1、數控車床概述教案專業（工種）機械裝配與自動化教師課題（項目）數控車床概述分課題授課班級預備技師培班訓授課時間課時教學目標1、掌握數控車床的概念2、了解數控車床的分類教學重點數控車床的組成結構和工作原理教學難點歸納總結數控車床的組成結構和工作原理教學對象分析根據我們電子專業學生普遍存在理解能力低的特點，我采用創設情景、激發興趣；分組實踐、體驗感悟；分析探究、項目拓展的教學思路，讓學生先“會”后“懂”，真正實現“手動”到“腦動”這一教學目標，。教學方法講解、分析、設問、演示示范、練習教學過程及教學內容引入：同學們上堂課我們學習了編程指令，對于編程指令功能令大家要記住，以便可以對簡單零件進行編程。正

2、題：數控車床概述、數控車床，是一種高精度、高效率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機床就具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果。數控車床數控車床又稱為 CNC車床，即計算機數字控制車床，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果。 數控車床是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，約占數控機床總數的25%。數控機床是集機械

3、、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品。是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優點的工作母機。 數控機床數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經濟發展和工業制造整體水平的重要標志之一。數控車床是數控機床的主要品種之一，它在數控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發展。三、數控車床的分類 數控車床品種繁多，規格不一，可按如下方法進行分類。按車床主軸位置分類數控車床分為立式數控車床和臥式數控車床兩種類型。(1)立式數控車床立式數控車床簡稱為數控立車，其車床主軸垂直于水平面

4、，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。(2)臥式數控車床臥式數控車床又分為數控水平導軌臥式車床和數控傾斜導軌臥式車床。其傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。按加工零件的基本類型分：(1)卡盤式數控車床。這類車床沒有尾座，適合車削盤類(含短軸類)零件。夾緊方式多為電動或液動控制，卡盤結構多具有可調卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。(2)頂尖式數控車床。這類車床配有普通尾座或數控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大的盤類零件。按刀架數量分：(1)單刀架數控車床數控車床。一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉位刀

5、架或多工位轉塔式自動轉位刀架。(2)雙刀架數控車床。這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。按功能分類： （1）經濟型數控車床：采用步進電動機和單片機對普通車床的車削進給系統進行改造后形成的簡易型數控車床。成本較低，自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉類零件的車削加工。(2)普通數控車床：根據車削加工要求在結構上進行專門設計，配備通用數控系統而形成的數控車床。數控系統功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉類零件的車削加工。這種數控車床可同時控制兩個坐標軸，即x軸和z軸。(3)車削加工中心：在普通數控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭，更高級

6、的機床還帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯動控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外，還可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。其它分類方法:按數控系統的不同控制方式等指標，數控車床可以分很多種類，如直線控制數控車床，兩主軸控制數控車床等;按特殊或專門工藝性能可分為螺紋數控車床、活塞數控車床、曲軸數控車床等多種。數控車床的組成結構和工作原理1、 機床結構 數控機床一般由輸入輸出設備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅動裝置（或稱執行機構）、可編程控制器

7、PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。如下圖是數控機床的組成框圖。電 氣 回 路輔 助 裝 置PLC主軸伺服單元操 作 面 板主軸驅動裝置進給驅動裝置測量反饋裝置進給伺服單元輸入/輸出設 備計算機數 控裝 置機 床 本 體、機床本體數控機床的機床本體與傳統機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統、潤滑系統、冷卻裝置等組成。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操作機構等方面都已發生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發揮數控機床的特點。、CNC單元CNC單元是數控機床的核心，CNC單元由

8、信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。CNC單元接受數字化信息，經過數控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統，伺服系統驅動執行部件作進給運動。 輸入/輸出設備輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設備。在數控機床產生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已淘汰，后發展成盒式磁帶，再發展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現通用DNC網絡通訊串行通信的方式輸入。輸出指輸出內部工作參數（含機床正常、理想工作狀態下的原始參數，故障診斷參數等），一般在機床剛工作狀態需輸出這些參數作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床

9、工作是否維持正常。伺服單元伺服單元由驅動器、驅動電機組成，并與機床上的執行部件和機械傳動部件組成數控機床的進給系統。它的作用是把來自數控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動。對于步進電機來說，每一個脈沖信號使電機轉過一個角度，進而帶動機床移動部件移動一個微小距離。每個進給運動的執行部件都有相應的伺服驅動系統，整個機床的性能主要取決于伺服系統。驅動裝置驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或按規定的軌跡作嚴格的相對運動， 最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。伺服單元和驅動裝置可合稱為伺

10、服驅動系統，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施，所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。可編程控制器可編程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置，專為在工業環境下應用而設計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產設備的邏輯及開關控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當PLC用于控制機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數控

11、機床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協調配合，共同完成對數控機床的控制。測量反饋裝置測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。2、工作原理使用數控機床時，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規定的代碼和格式編寫成加工程序; 然后將加工程序輸入到數控裝置，按照程序的要求，經過數控系統信息處理、 分配，使各坐標移動若干個最小位移量，實現刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。3、數控車床的分類數控車床的品種和規格

