第2章 数控车床的操作技术
2.1 数控车床概述
2.1.1 数控车床的组成及特点
虽然数控车床的种类较多，但就其结构而言，主要由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。
从车床主体的组成来看，经济型的数控车床与普通车床类似，其组成部分都具有床身、主轴箱、刀架以及尾座等。但数控车床是采用数控系统对车床进行自动控制，而且，其加工精度和加工效率都较普通车床高。数控车床与普通车床除了在控制方式不同以外，在结构上数控车床还具有一些显著的特点。
数控车床主体通过专门设计，各个部位的性能都比普通车床优越，如机构刚性好，能适应高速和强力车削需要；精度高、可靠性好，能适应精密加工和长时间连续工作等。
1.主轴
数控车床主轴的回转精度将直接影响零件的加工精度；其功率大小与回转速度将影响加工效率；其同步运行、自动变速及定向准停等功能，则体现数控车床的自动化程度和加工范围。数控车床主轴的制造精度往往要求较高，其结构一般采用精密滚动轴承或静压轴承的三支撑形式，以满足极高转速的需求。而螺纹与其他螺旋面零件的加工则必须采用同步运行功能。
图2.1 数控车床床身截面示意图
2.床身及导轨
数控车床的床身除了采用传统的铸造工艺外，也有采用加强筋或钢板焊接等结构，以减轻其重量，提高其刚度，如图2.1所示。
数控车床床身上的导轨结构可以采用传统的滑动导轨（金属）形式。然而，为了减小移动副的摩擦力，避免在低速时产生“爬行”和振动，以提高其定位精度和进给运动的平稳性。目前，数控车床床身上的导轨结构往往采用贴塑导轨，如图2.2所示。贴塑导轨是在金属导轨面上采用专用黏合剂粘贴一层厚度为0.8～2.5mm的特殊工程塑料软带，使这种滑动导轨的摩擦系数减小，耐磨蚀性、耐腐性及吸振性增强。在倾斜导轨床身上，切屑不易在导轨面上堆积，减轻了清除切屑的工作，如图2.1所示。
图2.2 贴塑导轨
3.机械传动机构
在主轴箱内，除了部分齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，作了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构。当今，在数控车床中用得最普遍的螺旋传动机构是滚珠丝杠螺母副，如图2.3所示。这种螺旋传动机构不仅摩擦阻力小、传动效率高，而且可以通过预紧消除轴向间隙，提高丝杠的轴向刚度和传动精度。同时，在丝杠与驱动电机之间增设了（少数车床未增设）可消除其侧隙的齿轮副。
图2.3 滚珠丝杠螺母副
4.刀架
数控车床使用的刀架是一种自动转位刀架。它是数控车床普遍采用的一种最简单的自动换刀设备。因自动转位刀架上的各种刀具不能按加工要求自动装、卸，故它只属于自动换刀系统中的初级形式，不能实现真正意义上的自动换刀。
数控车床上使用的刀架，按基本结构形式可以分为四工位（四方）自动转位刀架和转塔式自动转位刀架，如图2.4所示。按组合形式又可分为平行交错双刀架、垂直交错双刀架等，如图2.5所示。
在数控车床上，刀架转换刀具的过程如下：接受转刀指令→松开夹紧机构→分度转位→粗定位→精定位→锁紧→发出动作完成后的回答信号。其驱动刀架工作的动力有电动和液压两类。
图2.4 自动转位刀架
图2.5 组合形式的自动转位刀架
5.辅助装置
数控车床的辅助装置较多，除了与普通车床所配备的相同或相似的辅助装置外，数控车床还可以配备对刀仪、位置检测反馈装置、自动编程系统及自动排屑装置等。
2.1.2 数控车床的种类及用途
数控车床的分类方法较多，但通常都以与普通车床相似的方法进行分类。
1.按数控车床主轴位置分类
（1）立式数控车床。立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴处于铅垂位置，并有一个直径很大的圆形工作台，用于装夹工件。这类车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。卧式数控车床的主轴轴线是处于水平位置，它又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易排除切屑。由于这类车床有结构较为简单、造价相对较为低廉及加工范围广的特点，因此，在现代化的制造业中得到广泛应用。
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，适合车削盘类型（含短轴类）零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构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。顶尖式数控车床配置有普通尾座或数控尾座，适合于车削较长的轴类零件以及直径不太大的盘、套类零件。
3.按刀架数量分类
（1）单刀架数控车床。普通数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式自动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架，如图2.4所示。
（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2.5（a）所示的平行分布，也可以是如图2.5（b）所示的相互垂直分布。
4.其他分类方法
按数控车床的不同控制方式等指标，数控车床可分为很多种，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、曲轴数控车床以及车削中心等多种。
车削中心的主体仍是数控车床，它又可分为立式和卧式两类。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，可对车削工件的某些部位进行钻、铣削加工，如铣削端面槽、多棱柱及螺旋槽等。
有的车削中心还具有很高角度定位分辨率的C轴位置控制功能，从而实现三坐标轴（X、Z和C轴）两联动轮廓控制。
有的车削中心还配有刀库和换刀机械手，扩大了自动选择和使用刀具的数量，从而增强了车床加工的适应能力，扩大了加工范围。
2.1.3 数控车床的主要技术参数
数控车床的主要技术参数包含两个方面，即车床主体的主要技术参数和数控系统的主要技术参数。现以MJ—50（FANUC—OTE model A—2）数控车床为例，介绍其主要技术参数。
1.车床主体的主要技术参数
车床主体的主要技术参数见表2.1。
表2.1 车床主体的主要技术参数
2.数控系统的主要技术参数（见表2.2）
表2.2 数控系统的主要技术参数
