、教师点评学生讲台讲解学生分组讨论图例教师讲解提示五、评价方式学生自评、小组之间互评，最后教师点评，成绩列入平时考核成绩。六、拓展训练：10S管理简介1.10S管理内容有：整理(SEIRI)、整顿(SEITON)、清扫(SEIS0)、清洁(SEIKETSU)、素养(SHITSUKE)、安全(SAFETY)、 节约（SAVI

11、NG)、速度（SPEED）、服务(SERVICE)、坚持（Shikoku）因其日语的罗马拼音均以“S”开头，因此简称“10S”2.现场管理10S简明概要 （1）整理(SEIRI) 将工作场所的所有物品分为必要与非必需要的，除必要的留下外，其余都除掉。（2）整顿(SEITON) 把需要的物品加以定位摆放并放置整齐，加以标示。（3）清扫(SEISO)  将工作场所内看得见与看不见的地方打扫干净，对设备工具等进行保养，创造顺畅的工作环境。（4）清洁(SEIKETS)  维持上面3S的成果，使职工身处干净、卫生的环境而甚觉无比自豪和产生无比干劲。（5）

12、素养(SHITSUKE)  培养每位成员养成良好的习惯，并按规则做事和积极主动、诚信工作和诚信做人的精神。 （6）安全(SAFETY)  保障员工的人身安全和生产的正常运行，做到“不伤害自己，不伤害他人，不被他人和机器伤害”，减少内部安全事故的发生。（7）节约(SAVING)  减少库存，排除过剩生产，避免半成品成品库存过多，压缩采购量、消除重复采购，降低生产成本。（8）速度(SPEED)  选择合适的工作方式，充分发挥机器设备的作用，共享工作成果，集中精力从而达到提高工作效率的目的。（9）服务(SERVICE) 将服务意识与工厂企业文化完美结

13、合起来，灌输到每一个员工脑子里，使他们在日常的行为准则里潜移默化的体现出“为工厂，为他人”的自我服务意识。（10）坚持(SHIKOKU) 也属于工厂员工自我素质和修养的范畴，就是通过对工人的言传身教，使员工自觉树立在任何困难和挑战面前都要形成永不放弃，永不抛弃的坚持到底的顽强拼搏的工作意志。任务二 数控机床的结构特点一、学习目标【职业知识目标】1.掌握数控车床和数控铣床的结构特点2.熟悉数控机床的特点【职业技能目标】1.能说明数控车床和铣床的结构特点2.能知道数控机床的特点【职业素养目标】1.在学习过程中，体现出小组团结协作意识，爱岗敬业的精神；2.培养学生综合的职业素养、认真负责的工作态度和

14、较强的语言表达能力；3.培养10S管理习惯和理念。友情提示：建议完成本部分学习任务为2学时二、任务准备场景描述：1.工作对象（设备）：数控车床和数控铣床若干。2.工具材料：教师准备好学生要填写的考核表格序号姓名项目任务评价总成绩自我评价教师评价12345任务流程：工作准备知识准备实施过程教学评价拓展训练三、知识链接（一）数控机床的特点1.数控机床的设计特点 采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短；为了使连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小；更多地采用高效率、高精度的传动部件，如滚珠丝杠、直线滚动导轨等；加工中心带有刀库、自动换刀装置；采用辅助装

15、置，冷却、排屑、防护、润滑、储运等装置。2.数控机床的加工特点 主要有以下几个方面： （1）加工精度高、质量稳定 数控加工是用数字程序控制实现自动加工，在加工过程中排除了人为误差因素，数控机床传动系统及机床结构都有很高的刚度和热稳定性，可以提高零件加工精度和产品质量。 （2）生产效率高、经济效益好 数控机床加工零件粗加工时可以进行大切削用量的强力切削，移动部件的空行程时间短，工件装夹时间短，更换零件时几乎不需要调整机床，有效地缩短了加工时问。同时，由于数控机床对市场需求响应快，生产效率高，使总成本下降，可获得良好的经济效益。 （3）对加工对象的适应性强 数控机床改变加工零件时，只需改变加工程序