12、繁多。，一般可以用下面三種方法分類。、按控制系統分目前市面上占有率較大的有法拉克、華中、廣數、西門子、三菱等、按運動方式分類點位控制數控機床點位/直線控制數控機床 連續控制數控機床、按控制方式分類按控制方式分類可以分為開環控制數控機床、閉環控制數控機床和半閉環控制數控機床。五、數控車床的使用條件數控車床的正常使用必須滿足如下條件，機床所處位置的電源電壓波動小，環境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。1. 機床位置環境要求機床的位置應遠離振源、應避免陽光直接照射和熱輻射的影響，避免潮濕和氣流的影響。如機床附近有振源，則機床四周應設置防振溝。否則將直接影響機床的加工精度及穩定性，將使電子元件接

13、觸不良，發生故障，影響機床的可靠性。2. 電源要求一般數控車床安裝在機加工車間，不僅環境溫度變化大，使用條件差，而且各種機電設備多，致使電網波動大。因此，安裝數控車床的位置，需要電源電壓有嚴格控制。電源電壓波動必須在允許范圍內，并且保持相對穩定。否則會影響數控系統的正常工作。3. 溫度條件數控車床的環境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。一般來說，數控電控箱內部設有排風扇或冷風機，以保持電子元件，特別是中央處理器工作溫度恒定或溫度差變化很小。過高的溫度和濕度將導致控制系統元件壽命降低，并導致故障增多。溫度和濕度的增高，灰塵增多會在集成電路板產生粘結，并導致短路。4. 按說明書的規定使用機床

14、用戶在使用機床時，不允許隨意改變控制系統內制造廠設定的參數。這些參數的設定直接關系到機床各部件動態特征。只有間隙補償參數數值可根據實際情況予以調整。用戶不能隨意更換機床附件，如使用超出說明書規定的液壓卡盤。制造廠在設置附件時，充分考慮各項環節參數的匹配。盲目更換造成各項環節參數的不匹配，甚至造成估計不到的事故。使用液壓卡盤、液壓刀架、液壓尾座、液壓油缸的壓力，都應在許用應力范圍內，不允許任意提高。典型的數控車床組成 如圖1-1-1所示為典型的全功能數控車床。CNC車床的主要組成部分有CNC控制、床身、主軸箱、進給運動裝置、刀架、卡盤與卡爪、尾座、電源控制箱、液壓和潤滑系統以及其它設置。下面以典

15、型的全功能臥式數控車床為例，簡介數控車床的組成。1CNC控制系統現代數控車削控制系統中，除了具有一般的直線、圓弧插補功能外，還具有同步運行螺紋切削功能，外圓、端面、螺紋切削固定循環功能，用戶宏程序功能。另外，還有一些提高加工精度的功能，如，恒線速度控制功能，刀具形狀、刀具磨損和刀尖半徑補償功能，存儲型螺距誤差補償功能，刀具路徑模擬功能。圖 1-1-3典型FANUC數控車床控制器面板FANUC數控車削系統以其高質量、低成本、高性能、較全的功能特點，在市場的占有率遠遠超過其他的數控系統。FANUC 0i-TBTA是目前廣泛使用的數控車床控制系統，它以高品質、高可靠性、高性價比在國內得到廣泛應用，0

16、i-TB可實現四軸二聯動，目前多用于全功能數控車床。0i-mate TA用于二軸二聯動車床。CRT位于控制器面板，它允許操作員方便、直觀地訪問CNC程序和機床信息。通過CNC控制器屏幕，操作員可以瀏覽CNC程序、活動代碼、刀具偏置和工件偏置、機床位置、報警信息、錯誤消息、主軸轉速(RPM)及功率。控制器面板上控制開關、按鍵、按鈕用于操作員對機床的手動操控。CRT、控制器面板如圖1-1-3所示。2進給運動裝置CNC車床的兩個主要進給軸是X軸和Z軸。X軸用于控制橫溜板，控制刀具橫向進給移動，改變工件的直徑；Z軸用于控制拖板，會沿長度方向移動刀具來控制工件的長度。全功能CNC車床進給伺服系統，通常為

17、高精度數字式閉環伺服系統，采用高速微處理器及軟件伺服控制，采用高分辨率位置檢測器進行位置檢測，能實現高速、高精度的進給運動控制。閉環進給伺服系統通常采用交流伺服電機來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠又驅動刀架刀具沿導軌進給運動。各軸向運動控制分別采用單獨的驅動電機、滾珠絲杠、導軌。3床身 床身用于支撐和對正機床的X軸、Z軸及刀具部件。此外，床身可以吸收由于金屬切削而引起的沖擊與振動。床身的設計有兩種方式，即平床身或斜床身。如圖1-1-1，大多數全功能CNC車床采用斜床身設計，這種設計有利于切屑和冷卻液從切削區落到切屑傳送帶。4主軸箱主軸箱包含用于旋轉卡盤和工件的主軸，以及傳遞齒輪或皮帶。主軸電機驅動主軸

