第4章数控车床.ppt

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1、1,数控机床,2,第4章 数控车床,3,4.1 项目的引出 4.2 数控车床概述 4.3 数控车床的结构 4.4 车削中心 4.5 其他车削类数控机床介绍 项目训练视频参考资料,4,4.1 项目的引出,本 节 提 示 数控车床是目前使用较为广泛的数控机床。本节引 出的教学项目一至教学项目五分别列举了轴类、套类、 盘类等零件，它们均属于回转体零件，而且具有形状复 杂、加工精度要求高等特点。因此，适合采用数控车床 进行加工。但是，根据零件的个体特征，需要选用不同 类型的数控车床。,5,4.1 项目的引出,4.1.1 项目一 图示的零件为典型的轴类零件，主要加工圆柱面 、圆弧 面、端面、倒角及外螺纹

2、面等 ，适合采用卧式数控车床加 工。,6,4.1 项目的引出,4.1.2 项目二 图示的不锈钢 套筒零件为典型的 套类零件，主要加 工内外圆柱面 、圆 弧面、端面、切槽 等 ，适合采用卧式 数控车床加工，分 别加工零件两侧的 内、外轮廓。,7,4.1 项目的引出,4.1.3 项目三 图示的蜗轮透盖 零件为典型的盘类 零件，主要加工内 外圆柱面 、内圆弧 面、端面、切槽等 ，适合采用卧式数 控车床加工，端面 孔在其他机床加工,8,4.1 项目的引出,4.1.4 项目四 图示的齿轮毛坯零件为径向尺寸较大的盘类零件，主要加工内外圆 柱面 、圆锥面、端面、倒角及切端面槽等 ，适合采用立式数控车床加 工

3、。,9,4.1 项目的引出,4.1.5 项目五 图示的连接件除了加工圆柱面 、圆弧面、端面、倒角、切槽之外 ， 还要加工径向孔、与工件中心不同心的轴向孔及端面圆弧槽等，适合 采用车削中心加工。,(a) 工件图样,(b) 工件工件轴侧图,10,4.2 数控车床概述,本 节 提 示 中、小型数控车床的布局普遍采用水平床身配上倾斜放 置的滑板和斜床身配置斜滑板的布局形式。 项目一中的轴零件和项目二中的不锈钢套筒零件，适合 选用刀架后置的数控车床进行加工。 项目三中的蜗轮透盖零件，适合于选用刀架前置的数控 车床进行加工。 项目四中的齿轮毛坯零件，适合选用立式数控车床进行加工。 项目五中的连接件，适合选

4、用车削中心进行加工。,11,4.2 数控车床概述, 数控车床又称为CNC（ComputerNumerical Contro1）车床，即用计算机数字控制的车床. 普通车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工。 数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中， 由数控系统通过 X、Z 坐标轴的伺服电动机去控制车床 进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，同时以 主轴的转速和转向。 数控车床适合加工在普通车床上无法完成全部加工或 是很难完成加工，或是在普通车床上加工效率较低的零 件。,12,4.2 数控车床概述,4.2.1 数控车床的组成及布局 1.数控车床的组成及特点 对比卧式车床和数控车床的外观图

5、 ，数控车床的进给系 统与卧式车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别。,图4-6 卧式车床外观图,图4-7 数控车床外观图,13,4.2 数控车床概述,如图所示，主轴箱内安装有脉冲 编码器2，主轴电动机经同步齿 形带1驱动主轴4旋转，主轴的 运动通过同步齿形带3，以11 的速比传到脉冲编码器2。脉冲 编码器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，即 实现加工螺纹时主轴转一转，刀 架Z向移动一个导程的运动关系.,14,4.2 数控车床概述,2.数控车床的布局 刀架和导轨的布局形式会直接影响数控车床的使用性能、 机床的结构和外观。而且数控车床上都设有封闭的