16、，特别适合于单件、小批量、加工难度和精度要求较高的零件的加工。 （4）自动化程度高，劳动强度低 数控机床加工是自动进行的，工件加工过程不需要人工干预，且自动化程度较高，大大改善了操作者的劳动强度。 （5）有利于现代化管理 数控加工技术的应用，使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)的一体化成为现实，宜于实现现代化的生产管理。 （6）具有很强的通信功能 数控机床通常具有RS232接口，有的还备有DNC接口，可与CADCAM软件的设计与制

17、造相结合。高档机床还可与MAP(制造自动化协议)相连，接入工厂的通信网络，适应于FMS、CIMS的应用要求。 当然，数控机床在应用中也有其不足之处： 初期投资大；维护费用高；对操作者的技能水平及管理人员的素质要求较高。因此，应合理地选择与使用数控机床，提高经济效益。3.数控机床的结构特点 为了保证高精度、高效率的加工，数控机床的结构应具有以下特点。 （1）高刚度和高抗振性 由于数控机床经常在高速和连续重载切削条件下工作，所以要求机床的床身、工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件均需有很高的刚度，工作中应无变形和振动。例如，床身各部分合理分布加强筋，以承受重载与重切削力；工作台与拖板应具有足够的刚性

18、，以承受工件重量，并使工作平稳；主轴在高速下运转，应具有较高的径向扭矩和轴向推力；立柱在床身上移动时应平稳，且能承受大的切削力；刀架在切削加工中应平稳而无振动等。 （2）高灵敏度 数控机床在加工过程中，要求运动部件具有高的灵敏度。导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，在低速运动时无爬行现象。由电动机驱动，经滚珠丝杠或静压丝杠带动数控机床的工作台、刀架等部件的移动，主轴既要在高刚度、高速下回转，又要有高灵敏度，因而多数采用滚动轴承和静压轴承。（3）热变形小 为保证部件的运动精度，要求机床的主轴、工作台、刀架等运动部件的发热量要小，以防止产生热变形。为此，立柱一般采取双壁框

19、式结构，在提高刚度的同时使零件结构对称，防止因热变形而产生倾斜偏移。通常采用恒温冷却装置，减!p主轴轴承在运转中产生的热量。为减少电动机运转发热的影响，在电动机上安装有散热装置和热管消热装置。 （4）高精度保持性 在高速、强力切削下满载工作时，为保证机床长期具有稳定的加工精度，要求数控机床具有较高的精度保持性。除了应正确选择有关零件的材料，以防止使用中的变形和快速磨损外，还要求采取一些工艺性措施，如淬火、磨削导轨、粘贴抗磨塑料导轨等，以提高运动部件的耐磨性。 （5）高可靠性 数控机床应能在高负荷下长时间无故障地连续工作，因而对机床部件和控制系统的可靠性提出了很高的要求。柔性制造系统中的数控机床

20、可在24小时运转中实现无人管理，可靠性显得更为重要。为此除保证运动部件不出故障外，频繁动作的刀库、换刀机构、托盘、工件交换装置等部件，必须保证能长期而可靠地工作。 （6）工艺复合化和功能集成化 所谓“工艺复合化”，简单地说，就是“一次装夹、多工序加工”。“功能集成化”主要是指数控机床的自动换刀机构和自动托盘交换装置的功能集成化。随着数控机床向柔性化和无人化发展，功能集成化的水平更高地体现在工件自动定位、机内对刀、刀具破损监控、机床与工件精度检测和补偿等功能上。 由于生产率发展的需要，数控机床的机械结构随着数控技术的发展，两者相互促进，相互推动，发展了不少不同于普通机床的、完全新颖的机械结构和部

