5/5數(shù)控機床操作精確講解數(shù)控車床與操作

數(shù)控車床認識項目

本項目主要對數(shù)控車床的特點、種類、功能和主要技術(shù)參數(shù)加以概述，使初學者對數(shù)控車床有一個基本認識。

與普通車床相比，數(shù)控車床具有以下特點：

1、采用了全封閉或半封閉防護裝置

數(shù)控車床采用封閉防護裝置可防止切屑或切削液飛出，給操帶來意外傷害。

2、采用自動排屑裝置

數(shù)控車床大都采用斜床身結(jié)構(gòu)布局，排屑方便，便于采用自動排屑機。

3、主軸轉(zhuǎn)速高，工件裝夾安全可靠。

數(shù)控車床大都采用了液壓卡盤，夾緊力調(diào)整方便可靠，同時也降低了操作工人的勞動強度。

4、可自動換刀

數(shù)控車床都采用了自動回轉(zhuǎn)刀架，在加工過程中可自動換刀，連續(xù)完成多道工序的加工。

5、主、進給傳動分離

數(shù)控車床的主傳動與進給傳動采用了各自獨立的伺服電機，使傳動鏈變得簡單、可靠，同時，各電機既可單獨運動，也可實現(xiàn)多軸聯(lián)動。

數(shù)控車床品種、規(guī)格繁多，按照不同的分類標準，有不同的分類方法。目前應用較多的是中等規(guī)格的兩坐標連續(xù)控制的數(shù)控車床。

一、按主軸布置形式分

1、臥式數(shù)控車床

最為常用的數(shù)控車床，其主軸處于水平位置。

2、立式數(shù)控車床

其主軸處于垂直位置。

立式數(shù)控車床主要用于加工徑向尺寸大，軸向尺寸相對較小，且形狀較復雜的大型或重型零件，適用于通用機械、冶金、軍工、鐵路等行業(yè)的直徑較大的車輪、法蘭盤、大型電機座、箱體等回轉(zhuǎn)體的粗、精車削加工。

二、按可控軸數(shù)分

1、兩軸控制

當前大多數(shù)數(shù)控車床采用的兩軸聯(lián)動，即X軸、Z軸。

2、多軸控制

檔次較高的數(shù)控車削中心都配備了動力銑頭，還有些配備了Y軸，使機床不但可以進行車削，還可以進行銑削加工。

三、按數(shù)控系統(tǒng)的功能分

1、經(jīng)濟型數(shù)控車床

一般采用開環(huán)控制，具有CRT顯示、程序儲存、程序編輯等功能，加工精度不高，主要用于精度要求不高，有一定復雜性的零件。

2、全功能數(shù)控車床

這是較高檔次的數(shù)控車床，具有刀尖圓弧半徑自動補償、恒線速、倒角、固定循環(huán)、螺紋切削、圖形顯示、用戶宏程序等功能，加工能力強，適宜加工精度高、形狀復雜、工序多、循環(huán)周期長、品種多變的單件或中小批量零件的加工。

3、車削中心

車削中心的主體是數(shù)控車床，配有動力刀座或機械手，可實現(xiàn)車、銑復合加工，如高效率車削、銑削凸輪槽和螺旋槽。

一、數(shù)控車床主要功能

不同數(shù)控車床其功能也不盡相同，各有特點，但都應具備以下主要功能。

1、直線插補功能

控制刀具沿直線進行切削，在數(shù)控車床中利用該功能可加工圓柱面，圓錐面和倒角。

2、圓弧插補功能

控制刀具沿圓弧進行切削，在數(shù)控車床中利用該功能可加工圓弧面和曲面。

3、固定循環(huán)功能

固化了機床常用的一些功能，如粗加工、切螺紋、切槽、鉆孔等，使用該功能簡化了編程。

4、恒線速度車削

通過控制主軸轉(zhuǎn)速保持切削點處的切削速度恒定，可獲得一致的加工表面。

5、刀尖半徑自動補償功能

可對刀具運動軌跡進行半徑補償，具備該功能的機床在編程時可不考慮刀具半徑，直接按零件輪廓進行編程，從而使編程變得方便簡單。

二、數(shù)控車床主要加工對象

數(shù)控車床主要用于軸類或盤類零件的內(nèi)、外圓柱面、任意角度的內(nèi)外圓錐面、復雜回轉(zhuǎn)內(nèi)

外曲面和圓柱、圓錐螺紋等的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔及鏜孔等，特別適合加工形狀復雜的零件。

數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)包括最大回轉(zhuǎn)直徑、最大車削長度、各坐標軸行程、主軸轉(zhuǎn)速范圍、切削進給速度范圍、定位精度、刀架定位精度等，其具體內(nèi)容及作用詳見表3-1。

一、數(shù)控車床的基本組成

如圖3-1所示，數(shù)控車床由數(shù)控裝置、床身、主軸箱、刀架進給系統(tǒng)、尾座、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑器等部分組成。

二、數(shù)控車床的布局

數(shù)控車床的主軸、尾座等部件相對床身的布局形式與普通車床基本一致，而床身結(jié)構(gòu)和導軌的布局形式則發(fā)生了根本變化，這是因為其直接影響數(shù)控車床的使用性能及機床的結(jié)構(gòu)和外觀所致。數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)和導軌有多種形式，主要有水平床身、傾斜床身、水平床身斜滑鞍及立床身等，其布局形式如圖3-2所示：a）為平床身，b）為斜床身，c）為平床身斜滑板，d）為立床身。