6、防护装置. （1）床身导轨的布局：根据数控车床床身导轨与水平面的 相对位置不同，可以有如图所示的多种布局形式。,15,4.2 数控车床概述,（1）床身导轨的布局 图a所示为平床身平滑板布局 特点：水平床身的工艺性好，便于导轨 面的加工，刀架的运动精度高。但是由于 床身下部空间小，排屑困难。刀架水平放 置使得滑板横向尺寸较长，加大了机床宽 度方向的结构尺寸。 应用：可用于大型数控车床或小型精密 数控车床的布局。,16,4.2 数控车床概述,（1）床身导轨的布局 图b所示为斜床身斜滑板布局 特点：排屑容易，操作方便，机床占地 面积小，容易实现封闭式防护。 斜床身倾斜的角度小，排屑不便；倾斜 角度大

7、，斜导轨的导向性差，受力情况也 差。 应用：小型数控车床，床身倾斜30或 45；中规格的数控车床，床身多倾斜 60；大型数控车床，床身多倾斜75。,17,4.2 数控车床概述,（1）床身导轨的布局 图c所示为平床身斜滑板布局 特点：水平床身配倾斜放置的滑板， 一方面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。 斜滑板倾斜的角度分别为30、 45、60、75. 应用：可用于中、小型数控车床 的布局。,18,4.2 数控车床概述,（1）床身导轨的布局 图d所示为前倾身平滑板布局，图e所示为立床身立滑板布 局，称为立式车床。,19,4.2 数控车床概述,

8、（2）刀架的布局 刀架作为数控车床的重要部件，其布局形式对 机床整体布局及工作性能影响很大。目前两坐标联 动数控车床多采用12工位的回转刀架，也有采用6 工位、8工位、10工位回转刀架的。 回转刀架在机床上的布局有两种形式：一种是 用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主 轴，另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架 其回转轴平行于主轴。,20,4.2 数控车床概述,（2）刀架的布局 床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架的数 控车床称为双刀架四坐标数控车床。每个刀架的切 削进给是分别控制的，因此两刀架可以同时切削同 一工件的不同部位， 既扩大了加工范围，又提高了 加工效率。 双刀架四坐标数

9、控车床的结构复杂，且需要配置 专门的数控系统实现对两个独立刀架的控制。该机床 适合加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的 零件。,21,4.2 数控车床概述,4.2.2 数控车床的用途 由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥 面、圆弧面、端面、螺纹等的切削加工，所以数 控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。 数控车床加工零件的尺寸精度可以达到IT5 IT6，加工表面的粗糙度可以达到 Ra1.6 m以下. 数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产 品的品种和规格频繁变化的特点，被广泛应用于机 械制造业。,22,4.2 数控车床概述,4.2.3 数控车床的分类 1.按机床主轴布局形式分类

10、（1）卧式数控车床：主轴 轴线处于水平位置的数控车 床。 图示为前置刀架的数控车 床，其刀架结构简单。 项目三中的蜗轮透盖零件 形状简单，适合采用刀架前 置的数控车床进行加工。,图4-10 刀架前置的数控车床,23,4.2 数控车床概述,4.2.3 数控车床的分类 （1）卧式数控车床：图示为 后置刀架的数控车床，中高档 的数控车床一般都采用后置刀 架的布局结构，床身导轨为倾 斜导轨（或水平床身配上倾斜 放置的滑板）。 项目一中的轴零件、项目二 中的不锈钢套筒零件适合采用 刀架后置的数控车床进行加工.,图4-11 刀架后置的数控车床,24,4.2 数控车床概述,（2）立式数控车床：主轴 轴线处于

11、垂直位置的数控车 床。 图4-12所示刀架沿垂直导轨 的移动为 Z 轴进给，刀架沿 水平导轨的移动为 X 轴进给. 项目四中的齿轮毛坯零件 属于直径尺寸较大的盘类零 件，上端面及内孔都带有锥 度，适合选用立式数控车床 进行加工。,图4-12 立式数控车床,25,4.2 数控车床概述,4.2.3 数控车床的分类 2.按数控系统控制的轴数分类 （1）两轴控制的数控车床：主轴轴线处于水平位置的数控 车床。机床上只有一个回转刀架，可实现 X、Z 两坐标轴控制图4 -10和图4 -11所示即是两轴控制的数控车床。,图4-10 刀架前置的数控车床,图4-11 刀架后置的数控车床,26,4.2 数控车床概述

