數(shù)控車床概述教案

1、課題：數(shù)控車床概述課型：理論課教學目的與要求：1、掌握數(shù)控車床的概念2、了解數(shù)控車床的分類重點難點.：數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)和工作原理教 具：多媒體教學方法與手段：概念感知-融會貫通，實例講解法, 實施步驟: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。正題:數(shù)控車床概述、數(shù)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(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。數(shù)控車床25%。數(shù)控車床又稱為 C

2、NC車床，即計算機數(shù)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(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。數(shù)控車床是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)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(yōu)點的工作母機。|!板書數(shù)控機床數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家 國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控車床

3、是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù) 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(fā)展。三、數(shù)控車床的分類數(shù)控車床品種繁多，規(guī)格不一，可按如下方法進行分類。按車床主軸位置分類數(shù)控車床分為立式數(shù)控車床和臥式數(shù)控車床兩種類型。(1)立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車，其車床主軸垂直于水平面，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(shù)控車床臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導軌臥式車床和數(shù)控傾斜導軌臥式車床。其傾 斜導軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。（1）卡盤式數(shù)控車床。這類車床沒有

4、尾座，適合車削盤類（含短軸類）零件。夾緊方式多為電動或I液動控制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪（即軟卡爪）。Ii（2）頂尖式數(shù)控車床。這類車床配有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大I1的盤類零件。ij按刀架數(shù)量分：!i（1）單刀架數(shù)控車床數(shù)控車床。一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉(zhuǎn)位刀架或多i1工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。II|（2）雙刀架數(shù)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。|1按功能分類：!III（1）經(jīng)濟型數(shù)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(tǒng)進行改造后i1形成的簡易型數(shù)控車床。成本較低，自動化程度和功能都比較差，車削

5、加工精度也不高，適用于要!1求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。II!（2）普通數(shù)控車床：根據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進行專門設計，配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)II控車床。數(shù)控系統(tǒng)功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。iI這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標軸，即 x軸和z軸。III1（3）車削加工中心：在普通數(shù)控車床的基礎上，增加了 C軸和動力頭，更高級的機床還帶有刀|庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯(lián)動控制軸可以是 （X、Z）、（X、C）或（Z、C）。由于增加了 C軸Ii和銃削動力頭，這種數(shù)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II向銃削、曲面銃削

6、、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。II其它分類方法：IIIi按數(shù)控系統(tǒng)的不同控制方式等指標，數(shù)控車床可以分很多種類，如直線控制數(shù)控車床，兩主Ij軸控制數(shù)控車床等；按特殊或?qū)ｉT工藝性能可分為螺紋數(shù)控車床、 活塞數(shù)控車床、曲軸數(shù)控車床等多!i種。III1數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)和工作原理i! i、機床結(jié)構(gòu)III1數(shù)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(qū)動裝置（或稱 1I執(zhí)行機構(gòu)）、可編程控制器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|1圖是數(shù)控機床的組成框圖。 本進給驅(qū)動裝置一 體機主軸驅(qū)動裝置二床、機床本體1數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)

7、機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及I輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、 傳動系統(tǒng)，刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面都已發(fā)生了很天的變化這種變化的目的是-為了滿一 i足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。!IIIi 、cnc單元! CNC單元是數(shù)控機床的核心， CNC單元由信息的輸入、 處理和輸出三個部分組成。 CNC單元|1接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)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|i信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動。i輸入/輸出設備：!輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機

8、的外部設備。在數(shù)控機床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔Ii紙帶，現(xiàn)已淘汰，后發(fā)展成盒式磁帶，再發(fā)展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工II作，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡通訊串行通信的方式輸入。I1輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)(含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等)，一 |般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)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，可幫助判斷機床工作是否維持正常。|II伺服單元IIi伺服單元由驅(qū)動器、驅(qū)動電機組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的1；進給系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。對于步進電機來說，I每一

9、個脈沖信號使電機轉(zhuǎn)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|I執(zhí)行部件都有相應的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。: !I驅(qū)動裝置Ii驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的機械連接部件驅(qū)動機床，使工作臺II精確定位或按規(guī)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，iI驅(qū)動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。II|伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要|i靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。iI可編程控制器IIIi可編程控制器 (PC

