数控车床的分类及组成

1.数控车床的类型及基本组成

（1）数控车床的类型

1）水平床身（卧式车床）。它有单轴卧式和双轴卧式之分。单轴卧式车床由于刀架拖板运动很少需要手摇操作，所以刀架一般安放于轴心线后部，其主要运动范围也在轴心线后半部，使操作者易接近工件。采用短床身占地小，宜于加工盘类零件。双轴卧式车床便于加工零件的正反面。

2）倾斜式床身。它在水平导轨床身上布置三角形截面的床鞍。其布局兼有水平床身造价低和横滑板导轨倾斜便于排屑、易接近操作的优点。它有小规格、中规格和大规格三种。

3）立式数控车床。它分单柱立式和双柱立式数控车床，采用立轴布置方式，适用于加工中等尺寸盘类和壳体类零件。便于装卸工件。

4）高精度数控车床。它分中、小规格两种，适用于加工精密仪器、航天及电子行业的精密零件。

5）四坐标数控车床。四坐标数控车床设有两个X、Z坐标或多坐标复式刀架，可提高加工效率，扩大工艺能力。

6）车削加工中心。车削中心可在一台车床上完成多道工序的加工，从而缩短了加工周期，提高了机床的生产效率和加工精度。若配上机械手、刀库、料台和自动测量监控装置构成车加工单元，用于中小批量的柔性加工。

7）各种专用数控车床。专用数控车床有数控卡盘车床、数控管子车床等。

（2）数控车床的基本组成 数控车床的整体结构组成基本与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架及拖板和尾架等基本部件，但数控柜、操作面板和显示监控器却是数控机床特有的部件。即使对于机械部件，数控车床和普通车床也具有很大的区别。如数控车床的主轴箱内部省掉了机械式的齿轮变速部件，因而结构非常简单；车螺纹也不再需要另配丝杠和变换齿轮了；刻度盘式的手摇移动调节机构也已被脉冲触发计数装置所取代。下面以CK7815型数控车床和CK9330型数控车床为例，简单介绍一下数控车床的结构组成。

CK7815型数控车床是长城机床厂的产品，可选配FANUC-6T或FANUC-5T系统，为两坐标联动半闭环控制的CNC车床。该车床能车削直线（圆柱面）、斜线（锥面）、圆弧（成形面）、米制和寸制螺纹（圆柱螺纹、锥螺纹及多头螺纹），能对盘形零件进行钻、扩、铰和镗孔加工。

CK7815型数控车床如图1-1所示。其床身导轨为60°倾斜布置，排屑方便。导轨截面为矩形，刚性很好。主轴由直流（配FANUC-5T系统时）或交流（配FANUC-6T系统时）调速电动机驱动，主轴尾端带有夹紧液压缸，可用于快速自动装夹工件。床鞍溜板上装有横向进给驱动装置和转塔刀架，刀盘可选配8位、12位小刀盘和12位大刀盘。纵、横向进给系统采用直流伺服电动机带动滚珠丝杠，使刀架移动。尾架套筒采用液压驱动。可采用光电读带机和手工键盘程序输入方式，带有CRT显示器、数控操作面板和机械操作面板。另外，还有液动式防护门罩和排屑装置。若再配置上、下料的工业机器人，就可以形成一个柔性制造单元（FMC）。

图1-1 CK7815型数控车床

CK9330型数控车床配有由华中数控研制开发的HCNC-1T数控系统，是直接由计算机通过数控软件进行加工控制的新型CNC系统。该机床是一开环控制的台式车床，其机械部分由床身、床头箱、工作台、大小拖板、普通刀架、尾架、主轴电动机和XZ轴步进电动机（4NM、1NM各一个）等组成，控制部分由机床强电控制柜、机械操作面板、计算机和数控软件等组成。CK9330型数控车床的组成如图1-2所示。

图1-2 CK9330型数控车床的组成

2.数控车床的传动及速度控制

图1-3所示是CK7815型数控车床的传动系统图。主轴由AC-6型5.5kW交流调速电动机或DC-8型1.1kW直流调速电动机驱动，靠电气系统实现无级变速。由于电动机调速范围的限制，故采用两级宝塔传动带轮实施高、低两档速度的手工切换，在其中某档的范围内可由程序代码S任意指定主轴转速。结合数控装置还可进行恒线速度切削。但最高转速受卡盘和卡盘液压缸极限转速的制约，一般不超过4500r/min。

图1-3 CK7815型数控车床传动系统

纵向Z轴进给由直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠实现；横向X轴进给由直流伺服电动机驱动；通过同步齿形带带动横向滚珠丝杠实现，这样可减小横轴方向的尺寸。

刀盘转位由电动机经过齿轮及蜗杆副实现，可手动或自动换刀。排屑机构由电动机、减速器和链轮传动实现。

工进速度和快进速度还受控制面板上相应的速度修调旋钮影响。实际速度还应乘以速度修调的倍率。

CK9330型数控车床的传动系统较为简单，该机床主轴是由电动机经三角胶带传至车头主轴，由传动带塔轮传动实施有级变速。主轴转速不受S代码的控制，其调整需靠手工进行。按图1-3所示变换各传动带位置，即可得到表1-1中所列的6级主轴转速。由于主轴转速不可无级调控，所以在车削螺纹时，只有靠编码器检测主轴的实际转速并反馈到数控系统后，再由系统自动调整进给轴的进给速度来保证（主轴每转一圈，刀架移动一个螺距值）。