12、,（2）双刀架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。 图示为双刀架卧式数控车床的刀架配置示意图， 一个回转 架为后置刀架，另一个回转刀架为前置刀架。,27,4.2 数控车床概述,（3）三轴控制的车削中心：车削中心是在数控车床的基 础上发展起来的，主要特征是在数控车床的转塔刀架上增设 了多种自驱动 刀具，并对主 轴（C 轴）进 行伺服控制， 自驱动刀具有 钻削头、铣削 头等。,28,4.2 数控车床概述,车削中心回转刀架上安装有 平行于主轴轴线（Z 轴）的自驱 动刀具1和垂直于主轴轴线（X 轴）的自驱动刀具 2。 项目五中的连接件，其外圆 表面上有6个均布的 径向孔；

13、右 端面上有均布的4段圆弧槽和4个 与工件中心不同心的轴向孔，该 连接件适合采用车削中心进行加 工。,图4-15 车削中心回转刀架,29,4.2 数控车床概述,（4）五轴联动车铣复合中心：机床配置双车主轴、一个 铣轴、一个回转刀架和一个盘式刀库。车铣复合中心主要 用于航空、军工、汽车、船舶等行业中复杂零件的加工。,主 轴,銑 轴,前置回转刀架,30,4.3 数控车床的结构,本 节 提 示 数控车床的主轴传动方式一般采用主轴电机通过带传 动带动主轴旋转，或是由主轴电机通过带传动和主轴箱内 的变速齿轮带动主轴旋转，也有采用电主轴的。 数控车床的进给传动方式和结构与普通车床截然不同， 由伺服电机驱动

14、，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架完成 Z轴 和X 轴的进给运动。 数控车床刀架多采用回转刀架；卡盘一般采用液压卡盘.,31,4.3 数控车床的结构,4.3.1 MJ-50数控车床的的用途、布局及技术参数 1. MJ-50数控车床的用途 MJ-50数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆 柱面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面等。对 于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工. 该机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。,32,4.3 数控车床的结构,2. MJ-50数控车床的布局 图示的MJ-50数控车床为两轴联动的卧式车床,33,4.3 数控车床的结构,3. MJ-50数控车床的主要技术参数 （1

15、）机床的主要参数 允许最大工件回转直径 500 mm 最大切削直径 310 mm 最大切削长度 650 mm 主轴转速范围 353500 r/min （连续无级） 刀架有效行程 X 轴 182 mm; Z 轴 675 mm 快速移动速度 X 轴10 m/min; Z 轴15 m/mim 安装刀具数 10把 主轴调速电机功率 11/15 kW（连续/30 min超载） 进给交流伺服电机功率 X 轴0.9 kW； Z 轴1.8 kW,34,4.3 数控车床的结构,3. MJ-50数控车床的主要技术参数 （2）数控系统的主要技术规格参数 MJ-50数控车床的数控系统为FANUC -0TE系统 控制轴

16、数 X轴、Z 轴，手动方式同时仅一轴 最小设定单位 X、Z 轴0.001 mm 最小移动单位 X轴0.0005 mm Z 轴0.001 mm 最大编程尺寸 99999.999 mm 快速倍率 LOW，25%，50%，100% 进给倍率 从0150%范围内以10%递增 停顿 G04（09999.999 s）,35,4.3 数控车床的结构,4.3.2主传动系统及主轴箱结构 1.主运动传动系统 如图所示主运动传动系统由功率为11 kW的主轴调速电动机驱动， 经一级11的带传动带动主轴旋转，使主轴在353500 r/mim的 转速范围内实现无级调速 。,36,4.3 数控车床的结构,2. 主轴箱结构

