数控车床概述

数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型普通车床的特点于一身，是国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%(不包括技术改造而成的车床)。

2.1.1 数控车床的结构

数控车床主要由数控系统和机床主体组成，数控系统由数控面板、数控柜、控制电源、伺服控制器和主轴编码器等组成。机床本体包括床身、主轴、电动回转刀架等部分。如图2-1所示为数控车床外观图，图2-2所示为数控车床数控系统组成图。与普通车床相比，除具有数控系统外，数控车床的结构还具有以下一些特点。

图2-1 数控车床外观图

(1) 运动传动链短。车床上沿纵、横两个坐标轴方向的运动是通过伺服系统完成的，传动过程为驱动电动机—进给丝杠—床鞍及中滑板，免去了原来的主轴电动机—主轴箱—挂轮箱—进给箱—溜板箱—床鞍及中滑板的冗长传动过程。

(2) 总体结构刚性好，抗振性好。数控车床的总体结构主要指机械结构，如床身、拖板、刀架等部件。机械结构的刚性好，才能与数控系统的高精度控制功能相匹配;否则，数控系统的优势将难以发挥。

图2-2 数控车床数控系统组成图

(3) 运动副的耐磨性好，摩擦损失小，润滑条件好。要实现高精度的加工，各运动部件在频繁的运行过程中，必须动作灵敏，低速运行时无爬行。因此，对其移动副和螺旋副的结构、材料等方面均有较高要求，并多采用油雾自动润滑形式润滑。

(4) 冷却效果好于普通车床。

(5) 配有自动排屑装置。

(6) 装有半封闭式或全封闭式的防护装置。

2.1.2 数控车床的分类

数控车床品种繁多、规格不一，数控车床的分类方法较多，但通常都以和普通车床相似的方法进行分类。

1. 按车床主轴位置分类

1) 立式数控车床

立式数控车床简称数控立车，如图2-3所示。其车床主轴垂直于水平面上一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。

2) 卧式数控车床

卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床，如图2-4所示。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。

2. 按加工零件的基本类型分类

1) 卡盘式数控车床

卡盘式数控车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构大多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。

2) 顶尖式数控车床

顶尖式数控车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘和套类零件。

图2-3 立式数控车床

图2-4 卧式数控车床

3. 按刀架数量分类

1) 单刀架数控车床

单刀架数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式回转刀架或多工位转塔式自动转位刀架，如图2-5所示。

图2-5 单刀架数控车床刀架

2) 双刀架数控车床

双刀架数控车床的双刀架的配置(即移动导轨分布)可以是如图2-6(a)所示的平行分布，也可以是如图2-6(b)所示的相互垂直分布及同轨结构。

图2-6 双刀架数控车床刀架

4. 按数控功能分类

1) 经济型数控车床

经济型数控车床是采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的经济型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工，如图2-7所示。

2) 普通数控车床

普通数控车床是根据车削加工要求，在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，如图2-8所示。其数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。

图2-7 经济型数控车床

图2-8 普通数控车床

3) 车削加工中心

车削加工中心是在普通数控车床的基础上增加了C轴和动力头的更高级的数控车床，带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X，Z)、(X，C)或(Z，C)。它有立式和卧式两类。车削中心的主要特点是具有先进的动力刀具功能，即在自动转位刀架的某个刀位或所有刀位上，可使用多种旋转刀具，如铣刀、钻头等。这样，即可对车削工件的某些部位进行钻、铣削加工，如铣削端面槽、多棱柱及螺纹槽等。如图2-9(a)所示为车削加工中心整体结构，图2-9(b)所示为车削加工中心内部结构。

图2-9 车削加工中心

5. 按数控车床的布局分类

数控车床床身导轨与水平面的相对位置如图2-10所示，它有四种布局形式:如图2-10 (a)所示为平床身式，图2-10(b)所示为斜床身式，图2-10(c)所示为平床身斜滑板式，图2-10(d)所示为立床身式。

图2-10 数控车床床身导轨与水平面的相对位置

水平床身式的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。数控车床水平床身如图2-11所示。

水平床身配置倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩，采用这种布局形式一方面是因为水平床身工艺性好的特点，另一方面是因为机床宽度方向的尺寸比水平配置滑板的要小，且排屑方便。水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板的布局形式被中、小型数控车床普遍采用。这两种布局形式的特点是排屑容易，热铁屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器;操作方便，易于安装机械手以实现单机自动化;机床占地面积小，外形简单、美观，容易实现封闭式防护。如图2-12所示为数控车床倾斜床身。

图2-11 数控车床水平床身

图2-12 数控车床倾斜床身

斜床身其导轨倾斜的角度分别为30°、45°、60°、75°和90°(90°的称为立式床身，如图2-13所示)。若倾斜角度小，则排屑不便;若倾斜角度大，则导轨的导向性差，受力情况也差。导轨倾斜角度的大小还会直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑上面的因素，中小规格数控车床的床身倾斜度以60°为宜。

6. 其他分类方法

按数控车床的不同控制方式等，数控车床可以分为很多种类，如直线控制数控车床、两主轴控制数控车床等;按特殊或专门工艺性能，可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。

图2-13 立式床身