数控车床概述.docx

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1、第1章数控车床概述第一节认识数控机床数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。同时，数控技术关系到国家战略地位，是体现国家综 合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。专家们曾预言：机械制造的竞争，其实质是数控的竞争。一、数控机床的概念为了满足多品种、小批量、特别是复杂型面零件加工的生产要求，人们一直在寻找更通用、更灵活、高精度、高效率的自动化加工工具。用数控技术控制机械加工的数控机床就是 这样的生产工具。数控机床(Num

2、erical Contuol Machine Tools )是采用了数控技术控制加工 过程的机床。现代数控机床是一种具有高质、高效、高度自动化、高度灵活性、适合精度要 求高的，形状复杂的零件加工的工具，将精密机械技术、计算机技术、微电子技术、检测传 感技术、自动控制技术、接口技术等在系统工程的机床上有机综合应用、优化的机电一体化产品，具有良好的零件加工功能和性能。从第一台数控机床问世到现在，数控技术的发展非常迅速，几乎所有品种的机床都实现 了数控化，数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业，机械制造业的发展进入了一个新的阶段一一数字控制机床制造阶段。

3、二、识读数控车床的标记123456图1-1 CAK6140dj/1000 卧式数控车床图1安全防护门；2卡盘；3数控操作面板；4刀塔；5尾座；6 导轨图1-1中数控车床型号标记 CAK6140dj/1000中的字母和数字代表什么含义？如何识读呢?40 d i / 1000二 主参数代号（皋大工件长度iooon（） 防护形式（半封闭） 系蜿代号（FANUC ） '主参数代号f最大车削直径） 机床系代号卧式车床系 机床姐代号（卧式车床组） 机床结构特性代号（数控） 生产厂家代号 机床类别代号（车床组）三、数控车床的组成和分类数控车床可以根据主轴位置、刀架形式、控制方式及系统功能进行多种机型

4、分类。不同 类型的数控车床特点见表1-1所示。主轴类型具体分类7特点按主轴位置 分类立式数控车床MV主轴垂直于水平面，工作台直径很大，适用于加工 径向尺寸大，轴向尺寸小的较复杂零件。卧式数控车床-V主轴轴线与水平面平行，有卧式水平导轨与倾斜导 轨两类机床。按刀架形式 分类立式刀架 数控车床刀架回转中心与水平面垂直，刀具绕回转中心旋 转，通常有4工位刀架与6工位刀架等。卧式刀架 数控车床刀架回转中心与水平面平行，通常有6工位、呂工位 、12工位与16工位。按控制方式 分类开坏控制 数控车床主要使用歩进电机，没有检测反馈装置，结构简 单，速度、精度较低，调试、维修方使闭坏控制 数控车床主要使用伺服

5、电机，具有检测反馈装置，结构复 杂，加工速度快、精度高，调试、维修复杂半闭坏控 制数控车 床兼顾开坏与闭环特点，稳定性好、成本低，调试与 维修较容易。按系统功能 分类经济型数控车床开坏或半闭坏伺服，功能简单、针对性强，适用于 精度要敦不高，有一定复杂性零件的加工。全功能数 控车床封结构先进、控制功能齐全，加工自动化程度高，适 用于精度高、形状复杂、工序与品种多变的零件。数控车削中心tr配有刀库、换刀与分度装置、铢削动力头，可实现1多工序复杂加工，功能全面、价格昂贵。四、数控车床的使用条件数控车床的正常使用必须满足如下条件， 机床所处位置的电源电压波动小， 环境温度低 于 30 摄示度，相对温度

6、小于 80%。1. 机床位置环境要求 机床的位置应远离振源、 应避免阳光直接照射和热辐射的影响， 避 免潮湿和气流的影响， 如机床附近有振源， 则机床四周应设置防振沟， 否则将直接影响机床 的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。2. 电源要求 一般数控车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大、使用条件差，而 且各种机电设备多， 致使电网波动大， 因此，安装数控车床的位置需要电源电压有严格控制， 电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定，否则会影响数控系统的正常工作。3. 温度条件 数控车床的环境温度低于 30 摄示度，相对温度小于 80%。一般来说，数控

