第九講-數(shù)控車床

數(shù)控車床車工班：趙洪友數(shù)控機(jī)床與使用維修本講主要內(nèi)容數(shù)控車床的工藝用途數(shù)控車床的主要構(gòu)成數(shù)控車床與普通車床在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別數(shù)控車床的布局形式

數(shù)控車床的分類

MJ-50數(shù)控車床

一、數(shù)控車床的工藝用途１．?dāng)?shù)控車床的工藝用途數(shù)控車床主要用于對各種回轉(zhuǎn)表面進(jìn)行車削加工。在數(shù)控車床上可以進(jìn)行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形回轉(zhuǎn)面、螺紋面、高精度的曲面以及端面螺紋的加工。數(shù)控車床上所使用的刀具有車刀，鉆頭、絞刀、鏜刀以及螺紋刀具等孔加工刀具。數(shù)控車床加工零件的尺寸精度可達(dá)IT5～I(xiàn)T6，表面粗糙度Ra可達(dá)1.6μm以下。二、數(shù)控車床的主要構(gòu)成1．?dāng)?shù)控車床的主要構(gòu)成（1）車床主機(jī)

車床主機(jī)是數(shù)控車床的機(jī)械部件，主要包括床身、主軸箱、刀架、尾座、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控車床的控制核心。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控車床切削工作的動(dòng)力部分，主要實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由伺服驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)裝置兩大部分組成。1．?dāng)?shù)控車床的主要構(gòu)成（2）輔助裝置

與普通車床相類似，輔助裝置是數(shù)控車床中一些為加工服務(wù)的配套部分，如液壓、氣動(dòng)裝置，冷卻、照明、潤滑、防護(hù)和排屑裝置等。機(jī)外編程器機(jī)外編程器是在普通的計(jì)算機(jī)上安裝一套編程軟件，使用這套編程軟件以及相應(yīng)的后置處理軟件，就可以生成加工程序。通過車床控制系統(tǒng)上的通信接口或其他存儲(chǔ)介質(zhì)(如軟盤、光盤等)，將生成的加工程序輸入到車床的控制系統(tǒng)中，完成零件的加工。數(shù)控車床構(gòu)成框圖三、數(shù)控車床與普通車床

在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別1．從驅(qū)動(dòng)、變速方式來看數(shù)控車床主軸運(yùn)動(dòng)有三種驅(qū)動(dòng)方式，分別是分段無級變速、帶傳動(dòng)變速以及電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)變速；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)常采用步進(jìn)電機(jī)、交流或直流電機(jī)通過有限級的傳動(dòng)副傳給進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均是無級變速方式，驅(qū)動(dòng)裝置后串聯(lián)變速箱主要是為了使驅(qū)動(dòng)電機(jī)與工作軸的功率——轉(zhuǎn)矩特性相匹配。普通臥式車床

