第1章-数控诊修

1、第第1章数控车床概述章数控车床概述1.1数控车床的工艺范围数控车床的工艺范围1.2数控车床分类数控车床分类1.3数控车床的组成及布局数控车床的组成及布局1.4数控车床的电气控制数控车床的电气控制1.1数控车床的工艺范围数控车床的工艺范围数控车床与普通车床一样，主要用于加工各种轴类、套筒类数控车床与普通车床一样，主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如内外圆柱面、圆锥面、成型和盘类零件上的回转表面，例如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。但是，数控车床是将零件的数控加工回转表面及螺纹面等。但是，数控车床是将零件的数控加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床程序输入到数

2、控系统中，由数控系统通过车床 、坐标轴、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，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件，还可加工高精度的曲面与状不同的轴类或盘类回转体零件，还可加工高精度的曲面与端面螺纹。端面螺纹。使用的刀具主要有车刀、钻头、铰刀、镗刀及螺纹刀具等。使用的刀具主要有车刀、钻头、铰刀、镗刀及螺纹刀具等。数控车床加工零件的尺寸精度可达，表面粗数控车床加工零件的尺寸精度可达，表面粗糙度可达糙度可达.以下。它是目前使用十分广

3、泛的一种数控以下。它是目前使用十分广泛的一种数控机床，而且其种类很多。机床，而且其种类很多。返回1.2 数控车床分类数控车床分类随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面。因而也出现了几种不同的分类方法。不一的局面。因而也出现了几种不同的分类方法。按数控系统的按数控系统的功能分类功能分类（）经济型数控车床。经济型数控车床，如图（）经济型数控车床。经济型数控车床，如图1-1所示，所示，一般是在普通车床基础上进行改进设计的，采用步进电动机一般是在普通车床基础上进行改进设计的，采用步进电动机驱动的驱动的开环伺服系统开环伺服系统，

4、其控制部分采用单板机或单片机实现。，其控制部分采用单板机或单片机实现。此类车床结构简单，价格低廉，但无刀尖圆弧半径补偿和恒此类车床结构简单，价格低廉，但无刀尖圆弧半径补偿和恒线速切削等功能。线速切削等功能。（）全功能型数控车床。全功能型数控车床，如图（）全功能型数控车床。全功能型数控车床，如图1-2所所示，一般采用闭环控制系统或半闭环控制系统，具有高刚度、示，一般采用闭环控制系统或半闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。高精度和高效率等特点。下一页返回1.2 数控车床分类数控车床分类（）车削中心。车削中心（）车削中心。车削中心 （如图（如图1-3所示）是以全功能型所示）是以全功能型数

5、控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序的复合加工的机床。在工件动力头和机械手等，实现多工序的复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序。车削中心的功能全面，但价格较高。纹等多种加工工序。车削中心的功能全面，但价格较高。（）车床。车床实际上是一个由数控车床、（）车床。车床实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加

6、工调整准备的自动化，如图自动化和加工调整准备的自动化，如图1-4所示。所示。下一页返回上一页1.2 数控车床分类数控车床分类按按主轴的配置形式分类主轴的配置形式分类（）卧式数控车床。卧式数控车床是指主轴轴线处于水平（）卧式数控车床。卧式数控车床是指主轴轴线处于水平位置的数控车床。位置的数控车床。（）立式数控车床。立式数控车床是指主轴轴线处于垂直（）立式数控车床。立式数控车床是指主轴轴线处于垂直位置的数控车床。位置的数控车床。还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。式数控车床。下一页返回上一页1.2 数控车床分类数控车床

7、分类按数控系统控制的按数控系统控制的轴数分类轴数分类（）两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可（）两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴联动控制。实现两坐标轴联动控制。（）四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，（）四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴联动控制。可实现四轴联动控制。对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其他的附加坐标轴对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其他的附加坐标轴来满足机床的功能。目前，我国使用较多的是中小规格的两来满足机床的功能。目前，我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。坐标连续控制的数控车床。返回

8、上一页1.3数控车床的组成及布局数控车床的组成及布局数控车床的组成和配置数控车床的组成和配置数控车床机械结构由数控车床机械结构由主轴传动机构、进给传动机构、工作台、主轴传动机构、进给传动机构、工作台、床身等床身等部分组成，数控车床本体结构特点：部分组成，数控车床本体结构特点：（）采用高性能的主轴部件。具有传递功率大、刚度高、（）采用高性能的主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。抗振性好及热变形小等优点。（）进给伺服传动采用高性能传动件，具有传动链短、结（）进给伺服传动采用高性能传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点，一般采用滚珠丝杠副、直线滚构简单、传动精度高等

