数控车床的构成及原理

数控车床由车床主体、数控装置、伺服系统、辅助装置等组成,如图3.2所示。

图3.2　数控车床

(1)车床主体

车床主体主要包括主轴箱、进给机构、导轨、刀架、床身及尾座等。它是数控车床的主要机械结构部分。

1)主轴箱

对于一般数控车床而言,主轴电动机采用无级变速系统,减少了机械变速装置,比普通车床的主轴箱在结构上大大简化了。主轴箱的材料要求较高。制造和装配的精度也比普通车床要求高。

2)进给机构

数控车床省去了普通车床的挂轮箱、进给箱、溜板箱等齿轮传动机构,直接由伺服电机通过滚珠丝杠、直线滚动导轨副等高性能传动件驱动溜板和刀具实现运动,因而大大简化了进给系统的结构。但进给机构的制造工艺复杂,不能自锁,需添加制动装置。

3)导轨

导轨是保证进给运动准确性的重要部件,在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的运动平稳性,是影响零件加工质量的重要部件之一。部分数控车床仍然采用传统的滑动导轨,很多专门设计的数控车床已采用了贴塑导轨。贴塑导轨的摩擦系数小,耐磨、耐腐蚀性高,而且吸振性好,易润滑。

4)刀架

数控车床上常见的刀架结构形式有回转刀架和动力刀架。回转刀架有方刀架和转塔式刀架两种。

如图3.2(b)所示为4刀位的方刀架,其转位动作灵活、重复定位精度高、夹紧力大;但其工艺范围较小,适用于经济型数控车床和普通车床的数控改造。

如图3.3所示为多刀位转塔式刀架,其刀位数有6刀位、8刀位、12刀位等,装刀数量多,加工范围广,在数控车床中得到广泛的应用。

图3.3　转塔式刀架(www.xing528.com)

5)床身

床身是支撑各运动部件的载体,使用中通常有平床身、平床身配斜滑板、斜床身和立床身4种形式,如图3.4所示。

图3.4　数控卧式车床的布局形式

图3.4(a)为平床身,平床身工艺性好,便于导轨面的加工。平床身配上水平放置的刀架提高了刀架的运动精度,一般用于大型数控车床或小型精密数控车床。但是,平床身下部空间小,排屑困难;而且水平放置的刀架使滑板横向尺寸较大,加大了机床宽度方向的结构尺寸。

图3.4(b)为斜床身。斜床身的特点是:排屑容易,热铁屑不会堆积在导轨上,也便于安装自动排屑器;操作方便,易于安装机械手,易实现单机自动化;机床占地面积小,外形简洁、美观,易实现封闭式防护。斜床身机床在中、小型数控机床中得到普遍采用,导轨倾斜角度以60°为宜,其导轨倾斜角度还有30°,45°,60°,75°和90°。倾斜角度小,排屑不便,但导轨的导向性和受力情况较好;倾斜角大,导轨的导向性差,受力情况也差。中小规格的数控车床,其床身的倾斜度以60°为宜。

图3.4(c)为平床身配斜滑板,它具有平床身工艺性好的特点,同时机床宽度方向尺寸较小,而且排屑很方便,适用于中、小型数控机床。

图3.4(d)为立床身,相当于导轨倾斜角度为90°的斜床身。

(2)数控装置和伺服系统

数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。数控装置和伺服系统一起组成一个完整的数控系统。该系统和车床主体同属于数控车床的“硬件”部分。

1)数控装置

数控装置是数控车床的核心部分,主要用来接收加工程序的各种信息,然后向伺服系统发出执行指令。一般设独立的专用装置,内部有专用计算机、线路板等;外部有程控面板、机床动作操作面板、屏幕显示器等。

2)伺服系统

伺服系统是数控车床的重要组成部分,主要用来准确地执行数控装置发出的各种命令,通过驱动电路和执行元件(如步进电动机、伺服电动机等),完成所要求的各种工作,并可对其位置、速度等进行控制。

(3)辅助装置

辅助装置是指数控车床的一些配套部件,包括液压、气动装置及冷却系统、排屑装置等。