数控车床新手入门必看！详解分类、结构与操作基础教程

数控车床新手入门必看！详解分类、结构与操作基础教程

第1章 数控车削加工概述1.1 数控车床概述

数控机床，它是一种把机械、电气、等诸多技术融合在一起的机电一体化产品，它是机械制造设备里具备高精度、高效率等优点的工作母机。数控机床技术水平的高低，还有它在金属切削加工机床产量以及总拥有量里所占的百分比，这是衡量一个国家经济发展以及工业制造整个水平的重要标志之一 。数控车床，是数字程序控制车床的简称，它集合了，通用性良好的万能型车床的特点，又具备加工精度高的精密型车床的特性，还拥有加工效率高的专用型普通车床的特质，它是当前国内使用量最多，覆盖面最为广泛的一种数控机床，其数量占数控机床总数的大约25% 。

1.1.1 数控车床分类

数控车床于数控机床里占据着极为要紧的位置，多年以来一直广受世界各国的普遍看重且得以迅速地发展。伴着数控机床制造技术持续地发展，为能够满足各异用户的加工需求，数控车床的品种样式多样，功能越发强大，从数控系统控制功能方面考究，数控车床能够划分成以下几种。

1. 按控制功能分类

(1) 具备全功能的数控车床，通常借助交流、直流伺服电机来驱动，进而构建成闭环或者半闭环性质的控制系统，主电机一般采用的是交流伺服电机，拥有CRT图形显示功能，具备人机对话功能，还有自诊断等种种功能，有着高刚度、高精度以及高效率等一系列优点，它的外形呈现为图1-1所示的样子。

图1-1 全功能型数控车床

早期经济性数控车床在普通车床基础上改造而成，功能简单，现在其功能有较大提升，出于经济因素考虑，不过于追求机床功能，与全功能型数控车床相比，主运动进给伺服控制相对简单，数控系统档次较低，主体刚度制造精度不及：还结构简，且功能少，其外形如图1-2所展示。

图1-2 经济型数控车床

(3) 车削中心，它是以全功能型数控机床作为主体，并且配置了刀库，还有换刀装置，以及分度装置，另外还有铣削动力头和机械手等，借此能够实现多工步复合加工的机床，其外形呈现如图1-3所示的样子。

图1-3 车削中心

(4) FMC车床，它不是普通车床，而是一种由数控车床、机器手、或机器人等共同搭建而成的特别的柔性加工单元，它具有特殊功能，能够实现工件进行搬运、实施装卸的自动化，以及完成那个专门的有特定要求的加工调整准备工作，达成自动化，它的外观模样，就呈现有如那被展示出来的在图1 - 4所绘制呈现的样子。

图1-4 FMC车床

2. 按车床主轴位置分类

一种车床，它被叫做立式数控车床，又简称为数控车床，其车床的主轴是垂直于水平面的，并且有一个圆形工作台，这个工作台直径很大，是用来装夹工件的，它的外形呈现如图1-5所示的样子，这类机床主要是用于加工那种径向尺寸大，而轴向尺寸相对较小的大型复杂零件 。

图1-5 数控立式机床

卧式数控车床，它又被划分成数控水平导轨卧式车床以及数控倾斜导轨卧式车床，其外形呈现如图1-6所示的样子。其中，倾斜导轨的这样一种结构能够让车床具备更大的刚性，并且还容易将切屑给排除掉。

图1-6 数控卧式车床

3. 按加工零件的基本类型分类

存在一种车床，它被称作卡盘式数控车床，这种车床并未设置尾座，它比较适宜对盘类零件进行车削操作，这里所说的盘类零件包含短轴类零件，它的夹紧方式大多是通过电动或者液动来实行控制，在该项车床之中，卡盘结构大多具备可以调节的卡爪或者不进行淬火处理的卡瓜，也就是软卡爪 。

