任务五 数控车床的认知

s任务五数控车床的认知能力目标与讲解思路掌握数控机床的分类.掌握数控机床的的组成各部分的功用.特点分类组成数控车床数控车床的特点进给运动由滚珠丝杠驱动溜板与刀架实现系统结构简化与普通车床比较随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面。因而也出现了几种不同的分类方法。数控系统按其功能不同，可分为以下几种：（1）经济型数控车床。经济型数控车床如图4－1所示，它们一般是在普通车床的基础上进行改进设计，并采用步进电动机驱动的开环伺服系统。其控制部分采用单板机或单片机来实现。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度切削等功能。

数控车床的分类（2）全功能型数控车床。全功能型数控车床就是通常所说的“数控车床”，又称标准型数控车床，即它的控制系统是标准型的，带有高分辨率的CRT显示器以及各种显示、图形仿真、刀具补偿等功能，而且带有通信或网络接口。全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，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。图4－2所示为某全功能型数控车床。

图4－1经济型数控车床

图4－2全功能型数控车床

（3）车削中心。车削中心是以全功能型数控车床为主体，并配置有刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，以实现多工序复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序。其功能全面，但价格较高。（4）FMC车床。FMC车床如图4－3所示，它实际上是一个由数控车床、机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。

图4－3

FMC车床

2．按主轴的配置形式分类⑴卧式数控车床。其主轴轴线处于水平位置，其床身和导轨有多种布局形式，是应用最广泛的数控车床。⑵立式数控车床。其主轴轴线处于垂直位置，并有一个直径很大的圆形工作台供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸小的大型复杂零件。3．按刀架数量分类（1）单刀架数控车床（2）双刀架数控车床

单刀架数控车床双刀架数控车床卧式数控车床立式数控车床二、数控车床的结构特点与传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：1)由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联结带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。2)多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。3)数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球辆承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。4)为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。5)由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。6)数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。7)数控车床一般还配有自动排屑装置。数控车床的布局三、数控车床的布局典型数控车床的机械结构系统组成，包括主轴传动机构、进给传动机构、刀架、床身、辅助装置(刀具自动交换机构、润滑与切削液装置、排屑、过载限位)等部分。数控车床床身导轨与水平面的相对位置如图1-2所示，它有4种布局形式：图1-2(a)平床身，图1-2(b)斜床身，图1-2(c)平床身斜滑板，图1-2(d)为立床身。数控车床床身导轨与水平面的相对位置图水平床身的工艺性好，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，一般可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。如下图所示，卧式数控车床数控车床的加工对象和工艺装备1、数控车床的加工对象精度要求高的零件表面粗糙度好的回转体零件轮廓形状复杂的零件带一些特殊类型螺纹的零件超精密、超低表面粗糙度的零件2.数控车床的工艺装备1）卡盘

液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。2）尾座

对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾座。3）刀架

刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量—般为8把、10把、12把或16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。

刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。（三）工艺范围与分类车床主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的会转变面。数控车床加工零件的尺寸精度可达IT5~IT6，表面粗糙度可达1.6um以下。数控车床主要可以分为数控卧式车床、数控立式车床和数控专用车床（如数控凸轮车床、数控曲轴车床、数控丝杠车床等），或分为普通数控车床和车削加工中心。数控车床的特点与发展（1）高精度（2）高效率（3）高柔性（4）高可靠性（5）工艺能力强（6）模块化设计除此之外，数控车床还向进一步提高主轴转速、到家快速移动以及转位换刀速度，工艺和工序将更加复合化和集中化发展；数控车床向多主轴、多刀架加工方向发展；为实现长时间无人化全自动操作，数控车床向自动化方向发展；机床的加工精度向更高方向发展。同时，数控车床也向简易型发展。数控车床的布局形式数控车床的布局形式受到工件尺寸、质量和形状，机床生产率，机床精度，操纵方便、运行安全与环境保护的要求的影响。随着工件尺寸、质量和形状的变化，数控车床的布局可有卧式车床、落地式车床、单立柱式车床、双立柱式车床和龙门移动式车床的变化，如图所示图4－4工件的尺寸、质量对车床布局的影响