17、（1）主轴箱结构 MJ-50数控车床主轴箱结构如图所示。,37,4.3 数控车床的结构,2. 主轴箱结构 （2）液压卡盘结构 如a图所示，液压卡盘固定安装在主轴 前端 ，b图所示为卡盘内楔形机构示意图。,图4-19 液压卡盘结构简图,38,4.3 数控车床的结构,4.3.3 进给传动系统及传动装置 1. 进给传动系统的特点 数控车床的进给传动系统是控制 X、Z坐标轴的伺服系 统的主要组成部分，采用伺服电动机驱动，通过滚珠丝 杠螺母带动刀架移动，刀架的快速移动和进给运动均为 同一传动路线。 采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的 灵敏度、定位精度和防止爬行。 消除丝杠螺母的配合间隙和丝

18、杠两端的轴承间隙，也有 利于提高传动精度。,39,4.3 数控车床的结构,2. 进给传动系统 如图所示，MJ-50 数控车床的进给传动 系统分为 X轴进给传 动和Z轴进给传动。 液压马达驱动回转 刀架转位换刀。,40,4.3 数控车床的结构,3. 进给系统传动装置 (1) X 轴进给传动装置 如图所示，是MJ-50 数控车床X 轴进给传动 装置的结构简图。,图4 -20 MJ-50数控车床 X 轴进给装置,41,4.3 数控车床的结构,(2) Z 轴进给传动装置 如图所示，是MJ-50数控车床 Z 轴进给传动装置的结构简图.,42,4.3 数控车床的结构,4.3.4 自动回转刀架 自动回转刀架

19、转位换刀 过程为:当接收到数控系统 的换刀指令后，刀盘松开 旋转到指令要求的刀位 （刀盘就近转位换刀）后刀 盘夹紧，并发出转位结束 信号。图示为MJ-50数控 车床的回转刀架结构简图.,43,4.3 数控车床的结构,4.3.5 机床尾座 图示为尾座结构简图，尾座体的移动由滑板带动移动。 在调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动，而尾座套筒可带动顶尖一起移动。 尾座套筒移动的行程， 靠调整套筒外部连接的 行程杆10上面的移动 挡块6来完成。,图4-23数控车床尾座结构简图,44,4.4 车削中心,本 节 提 示 数控机床复合化发展的趋势是尽可能将零件所 有工序集中在一台机床上加工完成，车削中心就是

20、 把车、铣、钻等工序集中到一台机床来完成，打破 了传统的工序界限，同时满足高精度和高效率的加 工要求。,45,4.4 车削中心,4.4.1 车削中心的工艺范围 在车削中心上，工件一次安装，能自动完成车削、铣平 面、铣键槽、铣螺旋槽及钻轴向 孔、径向孔、攻螺纹等艺 内容，有效地提高了生产效率，进而提高了数控车削的柔性 化和 自动化水平。 如图4-24所示，车削中心除了对工件进行车削工序的加 工外，还可以进行铣削、轴向或径向钻削和攻螺纹等加工。,46,4.4 车削中心,4.4.1 车削中心的工艺范围,图4-24,47,4.4 车削中心,4.4.1 车削中心的工艺范围,图4-24,48,4.4 车削

21、中心,4.4.1 车削中心的工艺范围 如图4 -25所示的连接套、活塞及医用器件都适合在车削中心上加工。,（a）连接件,（b）活塞,（c）医用器件,图4 -25 车削中心加工的典型零件,49,4.4 车削中心,4.4.2 C 轴功能与伺服控制 车削中心主轴的旋转除实现车削的主运动外，还可做分 度运动或圆周进给运动，且在数控装置伺服系统的控制下， 可以实现C轴和X轴的联动，或C轴和Z 轴的联动。驱动刀 轴的伺服电动机与驱动主轴旋转的主轴电动机是互锁的。 如图所示为 C 轴功能与伺服控制。,50,4.4 车削中心,4.4.3 自驱动刀具的典型结构 自驱动刀具是指那些具备独立驱动源的刀具。 车削中心