21、件。数控机床的特点数控机床的设计特点数控机床的加工特点数控机床的结构特点 数控机床的设计特点数控机床的加工特点数控机床的结构特点 3、G75指令主要适合加工哪些类型的槽？4、用G75指令切槽，是怎样实现进退刀的？有什么好处？5、G75指令格式中各参数值的单位是什么？课堂互动（二）数控车床的结构及特点1.数控卧式车床的基本构成与特点 数控卧式车床由数控系统和机床本体组成。机床本体包括床身、主轴箱、刀架、尾座、纵横向驱动装置、冷却系统、液压系统、润滑系统和安全保护系统等。数控机床的各机械部件相互协调，组成一个复杂的机械系统，在数控系统的指令控制下，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面和圆柱螺纹

22、、锥螺纹等的切削加工，并能进行切槽、切断、钻孔、扩孔和铰孔等工作。 数控卧式车床具有的结构特点： 1)采用高性能的主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗震性好及热变形小等优点。 2)进给伺服传动采用高性能传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点。 3)高档数控车床有较完善的刀具自动变换和管理系统，工件在车床上一次安装后，能自动地完成工件多道加工工序。（1）按数控系统的功能分类经济型数控车床经济型数控车床一般是在普通车床基础上进行改进设计的，一般采用步进电机驱动的开环伺服系统。此类车床结构简单，价格低廉，但无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速切削等功能，如图2.1所示。 图2.1 经济型数控车床

23、全功能型数控车床 全功能型数控车床，一般采用闭环或半闭环控制系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度和高效率等特点，如图2.2所示。图2.2 全功能型数控车床车削中心车削中心是在全功能型数控车床基础上发展而来的。它的主体是全功能型数控车床，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，可实现多工序的车、铣复合加工。在工件一次装夹后，它可完成对回转体类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序，其功能全面，加工质量和速度都很高，但价格也较贵，如图2.3所示。图2.3 车削中心FMC车床FMC(Flexible Manufacturing Cell)车床实际上是一个由数控车床、机

24、器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化，如图2.4所示。图2.4 FMC车床 （2）按主轴的配置形式分类卧式数控车床 即主轴轴线处于水平位置的数控车床，如图2.1和图2.2所示。立式数控车床 即主轴轴线处于垂直位置的数控车床，如图2.5所示。此外，还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床，如图2.6所示。 图2.5 立式数控车床图2.6 双主轴车床（3）按数控系统控制的轴数分类两轴控制的数控车床 机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。四轴控制的数控车床 机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴控制。（4）其他分类方法按加工零件的

25、基本类型分为卡盘式数控车床、顶尖式数控车床；按数控系统的不同控制方式分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；按性能可分为多主轴车床、双主轴车床、纵切式车床、刀塔式车床、排刀式车床等。2.数控车床的组成 数控车床一般由以下几个部分组成: （1）车床主机主机是数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。（2）数控系统数控系统是数控车床的控制核心，其主体是一台计算机 (包括CPU、存储器、CRT等)。（3）伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱动电路和伺服驱动装置两大部分组成。驱动装置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动

26、机或交、直流伺服电动机等。（4）辅助装置 辅助装置是数控车床中一些为加工服务的配套部分，如液压、气动装置，冷却、照明、润滑、防护和排屑装置等。从总体上看，数控车床其结构由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。数控车床采用伺服电动机(步进电动机)经滚珠丝杠传到滑板和刀架，以连续控制刀具实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。数控车床主轴安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步齿形带1:1的传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持同步关系，就可以实现螺纹加工时主轴旋转1周，刀架Z向移动一个导程的运动关系。其

27、结构大为简化，精度和自动化程度大大提高。3. 数控车床的布局形式 数控车床的主轴、尾座等部件相对于床身的布局形式与卧式车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本的变化，这是因为其直接影响数控车床的使用性能及机床的结构和外观所致。数控车床上都设有封闭的防护装置。(1)床身和导轨的布局 (1)床身和导轨的布局 数控车床的床身导轨与水平面的相对位置有多种形式，如图2.7所示，它有四种布局形式:图2.7(a)为水平床身，图2.7(b)为斜床身，图2.7(C)为平床身斜滑板，图2.7(d)为立床身。（a） （b） （c） （d）图 2.7数控车床布局(a)水平床身 (b)斜床身 (c)平床身斜滑板