水平床身的工藝性好，便于導軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運動精度，一般可用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較長，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。

水平床身配上傾斜放置的滑板，并配置傾斜式導軌防護罩，這種布局形式一方面有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小，且排屑方便。

水平床身配上傾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。這是由于此兩種布局形式排屑容易，熱鐵屑不會堆積在導軌上，也便于安裝自動排屑器；操作方便，易于安裝機械手，以實現(xiàn)單機自動化；機床占地面積小，外形簡潔、美觀，容易實現(xiàn)封閉式防護。

傾斜床身多采用30°、45°、60°、75°和90°（稱為立式床身）角，常用的有45°、60°和75°。

數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)一般采用直流或交流無級調(diào)速電動機，通過皮帶傳動，帶動主軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自動無級調(diào)速及恒線速度控制。

主軸部件是機床實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行件，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，其工作原理如下：

交流主軸電動機通過帶輪15把運動傳給主軸7。主軸有前后兩個支承。前支承由一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承11和一對角接觸球軸承10組成，軸承11用來承受徑向載荷，兩個角接觸球軸承一個大口向外（朝向主軸前端），另一個大口向里（朝向主軸后端），用來承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支撐軸的間隙用螺母8來支撐。螺釘12用來防止螺母8回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承14，軸承間隙由螺母1和6來調(diào)整。螺釘17和13是防止螺母1和6回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜低速大載荷的需要。主軸的運動經(jīng)過同步帶輪16和3以及同步帶2帶動脈沖編碼器4，使其與主軸同速運轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘5固定在主軸箱體9上。

如圖3-4所示，數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)多采用伺服電機直接或通過同步齒形帶帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。其橫向進給傳動系統(tǒng)是帶動刀架作橫向（X軸）移動的裝置，它控制工件的徑向尺寸；縱向進給裝置是帶動刀架作軸向（Z軸）運動的裝置，它控制工件的軸向尺寸。

具體進給傳動部件可參見模塊二相關(guān)內(nèi)容。

刀架是數(shù)控車床的重要部件，它安裝各種切削加工刀具，其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和工作效率。數(shù)控車床的刀架分為轉(zhuǎn)塔式和排刀式刀架兩大類。轉(zhuǎn)塔式刀架是普遍采用的刀架形式，它通過轉(zhuǎn)塔頭的旋轉(zhuǎn)、分度、定位來實現(xiàn)機床的自動換刀工作。兩坐標連續(xù)控制的數(shù)控車床，一般都采用6～12工位轉(zhuǎn)塔式刀架。排刀式刀架主要用于小型數(shù)控車床，適用于短軸或套類零件加工。

液壓動力卡盤用于夾持加工零件，它主要由固定在主軸后端的液壓缸和固定在主軸前端的卡盤兩部分組成，其夾緊力的大小通過調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力進行控制,具有結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏、能夠?qū)崿F(xiàn)較大夾緊力的特點。

加工長軸類零件時需要使用尾座，數(shù)控車床尾座如圖3-5所示。一般有手動尾座和可編程尾座兩種。尾座套筒的動作與主軸互鎖，即在主軸轉(zhuǎn)動時，按動尾座套筒退出按鈕，套筒不動作，只有在主軸停止狀態(tài)下，尾座套筒才能退出，以保證安全。

如圖3-6所示，根據(jù)需要，數(shù)控車床上也可以配置諸如機內(nèi)對刀儀、自動排屑器、工件接收器等，以增加其功能。

數(shù)控車床的功能拓展

數(shù)控車床除了具有前述主要功能外，還常常具有下列一些拓展功能。

一、C軸功能

如圖3-13所示，主軸完成一般機床中旋轉(zhuǎn)工作臺的工作，在實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度運動的同時，與X、Z軸聯(lián)動，可以完成端面螺旋槽等加工。

要實現(xiàn)C軸功能，數(shù)控車床必須配置動力刀架并使用旋轉(zhuǎn)刀具，此時由刀具作主運動。

二、Y軸控制

非徑向、軸向坐標（假設方向），類似銑削功能，主軸可實現(xiàn)分度或回轉(zhuǎn)運動。與C軸功能一樣，數(shù)控車床必須配置動力刀架并使用旋轉(zhuǎn)刀具。

三、加工模擬

程序編制后的加工模擬，可通仿真軟件實現(xiàn)，也可通過機床實現(xiàn)，這里是指機床所自帶的模擬功能。該功能只能對加工輪廓、加工路線及刀具干涉等狀況有所反映，而加工精度（尺寸、形、位公差）及表面質(zhì)量（Ra），則無法通過模擬得以檢驗。

零件加工實例

一、加工要求

加工如圖3-12所示零件。零件材料為45號鋼，其中Φ70外圓不加工，用于零件夾持。要求完成：（1）粗、精車各表面；（2）切槽；（3）車螺紋。

加工設備：SSCK20A數(shù)控車床

二、準備工作

加工以前完成相關(guān)準備工作，包括工藝分析及工藝路線設計、刀具及夾具的選擇、程序編制等。

三、操作步驟及內(nèi)容

1、開機，各坐標軸手動回機床原點

2、將刀具依次裝上刀架

根據(jù)加工要求選擇45°端面車刀、90°外圓車刀、切槽刀及60°螺紋車刀各一把，其編號分別為01、

02、03、04，刀具材料采用硬質(zhì)合金。

3、用液壓卡盤裝夾