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簡述數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)和工作過程
閱讀：2818 發(fā)布時(shí)間：2012-5-9
數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的型普通車床的特點(diǎn)于一身，是國內(nèi)使用量zui大、覆蓋面zui廣的一種數(shù)控機(jī)床，占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%左右（不包括技術(shù)改造而成的車床）。
數(shù)控車床的分類
１．?dāng)?shù)控車床的分類
數(shù)控車床的分類方法較多，但通常都以和普通車床相似的方法進(jìn)行分類。
（1）按車床主軸位置分類
1）立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控車床，其車床主軸垂直于水平面，并有一個(gè)直徑很大的圓形工作臺，供裝夾工件用。這類機(jī)床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復(fù)雜零件。
2）臥式數(shù)控車床臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。
（2）按加工零件的基本類型分類
1）卡盤式數(shù)控車床這類車床未設(shè)置尾座，適合車削盤類（含短軸類）零件。其夾緊方式多為電動或液動控制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火（即軟卡爪）。
2）*式數(shù)控車床這類數(shù)控車床配置有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的軸類零件及直徑不太大的盤、套類零件。
（3）按刀架數(shù)量分類
1）單刀架數(shù)控車床普通數(shù)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(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自轉(zhuǎn)位刀架。
（2）雙刀架數(shù)控車床這類車床其雙刀架的配置（即移動導(dǎo)軌分布）可以是平行分布，也可以是相互垂直分布，以及同軌結(jié)構(gòu)。
數(shù)控車床的組成及工作原理
1.數(shù)控車床的組成
雖然數(shù)控車床種類較多，但一般均由車床主體、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三大部分組成。
（1）車床主體
除了基本保持普通車床傳統(tǒng)布局形式的部分經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床外，目前大部分?jǐn)?shù)控車床均已通過專門設(shè)計(jì)并定型生產(chǎn)。
1）主軸與主軸箱
a）主軸數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)精度，直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉(zhuǎn)速度影響到加工的效率；其同步運(yùn)行、自動變速及定向準(zhǔn)停等要求，影響到車床的自動化程度。
b）主軸箱具有有級自動調(diào)速功能的數(shù)控車床，其主軸箱內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)已經(jīng)大大簡化；具有無級自動調(diào)速（包括定向準(zhǔn)停）的數(shù)控車床，起機(jī)械傳動變速和變向作用的機(jī)構(gòu)已經(jīng)不復(fù)存在了，其主軸箱也成了"軸承座"及"潤滑箱"的代名詞；對于改造式（具有手動操作和自動控制加工雙重功能）數(shù)控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。
2）導(dǎo)軌
數(shù)控車床的導(dǎo)軌是保證進(jìn)給運(yùn)動準(zhǔn)確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性，是影響零件加工質(zhì)量的重要因素之一。除部分?jǐn)?shù)控車床仍沿用傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌（金屬型）外，定型生產(chǎn)的數(shù)控車床已較多地采用貼塑導(dǎo)軌。這種新型滑動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較*。
3）機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)
除了部分主軸箱內(nèi)的齒輪傳動等機(jī)構(gòu)外，數(shù)控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎(chǔ)上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機(jī)構(gòu)，而僅保留了縱、橫進(jìn)給的螺旋傳動機(jī)構(gòu)，并在驅(qū)動電動機(jī)至絲杠間增設(shè)了（少數(shù)車床未增設(shè)）可消除其側(cè)隙的齒輪副。
a）螺旋傳動機(jī)構(gòu)數(shù)控車床中的螺旋副，是將驅(qū)動電動機(jī)所輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成刀架在縱、橫方向上直線運(yùn)動的運(yùn)動副。構(gòu)成螺旋傳動機(jī)構(gòu)的部件，一般為滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的摩擦阻力小，可消除軸向間隙及預(yù)緊，故傳動效率及精度高，運(yùn)動穩(wěn)定，動作靈敏。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造技術(shù)要求較高，所以成本也較高。另外，自行調(diào)整其間隙大小時(shí)，難度亦較大。
b）齒輪副。在較多數(shù)控車床的驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，其驅(qū)動電動機(jī)與進(jìn)給絲杠間設(shè)置有一個(gè)簡單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是，保證車床進(jìn)給運(yùn)動的脈沖當(dāng)量符合要求，避免絲杠可能產(chǎn)生的軸向竄動對驅(qū)動電動機(jī)的不利影響。
4）自動轉(zhuǎn)動刀架
除了車削中心采用隨機(jī)換刀（帶刀庫）的自動換刀裝置外，數(shù)控車床一般帶有固定刀位的自動轉(zhuǎn)位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。
5）檢測反饋裝置