(2) 顶尖样式的数控车床。此数控车床配备有普通尾座或者数控尾座，适宜用于车削长度较长的轴类零件与直径并非很大的盘、套类零件，。、。

4. 按刀架数量分类

有一种车床叫单刀架数控车床。普通的数控车床通常会配备各种样式的单刀架。比如说四工位卧式自动转位刀架。或者是多工位转塔式自动转位刀架。就如同图1 - 7所展示的那样。

图1-7 基本结构形式的自动转位刀架

（2）双刀架数控车床，这类车床，其双刀架的配置，也就是移动导轨分布，可以是像图1-8 (a) 所展示的那种平行分布，也能够是如同图1-8 (b) 呈现的相互垂直分布，还有同轨结构。

图1-8 组合形式的自动转位刀架

1.1.2 典型的数控车床组成

虽说数控车床有着较多的种类，可是一般情况下都是由车床主体、数控装置以及伺服系统这三大部分给构成的。图1-9它是数控车床的基本组成方面的框图。

图1-9 数控车床的基本组成方框图

1. 车床主体

车床本体跟传统车床近乎相像，有主轴传动组件、进给传动组件、床身、工作台。除此之外还有辅助运动装置、液压气动装置、润滑系统、冷却装置等构成要素。然而数控车床，尤其是车削中心，在整体布局、外观形态造设样貌、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面，都已经产生了较大的改变。数控车床结构如同图1-10所展示的那样。

图1-10 数控车床结构图

数控车床相对普通车床有以下几个方面的变化。

运用高性能主传动，以及主轴部件，其具备传递功率较为大的特性，有着刚度高的特性，拥有抗振性良好的特性，还具备热变形微小的特性。

第二，进给传动采用高效传动件，其具有传动链短的特点，具有结构简单的特性，具有传动精度高的特质，传动件一般采用滚珠丝杠副，传动件一般采用直线滚动导轨副等。

(3) 具有完善的刀具自动变换和管理系统。

(4) 车床本身具有很高的动、静刚度。

采用全封闭罩壳，数控车床可自动完成加工，为实现操作安全，通常采用移动门结构的全封闭罩壳，以此对车床的加工部件实施全封闭。

其具体组成如下：

(1) 主轴与主轴箱。

主轴，数控车床的主轴，其回转精度，直接对零件加工的精度产生影响，它的功率大小，它的回转速度快慢，会对加工的效率造成影响，它的同步运行要求，它的自动变速要求，它的定向准停要求，会对车床的自动化程度产生影响。

对于具有有级自动调速功能的数控车床而言，其主轴箱内的传动机构被极大简化，② 主轴箱。而具备无级自动调速（含定向准停）功能的数控车床，那起机械传动变速和变向作用的机构已然不存在了，其主轴箱也变成了“轴承座”及“润滑箱”的代名词。对于改造式（具备手动操作和自动控制加工双重功能）数控车床，基本上保留了其原有的主轴箱。主轴箱外形如图1-11所示。

图1-11 数控车床用主轴

(2) 导轨，数控车床的导轨，是保证进给运动准确性的重要部件，它在很大程度上影响车床的刚度，它影响车床的精度，它影响低速进给时的平稳性，它是影响零件加工质量的重要因素之一，除部分数控车床仍沿用传统的滑动导轨（金属型）外，定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨，这种新型滑动导轨的摩擦系数小，其具有耐磨性好的特点，其具有耐腐蚀性好的特点，其具有吸震性好的特点，其润滑条件也比较优越。

（3）机械传动机构，除了部分存在于主轴箱内的齿轮传动等机构之外，数控车床是在原普通车床传动链的基础之上，做了大幅度的简化，比如取消了挂轮箱，取消了进给箱，取消了溜板箱以及其绝大部分传动机构，仅仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，并且在驱动电动机至丝杠之间，增设了（少数车床未增设）能够消除其侧隙的齿轮副。