28、(d)立床身水平床身 水平床身配置水平滑板，其工艺性能好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸来看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较大，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。斜床身 斜床身配置斜滑板，这种结构的导轨倾斜角度多采用30°、45°、60°、75°和90°。倾斜角度小，排屑不便；倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。导轨倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度和宽度的比例。综合考虑上面的诸因素，中小规格的数控车床，其

29、床身的倾斜度以60°为宜。平床身斜滑板水平床身配置倾斜放置的滑板，通常配置有倾斜式的导轨防护罩，一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。一般被中小型数控车床所普遍采用。立床身立床身配置90°的滑板，即导轨倾斜角度为90°的滑板结构称为立床身。 数控卧式车床按其导轨类型可分为平床身数控车床和斜床身数控车床。（1）斜床身数控车床斜床身数控车床的导轨是倾斜布置的，如图1.1所示。其特点是主机床身采用整体铸造成形，床身导轨采用45°或60°倾斜布局，具备较高的刚性和抗热变形性，排屑方便，加工精度较高

30、，能进行复杂的轴类及盘类零件的车削加工。图1.1 GVL46BC斜床身数控车床(2)平床身数控车床 它的床身导轨为水平，其工艺性好，便于导轨面的加工。平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。平床身下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。但是，相对于斜床身数控车床来说，平床身数控车床价格比较便宜。本书以大连机床集团制造的CKA6150为例进行详细介绍。图1.2 CKA6150平床身数控卧式车床整体外观 CKA6150数控卧式车床为纵(Z)、横(X)两坐标控制的数控卧式车床。床

31、身上最大回转直径为500mm，能够对各种加工范围内的轴类和盘类零件自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角等工序的切削加工，并能完成公制直螺纹、端面螺纹及英制直螺纹和锥螺纹等各种车削加工。CKA6150数控卧式车床可选用FANUC、西门子、大连数控、华中世纪星等国内外知名公司的数控系统，对工件进行多次重复循环加工。适于多品种、中小批量零件的加工，对复杂、高精度零件尤能显示其优越性。其整体外观见图2.2所示。2数控卧式车床主要部件的作用与特点111109876CKA6150数控卧式车床的基本组成如图23所示。121615141354321图2.3 CKA6150数控卧式车床的基本组成

32、1-前床腿 2-主电动机 3-床身 4-主轴箱 5-电气柜 6-全封闭防护 7-卡盘 8-床鞍及横向驱动9-刀架10-尾座 11-操纵箱12-集中润滑站 13-冷却水箱14-后床腿15-纵向驱动16-接屑盘(1)床身 床身固定在前后床腿上，是整个机床的基础。在床身上安装机床的各部件，并使它们在工作时保持准确的位置。床身也是机床的基本支承体。 CKA6150的床身采用HT300材料进行整体铸造成型，床身导轨为一大山型导轨和一平导轨组合，供床鞍纵向移动用，使床鞍获得良好的导向性。另外一小山型导轨和一平导轨供尾座移动用。导轨均采用中频淬火磨削工艺，淬硬层深23mm，硬度达52 HRC以上，直接提高了

33、导轨的耐用度。前后床腿为整台机床的支承与基础，所有机床部件均安装于其上，主电动机与冷却箱置于前后床腿内部。床身左端安装床头箱，右端安装移动尾座。床身两导轨中间留有供排屑的通道，铁屑可通过排屑通道排到前后床腿之间的接屑盘上。（2）主轴箱 主轴箱固定在床身的左上部，其主要功能是支撑主轴，使主轴带动工件按规定转速旋转，以实现主运动。数控机床的主传动系统必须通过变速才能获得不同的转速，以适应不同的加工要求。在变速的同时，主轴还要求能够输出一定的功率和足够的转矩，以满足切削的需求。 数控卧式车床的主轴系统一般有三种方式：伺服主轴、变频主轴、传统主轴等。（3）卡盘 液压卡盘是数控车床加工时夹紧工件的重要附

