第2章 數控車床的操作技術

2.1 數控車床概述

2.1.1 數控車床的組成及特點

雖然數控車床的種類較多，但就其結構而言，主要由車床主體、數控裝置和伺服系統三大部分組成。

從車床主體的組成來看，經濟型的數控車床與普通車床類似，其組成部分都具有床身、主軸箱、刀架以及尾座等。但數控車床是采用數控系統對車床進行自動控制，而且，其加工精度和加工效率都較普通車床高。數控車床與普通車床除了在控制方式不同以外，在結構上數控車床還具有一些顯著的特點。

數控車床主體通過專門設計，各個部位的性能都比普通車床優越，如機構剛性好，能適應高速和強力車削需要；精度高、可靠性好，能適應精密加工和長時間連續工作等。

1.主軸

數控車床主軸的回轉精度將直接影響零件的加工精度；其功率大小與回轉速度將影響加工效率；其同步運行、自動變速及定向準停等功能，則體現數控車床的自動化程度和加工范圍。數控車床主軸的制造精度往往要求較高，其結構一般采用精密滾動軸承或靜壓軸承的三支撐形式，以滿足極高轉速的需求。而螺紋與其他螺旋面零件的加工則必須采用同步運行功能。

2.床身及導軌

數控車床的床身除了采用傳統的鑄造工藝外，也有采用加強筋或鋼板焊接等結構，以減輕其重量，提高其剛度，如圖2.1所示。

數控車床床身上的導軌結構可以采用傳統的滑動導軌（金屬）形式。然而，為了減小移動副的摩擦力，避免在低速時產生“爬行”和振動，以提高其定位精度和進給運動的平穩性。目前，數控車床床身上的導軌結構往往采用貼塑導軌，如圖2.2所示。貼塑導軌是在金屬導軌面上采用專用黏合劑粘貼一層厚度為0.8～2.5mm的特殊工程塑料軟帶，使這種滑動導軌的摩擦系數減小，耐磨蝕性、耐腐性及吸振性增強。在傾斜導軌床身上，切屑不易在導軌面上堆積，減輕了清除切屑的工作，如圖2.1所示。

3.機械傳動機構

在主軸箱內，除了部分齒輪傳動等機構外，數控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機構，而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構。當今，在數控車床中用得最普遍的螺旋傳動機構是滾珠絲杠螺母副，如圖2.3所示。這種螺旋傳動機構不僅摩擦阻力小、傳動效率高，而且可以通過預緊消除軸向間隙，提高絲杠的軸向剛度和傳動精度。同時，在絲杠與驅動電機之間增設了（少數車床未增設）可消除其側隙的齒輪副。

4.刀架

數控車床使用的刀架是一種自動轉位刀架。它是數控車床普遍采用的一種最簡單的自動換刀設備。因自動轉位刀架上的各種刀具不能按加工要求自動裝、卸，故它只屬于自動換刀系統中的初級形式，不能實現真正意義上的自動換刀。

數控車床上使用的刀架，按基本結構形式可以分為四工位（四方）自動轉位刀架和轉塔式自動轉位刀架，如圖2.4所示。按組合形式又可分為平行交錯雙刀架、垂直交錯雙刀架等，如圖2.5所示。

在數控車床上，刀架轉換刀具的過程如下：接受轉刀指令→松開夾緊機構→分度轉位→粗定位→精定位→鎖緊→發出動作完成后的回答信號。其驅動刀架工作的動力有電動和液壓兩類。

5.輔助裝置

數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，數控車床還可以配備對刀儀、位置檢測反饋裝置、自動編程系統及自動排屑裝置等。

2.1.2 數控車床的種類及用途

數控車床的分類方法較多，但通常都以與普通車床相似的方法進行分類。

1.按數控車床主軸位置分類

（1）立式數控車床。立式數控車床簡稱為數控立車，其車床主軸處于鉛垂位置，并有一個直徑很大的圓形工作臺，用于裝夾工件。這類車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。

（2）臥式數控車床。臥式數控車床的主軸軸線是處于水平位置，它又分為數控水平導軌臥式車床和數控傾斜導軌臥式車床。傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易排除切屑。由于這類車床有結構較為簡單、造價相對較為低廉及加工范圍廣的特點，因此，在現代化的制造業中得到廣泛應用。

2.按加工零件的基本類型分類

（1）卡盤式數控車床。卡盤式數控車床沒有尾座，適合車削盤類型（含短軸類）零件。其夾緊方式多為電動或液壓控制，卡盤結構多具有可調卡爪或不淬火卡爪（即軟卡爪）。

（2）頂尖式數控車床。頂尖式數控車床配置有普通尾座或數控尾座，適合于車削較長的軸類零件以及直徑不太大的盤、套類零件。

3.按刀架數量分類

（1）單刀架數控車床。普通數控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥式自動轉位刀架或多工位轉塔式自動轉位刀架，如圖2.4所示。

（2）雙刀架數控車床。雙刀架數控車床的雙刀架的配置（即移動導軌分布）可以是如圖2.5（a）所示的平行分布，也可以是如圖2.5（b）所示的相互垂直分布。

4.其他分類方法

按數控車床的不同控制方式等指標，數控車床可分為很多種，如直線控制數控車床、兩主軸控制數控車床等；按特殊或專門工藝性能可分為螺紋數控車床、曲軸數控車床以及車削中心等多種。

車削中心的主體仍是數控車床，它又可分為立式和臥式兩類。車削中心的主要特點是具有先進的動力刀具功能。即在自動轉位刀架的某個刀位或所有刀位上，可使用多種旋轉刀具，如銑刀、鉆頭等。這樣，可對車削工件的某些部位進行鉆、銑削加工，如銑削端面槽、多棱柱及螺旋槽等。

有的車削中心還具有很高角度定位分辨率的C軸位置控制功能，從而實現三坐標軸（X、Z和C軸）兩聯動輪廓控制。

有的車削中心還配有刀庫和換刀機械手，擴大了自動選擇和使用刀具的數量，從而增強了車床加工的適應能力，擴大了加工范圍。

2.1.3 數控車床的主要技術參數

數控車床的主要技術參數包含兩個方面，即車床主體的主要技術參數和數控系統的主要技術參數。現以MJ—50（FANUC—OTE model A—2）數控車床為例，介紹其主要技術參數。

1.車床主體的主要技術參數

車床主體的主要技術參數見表2.1。

表2.1 車床主體的主要技術參數

2.數控系統的主要技術參數（見表2.2）

表2.2 數控系統的主要技術參數