数控车床的组成及特点简介

1.数控车床的分类

数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统、液压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电动机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化，数控车床品种繁多、规格不一，其分类方法见表4-6。

表4-6　数控车床分类

续表

图4-12　各类数控车床实物图

（a）卧式数控车床；（b）立式数控车床；（c）单刀架数控车床；（d）双刀架数控车床；（e）经济型数控车床；（f）普通数控车床；（g）车削加工中心内部示意图

2.数控车床的组成结构

数控车床一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。图4-13所示为数控车床的基本组成方框图。

图4-13　数控车床的基本组成方框图

除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产。

（1）主轴与主轴箱

①主轴。数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。

②主轴箱。具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大简化；具有无级自动调速（包括定向准停）的数控车床，起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了，其主轴箱也成了“轴承座”及“润滑箱”的代名词；对于改造式（具有手动操作和自动控制加工双重功能）数控车床，则基本上保留其原有的主轴箱。

（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。它在很大程度上会影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性，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，其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好，润滑条件也比较优越。

（3）机械传动机构

除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上做了大幅度的简化，如：取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机至丝杠间增设了（少数车床未增设）可消除其侧隙的齿轮副。

①螺旋传动机构。数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在纵、横方向上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件一般为滚珠丝杠副，如图4-14所示。

滚珠丝杠副的摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高、运动稳定、动作灵敏。但其结构较复杂，制造技术要求较高，所以成本也较高。另外，它自行调整其间隙大小时，难度亦较大。

图4-14　滚珠丝杠副(www.xing528.com)

1—螺母；2—丝杠；3—滚珠；4—滚珠循环装置

②齿轮副。在较多数控车床的驱动机构中，其驱动电动机与进给丝杠间设置有一个简单的齿轮箱（架）。齿轮副的主要作用是保证车床进给运动的脉冲当量符合要求，避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。

（4）自动转动刀架

除了车削中心采用随机换刀（带刀库）的自动换刀装置外，数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架，有的车床还带有各种形式的双刀架。

（5）检测反馈装置

检测反馈装置是数控车床的重要组成部分，对加工精度、生产效率和自动化程度有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类，其中工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在少量的高档数控车床上配用。

（6）对刀装置

除了极少数专用性质的数控车床外，普通数控车床几乎都采用了各种形式的自动转位刀架，以进行多刀车削。这样，每把刀的刀位点在刀架上安装的位置，或相对于车床固定原点的位置，都需要对刀、调整和测量，并予以确认，以保证零件的加工质量。

（7）数控装置

数控装置的核心是计算机及其软件，它在数控车床中起“指挥”作用：数控装置接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发出执行命令；在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。

（8）伺服系统

伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件（如步进电动机等），完成数控装置所要求的各种位移。

3.数控车床的主要技术参数的含义

数控车床的主要技术参数包括：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，见表4-7。

表4-7　数控车床的主要技术参数

数控车床与普通车床的加工对象结构及工艺有着很大的相似之处，但由于数控系统的存在，也有着很大的区别。与普通车床相比，数控车床具有以下特点：

①由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠连接带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副连接。

②多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令做无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构也比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。

③数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用轴承，它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。这种专用轴承通常配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。

④为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。

⑤由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。

⑥数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。

⑦数控车床一般还配有自动排屑装置。