细节解析 | 变形记 | 数控车床切削加工

金属切削机床是利用刀具或其他手段（如电蚀、激光等），去除毛坯或被加工零件（简称工件）上的多余金属，使之获得一定形状、尺寸精度和表面质量的加工设备。其中，车削和镗铣等加工，都需要用刀具来实现金属材料的切削加工，因此，必须通过主轴来控制刀具和工件间的相对运动。主轴是金属切削机床的主运动轴。

车削加工机床的加工零件以回转体为主，其切削主运动主要通过工件的旋转实现，因此，主轴的主要作用是带动工件旋转，其主轴控制功能包括速度（工件转速）控制、螺纹切削和位置控制3类。

1.速度控制

速度控制是车削加工数控机床的基本功能。数控车床的车削加工如图7-1所示，它需要通过工件旋转实现切削加工。机床加工时的切削速度与工件转速、工件直径有关，其计算式如下：

式中，v为切削速度（m/min）；n为工件转速（r/min）；D为工件直径（mm）。

图7-1 数控车床的车削加工

为了利用不同材质的刀具，对不同材质的工件，进行金属切削加工，刀具与工件间必须有合适的切削速度。因此，为了使得机床能够用于不同的刀具和工件的加工，数控车床的主轴必须具备速度控制（调速）功能，调速范围越大，机床的适用范围就越广。

在简易的国产普及型数控机床上，主轴的速度调节有时也可通过传统的机械变速方式实现，在这种机床上，数控系统只需要控制主轴电动机的转向，而无须进行速度控制。(www.xing528.com)

2.螺纹切削

螺纹加工同样是车削加工数控机床的基本功能。螺纹切削时，机床的刀具进给运动需要和工件旋转运动保持同步，以保证工件旋转360°、刀具移动距离为1个螺距。

一般而言，数控车床的螺纹切削可通过刀具进给轴（通常为Z轴）跟随主轴同步运动的方式实现，因此，其主轴需要安装位置（角位移）检测的编码器。螺纹切削加工时，CNC可直接将主轴的位置检测脉冲，转换为刀具进给轴的进给脉冲，以控制进给运动，实现刀具进给轴和主轴回转角的同步运动。

3.位置控制

只具有速度控制的数控车床只能实现回转体表面或内孔的圆柱、圆锥、球面、螺纹加工与端面的车削加工，其加工范围受到一定的局限，为此，派生了车削中心、车铣复合加工中心等先进的复合加工数控机床。车削中心、车铣复合加工中心不仅能进行车削，且还可像镗铣加工机床一样，通过图7-2所示的刀具旋转，对回转体的侧面或端面进行镗铣加工。

图7-2 数控车床的位置控制

车削中心、车铣复合加工中心的主轴不仅需要控制工件的转速，满足车削加工的要求，而且它还需要像CNC回转坐标轴一样，能够通过图7-2a所示的任意角度定位，进行回转体侧面的铣削加工，以及通过图7-2b所示的多轴插补，实现回转体的轮廓铣削或加工，故主轴还必须具备位置控制功能。

车削中心、车铣复合加工中心的主轴位置控制又称Cs轮廓控制（Cs Contouring Con-trol），或Cs轴控制。当主轴进入Cs轴控制方式后，它将具有与数控回转轴完全一样的回参考点、任意角度定位、切削进给、插补等功能，且其位置控制精度与其他坐标轴基本相当。因此，车削中心、车铣复合加工中心的主轴驱动电动机必须具有更大的调速范围、更好的低速输出特性和更高的位置精度，而且还需要配备高精度的位置检测编码器。