檢測反饋裝置是數(shù)控車床的重要組成部分，對加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類，其中工件尺寸檢測裝置又分為機(jī)內(nèi)尺寸檢測裝置和機(jī)外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的數(shù)控車床上配用。
6）對刀裝置
除了極少數(shù)性質(zhì)的數(shù)控車床外，普通數(shù)控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉(zhuǎn)位刀架，以進(jìn)行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點(diǎn)在刀架上安裝的位置，或相對于車床固定原點(diǎn)的位置，都需要對刀、調(diào)整和測量，并以確認(rèn)，以保證零件的加工質(zhì)量。
（2）數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)
數(shù)控車床與普通車床的主要區(qū)別就在于是否具有數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)這兩大部分。如果說，數(shù)控車床的檢測裝置相當(dāng)于人的眼睛，那么，數(shù)控裝置相當(dāng)于人的大腦，伺服系統(tǒng)則相當(dāng)于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數(shù)控車床中所處的重要位置了。
a）數(shù)控裝置
數(shù)控裝置的核心是計(jì)算機(jī)及其軟件，它在數(shù)控車床中起“指揮”作用：數(shù)控裝置接收由加工程序送來的各種信息，并經(jīng)處理和調(diào)配后，向驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行命令；在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機(jī)構(gòu)同時(shí)將有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，以便經(jīng)處理后發(fā)出新的執(zhí)行命令。
b）伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確地執(zhí)行數(shù)控裝置發(fā)出的命令，通過驅(qū)動電路和執(zhí)行元件（如步進(jìn)電機(jī)等），完成數(shù)控裝置所要求的各種位移。
2.數(shù)控車床的工作過程
（1）首先根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。
（2）用規(guī)定的程序代碼和格式規(guī)則編寫零件加工程序單；或用自動編程軟件進(jìn)行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。
（3）將加工程序的內(nèi)容以代碼形式完整記錄在信息介質(zhì)（如穿孔帶或磁帶）上。
（4）通過閱讀機(jī)把信息介質(zhì)上的代碼轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑤斔徒o數(shù)控裝置。由手工編寫的程序，可以通過數(shù)控機(jī)床的操作面板輸入程序；由編程軟件生成的程序，通過計(jì)算機(jī)的串行通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的數(shù)控單元（MCU）。
（5）數(shù)控裝置將所接受的信號進(jìn)行一系列處理后，再將處理結(jié)果以脈沖信號形式向伺服系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行的命令。
（6）伺服系統(tǒng)接到執(zhí)行的信息指令后，立即驅(qū)動車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按照指令的要求進(jìn)行位移，使車床自動完成相應(yīng)零件的加工。
數(shù)控車床的分類
１．?dāng)?shù)控車床的分類
數(shù)控車床的分類方法較多，但通常都以和普通車床相似的方法進(jìn)行分類。
（1）按車床主軸位置分類
1）立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控車床，其車床主軸垂直于水平面，并有一個(gè)直徑很大的圓形工作臺，供裝夾工件用。這類機(jī)床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復(fù)雜零件。
2）臥式數(shù)控車床臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。
（2）按加工零件的基本類型分類
1）卡盤式數(shù)控車床這類車床未設(shè)置尾座，適合車削盤類（含短軸類）零件。其夾緊方式多為電動或液動控制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火（即軟卡爪）。
2）*式數(shù)控車床這類數(shù)控車床配置有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的軸類零件及直徑不太大的盤、套類零件。
（3）按刀架數(shù)量分類
1）單刀架數(shù)控車床普通數(shù)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(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自轉(zhuǎn)位刀架。
（2）雙刀架數(shù)控車床這類車床其雙刀架的配置（即移動導(dǎo)軌分布）可以是平行分布，也可以是相互垂直分布，以及同軌結(jié)構(gòu)。
數(shù)控車床的組成及工作原理
1.數(shù)控車床的組成
雖然數(shù)控車床種類較多，但一般均由車床主體、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三大部分組成。
（1）車床主體
除了基本保持普通車床傳統(tǒng)布局形式的部分經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床外，目前大部分?jǐn)?shù)控車床均已通過專門設(shè)計(jì)并定型生產(chǎn)。
1）主軸與主軸箱
a）主軸數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)精度，直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉(zhuǎn)速度影響到加工的效率；其同步運(yùn)行、自動變速及定向準(zhǔn)停等要求，影響到車床的自動化程度。
b）主軸箱具有有級自動調(diào)速功能的數(shù)控車床，其主軸箱內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)已經(jīng)大大簡化；具有無級自動調(diào)速（包括定向準(zhǔn)停）的數(shù)控車床，起機(jī)械傳動變速和變向作用的機(jī)構(gòu)已經(jīng)不復(fù)存在了，其主軸箱也成了"軸承座"及"潤滑箱"的代名詞；對于改造式（具有手動操作和自動控制加工雙重功能）數(shù)控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。