7、电控箱内部设有排风扇或冷风机， 以保持电子元件， 特别是中央处理器工作温度恒定或温度 差变化很小。 过高的温度和湿度将导致控制系统元件寿命降低， 并导致故障增多， 温度和湿 度的增高，灰尘增多会在集成电路板产生粘结并导致短路。4. 按说明书的规定使用机床 用户在使用机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设 定的参数， 这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征， 只有间隙补偿参数数值可根据 实际情况予以调整。 用户不能随意更换机床附件， 如使用超出说明书规定的液压卡盘， 制造 厂在设置附件时充分考虑各项环节参数的匹配， 盲目更换造成各项环节参数的不匹配， 甚至 造成估计不到的事故，使用液压卡盘

8、、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用 应力范围内不允许任意提高。第二节 数控车削与传统加工的比较一、数控加工与传统加工的相似性不管数控车削机床， 还是传统切削机床， 都属于金属切削机床。 金属切削机床是机械制 造业的主要加工设备， 是制造机械零件的机器， 它用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机械 零件。 金属切削加工的一般过程是： 加工人员依据工程图样的要求， 选择适合加工的金属切 削机床，并在机床上正确安装好刀具与工件， 使机床、刀具、 工件形成一个切削加工的工艺 系统， 由在机床上正确安装好刀具与工件，使机床、刀具、工件形成一个切削加工的工艺系 统，由机床提供加工运动的动力， 同

9、时控制刀具与工件之间产生恰当的相对运动、 互相作用， 从而切去工件表面上的多余金属， 使被加工工件符合图样的要求。 刀具和工件间的相对运动 包括主运动和进给运动。CNC 加工与传统加工的工艺分析及加工的一般步骤基本相同， 它们的工艺过程一般都 包括如下步骤：分析研究零件图；确定合适毛坯；确定恰当的加工过程、方法；选 择合适的加工机床； 确定工件的装夹方法； 选择合适的切削刀具； 确定刀具进给路线 和选择合适的主运动和进给运动用量；加工工件。二、数控车削相对传统加工的特点现代数控机床集高效率、 高精度、 高柔性于一身， 具有许多普通机床无法实现的特殊功 能，它具有如下特点。1. 加工精度高 数控

10、机床加工同批零件尺寸的一致性好，加工精度高，加工质量稳定，产品合格率高。中、小型数控机床的定位精度可达0.005mm，重复定位精度可达 0.002mm。数控机床按预定的零件加工程序自动加工， 加工过程不需要人工干预。 加之数控机床本身的 刚度好， 精度高， 而且还可以利用软件进行精度校正和补偿。 因此可以获得比机床本身精度 还要高的加工精度和重复精度。2. 生产效率高 数控机床具有良好的结构刚性，可进行大切削用量的强力切削，有效地 节省机动时间还有具有自动变速、自动换刀、自动交换工作和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间缩短，而且无需工序间的检测和测量，所以数控机床生产效率比一般普通机床高得多

11、。如对箱体类零件采用加工中心进行加工，利用转台自动换位、自动换刀可以实现在一次装夹的情况下几乎完成零件的全部加工，减少了装夹误差，节约了工序之间的运输、 测量、装夹等辅助时间。3自动化程度高数控机床的加工，是输入事先编写好的零件加工程序后自动完成，除了装 卸零件、安装刀具、操作键盘、观察机床运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自 动连续完成，大大减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件，减少了操作人员的人数，有利于现代化的生产管理，可向更高级的制造系统发展。4自动化程度高数控机床的加工，是输入事先编写好的零件加工程序后自动完成，除了装卸零件、安装刀具、操作键盘、观察机床运行之外，其他的机床

12、动作直至加工完毕，都是 自动连续完成，大大减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件，减少了操作人员的人数， 有利于现代化的生产管理，可向更高级的制造系统发展。5. 对加工对象的适应性强数控机床是一直高度自动化和高效率的机床，可适应不同品种和尺寸规格工件的自动加工。当加工对象改变时， 只要改变数控加工程序，就可改变加工工件的品种，为复杂结构的单件、 小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床很难甚至无法加工的精密复杂表面，数控机床也能实现自动加工。6. 经济效益好 数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个工件上的设备折旧费较高，但在单件、小批量生产情况下，使用数控机床加工，可节省

