任务1-1 数控车床安全文明生产
任务目标
（1）了解数控车床的功用。
（2）掌握数控车床的基本结构及组成。
（3）见习数控车床安全生产规则。
任务引领
（1）现场观察所使用的数控车床的机床型号，并做好记录，说明它们所代表的意义。
（2）现场观察数控车床加工零件过程，了解数控车床的安全生产规则，理解数控车床控制轴数、手动操作和自动运行的过程。
（3）现场观察数控车床主传动、进给系统及其部件，了解滚珠丝杠螺母副的结构特点和用途。
相关知识
1.1.1 数控车床安全生产规则
（1）数控车床的使用环境要避免光的直射和其他热辐射，要避免处于太潮湿或粉尘过多的场所，尤其是有腐蚀气体的场所。
（2）为了避免电源不稳定给电子组件造成损坏，数控车床应采取专线供电或增设稳压装置。
（3）数控车床的开机、关机顺序，一定要按照说明书的规定操作。
（4）主轴启动开始切削之前，要关好防护罩门，程序正常运行中禁止开启防护罩门。
（5）数控车床在正常运行时不允许开电器柜的门，禁止按动“急停”、“复位”按钮。
（6）数控车床发生故障，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明故障发生的前后情况，以利于分析情况，查找故障原由。
（7）数控车床的使用一定要有专人负责，严禁其他人随意动用数控设备。
（8）要认真填写数控车床的工作日志，做好交接班工作，消除事故隐患。
（9）不得随意更改控制系统内制造厂设定的参数。
（10）加工程序必须在经过严格校验后方可进行自动操作运行。在加工过程中，一旦出现异常现象，应立即按下“急停”按钮，以确保人身和设备的安全。
1.1.2 日常维护
为了使数控车床保持良好的状态，除了发生故障及时修理外，坚持日常的维修保养是非常重要的。坚持定期检查，经常维护保养，可以把许多故障隐患消除在萌芽之中，防止或减少事故的发生。不同型号的数控车床日常保养的内容和要求不完全一样，对于具体情况应按说明书中的规定执行。
以下列出几个带有普遍性的日常维护内容。
（1）做好各导轨面的清洁润滑，有自动润滑系统的数控车床要定期检查，清洗自动润滑系统，检查油量并及时添加润滑油，检查油泵是否定期启动打油及停止。
（2）每天检查主轴箱自动润滑系统工作是否正常，定期更换主轴箱润滑油。
（3）注意检查电器柜中冷却风扇工作是否正常，风道过滤网有无堵塞，清洗黏附的尘土。
（4）注意检查冷却系统，检查液面高度，及时添加油或水，油、水脏污时，应及时更换清洗。
（5）注意检查主轴驱动皮带，调整松紧程度。
（6）注意检查导轨镶条松紧程度，调节间隙。
（7）注意检查数控车床液压系统油箱、油泵有无异常噪声，工作油面高度是否合适，压力表指示是否正常，管路及各接头有无泄漏。
（8）注意检查导轨机床防护罩是否齐全有效。
（9）注意检查各运动部件的机械精度，减少形状和位置偏差。
（10）每天下班前做好数控车床的卫生清扫工作，清扫切屑，擦净导轨部位的冷却液，防止导轨生锈。
（11）数控车床启动后，在其自动连续运转前，必须监视数控车床的运转状态。
（12）数控车床运转时，不得调整刀具和测量工件尺寸，手不得靠近旋转的刀具和工件。
（13）数控车床工作时，要确保冷却液输出通畅，流量充足。
（14）停机时要除去工件或刀具上的切屑，养成良好的工作习惯。
（15）加工完毕后，关闭电源，清扫数控车床并涂防锈油。
1.1.3 数控车床操作工职业技能鉴定标准
1. 数控车床操作工标准
（1）工种定义：从事编制数控加工程序并操作数控车床进行零件车削加工的人员。
（2）适用范围：常用数控车床的编程、操作、维护及保养。
（3）职业等级：本职业共设四个等级，分别为：中级（国家职业资格四级）、高级（国家职业资格三级）、技师（国家职业资格二级）、高级技师（国家职业资格一级）。
2. 数控车床操作工申报条件
（1）中级（具备以下条件之一者）。
① 经本职业中级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
② 连续从事本职业工作5年以上。
③ 取得经劳动保障行政部门审核认定的，以中级技能为培训目标的中等以上职业学校本职业或相关专业毕业证书。
④ 取得相关职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作2年以上。
（2）高级（具备以下条件之一者）。
① 取得本职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作2年以上，经本职业高级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
② 取得本职业中级职业资格证书后，连续从事本职业工作4年以上。
③ 取得经劳动保障行政部门审核认定的、以高级技能为培养目标的职业学校本职业或相关专业毕业证书。
④ 大专以上本专业或相关专业毕业生，经本职业高级正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
（3）技师（具备以下条件之一者）。
① 取得本职业高级职业资格证书后，连续从事本职业工作4年以上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
② 取得本职业高级职业资格证书的职业学校本职业（专业）毕业生，连续从事本职业工作2年以上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
