【任务描述】
任务要求：学习完本节内容，在机械加工车间里，找出哪些是数控车床，并说出数控车床的类型以及数控车床上各部件的名称。
【知识目标】
1.了解数控车床分类。
2.了解数控车床结构。
3.掌握数控车床技术参数。
【能力目标】
1.能说出数控车床各个部分的结构及作用。
2.能阐述数控车床的特点。
3.掌握数控车床的安全操作规程。
【相关知识】
1.数控车床操作的注意事项
1）安全操作基本注意事项
①工作时，请穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防护镜。注意：不允许戴手套操作车床。
②不要移动或损坏安装在车床上的警告标牌。
③不要在车床周围放置障碍物，工作空间应足够大。
④某一项工作如需要两人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致。
2）工作前的准备工作
①车床开始工作前要预热，认真检查润滑系统工作是否正常。如车床长时间未开动，可先采用手动方式向各部分供油润滑。
②使用的刀具应与车床允许的规格相符，有严重破损的刀具要及时更换。
③调整刀具，所用工具不要遗忘在车床内。
④检查大尺寸轴类零件的中心孔是否合适，中心孔如太小，工作中易发生危险。
⑤刀具安装好后，应进行1 ～2 次试切削。
⑥检查卡盘夹紧工作的状态。
⑦车床开动前，必须关好车床防护门。
3）工作过程中的安全注意事项
①禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩或毛刷来清理。
②禁止用手或其他任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其他运动部位。
③禁止在加工过程中测量工件、变速，更不能用棉纱擦拭工件，也不能清扫车床。
④车床运转中，操作者不得离开岗位。如发现车床出现异常现象，应立即停车。
⑤经常检查轴承温度，过高时应找有关人员进行检查。
⑥在加工过程中，不允许打开车床防护门。
⑦严格遵守岗位责任制，车床由专人使用。如他人使用，须经操作者本人同意。
⑧工件伸出车床超过100 mm 时，应在伸出位置设防护物。
4）工作完成后的注意事项
①清除切屑，擦拭车床，使用后的车床与周边环境保持清洁状态。
②注意检查或更换磨损坏了的车床导轨上的油擦板。
③检查润滑油、冷却液的状态，及时添加或更换。
④依次关掉车床操作面板上的电源和总电源。
必须严格按照操作步骤操作数控车床，未经专业技术人员同意，不允许私自修改机床参数和修理设备。
2.数控车床的特点
1）加工精度高
数控车床是按数字形式给出的指令进行加工的。目前，数控车床的脉冲当量普遍达到了0.001 mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿。因此，数控车床能达到很高的加工精度。对于中小型数控车床，其定位精度普遍可达0.03 mm，重复定位精度为0.01 mm。
2）对加工对象的适应性强
数控车床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序就能实现对新零件的加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。对那些手工操作的普通车床很难加工或无法加工的精密复杂零件，数控车床也能实现自动加工。
3）自动化程度高，劳动强度低
数控车床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了安放穿孔带或操作键盘、装卸工件、对关键工序的中间检测以及观察车床运行之外，不需要进行复杂的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大幅度减轻。加工数控车床一般有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却及自动润滑装置，操作者的劳动条件也大为改善。
4）生产效率高
零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。因数控车床主轴的转速和进给量的变化范围比普通车床大，故数控车床的每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控车床的结构刚性好，因此，允许进行大切削量的强力切削，这就提高了切削效率，节省了机动时间。因为数控车床移动部件的空行程运动速度快，所以工件的装夹时间、辅助时间比一般车床少。
因数控车床更换被加工零件时几乎不需要重新调整车床，故节省了零件安装调整时间。由于数控车床加工质量稳定，一般只做首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此，节省了停机检验时间。
5）经济效益良好
数控车床虽然价值昂贵，加工时分到每个零件上的设备折旧费高，但是在单件、小批量生产的情况下：
①使用数控车床加工，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省了直接生产费用。
②使用数控车床加工零件，一般不需要制作专用夹具，节省了工艺装备费用。
③数控加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。
④数控车床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此，使用数控车床仍可获得良好的经济效益。
3.数控车床的应用
数控车床有普通车床所不具备的许多优点，其应用范围正在不断扩大。但它并不能完全代替普通车床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控车床最适合加工具有以下特点的零件：
①多品种、小批量生产的零件。
②形状结构较复杂的零件。
③需要频繁改型的零件。
④价值昂贵、不允许报废的关键零件。
⑤设计制造周期短的急需零件。
⑥批量较大、精度要求较高的零件。
4.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、进给系统以及冷却与润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有本质上的区别，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，可按以下方法进行分类：
1）按车床主轴位置分类(www.xing528.com)
（1）卧式数控车床
卧式数控车床可分为数控水平导轨卧式车床（见图1.1）和数控倾斜导轨卧式车床（见图1.2）。其倾斜导轨结构可使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。
图1.1 数控水平导轨卧式车床
图1.2 数控倾斜导轨卧式车床
图1.3 立式数控车床
（2）立式数控车床