① 一种为螺旋传动型的机构。于数控车床里存在的螺旋副，此螺旋副是那种会把驱动电动机所输出到外面的旋转运动，转变成刀架在纵向以及横向方向上呈现直线运动样态的、特殊的运动副。而构成螺旋传动机构的部件，通常来讲差不多都是滚珠丝杠副，就如同图1-1所表达的12那般呈现着。

图1-12 滚珠丝杠螺母副+滑动导轨

滚柱丝杠对偶的摩擦阻力微小，能够消除轴向间隙并进行预紧，因而传动效率高且精度高，运动稳定，还动作灵敏；然而其结构较为复杂，制造技术所需要求较高，故而成本也较高。另外，依靠自行调整其间隙的大小时，难度同样较大。

② 齿轮副，在较多数控车床的驱动机构当中，其驱动电动机跟进给丝杠之间，设置了一个简单的齿轮箱（架），齿轮副的主要作用在于，保证车床进给运动的脉冲当量能够符合要求，避免丝杠有可能产生的轴向窜动，对于驱动电动机造成的不利影响。

(4) 实现自动转动刀架 。数控车床所采用的自动转位刀架通常具备固定刀位 ，除车削中心运用带有刀库的随机换刀自动换刀装置之外 ，如同一 - 13 插图呈现的那样 。一部分车床还配备有各类形式的双刀架 。

图1-13 电动 (或液压) 回转刀架

(5) 检测反馈装置，它属于数控车床关键构成部分，对加工精度影响颇大，对生产效率影响不小，对自动化程度影响显著。检测装置涵盖位移检测装置与工件尺寸检测装置这两大类，工件尺寸检测装置又分成机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置这两种。工件尺寸检测装置仅在少量高档数控车床上得以配用。

(6) 对刀装置。除掉极少数专用性质的数控车床之外，普通数控车床差不多都运用了各种各样形式的自动转位刀架，用来进行多刀车削，如此这般，每一把刀的刀位点在刀架上安装的位置，还有相对于车床固定原点的位置，都需要进行对刀、调整以及测量，并且加以确认，从而保证零件的加工质量。

2. 数控装置和伺服系统

相较于普通车床，数控车床关键性差异在于有无数控装置、伺服系统这重要的两大构成部分。若讲数控车床检测装置如同人视觉器官一般，那么数控装置恰似人思维关键所在，伺服系统仿若人双手部分。如此一来容易知晓此两大构成之于数控车床的关键所处位置了 。

数控装置，其核心为计算机及其软件，在数控车床里起“指挥”作用，它接收加工程序送来的各类信息，经处理与调配后，向驱动机构发出执行命令，执行时，其驱动、检测等机构把相关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。

(2) 伺服系统，它能够精准地执行数控装置发出的命令，借助驱动电路以及执行元件（像是步进电机等），达成数控装置所要求的各类位移 。

1.1.3 数控车床加工特点与技术参数

1. 数控车床的加工特点

数控机床与传统机床相比，具有以下一些加工特点。

车床数控而言，其以高度柔性为特性是。借助数控车床来完成零件的加工事宜之时，加工程序起着决定性作用之所在。此数控车床与普通机床有着显著差异，它无需进行众多工具、夹具的制造以及更换之举，也无需频繁地对机床做重新调整之操作。所以说，数控车床特别适合于那种零件频繁更替的情形，也就是适用于单件生产、小批量生产以及新产品开发这几种场合。它的投入使用，使得生产准备周期得以缩短，还节省了数量可观的工艺装备方面的费用。

如图1-14所展示的，呈现“口小肚大”这种形态的内成形面零件的局部视图，此一种情况，在普通车床上进行加工存在困难，并且另外呢，该检测的难易程度，也是不容易的。要是采用数控车床来加工，那情况就便利了，数控车床是这样的，车刀刀尖运动所形成的轨迹，是由加工程序来予以控制的。