34、件，对一般回转类零件还可采用普通手动卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用的卡盘；用棒料直接加工时需要采用弹簧卡盘。另外，加工不平衡工件时，用户在使用的卡具上应增加平衡块。 卡盘通常都配备有未经淬火的卡爪，即所谓软爪。软爪分为内夹和外夹两种形式，卡盘闭合时夹紧工件的软爪为内夹式软爪，卡盘张开时撑紧工件的软爪为外夹式软爪。液压卡盘的夹紧、松开由双连脚踏开关控制。夹紧力的大小可根据工件壁厚情况来调整，在未夹紧工件情况下调整减压阀，可使夹紧力在一定范围变化。（4）纵横向驱动装置 工件最终的尺寸精度和轮廓精度都直接受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。CKA6150数控卧式车床

35、的进给系统是采用伺服系统经滚珠丝杠传动到滑板和刀架实现的。纵横向驱动装置都是由各自的伺服系统通过同步齿形带驱动滚珠丝杠螺母副，实现纵向和横向进给运动。 （5）刀架数控车床的刀架是机床的重要组成部分，用来夹持切削用刀具，并实现自动交换，适应不同的工序加工。因此，数控车床回转刀架的结构直接影响着机床的切削性能和加工效率。 CKA6150数控卧式车床配置的是立式四工位回转刀架(如图24所示)或卧式六工位回转刀架(如图2.5所示)。 图2.4 CKA6150数控卧式车床立式四工位回转刀架 图2.5 CKA6150数控卧式车床卧式六工位回转刀架 （6）尾座 尾座安装在床身的尾座导轨上，可沿此导轨作纵向调

36、整移动并夹紧在需要的位置上。它的作用是利用套筒安装顶尖，用来支承较长工件的一端。尾座还可以相对于底座作横向位置调整，便于车削小锥度的长锥体。尾座套筒内也可以安装钻头、铰刀等孑L加工工具。 CKA6150数控卧式车床的尾座(如图2.6所示)安装在床身的小山型导轨和一平导轨上，分为上下两体结构，尾座整体移动通过松开尾座上体两个锁紧大螺钉及扳动尾座尾部的扳手，从而松开尾座下端与床身内部结合的压板，压板松开后用手推动尾座体，实现尾座的整体移动。尾座上下体设有尾座中心调整机构。当尾座移动到所需位置时，手动将尾座下 图2.6 CKA6150数控卧式车床尾座体压板固定，锁住尾座。手动尾座套筒移动是通过手动转

37、动手轮，使套筒向前移动达到行程150mm。尾座上体套筒直径75mm，套筒内设计为不可旋转的主轴，故尾座套筒顶紧工件后，顶尖是不随着工件的旋转而旋转的，即顶尖与工件的中心孔相对运动；当需要尾座顶尖随工件旋转时，可使用活顶尖。尾座材料采用一级铸铁，并经过时效处理。尾座和床头箱顶尖水平面的位置偏移可通过横向调节螺钉进行调节。 液压尾座的套筒移动由脚踏开关来控制，通过液压驱动实现动作，如图2.7为CKA6150数控卧式车床液压尾座。尾架的顶紧、退回由一个三位四通电磁换向阀、一个单向阀和一个减压阀来控制。顶紧力的大小由减压阀来调节，压力随着加_丁的需要进行调整。为了保证机床在工件被夹紧后再开始切削加工，

38、在进油路上加上一个压力继电器，压力继电器发出信号后机床才能开始切削加工。图2.7 CKA6150数控卧式车床液压尾座（7）冷却及排屑系统 为保证加工零件的表面质量，需要对切削区域进行冷却，机床的冷却系统由冷却泵、出水管、回水管、开关与喷嘴等组成。冷却泵将切削液打到出水管，经喷嘴喷至切削区，然后流回冷却池，这样不断循环。这里要注意的是必须定期清洗冷却池、更换切削液，保证切削液的质量和良好的冷却效果。 CKA6150数控卧式车床的冷却装置安装在后床腿内，切削液由冷却泵经管路送至床鞍，再由床鞍至滑板，终由刀架上的喷嘴喷出。机床配置的立式四工位刀架为内冷却刀架，如果喷嘴的方向不合适，可进行调整。注意，

