项目1认识数控机床

1、项目一 认识数控车床随着先进制造业在世界上的蓬勃发展，数控机床的应用越来越普遍。数控车床就是其中非常重要的一类，与普通车床相比具有全封闭或半封闭的防护装置、采用自动排屑装置、主轴转速高、工件装夹安全可靠、可自动换刀等特点。在这个项目里，我们就先认识一下数控车床。1.1 任务书一、任务单项目一认识数控车床工作任务1、了解数控车床的发展趋势。2、了解数控车床的工作过程3、理解数控的基本概念。4、掌握数控车床的组成、分类和特点。学习内容1、数控的基本概念。2、数控车床的工作过程。3、数控车床的组成。4、数控车床的分类和特点。学时8学习目标1、了解数控车床的发展趋势。2、了解数控车床的工作过程。3、理

2、解数控的基本概念。4、掌握数控车床的组成。5、掌握数控车床的分类和特点。思考题1、数控是怎么定义的？2、数控车床由哪些主要部分组成？3、数控车床的分类和特点有哪些？二、认识数控车床 认识如图1-1、图1-2所示的数控车床。 图1-1 卧式数控车床 图1-2 立式数控车床三、资讯途径序号资讯类型1上网查询2机械类图书资料（教材、指导书等）3制作零件技术信息4工艺编制规则5标准及规范6工、量具基本条件及技术参数信息1. 2 学习指导一、训练目的1、遵守数控车床安全操作规程。2、了解数控车床的基本组成。3、掌握数控车床的工作过程。4、掌握数控车床的特点和分类。4、学会数控车床车床的润滑与保养。二、相

3、关知识（一）数控车床的概述1、基本概念（1）数控即数字控制（NC） 是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程进行可编程控制的自动化方法。（2）数控技术（NCT） 即采用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。（3）数控系统（NCS） 采用数字控制技术的控制系统。（4）计算机控制系统（CNC） 以计算机为核心的数控系统。（5）数控车床 指采用计算机数字控制技术队车床的加工过程进行自动控制的一类车床。主要用于旋转表面的加工，能自动完成内、外圆柱面，内、外圆锥面，复杂回转内

4、、外曲面，圆锥、螺纹等的车削加工，还可进行车槽、钻孔、车孔、扩孔、铰孔、攻丝和套丝等工作。（6）数控车床的加工原理 根据零件图要求及加工工艺，将加工的过程以规定的数控代码编制成程序，并输入到数控装置中，经过数控装置的处理，计算后，向车床各坐标的伺服系统及辅助装置发出指令，驱动车床各运动部件及辅助装置进行有序的动作与操作，从而实现刀具与工件的相对运动，最终加工出所要求的零件。2、数控车床的特点数控车床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来，数控车床的加工有以下几方面的优点。（1）适应性强 适应性即所谓的柔性，是指数控车床随生产对象变化

5、而变化的适应能力。在数控车床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的。这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。适应性强是数控车床最突出的优点，也是数控车床得以生产和迅速发展的主要原因。（2）精度高，质量稳定 一般情况下数控车床的加工过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控车床时，采取了许多措施，使数控车床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控车床工作台的移动当量普遍达到了0.010.0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装

6、置进行补偿，数控车床的加工精度由过去的±0.01 mm提高到±0.005mm甚至更高。重复定位精度可达到±0.002mm±0.005mm。此外，数控车床的传动系统与车床结构都具有很高的刚度和热稳定性。通过补偿技术，数控车床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。（3）生产效率高 零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控车床主轴的转速和进给量的变化范围比普通车床大，因此数控车床每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控车床结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控车床

7、的切削效率，节省了机动时间。数控车床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般车床大为减少。数控车床更换被加工零件时几乎不需要重新调整车床，节省了零件安装调整时间。数控车床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。（4）自动化程度高、劳动强度低 数控车床的工作是按预先编制好的加工程序自动连续完成，加工工件时操作者不需要进行重复的手工操作，劳动强度大为减轻。数控车床焗油 较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑等装置，劳动条件也大为改善。（5）良好的经济效益 数控车床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。

8、但在单件、小批量生产的情况下，使用数控车床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控车床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控车床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控车床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控车床可获得良好的经济效益。（6）有利于生产管理的现代化 能计算出零件的加工工时，有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。 （7）有易于建立计算机通信网络 数控车床能与计算机辅助设计与制造系统连接，形成CAD与CAM紧密结合的一体化系统。3、数控车床发展的必要性随着科学技术和社会的迅速发展，机械产品日趋复杂，

9、并且对机械产品的质量和生产效率的要求也越来越高。在航空航天、造船和计算机等工业中，零件的精度高、形状复杂、批量小、改动频率高、加工困难，而传统的机械加工方法生产效率低、劳动强度大，产品质量难以得到保证。因此，机械加工工艺过程自动化是适应上述发展特点的重要手段之一。为了解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备数控车床应运而生。目前，数控加工技术与数控车床在工业生产中得到了广泛应用，成为车床自动化的一个重要发展方向。4、数控技术的发展趋势高速、精密、复合、智能和绿色是数控车床技术发展的总趋势。主要表现在： （1）车床复合技术进一步扩展。随着数控车床技术进步，复

10、合加工技术日趋成熟，包括车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台车床就是一个加工厂”、“一次装夹，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工车床发展正呈现多样化的态势。  （2）智能化技术有新突破。数控车床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除车床振动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了车床的功能和品质。  （3）机器人使柔性化组合效率更高