9、特点，一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。动导轨副等。下一页返回1.3数控车床的组成及布局数控车床的组成及布局（）有较完善的刀具自动交换和管理系统。（）有较完善的刀具自动交换和管理系统。（）车床的机械结构还有辅助装置，主要包括刀具自动交（）车床的机械结构还有辅助装置，主要包括刀具自动交换机构、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载与限位保换机构、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等部分。护功能等部分。主传动系统一般采用变频器对交流主轴电动机进行无级调速，主传动系统一般采用变频器对交流主轴电动机进行无级调速，通过带传动或变速齿轮机构传动主轴。主轴的运动信号使用通过带传动或变速齿轮

10、机构传动主轴。主轴的运动信号使用主轴编码器检测，一方面可实现主轴调速的数字反馈，另一主轴编码器检测，一方面可实现主轴调速的数字反馈，另一方面可用于进给运动的控制，例如车螺纹时，控制主轴与刀方面可用于进给运动的控制，例如车螺纹时，控制主轴与刀架之间的准确运动关系。主轴编码器采用与主轴同步的光电架之间的准确运动关系。主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器。该装置可以通过中间轴上的齿轮或同步带轮脉冲发生器。该装置可以通过中间轴上的齿轮或同步带轮 与主轴同步转动，也可以通过弹性联轴器与主轴同轴与主轴同步转动，也可以通过弹性联轴器与主轴同轴安装。安装。下一页返回上一页1.3数控车床的组成及布局数控车床

11、的组成及布局数控车床的结构布局特点数控车床的结构布局特点（）床身结构形式：水平床身、倾斜床身以及水平床身斜（）床身结构形式：水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板、立式床身。滑板、立式床身。水平床身特点：加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提水平床身特点：加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构机床外形美观，占地面积小：机床外形美观，占地面积小：易于排屑和冷却液的排流；易于排屑和冷却液的排流；下一

12、页返回上一页1.3数控车床的组成及布局数控车床的组成及布局便于操作者操作和观察；便于操作者操作和观察；易于安装上下料机械手，实现全面自动化；易于安装上下料机械手，实现全面自动化；可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。（）数控车床多采用自动回转刀架，刀架工位数量有限。（）数控车床多采用自动回转刀架，刀架工位数量有限。（）数控车削中心一般具有轴控制。（）数控车削中心一般具有轴控制。返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制数控车床的电气控制系统主要由数控车床主电路部分、数控数控车床的电气控制系统主要由数控车床主电路部分、数控系统部分、伺服驱

13、动器部分、伺服电动机部分、主轴变速驱系统部分、伺服驱动器部分、伺服电动机部分、主轴变速驱动部分、机床输入输出控制部分等组成。具体电路如图动部分、机床输入输出控制部分等组成。具体电路如图1-5图图1-11所示。所示。数控车床电气控制系统各部分的组成、作用数控车床电气控制系统各部分的组成、作用）总电源电路）总电源电路总电源电路组成：由动力总线、等组成。总电源电路组成：由动力总线、等组成。总电源电路的作用是：起到为整机床及主轴回路、刀架回路、总电源电路的作用是：起到为整机床及主轴回路、刀架回路、冷却回路传送电源的作用。冷却回路传送电源的作用。下一页返回1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制）主

14、轴回路）主轴回路电路组成：由接触器电路组成：由接触器 、带热保护的空气开关、带热保护的空气开关 、变频器、电动机变频器、电动机 等组成。等组成。电路作用：控制机床主轴，为机床提供满足加工要求所需的电路作用：控制机床主轴，为机床提供满足加工要求所需的转速和转矩。各元件的作用：转速和转矩。各元件的作用：（）接触器起到通断电源，为变频器提供电源的作（）接触器起到通断电源，为变频器提供电源的作用。用。（）起到为主轴电动机提供短路及过载保护作（）起到为主轴电动机提供短路及过载保护作用。用。（）变频器起到控制电动机速度的作用。（）变频器起到控制电动机速度的作用。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数

15、控车床的电气控制）冷却回路）冷却回路电路组成：由交流接触器电路组成：由交流接触器 、带热保护的空气开关、带热保护的空气开关 、电动机、电动机 、灭弧器等组成。、灭弧器等组成。电路作用：为机床提供冷却液。电路作用：为机床提供冷却液。各元件的作用：各元件的作用：（）交流接触器起到通断电源，为电动机提供（）交流接触器起到通断电源，为电动机提供电源的作用。电源的作用。（）起到为主轴电动机提供短路及过载保护作（）起到为主轴电动机提供短路及过载保护作用。用。（）电动机起到为水泵提供动力的作用。（）电动机起到为水泵提供动力的作用。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制）刀架控制回路）刀