39、调整喷嘴方向一定要在停机状态下进行。当机床采用卧式六工位刀架时，冷却系统为外循环，安装在床鞔舌部的冷却软管将切削液送至切削部位，切削液流量的大小可通过旋转安装在冷却支杆上的锥阀来进行控制。用过的冷却液流回油盘，经油盘底部的过滤小孔再流回后床腿内。为提高冷却泵的使用寿命防止冷却管路堵塞，在后床腿内放置一块磁铁用来吸附细小铁末。该磁铁应与冷却液槽一起定期进行清洗。本机床所用的冷却泵为AYB-25三相电泵，冷却液为乳化液，用户可根据加工件的不同要求，自行配制或选用不同牌号的乳化液。冷却液从油盘注入，使其流入水箱，并保证切削液有足够的深度。一般情况下，切削液可以使用两个月，超过两个月时应及时添加或更换

40、。 为了顺利进行数控车床的自动加工和减少数控车床的发热，数控车床应具有合适的排屑装置。在数控车床的切屑中往往混合着冷却液，排屑装置应从其中分离出切屑，并将它们送人切屑收集箱内，而冷却液则被回收到冷却液箱。排屑装置的安装位置一般尽可能靠近刀具切削区域，车床的排屑装置装在旋转工件下方，以简化机床和排屑装置结构、减小机床占地面积、提高排屑效率。切屑一般都排人切屑收集箱或小车中，有的直接排人车间的排屑系统。 CKA6150数控卧式车床的切屑主要集中在前后床腿之间的接油盘里，每班工作结束后，应将加工过程中的切屑全部从机床中清理干净。清理铁屑时，应使用专用钩子或其他合适工具，并佩戴劳保手套，防止铁屑扎伤或

41、划伤身体。（8）润滑系统数控卧式车床的润滑系统主要包括机床导轨、尾座、滚珠丝杠及主轴箱等部位的润滑，其形式有电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵等。其中电动间歇润滑泵用得较多，其自动润滑时间和每次泵油量可根据润滑要求进行调整或用参数设定。CKA6150卧式数控车床的主轴箱单独配置了润滑油箱，润滑油箱设置在床头下部左侧前床腿内，润滑油经过齿轮泵打到主轴箱内的润滑分配器上，然后被分配到各个需要的润滑点处，最终通过床头底端的回油管流回油箱，形成循环润滑系统。 床鞍的横向和纵向导轨及滚珠丝杠的润滑通过设置在机床右后部的集中润滑站(如图2.8所示)通过管路分配到各个润滑点。图2.8 CKA6150数控卧式车

42、床集中润滑站纵横向滚珠丝杠两端轴承采用NBU长效润滑脂润滑，平时不需要添加，待机床大修时再更换。尾座用配备的油枪手动加油润滑方式在每个班次前进行润滑。（9）防护装置 CKA6150提供多种形式的安全防护装置，如卡盘防护、拉门互锁开关、后防护、防护门等安全防护装置。 机床防护门可防止铁屑和冷却液的飞溅，保护操作者的人身安全；门上安装有防弹玻璃，方便操作者观察工件的切削状态；系统操纵箱安装在右侧防护门前面，并可在90°范围内转动，方便操作。机床的防护门上设置有安全门开关，当防护门打开时，就切断了机床的主传动系统；只有防护门关上时才能起动机床。 卡盘防护罩与机床的控制电路有互锁功能，当沿主