立式数控车床简称数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台用来装夹工件。这类车床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件，如图1.3所示。
2）按刀架数量分类
（1）单刀架数控车床
数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式自动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架，如图1.4所示。
（2）双刀架数控车床
这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布，如图1.5所示。
图1.4 单刀架数控车床
图1.5 双刀架数控车床
3）按功能分类
（1）经济型数控车床
如图1.6所示，采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。
图1.6 经济型数控车床
图1.7 普通数控车床
（2）普通数控车床
根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，如图1.7所示。其数控系统功能强，自动化程度和加工精度也较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X 轴和Z 轴。
（3）车削加工中心
图1.8 车削加工中心
如图1.8所示，在普通数控车床的基础上，增加了C 轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X，Z 和C 3 个坐标轴，联动控制轴可以是（X，Z），（X，C）或（Z，C）。由于增加了C 轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削，曲面铣削，以及中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。
5.数控车床的结构
数控车床一般由数控装置、主轴模块、进给驱动模块、刀架要尾座模块及冷却润滑模块等组成。其中，数控装置是车床最重要的部分。数控车床结构组成如图1.9所示。
1）数控装置
数控装置是数控车床的核心与主导，完成所有加工数据的处理和计算工作，最终实现数控车床各功能的指挥工作。数控装置的操作部分由编程区、操作区和显示屏组成，如图1.10所示。
图1.9 数控车床结构组成
1—床身；2—主轴箱；3—控制面板；4—卡盘；5—刀架；6—尾座；7—车床防护罩；8—车床导轨
图1.10 数控装置的操作面板
2）主轴箱及主轴
数控车床的主传动系统一般采用直流和交流无级调速电机，通过带传动带动主轴旋转，实现自动无级调速及恒线速度控制，而起机械传动变速和变向作用的机构已不复存在。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。
数控车床主轴的回转精度，直接影响零件的加工精度；其功率、回转速度，影响加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响车床的自动化程序。车床的主传动由交流变频电机经V 带传至主轴箱，通过主轴箱内的齿轮传至主轴，主轴转速靠液压缸及变频电动机实现变速。
3）进给系统
数控车床的进给系统包括滚珠丝杠副和车床导轨。滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠等零件组成。由伺服电动机直接带动旋转或通过同步带带动旋转。其中，横向进给传动系统带动刀架作横向（X 轴）移动，控制工件的径向尺寸；纵向装置带动刀架作轴向（Z 轴）运动，控制工件的轴向尺寸。滚珠丝杠副如图1.11所示。其优点是摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高，运行稳定，动作灵敏。但结构复杂，制造技术要求较高，故成本也较高。另外，自行调整其间隙大小时，难度也较大。
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。数控车床的导轨分为滑动导轨（见图1.12（a））和滚动导轨（见图1.12（b））两种。目前，只有少部分数控车床仍沿用传统的金属型滑动轨道，大部分车床已采用贴塑导轨。这种新型滑动导轨的摩擦因数小，耐磨性、耐蚀性及吸振性好，润滑条件也较优越。滚动导轨的摩擦因数小，运动轻便，位移精度和定位精度高，耐磨性好，抗振性较差，结构复杂，防护要求高。
4）卡盘
经济型数控车床的卡盘与普通车床的卡盘基本一样，靠机械力来夹紧，如图1.13（a）所示。全功能数控车床采用液压卡盘（见图1.13（b）），靠液压动力夹持加工零件。液压卡盘主要由固定在主轴后端的液压缸和固定在主轴前端的卡盘两部分组成。其夹紧力的大小通过调节液压系统的压力进行控制，具有结构紧凑、动作灵敏以及能实现较大夹紧力的特点。
图1.11 滚珠丝杠副
图1.12 导轨
图1.13 三爪卡盘
5）刀架
数控车床的刀架有电动四方刀架（见图1.14（a））、电动回转刀架（见图1.14（b）和排式刀架。一般来说，经济型数控车床采用电动四方刀架，全功能型数控车床采用电动回转刀架。
图1.14 车床刀架
6）尾座
在数控车床上加工长轴类零件时需要使用尾座。一般来说，车床尾座分为手动尾座（见图1.15（a））和可编程尾座（见图1.15（b））两种。尾座套筒的动作与主轴互锁，即在主轴转动时，按尾座套筒退出按钮，尾座套筒不动作，只有在主轴处于停止状态下，尾座套筒才能退出，以保证安全。
图1.15 尾座
6.数控车床的工作原理
数控车床加工零件时，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成零件的数控加工程序，这是数控车床的工作指令。将加工程序用适当的方法输入数控系统，数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制车床主运动的变速、启停、进给的方向、速度和位移量，以及其他（如刀具选择交换、工件的夹紧松开、冷却润滑系统的开关等）动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作。数控车床的运行处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，以保证刀具和工件之间相对位置的准确性，从而加工出符合要求的零件。
【巩固与提高】
1.简述数控车床的安全操作规程（最少10 条）。
2.数控车床分为哪些类型？它们各有何特点？
3.数控车床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？
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