2）導(dǎo)軌
數(shù)控車床的導(dǎo)軌是保證進(jìn)給運(yùn)動準(zhǔn)確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)性，是影響零件加工質(zhì)量的重要因素之一。除部分?jǐn)?shù)控車床仍沿用傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌（金屬型）外，定型生產(chǎn)的數(shù)控車床已較多地采用貼塑導(dǎo)軌。這種新型滑動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較*。
3）機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)
除了部分主軸箱內(nèi)的齒輪傳動等機(jī)構(gòu)外，數(shù)控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎(chǔ)上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機(jī)構(gòu)，而僅保留了縱、橫進(jìn)給的螺旋傳動機(jī)構(gòu)，并在驅(qū)動電動機(jī)至絲杠間增設(shè)了（少數(shù)車床未增設(shè)）可消除其側(cè)隙的齒輪副。
a）螺旋傳動機(jī)構(gòu)數(shù)控車床中的螺旋副，是將驅(qū)動電動機(jī)所輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成刀架在縱、橫方向上直線運(yùn)動的運(yùn)動副。構(gòu)成螺旋傳動機(jī)構(gòu)的部件，一般為滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的摩擦阻力小，可消除軸向間隙及預(yù)緊，故傳動效率及精度高，運(yùn)動穩(wěn)定，動作靈敏。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造技術(shù)要求較高，所以成本也較高。另外，自行調(diào)整其間隙大小時(shí)，難度亦較大。
b）齒輪副。在較多數(shù)控車床的驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，其驅(qū)動電動機(jī)與進(jìn)給絲杠間設(shè)置有一個(gè)簡單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是，保證車床進(jìn)給運(yùn)動的脈沖當(dāng)量符合要求，避免絲杠可能產(chǎn)生的軸向竄動對驅(qū)動電動機(jī)的不利影響。
4）自動轉(zhuǎn)動刀架
除了車削中心采用隨機(jī)換刀（帶刀庫）的自動換刀裝置外，數(shù)控車床一般帶有固定刀位的自動轉(zhuǎn)位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。
5）檢測反饋裝置
檢測反饋裝置是數(shù)控車床的重要組成部分，對加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類，其中工件尺寸檢測裝置又分為機(jī)內(nèi)尺寸檢測裝置和機(jī)外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的數(shù)控車床上配用。
6）對刀裝置
除了極少數(shù)性質(zhì)的數(shù)控車床外，普通數(shù)控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉(zhuǎn)位刀架，以進(jìn)行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點(diǎn)在刀架上安裝的位置，或相對于車床固定原點(diǎn)的位置，都需要對刀、調(diào)整和測量，并以確認(rèn)，以保證零件的加工質(zhì)量。
（2）數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)
數(shù)控車床與普通車床的主要區(qū)別就在于是否具有數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)這兩大部分。如果說，數(shù)控車床的檢測裝置相當(dāng)于人的眼睛，那么，數(shù)控裝置相當(dāng)于人的大腦，伺服系統(tǒng)則相當(dāng)于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數(shù)控車床中所處的重要位置了。
a）數(shù)控裝置
數(shù)控裝置的核心是計(jì)算機(jī)及其軟件，它在數(shù)控車床中起“指揮”作用：數(shù)控裝置接收由加工程序送來的各種信息，并經(jīng)處理和調(diào)配后，向驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行命令；在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機(jī)構(gòu)同時(shí)將有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，以便經(jīng)處理后發(fā)出新的執(zhí)行命令。
b）伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確地執(zhí)行數(shù)控裝置發(fā)出的命令，通過驅(qū)動電路和執(zhí)行元件（如步進(jìn)電機(jī)等），完成數(shù)控裝置所要求的各種位移。
2.數(shù)控車床的工作過程
（1）首先根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。
（2）用規(guī)定的程序代碼和格式規(guī)則編寫零件加工程序單；或用自動編程軟件進(jìn)行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。
（3）將加工程序的內(nèi)容以代碼形式完整記錄在信息介質(zhì)（如穿孔帶或磁帶）上。
（4）通過閱讀機(jī)把信息介質(zhì)上的代碼轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑤斔徒o數(shù)控裝置。由手工編寫的程序，可以通過數(shù)控機(jī)床的操作面板輸入程序；由編程軟件生成的程序，通過計(jì)算機(jī)的串行通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的數(shù)控單元（MCU）。
（5）數(shù)控裝置將所接受的信號進(jìn)行一系列處理后，再將處理結(jié)果以脈沖信號形式向伺服系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行的命令。
（6）伺服系統(tǒng)接到執(zhí)行的信息指令后，立即驅(qū)動車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)嚴(yán)格按照指令的要求進(jìn)行位移，使車床自動完成相應(yīng)零件的加工。