主運(yùn)動(dòng)（如CA6140）由電機(jī)經(jīng)過皮帶傳動(dòng)、離合器及滑移齒輪變速使得主軸獲得正反方向的多級轉(zhuǎn)速，而機(jī)床縱橫向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是主軸通過交換齒輪架、進(jìn)給箱、溜板箱傳到刀架，而縱橫向不同進(jìn)給量的實(shí)現(xiàn)主要通過進(jìn)給箱中基本組、增倍組的不同組合。2．從主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系來看（1）數(shù)控車床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間沒有直接的機(jī)械聯(lián)系，主運(yùn)動(dòng)、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分別由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每條傳動(dòng)鏈較短，結(jié)構(gòu)簡單。普通臥式車床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間存在直接的機(jī)械聯(lián)系，傳動(dòng)鏈長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變速時(shí)需要人工干預(yù)。2．從主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系來看（2）數(shù)控車床能夠加工各種導(dǎo)程的螺紋，數(shù)控車床的主軸上安裝有脈沖編碼器檢測主軸的旋轉(zhuǎn)速度，并將該信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)待加工工件螺紋導(dǎo)程的大小以及主軸的旋轉(zhuǎn)速度，經(jīng)過運(yùn)算確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，保證主軸旋轉(zhuǎn)一周刀具正好移動(dòng)一個(gè)工件導(dǎo)程的距離這樣一個(gè)數(shù)量關(guān)系，從而加工出所要求的螺紋。普通臥式車床加工米制、模數(shù)制、英制、徑節(jié)制等各種導(dǎo)程的螺紋，主要通過配掛輪、基本組、增倍組的配合得到，并要通過查表、計(jì)算的方式確定掛輪、基本組、增倍組的齒輪副參數(shù)，比較復(fù)雜。3．從典型部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用滾珠絲杠螺母副，摩擦力小，剛性高；刀架移動(dòng)導(dǎo)軌常采用貼塑導(dǎo)軌或滾動(dòng)導(dǎo)軌塊，快速響應(yīng)能力好。傳動(dòng)副有消隙措施，加上數(shù)控系統(tǒng)對誤差的修正，有效的保證了反向運(yùn)動(dòng)精度。普通臥式車床采用普通絲杠螺母副，一般來說傳動(dòng)副之間沒有誤差消除措施。四、數(shù)控車床的布局形式1．主軸箱和尾座的布局形式數(shù)控車床的主軸箱和尾座相對于床身的布局形式與普通車床基本一致。數(shù)控臥式車床主軸箱布置在車床的左端，用于傳遞動(dòng)力并支承主軸部件；尾座布置在車床的右端，用于支承工件或安裝刀具。2．床身和導(dǎo)軌的布局形式（1）水平床身配置水平滑板如圖a所示，水平床身的工藝性好，便于導(dǎo)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(yùn)動(dòng)精度，一般用于大型數(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)尺寸來看，刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較大，從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。

2．床身和導(dǎo)軌的布局形式（2）斜床身配置斜滑板如圖b所示，這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌傾斜角度分別為30°、45°、60°、75°和90°，其中90°的滑板結(jié)構(gòu)稱為立床身，如圖d所示。傾斜角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。導(dǎo)軌傾斜角度的大小還直接影響機(jī)床外形尺寸高度和寬度的比例。綜合考慮上面的諸因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60°為宜。2．床身和導(dǎo)軌的布局形式（3）水平床身配置傾斜放置的滑板這種結(jié)構(gòu)通常配置有傾斜式的導(dǎo)軌防護(hù)罩，如圖c所示。這種布局形式一方面具有水平床身工藝性好的特點(diǎn)，另一方面機(jī)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。這是由于這兩種布局形式排屑容易，熱切屑不會(huì)堆積在導(dǎo)軌上，也便于安裝自動(dòng)排屑裝置；操作方便，易于安裝機(jī)械手，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化；機(jī)床占地面積小，外形美觀，容易實(shí)現(xiàn)封閉式防護(hù)。床身和導(dǎo)軌的布局形式圖例3．刀架的布局?jǐn)?shù)控車床的刀架分為排式刀架和回轉(zhuǎn)式刀架兩大類。兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床多采用回轉(zhuǎn)刀架?；剞D(zhuǎn)刀架在機(jī)床上的布局有兩種形式：一種用于盤類零件的加工，其回轉(zhuǎn)軸線垂直于主軸；另一種用于軸類零件和盤類零件的加工，其回轉(zhuǎn)軸線平行于主軸。四坐標(biāo)軸控制的數(shù)控車床，床身上安裝有兩個(gè)獨(dú)立的滑板和回轉(zhuǎn)刀架，稱為雙刀架四坐標(biāo)數(shù)控車床。其上每個(gè)刀架的切削進(jìn)給量是分別控制的，因此，兩刀架可以同時(shí)切削同一工件的不同部位，即擴(kuò)大了加工范圍，又提高了加工效率，適合于加工曲軸、飛機(jī)零件等形狀復(fù)雜、批量較大的零件。

五、數(shù)控車床的分類１．按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（１）

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般是以普通車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)而得到，也有對普通車床進(jìn)行改造而獲得。一般采用由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服系統(tǒng)，其控制部分采用單板機(jī)或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。此類車床的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，但缺少一些諸如刀尖圓弧半徑自動(dòng)補(bǔ)償和恒表面線速度切削等功能。一般只能進(jìn)行兩個(gè)平動(dòng)坐標(biāo)(刀架的移動(dòng))的控制和聯(lián)動(dòng)。同時(shí)，由于其使用的是普通車床的結(jié)構(gòu)或者是通過普通機(jī)床改造而成，在機(jī)床的精度等方面也有所欠缺。這種車床在中小型企業(yè)中應(yīng)用廣泛，多用于一些精度要求不是很高的大批量或中等批量零件的車削加工。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床圖例１．按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（２）