43、轴的顺时针方向转动卡盘防护罩时，卡盘防护罩即打开，连锁的开关会切断机床的控制电路，将电动机的电源切断，即可进行卡盘、工件的装卸；当沿主轴的逆时针方向转动卡盘防护罩时，关闭卡盘防护罩至其固定销的位置，通过其他相应的操作，方可起动电动机转动。 机床后防护上有可以拆卸的门，将门拆下可以对床鞍后部进行维修和清理，也可以辅助测量工件时使用。1.卧式数控车床有哪几部分组成？2.数控车床的结构特点 3、G75指令主要适合加工哪些类型的槽？4、用G75指令切槽，是怎样实现进退刀的？有什么好处？5、G75指令格式中各参数值的单位是什么？课堂互动 （三）加工中心（数控铣床）的结构及特点1. 数控铣床和加工中心的分

44、类（1）数控铣床的分类铣床通常按主轴的轴线方向来分，若垂直于水平面则称之为数控立式铣床；若平行于水平面则称之为数控卧式铣床；还有立卧两用的数控铣床。而数控立式铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最为广泛。小型数控铣床一般都采用工作台移动、升降及主轴转动方式，与普通立式升降台铣床机构相似；中型数控立式铣床一般采用纵向和横向工作台移动方式，且主轴沿垂直滑板上下运动；大型数控立式铣床，因要考虑到扩大行程、缩小占地面积及刚性等技术问题，往往采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向和垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。数控铣床常见的类型主要有数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。a.

45、按主轴的轴线布置形式数控铣床分1）数控立式铣床如图2.9所示，数控立式铣床主轴与机床工作台面垂直，一般采用固定式立柱结构，工作台不升降，主轴箱作上下运动，主轴中心线与立柱导轨面的距离不能太大，以保证机床的刚性。中型数控立铣的纵向和横向移动一般由工作台完成，且工作台还可手动升降，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向伸缩。数控立式铣床工件安装方便，加工时便于观察，但不便于排屑。 图2.9 立式数控铣床 图2.10 卧式数控铣床 图2.11 立、卧两用数控铣床 图2.12龙门式数控铣床2）数控卧式铣床如图2.10所示，数控卧式铣床其主轴水平布置，与机床工作台面平行。为了扩大加工范围和使用功能，通常采用

46、增加数控转盘或万能数控转盘来实现45轴加工。这样不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。尤其是万能数控转盘可以把工件上各种不同角度的加工面摆成水平面来加工，可以省去许多专用夹具或专用角度。目前单纯的数控卧式铣床现在已比较少。立、卧两用数控铣床目前正在逐渐增多，它的主轴方向可以变换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工。其使用范围更广、功能更全，选择的加工对象和余地更大，给用户带来很多方便，特别是当生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需要一台这样的机床就行了。如图2.11所示。 立、卧两用数控

47、铣床的主轴方向的更换有手动与自动两种。采用数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。当立、卧两用数控铣床增加数控转盘后，就可以实现对工件的“五面加工”，即除了工件与转盘贴面的定位面外，其他表面都可以在一次安装中进行加工。因此，其加工性能非常优越。3）数控龙门铣床对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构龙门铣床，如图2.12所示，保证机床的整体刚性和强度，数控龙门铣床有工作台移动和龙门架移动两种形式，它适用于加工整体结构件零件、大型箱体零件和大型模具等。b. 按照数控系统控制的坐标轴数量分类1)2.5坐标联动数控铣床。机床只能

48、进行X、Y、Z三个坐标中的任意两个坐标轴联动加工。2)3坐标联动数控铣床。机床能进行X、Y、Z三个坐标轴联动加工。目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。3)4坐标联动数控铣床。机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其中一个轴作数控摆角运动。4)5坐标联动数控铣床。 机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其中两个轴作数控摆角运动。一般来说，机床控制的坐标轴越多，特别是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但随之而来的是机床的结构更复杂，对数控系统的要求更高，编程的难度更大，设备的价格也更高。（2）加工中心的分类加工中心是在数控铣床的基础上加上刀库及自动换刀装置或多个工作台，