③ 取得本职业高级职业资格证书的本科（含本科）以上本专业或相关专业毕业生，连续从事本职业工作2年以上，经本职业技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
（4）高级技师。取得本职业技师职业资格证书后，连续从事本职业工作4年以上，经本职业高级技师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。
3. 对中级数控车床操作工的要求
下面以中级数控车床操作工为例，阐述对中级数控车床操作工的技能和相关知识要求，见表1-1，高级、技师和高级技师的技能要求依次递进，高级别涵盖低级别的要求。
表1-1 中级数控车床操作工职业标准
续表
1.1.4 数控车床的用途与分类
数控车床又称为CNC（Computer Numerical Control）车床，即用计算机数字控制的车床，也是目前使用较为广泛的数控机床之一。数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过X、Z坐标轴伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。车削加工一般是通过工件旋转和刀具进给完成切削过程的。其主要加工对象是回转体零件，加工内容包括车外圆、车端面、切断和车槽、钻中心孔、钻孔、车孔、铰孔、锪孔、车螺纹、车圆锥面、车成形面、滚花和攻螺纹等。但是由于数控车床可自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以它特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。
数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，因此被广泛应用于机械制造业，如汽车制造厂、发动机制造厂等。
随着数控车床制造技术的不断发展，数控车床品种繁多，可采用不同的方法进行分类。
1. 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，其控制部分通常用单板机或单片机实现，具有CRT显示、程序存储、程序编辑等功能。但其加工精度不高，主要用于精度要求不高，有一定复杂程度的零件，如图1-1所示。
图1-1 经济型数控车床
2）全功能数控车床
全功能数控车床在结构上突出精度保持性、可靠性、可扩展性、安全性、易操作和可维修性等，适用于对回转体、轴类和盘类零件进行直线、圆弧、曲面、螺纹、沟槽和锥面等高效、精密、自动车削加工，具有刀尖半径自动补偿、恒线速、固定循环、宏程序等先进功能，如图1-2所示。
图1-2 全功能数控车床
3）车削中心
车削中心的主体是数控车床，配有动力刀座或机械手，可实现车、铣复合加工，如高效率车削、铣削凸轮槽和螺旋槽。如图1-3所示为一种高速卧式车削中心。
图1-3 高速卧式车削中心
4）数控立式车床
数控立式车床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小，且形状较复杂的大型或重型零件，适用于通用机械、冶金、军工、铁路等行业的直径较大的车轮、法兰盘、大型电机座、箱体等回转体的粗、精车削加工，如图1-4所示。
图1-4 数控立式车床
2. 按主轴的配置形式分类
（1）卧式数控车床，主轴轴线处于水平位置的数控车床。
（2）立式数控车床，主轴轴线处于垂直位置的数控车床。
另外，还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。
3. 按数控系统控制的轴数分类
（1）两轴控制的数控车床，机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标控制。
（2）四轴控制的数控车床，机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴控制。
对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其他的附加坐标轴来满足机床的功能。目前，我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。
1.1.5 数控车床的组成、布局和特点
1. 数控车床的结构组成
数控车床与卧式车床相比较，其结构上仍然是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身、液压系统、冷却系统、润滑系统等部分组成的，只是数控车床的进给系统与卧式车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别。如图1-5所示为典型数控车床的机械结构组成图。卧式车床主轴的运动经过挂轮架、进给箱、溜板箱传到刀架实现纵向和横向进给运动。而数控车床则采用伺服电动机，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，实现Z向（纵向）和X向（横向）进给运动。数控车床也有加工各种螺纹的功能，主轴旋转与刀架移动间的运动关系通过数控系统来控制。数控车床主轴箱内安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步齿形带1∶1地传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持加工螺纹所需的运动关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z向移动工件一个导程。
