數(shù)控車床概述教案

1、數(shù)控車床概述教案專業(yè)（工種）機械裝配與自動化教師課題（項目）數(shù)控車床概述分課題授課班級預(yù)備技師培班訓(xùn)授課時間課時教學(xué)目標(biāo)1、掌握數(shù)控車床的概念2、了解數(shù)控車床的分類教學(xué)重點數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)和工作原理教學(xué)難點歸納總結(jié)數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)和工作原理教學(xué)對象分析根據(jù)我們電子專業(yè)學(xué)生普遍存在理解能力低的特點，我采用創(chuàng)設(shè)情景、激發(fā)興趣；分組實踐、體驗感悟；分析探究、項目拓展的教學(xué)思路，讓學(xué)生先“會”后“懂”，真正實現(xiàn)“手動”到“腦動”這一教學(xué)目標(biāo)，。教學(xué)方法講解、分析、設(shè)問、演示示范、練習(xí)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容引入：同學(xué)們上堂課我們學(xué)習(xí)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(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(fù)雜工件。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。數(shù)控車床數(shù)控車床又稱為 CNC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(fù)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25%。數(shù)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(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設(shè)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。 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(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(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

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(fù)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(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。其傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。(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的盤類零件。按刀架數(shù)量分：(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

5、架或多工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。(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。按功能分類： （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，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。(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(shè)計，配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)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。這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標(biāo)軸，即x軸和z軸。(3)車削加工中心：在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)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(biāo)軸，聯(lián)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(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向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。其它分類方法:按數(shù)控系統(tǒng)的不同控制方式等指標(biāo)，數(shù)控車床可以分很多種類，如直線控制數(shù)控車床，兩主軸控制數(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)控車床等多種。數(shù)控車床的組成結(jié)構(gòu)和工作原理1、 機床結(jié)構(gòu) 數(shù)控機床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動裝置（或稱執(zhí)行機構(gòu)）、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(shù)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(qū)動裝置進給驅(qū)動裝置測量反饋裝置進給伺服單元輸入/輸出設(shè) 備計算機數(shù) 控裝 置機 床 本 體、機床本體數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)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(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)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。、CNC單元CNC單元是數(shù)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(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。 輸入/輸出設(shè)備輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設(shè)備。在數(shù)控機床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，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作，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡(luò)通訊串行通信的方式輸入。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

9、工作是否維持正常。伺服單元伺服單元由驅(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，每一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。每個進給運動的執(zhí)行部件都有相應(yīng)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)。驅(qū)動裝置驅(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，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)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(yīng)，驅(qū)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(qū)動裝置可合稱為伺

10、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?？删幊炭刂破骺删幊炭刂破?(PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當(dāng)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(shù)控

11、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。測量反饋裝置測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。2、工作原理使用數(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，使各坐標(biāo)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。3、數(shù)控車床的分類數(shù)控車床的品種和規(guī)格

12、繁多。，一般可以用下面三種方法分類。、按控制系統(tǒng)分目前市面上占有率較大的有法拉克、華中、廣數(shù)、西門子、三菱等、按運動方式分類點位控制數(shù)控機床點位/直線控制數(shù)控機床 連續(xù)控制數(shù)控機床、按控制方式分類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。五、數(shù)控車床的使用條件數(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)境溫度低于30攝示度，相對溫度小于80%。1. 機床位置環(huán)境要求機床的位置應(yīng)遠離振源、應(yīng)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(yīng)設(shè)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

13、觸不良，發(fā)生故障，影響機床的可靠性。2. 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(shè)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(yán)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。3. 溫度條件數(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(shè)有排風(fēng)扇或冷風(fēng)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(dǎo)致控制系統(tǒng)元件壽命降低，并導(dǎo)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(chǎn)生粘結(jié)，并導(dǎo)致短路。4. 按說明書的規(guī)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(tǒng)內(nèi)制造廠設(shè)定的參數(shù)。這些參數(shù)的設(shè)定直接關(guān)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(shè)置附件時，充分考慮各項環(huán)節(jié)參數(shù)的匹配。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、液壓刀架、液壓尾座、液壓油缸的壓力，都應(yīng)在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，不允許任意提高。典型的數(shù)控車床組成 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(tǒng)以及其它設(shè)置。下面以典

15、型的全功能臥式數(shù)控車床為例，簡介數(shù)控車床的組成。1CNC控制系統(tǒng)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(shù)控車床控制器面板FANUC數(shù)控車削系統(tǒng)以其高質(zhì)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(shù)控系統(tǒng)。FANUC 0i-TBTA是目前廣泛使用的數(shù)控車床控制系統(tǒng)，它以高品質(zhì)、高可靠性、高性價比在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，0

16、i-TB可實現(xiàn)四軸二聯(lián)動，目前多用于全功能數(shù)控車床。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(zhuǎn)速(RPM)及功率。控制器面板上控制開關(guān)、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(tǒng)，通常為

17、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(dǎo)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(dǎo)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(shè)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車床采用斜床身設(shè)計，這種設(shè)計有利于切屑和冷卻液從切削區(qū)落到切屑傳送帶。4主軸箱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

18、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(shè)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

19、的夾持?？ㄗ梢允谴阌蹭?即硬卡爪)或低碳鋼(即軟卡爪)。硬卡爪有各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(shè)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(shù)控車床，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。6刀架圖1-1-4數(shù)控車床的自動回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床都采用了自動回轉(zhuǎn)刀架，在加工過程中可自動換刀，連續(xù)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(dāng)CNC程序需要某一把刀具時，必須將它轉(zhuǎn)位到切削位置。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。如圖1-1-

20、4，數(shù)控車床多采用自動回轉(zhuǎn)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(nèi)孔加工刀具，轉(zhuǎn)塔刀架可以夾持4把、6把、8把、12把以至更多的刀具?；剞D(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(shè)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。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(shè)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(guān)及各種電器元件，其中包括保險和復(fù)位按鈕。為安全起見，這些元件均安裝在電器控制柜內(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。9.其它設(shè)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、

22、自動地裝卡棒料。(2)零件接收器零件接收器的目的是當(dāng)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(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(biāo)記設(shè)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(shè)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，配合主機完成銑、鉆、鏜等各種復(fù)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(zhǔn)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