13、划线工时，减少调整、加工和检 验时间，节省直接生产费用和工艺装备费用。数控机床的加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建设投资。因此， 使用数控机床仍可获得良好的经济效益。三、数控车削加工零件的类型不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前因对其类型、规格、性能、 特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。根据数控加工地特点和国内外大量应用实践，数控车床通常最适合加工具有以下特点的零件。1. 多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。 随着数控车床制造成本的逐步下降， 现在不管是国内还是国外， 加工大批

14、量零件的情况也已经出现。 加工很小批量和单价生产时， 如能缩短程序的调试时间和工装准备时间也是可以选用的。2精度要求高的零件。由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。在有些场合可以以车代磨。此外，由于数控车削时刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。3表面粗糙度好的回转体零件。数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性好和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取

15、决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位 表面粗糙度要求不同的零件。 粗糙度小的部位可以用减小进给速度的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。4轮廓形状复杂的零件。数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列表曲线。如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数 控车床，那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。5带一些特殊类型螺纹的零件。传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能加

16、工等节距的 直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能加工任何等节距直、锥面，公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节 距之间平滑过渡的螺纹。 数控车床加工螺纹时主轴转向不必像传统车床那样交替变换， 它可 以一刀又一刀不停顿地循环， 直至完成， 所以它车削螺纹的效率很高。 数控车床还配有精密 螺纹切削功能， 再加上一般采用硬质合金成型刀片， 以及可以使用较高的转速， 所以车削出 来的螺纹精度高、 表面粗糙度小。 可以说， 包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上 加工。6.超精密、超低表面粗糙度的零件。磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反

17、射体、复印 机的回转鼓、 照相机等光学设备的透镜及其模具， 以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超 低的表面粗糙度值， 它们适合于在高精度、 高功能的数控车床上加工。 以往很难加工的塑料 散光用的透镜，现在也可以用数控车床来加工。超精加工的轮廓精度可达到0.1卩m,表面粗糙度司达0.02卩m。超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷。7. 在通用机床加工时极易受人为因素 （如： 情绪波动、 体力强弱、 技术水平高低等） 干扰, 零件价值又高,一旦质量失控会造成重大经济损失的零件。第三节 数控车床技术发展方向数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,

18、 而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大, 它对国计民生的一些重要行业 （IT 、汽车、 轻工、医疗等 ）的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发 展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。1. 高速、高精密化。高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展, 机电产品更新换代速度加快, 对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。 为满足这个 复杂多变市场的需求, 当前机床正向高速切削、 干切削和准干切削方向发展, 加工精度也在 不断地提高。另一方面, 电主轴和直线电机的成功应用, 陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心 内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠

19、副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件 的面市,也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴,取消了皮带、 带轮和齿轮等环节, 大大减少了主传动的转动惯量,提 高了主轴动态响应速度和工作精度, 彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和 噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min 以上。直线电机驱动速度高, 加减速特性好, 有优越的响应特性和跟随精度。 用直线电机作伺服驱 动,省去了滚珠丝杠这一中间传动环节,消除了传动间隙（包括反向间隙 ）,运动惯量小,系统刚性好, 在高速下能精密定位,从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副,由于其具有各向间隙为零和非

20、常小的滚动摩擦,磨损小,发热可忽略不计,有非常好的热稳定性,提高了全程的定位精度和重复定位精度。 通过直线电机和直线滚动导轨副的应用, 可使机床的 快速移动速度由目前的 1020m/mim 提高到6080m/min，甚至高达 120m/min。2. 高可靠性。数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发 挥其高性能、高精度和高效率,并获得良好的效益,关键取决于其可靠性的高低。3. 功能复合化。功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率,使用于非加工辅助时间 减至最少。通过功能的复合化,可以扩大机床的使用范围、提高效率,实现一机多用、一机 多能, 即一台数控车床既可以实现车

21、削功能, 也可以实现铣削加工； 或在以铣为主的机床上 也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的 CX25Y 数控车铣复合中心,该机床同时 具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铳削和偏孔、槽的加工。 该机床还配置有强动力刀架和副主轴。 副主轴采用内藏式电主轴结构, 通过数控系统可直接 实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工,极大地提高了效率。4. 智能化、网络化、柔性化和集成。 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成； 为提高驱

22、动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操 作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、 全球制造的基础单元。数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是 制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。