图1-5 典型数控车床的机械结构组成图
2. 数控车床的布局
数控车床的主轴、尾架等部件相对床身的布局形式与卧式车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本的变化，这是因为刀架和导轨的布局形式直接影响数控车床的使用性能及其结构和外观所致。另外，数控车床上都设有封闭的防护装置。
1）床身和导轨的布局
数控车床床身导轨与水平面的相对位置如图1-6所示，共有4种布局形式：水平床身，见图1-6（a）；斜床身，见图1-6（b）；水平床身斜滑板，见图1-6（c）；立床身，见图1-6（d）。
图1-6 数控车床的布局形式
水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平配置的刀架可提高刀架的运动速度，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，导致排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了数控车床宽度方向的结构尺寸。
水平床身配上倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩的布局形式，一方面有水平床身工艺性好的特点，另一方面数控车床宽度方向的尺寸较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布局形式被中、小型数控车床所普遍采用。这是由于此两种布局形式排屑容易，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；数控车床占地面积小，外形简洁、美观，容易实现封闭式防护。
斜床身的导轨倾斜的角度可为30°、45°、60°、75°、和90°（称为立式床身）等几种。倾斜角度小，排屑不便；倾斜角度大，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数控车床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑上面的诸因素，中、小规格的数控车床，其床身的倾斜度以60°为宜。
2）刀架的布局
数控车床的刀架是机床的重要组成部分，刀架是用于夹持切削刀具的，因此其结构直接影响数控车床的切削性能和切削效率，在一定程度上，刀架结构和性能体现了数控车床的设计与制造水平。随着数控车床不断发展，刀架结构形式不断创新，但总体来说大致可以分两大类，即排刀式刀架和转塔式刀架。有的车削中心还采用带刀库的自动换刀装置。
排刀式刀架一般用于小型数控车床，各种刀具排列并夹持在可移动的滑板上，换刀时可实现自动定位。
转塔式刀架也称刀塔或刀台，转塔式刀架有立式和卧式两种结构形式。转塔刀架具有多刀位自动定位装置，通过转塔头的旋转、分度和定位来实现数控车床的自动换刀动作。转塔刀架应分度准确、定位可靠、重复定位精度高、转位速度快、夹紧刚性好，以保证数控车床的高精度和高效率。有的转塔刀架不仅可以实现自动定位，而且还可以转递动力。目前两坐标联动车床多采用12工位的回转刀架，也有的采用6工位、8工位、10工位回转刀架。回转刀架在数控车床上的布局有两种形式：一种是用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴；另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。
四坐标控制的数控车床的床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，故称为双刀架四坐标数控车床。其中，每个刀架的切削进给量是分别控制的，因此两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又提高了加工效率。四坐标数控车床的结构复杂，且需要配置专门的数控系统，实现对两个独立刀架的控制。这种数控车床适合加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。
任务实施
实训1 数控车床认知
1. 观察数控车床
现场观察所使用的数控车床的机床型号，并做好记录，说明它们所代表的意义。
2. 观察数控车床加工零件过程
现场观察数控车床加工零件过程，了解数控车床的安全生产规则，理解数控车床控制轴数、手动操作和自动运行的过程。对了解到的数控车床的传动及工作台拖板的运动控制和普通车床进行比较。根据所了解知识，认真填写表1-2。
表1-2 机床认识比较
3. 观察数控车床系统部件
现场观察数控车床主传动、进给系统及其部件，了解滚珠丝杠螺母副的结构特点和用途，如图1-7所示。
图1-7 滚珠丝杠螺母副的原理图
4. 填写实训报告
按附录F的格式填写实训报告。
思考题1
（1）数控车床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？它用于什么场合？
（2）与普通车床相比较，数控车床有何特点？
（3）数控车床日常使用的规则与注意事项有哪些？