49、集数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能于一身的一种由计算机来控制的高效、高自动化程度的机床。加工中心按照换刀的形式可分为带刀库、机械手的加工中心、无机械手的加工中心和回转刀架式的加工中心。按其运动坐标数和控制坐标的联动数可分为三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动和六轴五联动加工中心等。常用分类方法是按机床结构分，一般可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和五面体加工中心。 1）立式加工中心 立式加工中心指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心，其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，主要适合加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工。一般具有3个直线运动坐标，如果

50、在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，还可加工螺旋线类零件，如图2.14所示。立式加工中心装夹方便，便于操作，易于观察加工情况，调试程序容易，结构简单、占地面积小，价格相对较低，应用广泛。 图2.14 立式加工中心 图2.15 卧式加工中心2）卧式加工中心卧式加工中心是指主轴轴心线为水平状态设置的加工中心，如图2.15所示。卧式加工中心一般具有35个运动坐标，常见的是3个直线运动坐标加一个回转运动坐标。它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余4面的加工，最适合加工箱体类零件及小型模具型腔。卧式加工中心与立式加工中心比较，加工时排屑容易，对加工有利，但结构复杂，占地面积大，价格也较高

51、。适用于批量生产。 3）龙门式加工中心如图2.16所示为一种龙门式加工中心外形图。龙门式加工中心主轴多为垂直设置，除带有自动换刀装置以外，还带有可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能比较齐全，能够一机多用，尤其适用于大型或形状复杂的工件，如航天工业中飞机的梁、框板及大型汽轮机上的某些零件的加工。 图2.16 龙门式加工中心 图2.17 五面体加工中心图2.18 虚轴加工中心 4）万能加工中心(复合加工中心) 它具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，也叫五面加工中心。常见的五面加工中心有两种形式，一种是主轴可以旋转90°，既可以像立

52、式加工中心那样工作，也可以像卧式加工中心那样工作；另一种是主轴不改变方向，而工作台可以带着工件旋转90°，完成对工件五个表面的加工。 复合加工中心主要适用复杂外形、复杂曲线的小型工件加工，例如，加工螺旋桨叶片及各种复杂模具。但是由于五面加工中心存在着结构复杂、造价高，占地面积大等缺点，所以它的使用和生产在数量上远不如其他类型的加工中心,如图2.17所示。5)虚轴加工中心 虚轴加工中心改变了以往传统机床的结构，通过连杆的运动，实现主轴多自由度的运动，完成对工件复杂曲面的加工,如图2.18所示。2. 数控铣床和加工中心的组成（1）数控铣床的组成数控铣床适合于各种箱体类和板类零件的加工。

53、铣床基础件称为铣床大件，它是床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等的总称。铣床的其他零部件，或固定在基础件上，或工作时在它的导轨上运动。它的机械结构，除基础部件外，还包括：主传动系统；进给传动系统；实现工件回转、定位的装置和附件；实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、防护等装置；特殊功能装置，如刀具破损监视、精度检测和监控装置；为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。数控铣床是由普通铣床发展而来的一种数字控制机床，其加工能力很强，加工灵活，通用性强，数控铣床的最大特点是高柔性，即具有灵活、通用、万能性，可以加工不同形状的工件。数控铣床能够铣削加工各

54、种平面、斜面轮廓和立体轮廓零件，如各种形状复杂的凸轮、样板、模具、叶片、螺旋桨等。此外，配上相应的刀具还可进行钻、扩、铰、锪、镗孔和攻螺纹等。数控铣床的组成及结构如图2.19所示。图2.19 XK5040A 数控铣床的组成1底座 2强电柜 3变压器箱 4垂直升降进给伺服电动机 5按钮板 6床身 7数控柜8、11保护开关 9挡铁 10操纵台 12横向溜板 13纵向进给伺服电动机 14横向进给伺服电动机 15升降台 16纵向工作台1)主轴部件 主轴部件是切削加工的功率输出部件。它由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变转速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动。2)进给伺服系统 它由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 3)控制系统 控制系统部分是由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 4)辅助装置 辅助装置包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对数控铣床的加工效率、加工