標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床又稱全功能型數(shù)控車床。它的控制系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)型的，帶有高分辨率的CRT顯示器，帶有各種顯示、圖形仿真、刀具補(bǔ)償?shù)裙δ?，帶有通信或網(wǎng)絡(luò)接口。采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)，可以進(jìn)行多個(gè)坐標(biāo)軸的控制。具有高剛度、高精度和高效率等特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床圖例１．按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（３）

車削中心

車削中心是以標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床為主體，配備刀庫、自動(dòng)換刀器、分度裝置、銑削動(dòng)力頭和機(jī)械手等部件，實(shí)現(xiàn)多工序復(fù)合加工的車床。在車削中心上，工件在一次裝夾后，可以完成回轉(zhuǎn)類零件的車、銑、鉆、鉸、螺紋加工等多種加工工序的加工。車削中心的功能全面，加工質(zhì)量和速度都很高，但價(jià)格也較貴。１．按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（４）

FMC車床

FMC是英文FlexibleManufacturingCell(柔性加工單元)的縮寫。FMC車床一個(gè)由數(shù)控車床、機(jī)器人等構(gòu)成的系統(tǒng)，如圖所示。它能實(shí)現(xiàn)工件搬運(yùn)、裝卸的自動(dòng)化和加工調(diào)整準(zhǔn)備的自動(dòng)化操作。柔性車加工單元圖例２．按主軸的配置形式分類根據(jù)主軸的配置形式，可以分為臥式數(shù)控車床(主軸軸線為水平位置的數(shù)控車床)和立式數(shù)控車床(主軸軸線為垂直位置的數(shù)控車床)；具有兩根主軸的車床，稱為雙軸臥式數(shù)控車床或雙軸立式數(shù)控車床。３．按數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)分類根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)，可以分為兩軸控制的數(shù)控車床（機(jī)床上只有一個(gè)回轉(zhuǎn)刀架，可實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)軸控制)和四軸控制的數(shù)控車床(機(jī)床上有兩個(gè)獨(dú)立的回轉(zhuǎn)刀架，可實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)軸控制)。六、MJ-50數(shù)控車床1．概述MJ-50數(shù)控車床是由濟(jì)南第一機(jī)床廠（現(xiàn)更名為濟(jì)南一機(jī)床集團(tuán)有限公司）生產(chǎn)，主要由主軸箱、床鞍、尾座、刀架、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)以及數(shù)控裝置等構(gòu)成。其外形尺寸為：長2995㎜，寬1667㎜，高1796㎜。MJ-50車床外形圖2．機(jī)床的傳動(dòng)鏈（1）

主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)由功率為11／15KW的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一級速比為1：1的弧齒同步齒形帶輪傳動(dòng)，直接帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。主軸在35～3500r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。由于主軸的調(diào)速范圍不是很大，所以在主軸箱內(nèi)省去了齒輪傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，因此減少了齒輪傳動(dòng)對主軸精度的影響。2．機(jī)床的傳動(dòng)鏈（2）

縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈

縱向進(jìn)給系統(tǒng)由功率為1.8KW的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一級速比為1：1.25弧齒同步齒形帶輪傳動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)程P=10mm的滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成床鞍的直線縱向運(yùn)動(dòng)。橫向進(jìn)給系統(tǒng)由功率為0.9KW的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一級速比為1：1.2的弧齒同步齒形帶輪皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)程P=6mm的滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成滑板的直線橫向運(yùn)動(dòng)。2．機(jī)床的傳動(dòng)鏈（3）

回轉(zhuǎn)刀架傳動(dòng)鏈數(shù)控車床換刀時(shí)，需要刀架作回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)，刀架回轉(zhuǎn)的角度取決于裝刀數(shù)目。MJ-50共有10把刀具，分度角以36°為單位?；剞D(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源為液壓馬達(dá)，通過起分度作用的平板共軛分度凸輪，將分度運(yùn)動(dòng)傳遞給一對齒輪副，進(jìn)而帶動(dòng)刀架回轉(zhuǎn)。MJ-50數(shù)控車床傳動(dòng)鏈?zhǔn)疽鈭D３．典型結(jié)構(gòu)（1）