11、。机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合车床、磨床、齿轮加工车床、工具磨床、电加工车床、锯床、冲压车床、激光加工车床、线切割车床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。  （4）精密加工技术有了新进展。数控车床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05m左右。超精密数控车床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05m左右，形状精度可达0.01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001m）。通过车床结构

12、设计优化、车床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高车床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。  （5）功能部件性能不断提高。功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控车床的技术水平。（二）数控车床的基本组成   数控车床一般由输入/输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服单元、检测反馈装置、电气控制装置和车床

13、本体等组成，如图1-3 所示。图1-3 数控车床构成1、输入/输出装置输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控车床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰。目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。除此之外，还可以用串行通信的方式输入。数控系统一般配有显示器，显示信息丰富。有的还能显示图形，操作人员可通过显示器获得必要信息。2、数控装置数控装置是数控系统的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控车床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。3、可编程控制器即PLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制

14、主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对车床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。4、检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，供数控装置与指令值比较，并根据比较后所产生的误差信号，控制机床向消除该误差的方向移动。因此检测反馈装置是高性能数控车床的重要组成部分。5、车床主机数控车床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。（三）、数控车床工作过程

15、数控车床的工作大致有如下几个过程，见图1-4图1-4 数控车床工作过程数控加工的准备过程较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装、辅具及其使用方法等。车床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、车床各部位状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考察，而整个过程均需在前一步实现的结果评价后再作后一步工作。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。前三步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于车床合理使用

16、。该项指标直接影响对车床利用率的评价（即车床实动率）。（四）数控车床的分类  数控车床品种、规格繁多，按照不同的分类标准，有不同的分类方法。目前应用较多的是中等规格的两坐标连续控制的数控车床。     1、按主轴布置形式分类    （1）卧式数控车床     最为常用的数控车床，其主轴处于水平位置，如图1-5所示。     （2）立式数控车床     其主轴处于垂直位置，如图1-6所示。    

17、立式数控车床主要用于加工径向尺寸大，轴向尺寸相对较小，且形状较复杂的大型或重型零件，适用于通用机械、冶金、军工、铁路等行业的直径较大的车轮、法兰盘、大型电机座、箱体等回转体的粗、精车削加工。 图1-5 卧式数控车床 图1-6 立式数控车床  2、按可控轴数分类    （1）两轴控制     当前大多数数控车床采用的两轴联动，即X轴、Z轴。    （2）多轴控制    档次较高的数控车削中心都配备了动力铣头，还有些配备了Y轴，使车床不但可以进行车削，还可以进

18、行铣削加工。     3、按数控系统的功能分类    （1）经济型数控车床    一般采用开环控制，具有CRT 显示、程序储存、程序编辑等功能，加工精度不高，主要用于精度要求不高，有一定复杂性的零件。图1-7所示的车床为经济型数控车床。   （2）全功能数控车床    这是较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适宜加工精度高、形状复杂、工序多、循环周期长、品种多变的

19、单件或中小批量零件的加工。图1-8所示的车床为全功能数控车床。 图1-7 经济型数控车床 图1-8 全功能型数控车床    （3）车削中心     车削中心的主体是数控车床，配有动力刀座或机械手，可实现车、铣复合加工，如高效率车削、铣削凸轮槽和螺旋槽。如图1-9所示。 图1-9 车削中心4、按控制方式分类（1）开环控制 即不带位置测量元件，数控装置根据控制介质上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构（如工作台）移动或转动。特点是没有来自位置测量元件的反馈信号，对执行

20、机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，控制精度较低。 图1-10 开环控制示意图（2）闭环控制 将位置检测装置安装于车床运动部件上，加工中将测量到的实际位置值反馈到数控系统中，系统将其与所要求的位置指令进行比较，用比较的差值进行控制，直到消除误差为止，从而使加工精度大大提高。另外通过与伺服电机刚性连接的测速元件，随时实测驱动电动机的转速，得到速度反馈信号，并与速度指令信号相比较，其比较的差值对伺服电动机的转速随时进行校正，常用速度检测元件是测速电动机。闭环控制的特点是加工精度高，移动速度快，但电动机的控制电路比较复杂，检测元件价格昂贵。因而调试和维修比较复杂，且成本高。图1-11 闭环控制

21、示意图（3）半闭环控制 将位置检测装置安装于驱动电动机轴端或安装于传动丝杠端部，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到数控系统中进行位置比较，系统将用比较的差值进行控制，由于系统的反馈环节中没有包含工作台，故称半闭环控制。半闭环控制精度较闭环控制差，但稳定性好，成本较低，调试维修较容易，兼顾了开环控制盒闭环控制两者的特点，因此应用比较普通。图1-12 半闭环控制示意图(五)数控车床主要功能     不同数控车床其功能也不尽相同，各有特点，但都应具备以下主要功能。     1、直线插补功能     控制刀具沿直线进行切削，在数控车床中利用该功能可加工圆柱面，圆锥面和倒角。    2、圆弧插补功能     控制刀具沿圆弧进行切削，在数控车床中利用该功能可加工圆弧面和曲面。    3、固定循环功能     固化了车床常用的一些功能，如粗加工、切螺纹、切槽、钻孔等，使用该功能简化了编程。    4、恒线速度车削