10、, Programmable Controller)是一種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝|I置，專為在工業(yè)環(huán)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(chǎn)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i|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(shù)控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機床的控制。I1測量反饋裝置iIIi測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器

11、、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的I工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令I“直比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。 !II2、工作原理III使用數(shù)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(guī)定的代碼和格式編寫I1成加工程序；然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、分配，jj使各坐標移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。IIIi3、數(shù)控車床的分類I數(shù)控車床的品種和規(guī)格繁多。，一般可以用下面三種方法分類。IIIi、按控制系統(tǒng)分i1目前市面上占有率較大的有法拉克、

12、華中、廣數(shù)、西門子、三菱等III、按運動方式分類! 正點位控制機床I!I點位/直線控制數(shù)控機床iII連續(xù)控制數(shù)控機床Ii 、按控制方式分類iII按控制方式分類可以分為開環(huán)控制數(shù)控機床、閉環(huán)控制數(shù)控機床和半閉環(huán)控制數(shù)控機床。III 五、數(shù)控車床的使用條件IJj數(shù)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(huán)境溫度低I|于30攝示度，相對溫度小于 80%。ii 1.機床位置環(huán)境要求!1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。ii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(wěn)定性，將使電|子元件接觸不良，發(fā)生故障，

13、影響機床的可靠性。j2.電源要求|一般數(shù)控車床安裝在機加工車間，不僅環(huán)境溫度變化大，使用條件差，而且各種機電設|1備多，致使電網(wǎng)波動大。因此，安裝數(shù)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(nèi)，并且保持相對穩(wěn)定。否則會影響數(shù)控系統(tǒng)的正常工作。|i 3.溫度條件III!數(shù)控車床的環(huán)境溫度低于 30攝示度，相對溫度小于 80%。一般來說，數(shù)控電控箱內(nèi)部設 i;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(tǒng)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|I成電路板產(chǎn)生粘結(jié)，并導致短路。II4.按

14、說明書的規(guī)定使用機床!i用戶在使用機床時，不允許隨意改變控制系統(tǒng)內(nèi)制造廠設定的參數(shù)。這些參數(shù)的設定直接關1系到機床各部件動態(tài)特征。只有間隙補償參數(shù)數(shù)值可根據(jù)實際情況予以調(diào)整。用戶不能隨意更|i換機床附件，如使用超出說明書規(guī)定的液壓卡盤。制造廠在設置附件時，充分考慮各項環(huán)節(jié)參數(shù)的1匹配。盲目更換造成各項環(huán)節(jié)參數(shù)的不匹配，甚至造成估計不到的事故。使用液壓卡盤、液壓I刀架、液壓尾座、液壓油缸的壓力，都應在許用應力范圍內(nèi)，不允許任意提高。II典型的數(shù)控車床組成Ij 如圖1-1-1所示為典型的全功能數(shù)控車床。CNC車床的主要組成部分有 CNC控制、床身、主I1軸箱、進給運動裝置、刀架、卡盤與卡爪、尾座、

15、電源控制箱、液壓和潤滑系統(tǒng)以及其它設置。下|面以典型的全功能臥式數(shù)控車床為例，簡介數(shù)控車床的組成。I1 . CNC控制系統(tǒng)IIi現(xiàn)代數(shù)控車削控制系統(tǒng)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I!削功能，外圓、端面、螺紋切削固定循環(huán)功能，用戶宏程序功能。另外，還有一些提高加工精度的|I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i;能，刀具路徑模擬功能。I7 / 8量、 市控圖1-1-3典型FANU嗷控車床控制器面板偏主制手所FANUC數(shù)控車削系統(tǒng)以其高質(zhì) 低成本、高性能、較全的功能特點，在 場的占有率遠遠超過其他的數(shù)控系統(tǒng)。 FANU

16、C 0i-TB/TA是目前廣泛使用的 控車床控制系統(tǒng)，它以高品質(zhì)、高可靠 高性價比在國內(nèi)得到廣泛應用，0i-TB實現(xiàn)四軸二聯(lián)動，目前多用于全功能數(shù) 車床。0i-mate TA用于二軸二聯(lián)動車床。CRT位于控制器面板，它允許操作 方便、直觀地訪問 CNC程序和機床信 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 置、機床位置、報警信息、錯誤消息、 軸轉(zhuǎn)速（RPM）及功率?？刂破髅姘迳峡?開關、按鍵、按鈕用于操作員對機床的 動操控。CRT、控制器面板如圖1-1-3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,

