第一章　数控车床概述

第一节　数控车床的组成、工作原理及功能

一、数控技术的基本概念

（1）数控

数控，即数字控制（numerical control，NC），就是用数字化的信息对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。简单地说，数控就是采用计算机或专用计算机装置进行数字计算、分析处理、发出相应指令、对机床的各个动作及加工过程进行自动控制的一门技术。

由于早期数控系统功能全靠数字电路实现，因此称为NC系统（硬件数控系统）。这种数控系统电路复杂，元器件数量较多，功能扩充难以实现，可靠性低，维修困难。现代数控系统都采用小型计算机或微型计算机控制加工功能，实现数字控制，因此称为计算机数控系统（computer numerical control，CNC）。计算机数控系统在控制功能、精度、可靠性等方面相比硬件数控系统有很大的改善，而且其体积大大缩小。所以，在本书中所出现的“数控”或“数控系统”都是指计算机数控系统。

（2）数控机床

所谓数控机床（numerical control machine tools，NCMT），就是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的机床，也就是装备有计算机数控系统的自动化机床。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图样要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种零件的加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

（3）数控加工

数控加工（numerical control processing，NCP），是指在数控机床上进行工件切削加工的一种工艺方法，即根据工件图样和工艺要求等条件，编制工件数控加工程序并输入数控系统，以控制机床的刀具与工件的相对运动，从而实现工件的加工。加工的过程包括走刀、换刀、变速、变向、停车等，都是自动完成的。

二、数控车床的工作原理及组成

（1）数控车床的工作原理

数控车床是一种高度自动化的机床，是用数字化的信息来实现自动化控制的，将与加工零件有关的信息，如工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数（进给执行部件的进给尺寸）、切削加工的工艺参数（主运动和进给运动的速度、背吃刀量等），以及各种辅助操作（主运动变速、刀具更换、切削液打开停止、工件夹紧松开等）等加工信息，用规定的文字、数字和符号组成代码，按一定的格式编写成加工程序，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后，发出相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。其工作原理如图1-1所示。数控车床工作的原理与过程通过下述的数控车床组成可得到更明确的说明。

图1-1　数控车床工作原理

（2）数控车床的组成

数控车床主要由数控程序及程序载体、输入装置、数控装置、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、机床本体等几部分组成，具体说明见表1-1。

表1-1　数控车床的组成

三、数控车床的功能

数控车床又称CNC车床，能自动地完成对轴类与盘类零件内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔和铰孔等工作。数控车床加工精度高、稳定性好、加工灵活、通用性强，能适应多品种、小批生产自动化的要求，特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。

从总体上看，数控车床没有脱离卧式车床的结构形式，其结构上仍然是由主轴箱、刀架、进给系统、床身以及液压、冷却、润滑系统等部分组成，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的差别。卧式车床的进给运动是经过交换齿轮架、进给箱、溜板箱传到刀架实现纵向和横向进给运动的，而数控车床是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，其结构较卧式车床大为简化。如图1-2所示为数控车床的结构。由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短，不必使用交换齿轮、光杠等传动部件。伺服电动机可以直挂，与丝杠连接带动刀架运动，也可以用同步齿形带连接。多功能数控车床一般采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，所以数控车床主轴箱内的结构也比卧式车床简单得多。

图1-2　数控车床结构