CK9330型数控车床的纵向Z轴进给由4N·m的三相六拍感应式步进电动机直接带动普通丝杠实现，横向X轴进给由1N·m的步进电动机带动一对18/27的减速齿轮后，再带动普通丝杠实现。由于小拖板上的丝杠手柄调节位移量不计入数控装置，因此只用于加工前对刀时的辅助调节，它在加工过程中的任何移动都将影响尺寸精度。

CK9330型数控车床的主要规格与技术参数如表1-1所示。

表1-1 CK9330型数控车床的主要规格与技术参数

此外，还有些车床的主轴虽然采用的是机械式的有级变速，但配合一定的电液动控制系统，也可通过S代码自动实现主轴的变速，但只能是有级变速。(www.xing528.com)

3.数控车床的控制面板及其功能

用计算机作控制系统的数控车床，其程序输入、数据设定和NC控制等操作均可用计算机的键盘进行，文字和图形信息由显示器显示。CK9330型数控车床操作面板的布局如图1-4所示。

面板顶行为一排指示灯，分别为指示机床电柜电源的“强电”指示灯、表示机床与计算机数控软件是否联系上的“联机”指示灯、数控系统内部是否有故障的“数控”报警和控制轴行程是否超界的“超程”报警指示灯，以及回参考点指示灯。右上部按菱形布置的几个按钮为拖板移动用的手动操作按钮，相当于传统车床上的旋转手柄，轴移动方向遵循标准规定。当按住某轴移动方向按钮的同时再按住中间的快移按钮时，则该轴将以内部设定的最快速度向指定方向移动；否则，将以当前设定的速度修调率移动。指示灯下方的旋钮为速度修调旋钮，“自动”的各档用于控制机床自动及MDI方式下的进给速度修调率，“手动”各档用于控制点动及步进移动时的X、Z轴移动速度，“增量”各档则用于决定步进方式下点按一下轴移动按钮所产生的移动量。左下方的NC锁匙电源是为机床提供的又一道电源开关。右下方的急停按钮用于紧急情况下强行切断电源。中部为以下几个功能控制按钮：

1）超程解除。当Z轴正负方向出现硬性行程超界时，可同时按此按钮和Z轴相反方向的按钮以解除超程。

2）循环启动、进给保持。用于自动运行中暂停进给和持续加工。

3）单段执行。在自动运行方式下，若按下此钮，则每执行一段程序后都将暂停等待，需按循环启动方可执行下一段程序。

4）机床锁住。若按下此按钮，则程序执行时只是数控系统内部进行控制运算，可模拟加工校验程序，但机械部件被锁住而不会产生实际的移动。

5）主轴正转、反转和停。用于手动控制主轴的正转、反转和停转。

图1-4 CK9330型数控车床的操作面板

控制软件的环境界面如图1-5所示，图中屏幕顶行为状态行，用于显示工作方式及运行状态等，工作方式按主菜单变化，运行状态在不同的工作方式下有不同的显示。

（1）自动运行时显示

1）5%～140%（自动运行的进给速度修调倍率）。

2）循环停止（自动运行处于暂停状态）。

3）机床锁住（机械锁住有效时）。

4）程序单段（单段运行有效时）等。

（2）MDI方式时显示

1）当前默认的G代码模态值（如G00 G91 G21 G94）。

2）点动操作方式：5%～100%（最大速度百分比）。

3）X轴进给或Z轴进给。

4）步进功能方式：×1、×10、×100、×1000（四种步进倍率）。

5）X轴进给或Z轴进给。

图1-5 控制软件的环境界面

屏幕中间为工件加工的坐标显示和图形跟踪显示或加工程序内容显示。

屏幕下部为提示输入行和菜单区（多级菜单变化都在同一行中进行）。

屏幕右部为信息索引显示区：“O.N索引”处显示自动运行中的O代码（主程序号）和N代码（程序段号）；“P.L索引”处显示自动运行中的P代码（子程序调用）和L代码（调用次数）；“辅助功能”处显示自动运行中的M代码（辅助功能）和T代码（刀具号和刀补号）；“机械坐标”处显示刀具在机床坐标系中的坐标变化。

控制软件系统的整个菜单显示切换均在屏幕底行上进行，菜单选取由功能键F1～F10操作。第一级子菜单的调出和所有下级菜单的往上退回均靠F1功能键实施。例如：在主菜单级显示时，按下F2键选中自动运行方式后，该按钮呈凹下状，但需要再按F1键方可切换到自动运行方式的下级菜单。然后，在本级菜单显示时，按下相应的选用功能键，即可自动调用显示下级菜单或执行相应的菜单项功能（即除第一级子菜单调出需按F1键外，往下层次的子菜单调出，则不需按F1键，均可自动调出）。若从本级菜单返回到上一级菜单，以及当本级某菜单项执行完后又想执行本级的另一菜单项功能时，则需要按F1功能键，而不是按Esc键；若在主菜单显示时按了Esc键，则自动退出控制软件系统。