16、架控制回路电路组成：由交流接触器电路组成：由交流接触器 、带热保护的空气、带热保护的空气开关开关 、电动机等组成。、电动机等组成。电路作用：接收数控系统指令控制刀架，为机床提供所需工电路作用：接收数控系统指令控制刀架，为机床提供所需工位的刀。位的刀。各元件的作用：各元件的作用：（）交流接触器、起到控制刀架电动机正反（）交流接触器、起到控制刀架电动机正反转的作用。转的作用。（）起到为主轴电动机提供短路及过载保护作（）起到为主轴电动机提供短路及过载保护作用。用。（）电动机起到带动刀架换刀及夹紧的作用。（）电动机起到带动刀架换刀及夹紧的作用。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控

17、制）伺服电源电路电路组成：由带热保护的空气开关、）伺服电源电路电路组成：由带热保护的空气开关、交流接触器交流接触器 、隔离变压器、隔离变压器 等组成。等组成。电路作用：把三相的交流电源变成三相的电路作用：把三相的交流电源变成三相的交流电源，为伺服提供动力、控制电源，并具有隔离和抗干交流电源，为伺服提供动力、控制电源，并具有隔离和抗干扰的作用。扰的作用。）伺服驱动回路）伺服驱动回路电路组成：由三相的交流电源电路组成：由三相的交流电源 、，轴伺服驱动器、轴伺服驱动器，、轴伺服电，轴伺服驱动器、轴伺服驱动器，、轴伺服电动机、信号线、反馈线等组成。电路作用：接收数控系统指动机、信号线、反馈线等组成。电

18、路作用：接收数控系统指令为机床、轴丝杆提供驱动力。令为机床、轴丝杆提供驱动力。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制电路控制原理分析电路控制原理分析三相电源、经过空气开关输出，作为三相电源、经过空气开关输出，作为机床电气控制系统的总电源。其中相线通过熔断器机床电气控制系统的总电源。其中相线通过熔断器、继电器、继电器 的触点连接到开关电源的电源输入端上，的触点连接到开关电源的电源输入端上，零线、地线分别连接到开关电源的、上，形成零线、地线分别连接到开关电源的、上，形成的交流电压供开关电源使用并提供保护接地。的交流电压供开关电源使用并提供保护接地。三相电源其中、两相通过三相电

19、源其中、两相通过 、输入到变、输入到变压器压器 ，经过，经过 降压后形成伏交流电压供降压后形成伏交流电压供给控制电路。给控制电路。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制启动时按下启动按钮启动时按下启动按钮 ，控制电源从号线，控制电源从号线按按钮钮号线号线中间继电器中间继电器号线号线变压器形变压器形成回路，得电并自锁成回路，得电并自锁常开触点闭合（图常开触点闭合（图1-8）开关电源得电开关电源得电开关电源输出开关电源输出 、 、 、 直流电压供给数控系统直流电压供给数控系统数控系统得电并数控系统得电并处于待机状态。处于待机状态。同时得电吸合，三相电源、通过同时得电吸合，三相

20、电源、通过、输入变频器，变频器得电处于待机状态。、输入变频器，变频器得电处于待机状态。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制同时得电吸合，三相电源、通过同时得电吸合，三相电源、通过、输入到隔离变压器，把三相、输入到隔离变压器，把三相交流电源降压为三相交流电输入到伺服驱动器，交流电源降压为三相交流电输入到伺服驱动器，伺服驱动器得电处于待机状态。伺服驱动器得电处于待机状态。继电器控制交流接触器的线圈，的主触继电器控制交流接触器的线圈，的主触点控制冷却电动机。继电器、分别控制交流接点控制冷却电动机。继电器、分别控制交流接触器触器 、的线圈，、的主触点组成、的线圈，、的主触点组成一个正反转控制电路，控制电动刀架的换刀与夹紧。一个正反转控制电路，控制电动刀架的换刀与夹紧。下一页返回上一页1.4 数控车床的电气控制数控车床的电气控制停止时按下停止按钮停止时按下停止按钮 一号线与三号触点断开一号线与三号触点断开控制控制电路电源回路断开电路电源回路断开失电失电常开触点打开常开触点打开数数控系统、主轴变频器、伺服驱动器、冷却回来、刀架控制回控系统、主轴变频器、伺服驱动器、冷却回来、刀架控制回路全部断电停止。路全部断电停止。端口各管脚的作用：端口第脚提供电压端口各管脚的作用：端口第脚提供电压供给各管脚作为系统功能信号。供给各管