1.1 認識數控車床

1.1.1 數控車床概述

數控車床又稱為CNC車床，即計算機數字控制車床，是目前使用最廣泛的數控機床之一，是目前國內使用量最大、覆蓋面最廣的一種數控機床，約占數控機床總數的25%。數控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品，是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優點的工作母機。數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經濟發展和工業制造整體水平的重要標志之一。

數控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。通過數控加工程序的運行，可自動控制完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等工作，還能加工一些復雜的回轉面，如雙曲面、拋物面等。

1.1.2 數控車床的型號標記

數控車床采用與普通車床相類似的型號表示方法，由字母及一組數字組成。

（1）數控車床CKA6140各個代號含義說明。

（2）數控車床CJK6140A各個代號含義說明。

1.1.3 數控車床的分類

數控車床按不同方式分有不同的種類。現按車床主軸配置形式、車床功能分別介紹數控車床的分類。

1. 按車床主軸配置形式分類

按車床主軸配置形式分，數控車床可分為臥式和立式兩大類。

1）立式數控車床

立式數控車床簡稱為數控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺用于裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。如圖1-1所示為VL-1200型立式數控車床的外形。

2）臥式數控車床

臥式數控車床的主軸線處于水平位置，生產中使用較多，常用于加工徑向尺寸較小的軸類、盤類、套類等復雜零件。它的導軌有水平導軌和傾斜導軌兩種。其中水平導軌結構用于普通數控車床和經濟型數控車床。如圖1-2所示為CK6163型水平導軌式臥式數控車床的外形。

傾斜式導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑，主要用于檔次較高的數控車床及車削加工為主并輔以銑削加工的數控車削中心。如圖1-3所示為DL-25M型傾斜導軌式臥式數控車床的外形。

2. 按數控車床的功能分類

1）經濟型數控車床

經濟型數控車床一般采用步進電動機和單片機對普通車床的進給系統進行改造后形成的簡易型數控車床。成本較低，但自動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類零件的車削加工。

2）普通數控車床

普通數控車床是根據車削加工要求，在結構上進行專門設計并配備通用數控系統而形成的數控車床。數控系統功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉類零件的車削加工。

這種數控車床可同時控制兩個坐標軸，即X軸和Z軸。

3）車削加工中心

車削加工中心是在普通數控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭，更高級的數控車床帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯動控制軸可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。

由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數控車床的加工功能大大增強，除了可以進行一般車削外，還可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。

如圖1-4所示為GS-260標準刀塔車削中心，可在一臺機床中進行車、銑、鉆及攻牙等復合加工功能，也可以對端面和圓柱面進行輪廓銑削，避免因工件在機床間移動產生的誤差，并且節省加工時間及人力。

4）FMC車床

FMC是柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell）的簡稱，FMC車床實際上是一個由數控車床、機器人等構成的柔性加工單元。它能實現工件搬運、裝卸的自動化和加工調整準備的自動化。如圖1-5所示為FMC車床。

3. 其他分類方法

數控車床除了上面介紹的兩類常用的分類方法外，還有其他分類，簡單列舉如下。

（1）按刀架數量可以分為單刀架數控車床和雙刀架數控車床。

（2）按加工零件的基本類型可以分為卡盤式數控車床和頂尖式數控車床。

（3）按數控系統可以分為FANUC數控系統、IEMENS數控系統、華中數控系統等。

1.1.4 數控車床的組成

數控車床一般由輸入輸出設備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅動裝置（或稱執行機構）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。如圖1-6是數控車床的組成框圖。

1. 機床本體

數控機床的機床本體與傳統機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺，以及輔助運動裝置、潤滑系統、冷卻裝置等組成，如圖1-7所示。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構，以及操作機構等方面都已發生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發揮數控機床的特點。

2. CNC單元

CNC單元是數控機床的核心，由信息的輸入、處理和輸出三部分組成。CNC單元接受數字化信息，經過數控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統，伺服系統驅動執行部件做進給運動。

3. 輸入/輸出設備

輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設備。在數控機床產生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已淘汰，后發展為盒式磁帶，再發展為鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現通用DNC網絡通信串行通信的方式輸入。

輸出是指輸出內部工作參數（含機床正常、理想工作狀態下的原始參數，故障診斷參數等），一般在機床剛工作狀態下需輸出這些參數作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。