18、箱主軸，數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。由于采用了高性能的主傳動及主軸部件，CNC車床主運動具有傳遞功率大、剛度高、抗振性好及熱變形小的優點。全功能CNC車床主軸實現無級變速控制，具有恒線速度、同步運行等控制功能。6卡盤與卡爪卡盤安裝在主軸上，并配備有一套卡爪來夾持工件(見圖1-1-1)。可以將卡盤設計成有兩個卡爪、3個卡爪、4個卡爪、6個卡爪形式。三爪卡盤一般通過自定心沿徑向對正零件。自定心卡盤的各卡爪同時夾緊和松開，可以自動找工件軸心與主軸線對齊；四個卡爪卡盤裝夾工件時，通常要手動找正工件，各卡爪可以單獨控制，分別實現夾緊和松開，適用于不規則零件

19、的夾持。卡爪可以是淬硬鋼(即硬卡爪)或低碳鋼(即軟卡爪)。硬卡爪有各種標準設計；軟卡爪需要鏜孔工序，以與所夾持工件的直徑相匹配。與主軸相連接的夾具或可設計成彈簧夾頭，彈簧夾頭用于夾持棒料。棒料可以是圓形、方形或六邊形等。采用了液壓卡盤的數控車床，夾緊力調整方便可靠，同時也降低了操作工人的勞動強度。6刀架圖1-1-4數控車床的自動回轉刀架數控車床都采用了自動回轉刀架，在加工過程中可自動換刀，連續完成多道工序的加工，大大提高了加工精度和加工效率。刀架是用于安放刀具的部件。當CNC程序需要某一把刀具時，必須將它轉位到切削位置。因此，其基本功能是夾持刀具并實現刀具的快速轉位，實現換刀功能。如圖1-1-

20、4，數控車床多采用自動回轉刀架來夾持各種不同用途的刀具，它們可能是外圓加工刀具，也可能是內孔加工刀具，轉塔刀架可以夾持4把、6把、8把、12把以至更多的刀具。回轉刀架上的工位數越多，加工的工藝范圍越大，但同時刀位之間的夾角越小，則在加工過程中刀具與工件的干涉越大。7尾座如圖1-1-5，尾座用于支撐剛性較低的工件，如軸、長的空心鑄件及小型零件等。尾座可以設計成手動操作或由CNC程序命令操作。尾座一般利用頂尖來支撐工件的一端。車床項尖有多種樣式，以適用于各種車削加工的需要。最常用的頂尖是活動頂尖，它可以在軸承中旋轉，從而能夠減小摩擦。圖1-1-5 CNC車床尾座尾座可以沿Z軸滑動并支撐工件。尾座可

21、以由操作員手動或自動定位并緊固在床身上。頂尖是單獨的部件，它要鎖緊到尾座軸中。 尾座的一般設置過程如下：(1)松開鎖緊螺釘；(2)將尾座滑動到需要的位置；(3)允許尾座軸回縮來裝、卸工件；(4)擰緊尾座鎖緊螺釘；(5)檢驗主軸頂尖是否對中；8.電源控制箱電源控制箱上通常安裝有電源開關及各種電器元件，其中包括保險和復位按鈕。為安全起見，這些元件均安裝在電器控制柜內部。通常要對電源控制箱加鎖以防止未得到授權的人員操作。如果需要進行電器方面的維護，需要與取得授權的人員聯系。9.其它設置(1)自動棒料進給器 此配置用于減少將工件材料裝卡到卡盤時的操作時間。棒料進給器的目的是在CNC加工循環結束時快速、

22、自動地裝卡棒料。(2)零件接收器零件接收器的目的是當零件被切斷后快速接收到它，以避免損壞零件、刀具和(或)機床部件。此配置一般配備在棒料進給類型的車床。(3)第二刀架主刀架和第二刀架均彼此獨立地工作，可以同時切削兩個零件，以減小循環時間。(4)對刀器對刀器是機床上的一個傳感裝置，可自動標記設置中的每一把刀具。操作員可根據需要手動將刀具沿X軸和Z軸方向移動到對刀器并與其接觸，控制器會自動在偏置存儲內存中記錄此距離值。這種裝置可以減少機床設置時間，提高所加工零件的質量。圖1-1-6車削中心的動力刀具對工件加工 (5)動力刀頭此配置安裝動力刀夾進行主動切削，配合主機完成銑、鉆、鏜等各種復雜工序，動力刀頭安裝在動力轉塔刀架。圖1-1-6所示為工件隨主軸準停定位后，車削中心的動力刀具對工件直徑方向銑平面和鍵槽、鉆徑向孔以及動力刀具軸向加工工件的示意圖。 (6