主軸箱主軸箱是機(jī)床結(jié)構(gòu)中最重要的部件之一，主軸箱是由主軸箱體、軸承座、主軸、主軸軸承、軸承調(diào)整螺母、光電編碼器及弧齒同步齒形帶輪副等組成。主軸采用兩點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)適宜高轉(zhuǎn)速的要求。前軸承采用高精度雙列圓柱軸承和高精度雙列組合角接觸球軸承組成，后軸承采用高精度雙列圓柱軸承。主軸軸承采用油脂潤滑，靠非接觸式迷宮套密封。潤滑脂的封人量對主軸軸承壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫升有很大的影響,機(jī)床說明書對油脂牌號和封入量均有規(guī)定。MJ-50數(shù)控車床主軸箱簡圖MJ-50數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)圖例３．典型結(jié)構(gòu)（2）

縱向進(jìn)給傳動(dòng)裝置

AC伺服電動(dòng)機(jī)14經(jīng)同步帶輪12和2以及同步帶11傳動(dòng)到滾珠絲杠5，由螺母4帶動(dòng)滑板連同刀架沿床身13的矩形導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Z軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)軸與同步帶輪12之間用錐環(huán)無鍵連接，這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽，而且兩錐環(huán)的內(nèi)外圓錐面壓緊后，使連接配合面無間隙，對中性較好。選用錐環(huán)對數(shù)的多少，取決于所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。滾珠絲杠的左支承由三個(gè)角接觸球軸承15組成。其中右邊兩個(gè)軸承與左邊一個(gè)軸承的大口相對布置，由螺母16進(jìn)行預(yù)緊。MJ-50縱向進(jìn)給裝置圖例（1）MJ-50縱向進(jìn)給裝置圖例（2）３．典型結(jié)構(gòu)（3）

橫向進(jìn)給傳動(dòng)裝置

AC伺服電動(dòng)機(jī)15經(jīng)同步帶輪14和10以及同步帶12帶動(dòng)滾珠絲杠6回轉(zhuǎn)，其上螺母7帶動(dòng)刀架21（如圖5-12b）沿滑板1的導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。A-A剖面圖表示滾珠絲杠前支承的軸承座4用螺釘20固定在滑板上。滑板導(dǎo)軌如B-B剖視圖所示為矩形導(dǎo)軌，鑲條17、18、19用來調(diào)整刀架與滑板導(dǎo)軌的間隙。圖中22為導(dǎo)軌護(hù)板，26、27為機(jī)床參考點(diǎn)的限位開關(guān)和撞塊。鑲條23、24、25用于調(diào)整滑板與床身導(dǎo)軌的間隙。MJ-50橫向進(jìn)給裝置圖例（1）MJ-50橫向進(jìn)給裝置圖例（2）３．典型結(jié)構(gòu)（4）

臥式回轉(zhuǎn)刀架（1）刀盤脫開接收到數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令——活塞9右腔進(jìn)油——活塞推動(dòng)軸承12連同軸6左移——?jiǎng)?、靜鼠牙盤脫開，刀盤解除定位、夾緊。刀盤轉(zhuǎn)位液壓馬達(dá)2啟動(dòng)——推動(dòng)平板共軛分度凸輪——推動(dòng)齒輪副5、4——軸6連同刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)位。３．典型結(jié)構(gòu)（4）

臥式回轉(zhuǎn)刀架（2）刀盤定位夾緊活塞9左腔進(jìn)油——軸6右移——?jiǎng)?、靜鼠牙盤嚙合，實(shí)現(xiàn)定位夾緊。該回轉(zhuǎn)刀架的夾緊與松開、刀盤的轉(zhuǎn)位均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、PLC順序控制來實(shí)現(xiàn)。11是安裝刀具的刀盤，它與軸6固定聯(lián)接。當(dāng)?shù)都苤鬏S6帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的鼠牙盤13和固定在刀架上的鼠牙盤10脫開，旋轉(zhuǎn)到指定刀位后，刀盤的定位由鼠牙盤的嚙合來完成。臥式回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)圖例３．典型結(jié)構(gòu)（5）

自動(dòng)定心卡盤圖示為數(shù)控車床上常采用的一種液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力