4. 伺服單元

伺服單元由驅動器、驅動電機組成，并與機床上的執行部件和機械傳動部件組成數控機床的進給系統。它的作用是把來自數控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動。對于步進電機來說，每一個脈沖信號使電機轉過一個角度，進而帶動機床移動部件移動一個微小距離。每個進給運動的執行部件都有相應的伺服驅動系統，整個機床的性能主要取決于伺服系統。

5. 驅動裝置

驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或按規定的軌跡做嚴格的相對運動，最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。伺服單元和驅動裝置可合稱為伺服驅動系統，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施。所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。

6. 可編程控制器

可編程控制器（PC，Programmable Controller）是一種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置，專為在工業環境下應用而設計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產設備的邏輯及開關控制，故把它稱為可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）。當PLC用于控制機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器（PMC，Programmable Machine Controller）。PLC已成為數控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協調配合，共同完成對數控機床的控制。

7. 測量反饋裝置

測量反饋裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上。它把機床工作臺的實際位移轉變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。

1.1.5 數控系統介紹

我國的數控系統雖取得了較大發展，但是高檔數控機床配套的數控系統90%以上的都是國外產品，特別是對于國防工業急需的高檔數控機床。高檔數控系統是決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關鍵因素，而國外對我國至今仍進行封鎖限制，成為制約我國高檔數控機床發展的瓶頸。下面將介紹工廠及學校里常用的數控系統。

1. SIEMENS數控系統

SIEMENS數控系統由德國的西門子公司開發研制，該系統在我國的數控機床中的應用相當普遍。目前，在我國市場上，常用的SIEMENS數控系統有SIEMENS 840D/C、SIEMENS 810T/M、802D/C/S等型號。以上型號除802S系統采用步進電機驅動外，其他型號系統則采用伺服電機驅動。

最新的數控系統SINUMERIK 840D Sl具有模塊化、開放、靈活而又統一的結構，為使用者提供了最佳的可視化界面和操作編程體驗，以及最優的網絡集成功能。常用的SIEMENS 802C數控車床操作系統界面如圖1-8所示。

2. FANUC數控系統

FANUC數控系統由日本的富士通公司研制開發，該數控系統在我國得到了廣泛的應用。目前，在我國市場上，常用的FANUC數控系統主要有FANUC 18iT、FANUC 0iT、FANUC 0TD等。

目前，像FANUC30i/31i/32i/35i-B系列屬于FANUC最先進的CNC系統，靈活地應用于各種先進的多軸類機床。常用的FANUC 0i Mate-TC數控車床操作系統界面如圖1-9所示。

3. 武漢華中數控系統

武漢華中數控系統是我國為數不多的具有自主版權的高性能數控系統之一，是全國數控技能大賽指定使用的數控系統。

它以通用的工業PC（IPC）和DOS、WINDOWS操作系統為基礎，采用開放式的體系結構，使華中數控系統的可靠性和質量得到了保證。它適合多坐標（2～5）數控鏜銑床和加工中心，在增加相應的軟件模塊后，也能適應于其他類型的數控機床（如數控磨床、數控車床等），以及特種加工機床（如激光加工機、線切割機等）。

目前，華中8型全數字總線式高檔數控系統采用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業PC，配置7寸彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元、內嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式，以及內置CF卡程序交換功能，具有低價格、高性能、結構緊湊、易于使用、可靠性高等特點。主要應用于各類數控車床、車削中心的控制。

常用的華中世紀星HNC-21T數控車床操作系統界面如圖1-10所示。

4. 其他數控系統

1）國產系統

自20世紀80年代初期開始，我國數控系統的生產與研制得到了飛速的發展，并逐步形成了以航天數控集團、機電集團、華中數控、藍天數控等以生產普及型數控系統為主的國有企業，以及北京—法那科、西門子數控（南京）有限公司等合資企業的基本力量。

目前，常用于數控車床的國產數控系統有北京凱恩帝數控系統KND1TB、KND100T、KND1000T等；廣州數控系統GSK928TA、GSK928TC、GSK980TA、GSK980d等；大連大森系統DASEN3i等；南京華興系統WA31DT、WA310T、WA320iT等。

2）國外系統

除了上述幾大類數控系統外，國內使用較多的數控系統還有日本三菱數控系統EZMotion-NC 60T、EZMotion-NC E68T等；西班牙的法格數控系統FAGOR 8055T等；美國哈斯數控系統、法國施耐德數控系統等。