22、的自驱动刀具一般是由动力 源、变速传 动装置和刀具附件组成，刀具附件包括钻削附件 和铣削附件。 自驱动刀具的主轴伺服电机，通过变速传动机构 驱动刀具主轴旋转，并自动控制主轴无级变速。,51,4.4 车削中心,4.4.3 自驱动刀具的典型结构 1.变速传动装置 车削中心自驱动 刀具的传动装置 如图4 -27所示。,图4-27,52,4.4 车削中心,4.4.3 自驱动刀具的典型结构 2.自驱动刀具附件 自驱动刀具附件有分别用于铣削、钻削和攻螺纹等许多 种，图4-28所示为高速钻孔附件.,图4-28 高速钻孔附件,53,4.4 车削中心,2.自驱动刀具附件 a图所示为中间传动装置，其中 心 A-A

23、 处可以安装b图所示的铣 轴或其他钻孔、攻螺纹刀具主轴,图4-29 铣削附件,54,4.5 其他车削类数控机床介绍,本 节 提 示 数控立式轮毂车床，适合加工径向尺寸较大 的汽车轮毂零件。 倒置式数控车床，可用在小批量品种多的生 产中；也可以用在大批量生产中。,55,4.5 其他车削类数控机床介绍,4.5.1 数控立式轮毂车床 1.机床的布局及结构特点 如图所示的数控立式轮 毂车床，采用单主轴、双 刀架结构，工件安装在工 作台上随主轴一起旋转， 适合加工径向尺寸较大的 汽车 轮毂类零件。,56,4.5 其他车削类数控机床介绍,4.5.1 数控立式轮毂车床 1.机床的布局及结构特点 如图所示机床

24、两个转塔刀 架1和4各有6个刀位，工件 安装在工作台3上用卡爪2 夹紧工作台为双工位旋转交 换工作台，使装卸工件的时 间与切削时间重合，具有较 高的生产效率和加工精度。,图4-31 转塔刀架及工作台布局结构,57,4.5 其他车削类数控机床介绍,2.机床的主要技术参数 最大回转直径 750 mm 最大工件高度 295 mm 主轴转速范围 502500 r/min 主轴最大扭矩 570 Nm 主电机功率 37/45 kW 轮毂卡盘规格 1622 in X/Z 轴快移速度 15/15 m/min X/Z 轴行程 575/525 mm 加工精度 IT6IT7 加工表面粗糙度 Ra 1.6 m,58,

25、4.5 其他车削类数控机床介绍,4.5.2 倒置式数控车床 1.倒置式数控车床的布局 如图所示为倒置式数控 车床，其布局既不同于卧 式车床也不同于立式车床 主要特征是采用倒立式 车主轴，即主轴的安装位 置垂直向下，由主轴移动 完成工件的装卸。,图4-32 倒置式数控车床,59,4.5 其他车削类数控机床介绍,1.倒置式数控车床的布局 如图所示为VL3倒置式数控车床的自动装卸料及输送系统。,图4-33 倒置式车床工件自动装卸,60,4.5 其他车削类数控机床介绍,1.倒置式数控车床的布局 图4-34所示为VL3倒置 式数控车床的主轴在上、下 料工位装卸工件。,图4- 34,61,4.5 其他车削

26、类数控机床介绍,2.倒置式数控车床的特点及应用 （1）生产效率高、占地面积小 （2）操作方便、排屑理想 （3）可用于多品种大、小批量生产 倒置式数控车床用于汽车制造厂及为汽车制造厂 配套的生产厂。,62,4.5 其他车削类数控机床介绍,（4）应用举例 图所示选用两台VL3倒 置式数控车床配上一个机 械手和一个给工件打标记 的工位，组成小型生产系 统，自动加工齿轮的前后 两个面。 系统工作时，第一台机 床加工的齿轮的一个面， 第二台机床加工齿轮的另 一个面，最后给工件打标 记。,63,项目训练视频参考资料,数控车床开机操作 外圆车刀更换刀片及刀具的安装操作 内圆车刀的安装操作 更换螺纹车刀刀片、切断刀刀片的操作 工件的安装与试切对刀操作,64,数控车床开机操作,65,外圆车刀更换刀片及刀具的安装操作,66,内圆车刀的安装操作,67,更换螺纹车刀刀片、切断刀刀片的操作,68,工件的安装与试切对刀操作,