数控车床的结构组成及功能优化

数控车床与普通车床相比，在结构上仍然是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身、冷却系统、润滑系统和液压系统等组成，并增加了数控系统（CNC）。

1.数控车床的组成

数控车床是指采用数控技术进行控制的机床，数控车床包括数控系统与机床本体两大部分，如图1-5所示。

图1-5 数控车床

FANUC 0i系列数控系统主控单元中内置了PMC（可编程序控制器），PMC主要用于机床上开关量的控制。数控程序的输入方法有三种——手工输入、CF卡输入和数据线传输输入。主轴驱动有伺服驱动与变频器驱动两种，主轴电动机联动一个旋转编码器反馈给主控单元。进给轴的反馈有半闭环与闭环两种。

2.数控车床的结构

图1-2a所示是大连机床厂生产的CKA6150型数控车床。该数控车床为两坐标连续控制的卧式车床，选配了典型的FANUC 0i mate-TC数控系统（根据用户的要求也可选用其他数控系统）。该机床的纵（Z）、横（X）向运动轴控制采用由伺服电动机驱动、精密滚珠丝杠副和高刚性精密复合轴承传动以及高分辨率位置检测元件（脉冲编码器）构成的半闭环CNC控制系统。导轨副采用国际流行的高频感应淬火（硬轨）加“贴塑”工艺制成，各运动轴响应快、精度高、寿命长。主轴转速控制可采用手动换档变频型（手动三档，档内无级调速）及自动换档变频型（自动三档，档内无级调速）控制。配有集中润滑器对滚珠丝杠及导轨结合面进行强制自动润滑。采用内喷淋式不抬起刀架冷却，更有利于提高工件表面质量及防止切削液飞溅。机床标准配置采用立式四工位刀架。可根据要求配置手动、气动、液压卡盘或手动、气动、液压尾座等。其主要技术参数见表1-1。

表1-1 CKA6150型数控车床主要技术参数

数控车床根据床身和导轨的布置形式不同有平床身、斜床身、平床身斜滑块和立式床身四种，如图1-6所示。

图1-6 数控车床的形式(www.xing528.com)

a）平床身 b）斜床身 c）平床身斜滑块 d）立式床身

刀架是数控车床的重要组成部分，刀架是用于夹持切削刀具的，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。常见的数控车床有四工位刀架、六工位刀架、排式刀架、回转式刀架以及动力刀架等，如图1-7所示。

数控车床的主轴有手动有级调速、手动换档无级调速（手动有级换档，档内无级调速）及无级调速三种形式。手动有级调速一般用于普通车床数控化改造后的经济型数控车床。数控车床的主轴一般设置了一个同步带连接主轴旋转编码器，用于检测主轴的运动信号，实现主轴调速的数字反馈，也可用于进给运动的精确控制，实现车螺纹时主轴转速与刀架移动之间的精确运动关系。数控车床的主轴根据需要可配备液压卡盘，实现自动化程度较高的工件夹紧与松开的动作。

图1-7 刀架的种类

a）四工位刀架 b）六工位刀架 c）排式刀架 d）回转式刀架 e）、f）动力刀架

数控车床的进给传动系统是控制X、Z坐标轴精确移动的主要组成部分，其与普通车床相比有很大的不同。数控车床的进给系统每一坐标轴有一个伺服电动机，通过高精度的滚珠丝杠-螺母传动副将旋转运动转化为刀架的直线运动。普通数控车床的进给系统一般采取闭环与半闭环控制方式，如图1-8所示。对于采用半闭环控制的进给系统，机床开机启动后必须执行返回坐标参考点操作。

数控车床的润滑系统主要包括机床导轨、传动齿轮、滚珠丝杠和主轴箱等的润滑。其形式有电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵等。其中电动间歇润滑泵使用较多，其自动润滑时间和每次泵油量可根据需要进行调整或用参数设定。图1-9所示为机床进给系统常用的润滑泵，对于自动化程度高的数控车床多采用电动润滑泵。

排屑系统也是数控车床上常常选配的装置之一。由于在数控机床的切屑中往往混合着切削液，排屑装置应从其中分离出切屑，并将它们送入切屑收集箱内，而切削液则被回收到切削液箱。常见的排屑装置有平板链式、刮板式、螺旋式，如图1-10所示。

图1-8 数控车床进给传动控制系统

a）半闭环控制 b）闭环控制