第二章 数控机床概述

第二章数控车床基础知识

培训学习目标：

了解数控机床的产生和发展；了解数控机床的验收方法；掌握数控车床工作原理；掌握数控车床分类方法；掌握机械结构及其特点；掌握数控车床的的性能主要指标。

第一节数控机床概述

一、数控机床的产生及发展

随着科技与生产的发展，机械产品日益精密复杂，更新换代日趋频繁，要求加工设备具有更高的精度和效率；另外，在产品加工过程中，单件小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上，加工这种品种多、批量少、形状复杂的零件也要求通用性和灵活性较高的加工设备。

数控机床是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国PARSONS公司在研制加工直升飞机叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，在麻省理工学院的协助下，于1952年试制成功世界上第一台数控机床样机。后又经过三年时间的改进和自动程序编制的研究，数控机床进入实用阶段，市场上出现了商品化数控机床。1958年，美国KEANEY与TRECKER公司在世界上首先研制成功带有自动换刀装置的加工中心。自从20世纪50代世界上第一台数控机

床问世至今，数控机床经过了2个阶段和6代的发展历程.

第一阶段是硬件数控(NC):

第1代1952年的电子管

第2代1959年晶体管(分离元件)

第3代1965年小规模集成电路

第二阶段是软件数控(CNC):

第4代1970年的小型计算机,中小规模集成电路

第5代1974年的微处理器,大规模集成电路.

第6代1990年的基于个人PC机我国从1958年开始研

制数控机床,20世纪60年代中期进入实用阶段数控机床的发展趋势

（1）高速度、高精度化

（2）多功能化、智能化、小型化

（3）高可靠性

（4）网络化（柔性制造系统）

二、数控车床的功能及特点

数控车床与普通车床一样主要用于轴类、盘类等回转体零件的加工，如完成各种内、外圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、圆锥螺纹、切槽、钻扩、铰孔等工序的加工；还可以完成普通车床上不能完成的圆弧、各种非圆曲面构成的回转面、非标准螺纹、变螺距螺纹等表面加工，数控车

床特别适合于复杂形状的零件或中、小批量零件的加工。

数控加工技术是集计算机技术、成组技术、自动控制技术、传感检测技术、液压气动技术以及精密机械等高新技术于一体，是现代化制造技术的基础技术。各种不同零件的加工只需要编程人员按工艺图纸要求，将编制好的零件加工程序输入到机床数控系统中，由计算机指挥机床各坐标轴的伺服电动机去控制车床各部件运动的先后顺序、速度和移动量，并与选定的主轴转速相配合，就能车出各种形状复杂、高精度、高质量的零件。

近年来，数控技术的发展十分迅速，数控机床的普及率越来越高，在机械制造业中得到了广泛的应用。制造业的工程技术人员和数控机床的操作与编程技术人员对数控机床及其操作与编程技术的需求越来越大。

三、数控车床的分类

1、按车床主轴配置形式划分

（1）立式数控车床

立式数控车床主轴处于垂直位置，有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件；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

卧式数控车床主轴轴线处于水平位置，生产中使用较多，常用于加工径向尺寸较小的轴类、盘类、套类复杂零件，它又有水平导轨式和倾斜导轨式两种。水平导轨式用于一般数控车床、经济型数控车床。（3）倾斜导轨式数控车床

倾斜导轨结构可以使车床具有更大刚性，且易于排除切屑，用于档次较高的数控车床及车削加工中心。

2、按数控机床的档次分类

（1）经济型数控车床。经济型数控车床是在卧式车床基础上进行改进设计的，一般采用步进电动机驱动的开环伺服系统，其控制部分通常采用单板机或单片机。成本较低，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。

（2）普通数控车床。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，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高。可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴，应用较广，适用于一般回转类零件的车削加工。

（3）车削加工中心。在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，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)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削还可以进行径

向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加。

3、按运动方式分类

（1）点位控制数控机床

（2）点位/直线控制数控机床

（3）连续控制数控机床

4、按控制方式分类

按控制方式分类可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。

5、其它分类形式

除此之外，数控车床还多种分类方法，如按刀架数量分为单刀架数控车床和双刀架数控车床；按加工零件基本类形分为卡盘式夹紧数控车床和顶尖式夹紧数控车床；按控制轴数可分为两轴控制的数控车床、四轴控制的数控车床等。

四、数控车床与普通机床相比所具有的特点

⑴.适应性强

由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能加工形状复杂的零件，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件，加工非常方便。更换加工零件时，数控机床只需更换零件加工的NC程序。

⑵.加工质量稳定

对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好，且质量稳定。

⑶.效率高

数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大。目前数控机床最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01um。一般来说，数控机床的生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。数控机床的时间利用率高达90％，而普通机床仅为30％～50％。

⑷.精度高

数控机床有较高的加工精度，一般在0.005mm～0.1mm之间。数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿。因此，数控机床的定位精度比较高。

⑸.减轻劳动强度

在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至完毕。这样就简化了工人的操作，使劳动强度大大降低。

此外，数控车床还能实现复杂的运动、产生良好的经济效益、利于生产管理现代化等特点。

第二节数控机床的工作原理及基本组成

一、数控机床的定义