17、 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(tǒng)，通常為高精度數(shù)字式閉環(huán)伺服系統(tǒng)，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(xiàn)高速、高精度的進給運動控制。閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)通常采用交流伺服電機來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠又驅(qū)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(qū)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i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(shù)全功能 CNC I 車床采用斜床身設計

18、，這種設計有利于切屑和冷卻液從切削區(qū)落到切屑傳送帶。 I 4.主軸箱：I主軸箱包含用于旋轉(zhuǎn)卡盤和工件的主軸，以及傳遞齒輪或皮帶。主軸電機驅(qū)動主軸箱主軸，: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。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(yōu)點。全功能 CNC車床主軸實現(xiàn)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）?？梢詫⒖ūP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?qū)φ慵?。自定心卡盤

19、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(xiàn)夾緊和松開，適用于不規(guī)則零件的夾持?？ㄗ梢允谴阌蹭摚从部ㄗΓ┗虻吞间摚窜浛ㄗΓＳ部ㄗτ懈鞣N標準設計；軟卡爪需要像孔 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。一采用了液壓卡盤的數(shù)控車床;一夾緊力調(diào)整方便可靠同時也降低了操作工人的勞動強度；一：6.刀架；III:數(shù)控車床都采用了自動回轉(zhuǎn)刀架，在j刁臣，:用于訶桿鉆央，迎酎蚪轉(zhuǎn)動:加工過程中可自動換刀，連續(xù)完成多道工序!I的

20、加工，大大提高了加工精度和加工效率。一一！刃座用于付桿拈刀架是用于安放刀具的部件。當 CNC.題時料輯助;程序需要某一把刀具時，必須將它轉(zhuǎn)位到切i:削位置。因此，其基本功能是夾持刀具并實！:現(xiàn)刀具的快速轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)換刀功能。j; 如圖1-1-4,數(shù)控車床多采用自動回轉(zhuǎn)ii刀架來夾持各種不同用途的刀具，它們可能I;是外圓加工刀具，也可能是內(nèi)孔加工刀具，Bll 3tH 嬋 zJi轉(zhuǎn)塔刀架可以夾持 4把、6把、8把、12把1以至更多的刀具。回轉(zhuǎn)刀架上的工位數(shù)越|：多，加工的工藝范圍越大，但同時刀位之間：圖1-1-4數(shù)控車床的自動回轉(zhuǎn)刀架:的夾角越小，則在加工過程中刀具與工件的向 將廿六!十、圖1-1-

21、4數(shù)控車床的自動回轉(zhuǎn)刀架 :干涉越大。II：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1!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(zhuǎn)，從而能夠減!:小摩擦。！IIi 尾座可以沿z軸滑動并支撐工件。尾座可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。I尾座的一般設置過程如下：:(1)松開鎖緊螺釘；!I;(2)將尾座滑動到需要的位置；j;(3)允許尾座軸回縮來裝、卸工件；|II:(4)

22、擰緊尾座鎖緊螺釘；iI(5)檢驗主軸頂尖是否對中；III18.電源控制箱j圖1-1-5 CNC車床尾座;電源控制箱上通常安裝有電源開j關及各種電器元件，其中包括保險和復圖1-1-5 CNC車床尾座1:位按鈕。為安全起見，這些元件均安裝i.以防止未得到授權(quán)的人員操作。如果需要進行電器:在電器控制柜內(nèi)部。通常要對電源控制箱加鎖.以防止未得到授權(quán)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(quán)的人員聯(lián)系。 1:9.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(huán)結(jié)束時快速、自動地裝卡棒料。|：(2)零件接收器；1零件接

23、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。1：此配置一般配備在棒料進給類型的車床。i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(huán)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(jù)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(nèi)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(zhì)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 合主機完成銃、鉆、鏈等各種復雜工序，動力 刀頭安裝在動力轉(zhuǎn)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銃平面 和鍵槽、