1.1 认识数控车床

1.1.1 数控车床概述

数控车床又称为CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前使用最广泛的数控机床之一，是目前国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。

数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动控制完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面、抛物面等。

1.1.2 数控车床的型号标记

数控车床采用与普通车床相类似的型号表示方法，由字母及一组数字组成。

（1）数控车床CKA6140各个代号含义说明。

（2）数控车床CJK6140A各个代号含义说明。

1.1.3 数控车床的分类

数控车床按不同方式分有不同的种类。现按车床主轴配置形式、车床功能分别介绍数控车床的分类。

1. 按车床主轴配置形式分类

按车床主轴配置形式分，数控车床可分为卧式和立式两大类。

1）立式数控车床

立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台用于装夹工件。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。如图1-1所示为VL-1200型立式数控车床的外形。

2）卧式数控车床

卧式数控车床的主轴线处于水平位置，生产中使用较多，常用于加工径向尺寸较小的轴类、盘类、套类等复杂零件。它的导轨有水平导轨和倾斜导轨两种。其中水平导轨结构用于普通数控车床和经济型数控车床。如图1-2所示为CK6163型水平导轨式卧式数控车床的外形。

倾斜式导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑，主要用于档次较高的数控车床及车削加工为主并辅以铣削加工的数控车削中心。如图1-3所示为DL-25M型倾斜导轨式卧式数控车床的外形。

2. 按数控车床的功能分类

1）经济型数控车床

经济型数控车床一般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简易型数控车床。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。

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。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。

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，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，除了可以进行一般车削外，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工。

如图1-4所示为GS-260标准刀塔车削中心，可在一台机床中进行车、铣、钻及攻牙等复合加工功能，也可以对端面和圆柱面进行轮廓铣削，避免因工件在机床间移动产生的误差，并且节省加工时间及人力。

4）FMC车床

FMC是柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell）的简称，FMC车床实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。如图1-5所示为FMC车床。

3. 其他分类方法

数控车床除了上面介绍的两类常用的分类方法外，还有其他分类，简单列举如下。

（1）按刀架数量可以分为单刀架数控车床和双刀架数控车床。

（2）按加工零件的基本类型可以分为卡盘式数控车床和顶尖式数控车床。

（3）按数控系统可以分为FANUC数控系统、IEMENS数控系统、华中数控系统等。

1.1.4 数控车床的组成

数控车床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。如图1-6是数控车床的组成框图。

1. 机床本体

数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台，以及辅助运动装置、润滑系统、冷却装置等组成，如图1-7所示。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构，以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。

2. CNC单元

CNC单元是数控机床的核心，由信息的输入、处理和输出三部分组成。CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件做进给运动。

3. 输入/输出设备

输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展为盒式磁带，再发展为键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通信串行通信的方式输入。

输出是指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态下需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。

4. 伺服单元

伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。

5. 驱动装置

驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施。所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。

6. 可编程控制器

可编程控制器（PC，Programmable Controller）是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把它称为可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器（PMC，Programmable Machine Controller）。PLC已成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。

7. 测量反馈装置

测量反馈装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上。它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。

1.1.5 数控系统介绍

我国的数控系统虽取得了较大发展，但是高档数控机床配套的数控系统90%以上的都是国外产品，特别是对于国防工业急需的高档数控机床。高档数控系统是决定机床装备的性能、功能、可靠性和成本的关键因素，而国外对我国至今仍进行封锁限制，成为制约我国高档数控机床发展的瓶颈。下面将介绍工厂及学校里常用的数控系统。

1. SIEMENS数控系统

SIEMENS数控系统由德国的西门子公司开发研制，该系统在我国的数控机床中的应用相当普遍。目前，在我国市场上，常用的SIEMENS数控系统有SIEMENS 840D/C、SIEMENS 810T/M、802D/C/S等型号。以上型号除802S系统采用步进电机驱动外，其他型号系统则采用伺服电机驱动。

最新的数控系统SINUMERIK 840D Sl具有模块化、开放、灵活而又统一的结构，为使用者提供了最佳的可视化界面和操作编程体验，以及最优的网络集成功能。常用的SIEMENS 802C数控车床操作系统界面如图1-8所示。

2. FANUC数控系统

FANUC数控系统由日本的富士通公司研制开发，该数控系统在我国得到了广泛的应用。目前，在我国市场上，常用的FANUC数控系统主要有FANUC 18iT、FANUC 0iT、FANUC 0TD等。

目前，像FANUC30i/31i/32i/35i-B系列属于FANUC最先进的CNC系统，灵活地应用于各种先进的多轴类机床。常用的FANUC 0i Mate-TC数控车床操作系统界面如图1-9所示。

3. 武汉华中数控系统

武汉华中数控系统是我国为数不多的具有自主版权的高性能数控系统之一，是全国数控技能大赛指定使用的数控系统。

它以通用的工业PC（IPC）和DOS、WINDOWS操作系统为基础，采用开放式的体系结构，使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。它适合多坐标（2～5）数控镗铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也能适应于其他类型的数控机床（如数控磨床、数控车床等），以及特种加工机床（如激光加工机、线切割机等）。

目前，华中8型全数字总线式高档数控系统采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置7寸彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元、内嵌式PLC接口于一体，采用电子盘程序存储方式，以及内置CF卡程序交换功能，具有低价格、高性能、结构紧凑、易于使用、可靠性高等特点。主要应用于各类数控车床、车削中心的控制。

常用的华中世纪星HNC-21T数控车床操作系统界面如图1-10所示。

4. 其他数控系统

1）国产系统

自20世纪80年代初期开始，我国数控系统的生产与研制得到了飞速的发展，并逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京—法那科、西门子数控（南京）有限公司等合资企业的基本力量。

目前，常用于数控车床的国产数控系统有北京凯恩帝数控系统KND1TB、KND100T、KND1000T等；广州数控系统GSK928TA、GSK928TC、GSK980TA、GSK980d等；大连大森系统DASEN3i等；南京华兴系统WA31DT、WA310T、WA320iT等。

2）国外系统

除了上述几大类数控系统外，国内使用较多的数控系统还有日本三菱数控系统EZMotion-NC 60T、EZMotion-NC E68T等；西班牙的法格数控系统FAGOR 8055T等；美国哈斯数控系统、法国施耐德数控系统等。