图1-14 特殊内成形面零件的局部图

对于那种由非圆线亦或是列表曲线 (像流线形曲线) 构建其旋转面的零件而言，对于各种非标准螺距的螺纹，还有变螺距螺纹这类多种特殊螺旋类零件来讲，以及针对表面粗糙度要求极为均匀，并且表面粗糙度值还较小的变径表面类零件而言，均可借助车床数控系统所具备的同步运行以及恒线速度等功能来确保其精度要求。

(2) 工艺精度具备较高水准。数控车床所能达成的加工精度，处于0.005至0.1毫米这个区间范围之内。数控车床是依据数字信号形式予以控制的模式，数控装置每输出一个脉冲信号之时，机床的移动部件紧接着就会移动一个脉冲当量，此脉冲当量通常为0.001毫米，并且呢，机床进给传动链的反向间隙以及丝杆螺距平均误差，能够借助数控装置来实施补偿，因而数控车床的定位精度相对而言比较高。

（3）加工质量具备稳定性，而且可靠。去加工同一批零件，是在同一机床进行，处于相同加工条件之下，运用相同刀具以及加工程序，刀具的走刀轨迹呈现出完全相同的状态，零件的一致性良好，质量稳定。

(4) 生产率呈现出较高的水平。数控车床具备能够有效地削减零件加工时间以及辅助时间的特性，其主轴转速与进给量的范围十分广泛，准许机床开展大切削量的强力切削操作，当下数控车床正步入高速加工的时期，机床移动部件的快速移动以及定位行为以及高速切削加工活动，极大程度地提升了生产率；除此之外，与车削中心的刀库加以配合使用，达成了在一台机床上展开多道工序的连续加工状况，减少了半成品在工序间的周转时间，进而提高了生产率。

想要进一步提升车削加工的效率，借助增加车床的控制坐标轴，能够在一台数控车床上，同时对两个多工序的相同或者不同的零件展开加工，还能够达成一批工序格外复杂零件车削加工过程的自动化。

在一台数控车床上，这数控车床是六轴控制的，其上有左、右两个主轴，这两个主轴是同轴线的，并且还有前后配置的两个刀架，它在一台数控系统的控制之下，能进行各种车削加工，此为图1-15所示的示意图。其中，图 (a)，呈现出前后两个刀架同时对左、右主轴上，两个相同零件进行车削的情况；图 (b)，表明其两个刀架先是分别车削两个主轴上，不同的零件；图 (c)，指在车床左端主轴那，也就是第一主轴C1上，装夹有待车削零件的坯件，棒料先是由前置刀架车出有复杂外形轮廓的右端，之后呢，通过自动送料机构，图中没画出来，把其半成品件跟棒料一块转送到右主轴，即第二主轴C2那儿定位并装夹起来，紧接由后置刀架按照所需总长要求切断，这般切断后的棒料会借助自动送料机，将其送回左主轴上合适的位置并夹紧，然后再重复前述，零件右端外轮廓或者内轮廓的左端那些操作，最终达成一个复杂零件全部车削过程不间断的加工，进而极大地提高了加工效率。

图1-15 六轴控制的数控车床加工示意图

首先，改善劳动条件。数控车床在加工前，经过调整好之后，输入程序并启动，继而机床就能自动连续地进行加工，一直到加工结束。其中，操作者主要负责程序的输入，还要进行编辑，以及装卸零件和刀具准备，同时观测加工状态，还要对零件进行检验等工作，如此一来，劳动强度大为降低，使得机床操作者的劳动朝着智力型工作发展。另外，机床一般是封闭加工，这种加工方式既清洁，又安全。

(6) 对现代化生产管理有着有利之处。数控车床进行加工时，是以标准代码作为控制信息的，这易于达成加工信息的标准化 ，当前已同计算机辅助设计与制造 (CAD/CAM) 系统有机衔接起来了，并且还是先进制造技术的基础 。

2. 数控车床的主要技术参数

数控车床的主要技术参数涵盖最大回转直径，最大车削长度，各坐标轴行程，主轴转速范围，切削进给速度范围，定位精度，刀架定位精度等，这些参数见表1-1所列。

表1-1 数控车床主要技术参数