数控车床的组成与工作原理简介

1.数控车床的主要功能与特点

不同数控车床其功能是不一样的，但都应具备下面六个主要功能：

1）直线插补功能。

2）圆弧插补功能。

3）固定循环功能。

4）恒线速度切削功能。

5）刀尖半径自动补偿功能。

数控车床是实现柔性自动化的重要设备，与普通车床相比，数控车床须从两个方面来表达。

▼数控车床总的特点

▼数控车床的结构特点

（续）

2.数控车床的结构组成与工作原理

（1）数控车床的结构组成 数控车床一般由数控装置、床身、主轴箱、回转刀架、刀架进给系统、尾座、冷却系统、润滑系统、液压系统、排屑器等组成。

▲数控车床的主要结构

数控车床的关键与核心还是其数控系统，它包含伺服系统与数控装置。伺服系统是关键部件，在车床中起“伺候服务”的作用，主要用来接收数控装置输出的指令信息。其输出端是数控车床刀架运动部分的驱动元件，它包括驱动装置和执行机构两部分。数控装置是核心部件，它控制车床中各种指令信息的接收、处理及调配，并对伺服系统发出命令。它一般由译码器、运算器、存储器、显示器、输入装置和输出装置等组成。

▲数控装置的逻辑框图

（2）数控车床的工作原理 数控车床加工零件时，一般根据被加工零件的工作图样，用规定的数字代码和程序格式编制程序单，再将编制好的程序单记录在信息介质上，通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送到数控装置，数控装置将所接受的信号进行处理后，再将其处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行指令，伺服系统接到指令后，马上驱动车床各进给机构按规定的加工顺序、速度和位移量，自动完成对零件的车削。

▲数控车床的基本工作原理

3.数控车床的分类与布局

（1）数控车床的分类 数控车床的品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。

1）按数控系统的功能分类。这种分类方法将数控车床分为经济型数控车床、全功能型数控车床、车削中心、FMC车床。

▲经济型数控车床

▲全功能型数控车床

▲车削中心

▲FMC车床

2）按主轴位置分类。这类数控车床可分为卧式和立式。卧式车床的主轴轴线处于水平位置，是应用最为广泛的数控车床。立式数控车床的主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，用来装夹零件。立式数控车床主要用于加工径向尺寸较大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。

▲卧式数控车床

▲立式数控车床

3）按刀架数量分类。这类车床分为单刀架数控车床和双刀架数控车床。

▲单刀架数控车床

▲双刀架数控车床

4）按控制方式分类。分为开环伺服数控车床、闭环伺服数控车床、半闭环伺服控制数控车床。(www.xing528.com)

▲开环伺服系统

▲闭环伺服系统

▲半闭环伺服系统

5）按数控车床主轴数量分类。可将数控车床分为单主轴数控车床和多主轴数控车床。与普通车床一样，部分数控车床都是一个主轴，但因加工需要，有的数控车床使用了多主轴结构。

▲单主轴数控车床

▲双主轴数控车床

6）按特殊或专门的工艺性能分类。可把数控车床分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等。螺纹数控车床主要用于加工生产各种螺纹；活塞数控车床主要用于汽车、拖拉机行业对内燃机活塞的外圆、环槽及顶面的精加工；曲轴数控车床是专门加工各种曲轴轴承室的专用机床。

▲螺纹数控车床

▲曲轴数控车床

（2）数控车床的布局

1）影响数控车床布局的因素。数控车床的布局形式与普通车床基本一致，但也受多方面因素的影响：

①工件尺寸、质量和形状的影响。随着工件尺寸、质量和形状的变化，数控车床的布局有卧式、落地式、单立柱式、双立柱式和龙门移动式。

▲工件尺寸、质量对车床布局的影响

②车床精度的影响。提高车床的工作精度，需降低车床工作时切削力、切削热和切削振动对自身的影响，数控车床在布局时就必须考虑各部件的刚度、抗振性和热变形等问题。否则，对加工尺寸会造成一定的影响。

③车床生产率的影响。伴随着生产率要求的不同，数控车床的布局可以有单主轴单刀架和双主轴单刀架以及双主轴双刀架等不同的结构变化。

2）床身和导轨的布局。数控车床床身导轨水平面的相对位置如下。

▲数控车床床身和导轨的布局

对于大型数控车床或小型精密数控车床，一般都采用水平式。这是因为这种布局的车床其工艺性好，便于导轨面的加工，同时也能提高刀架运动精度。但由于刀架水平放置，使得滑板横向尺寸较大，从而也使得车床宽度尺寸加大，另外，由于床身下部空间小，所以排屑困难。对于一般小型数控车床，为了排屑的方便性，多采用斜置式。其导轨倾斜角度分别为30°、45°、60°、75°等，当导轨倾斜角度为90°时，称为直立式。倾斜角度的大小直接影响着车床外形尺寸高度与宽度的比例。

在图中，图b、图c虽均为斜置式，但两者也是有一定区分的。图b实为斜床身斜滑板布局，图c实为水平床身斜面滑板布局。这两种布局形式的优点是：排屑容易，热切屑不会堆积于导轨上，便于安装自动排屑器，易于安装机械手，以实现单机自动化，使用时操作方便，车床占地面积较小，容易实现封闭式防护。

3）刀架的布局。刀架是数控车床的重要部件，它分为排式刀架和回转刀架两大类。它对车床的整体布局有很大的影响。回转刀架多用于二坐标控制的数控车床上，其回转轴与车床主轴有两种位置：一是平行，用于加工轴类和盘形类零件；另一种是垂直，用于加工盘类零件。对于四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，这种结构的车床又叫双刀架四坐标数控车床。这种结构加工范围广，能大大提高加工效率，因此每个刀架的切削进给量是分别控制的，这样就可同时切削同一零件的不同部位。它适合于加工如曲轴、石油钻头、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。

▲排式刀架

▲四工位回转刀架

▲多工位转塔式回转刀架

4.数控车床的加工应用范围

（1）数控车床的加工范围 与普通车床一样，数控车床也用来加工轴类或盘类零件，其加工零件的尺寸精度可达IT5～IT6，表面粗糙度可达Ra1.6μm以下。它的加工工艺范围为：

1）各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥表面、成形回转表面、端面及螺纹面等。

2）各种高精度的曲面。

3）端面螺纹。

4）能进行钻孔、扩孔、铰孔和切槽。

（2）数控车床的配置与加工能力范围 数控车床的结构配置不同，其加工能力也不相同。

▼数控车床的配置与加工能力范围