数控卧式车床落地式车床数控立式车床数控车削加工中心数控卧式车床的结构组成数控卧式车床主要加工轴类零件和直径不太大的盘类零件。它是应用数量最大的数控车床种类。数控车床加工零件如图所示为某数控车床外形与组成部件图4－6

TND360数控卧式车床的传动系统图

数控车床的传动系统数控车床的运动时通过传动系统实现的。图4－6

TND360数控卧式车床的传动系统图

主运动传动数控车床主运动传动链的两端部件是主电动机与主轴，它的功用是把动力源（电动机）的运动及动力传递给主轴，使主轴带动卡盘加持工件旋转实现主运动，并满足数控卧式车床主轴变速和换向的要求。进给运动传动进给运动传动是指机床上驱动刀架实现纵向（Z向）和横向（X向）运动的进给运动。（1）纵向进给运动传动纵向进给运动传动由纵向直流伺服电动机经过安全联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副驱动机床上的纵向滑板实现纵向运动。（2）横向进给运动传动横向进给运动传动是由横向直流伺服电动机通过齿数均为24的齿形带轮，经安全联轴器驱动滚珠丝杠螺母副，使横向滑板实现横向进给运动。7.刀盘传动刀盘运动是指实现刀架上刀盘的转动和刀盘的开定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换。8.尾座套筒的驱动尾座套筒的驱动由液压来实现。

9.数控车床传动系统的主要结构数控车床有三种运动传动机构系统。这就是数控车床的主运动传动系统、进给运动传动系统和辅助运动传动系统。（1）主轴箱数控机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。表达主轴箱中各传动元件的结构和装配关系时常用展开图。展开图基本上是按传动链传递运动的先后顺序，沿轴心线剖开，并展开在一个平面上的装配图。如图4-7（2）主轴电机主轴电动机是采用直流主轴伺服电动机，无级调速，由安装在主电动机尾部的测速发电机实现速度反馈的。（3）变速轴变速轴(轴Ⅰ)是花键轴。(4)主轴组件数控机床的主轴是一个空心的阶梯轴。主轴的内孔是用于通过长的棒料及卸下顶尖时穿过钢棒，也可用于通过气动、电动及液压夹紧装置的机构。主轴前端采用短圆锥法兰盘式结构，用于定位安装卡盘和拨盘。如图4-8主轴安装在两个支撑上，这种主轴转速较高，要求的刚性也较高。后支撑为两个角接触球轴承，小口相对，接触角皆为14。主轴轴承都属超轻型。主轴轴承间隙必须在适当的状态下，这就要进行间隙和过盈量调整。最后旋紧调整螺母的锁紧螺钉。主轴轴承采用油脂润滑，迷宫式密封。主轴上装有两个圆柱齿轮，齿数为86(模数m=2.5mm)和60(模数m=2mm)。(5)检测轴检测轴是阶梯轴，通过两个球轴承支撑在轴承套中。(6)主轴箱主轴箱的作用是支撑主轴和支撑主轴运动的传动系统，主轴箱材料为密烘铸铁。主轴箱使用底部定位面在床身左端定位，并用螺钉紧固。

（四）进给传动系统纵向滑板安装在床身的导轨上，它可以沿床身导轨作纵向移动。导轨的截面形状是三角形导轨和平面导轨的组合。在滑动导轨表面上涂有一层特殊的塑料层，动静摩擦系数相接近，摩擦系数小。为了防止由于切削力作用而使滑板颠覆，纵向滑板的前后装有压板，压板与床身接触部分的表面上也涂有塑料层。在滑板导轨1.纵向滑板进给传动机构横向滑板通过导轨安装在纵向滑板的上面，做横向进给运动。横向滑板的传动系统与纵向滑板传动系统相类似，