数控车床结构详解

1.数控车床的组成及特点

某型号数控车床外形如图2-10所示，在结构上与普通车床很相似。但是数控车床的进给系统与普通车床有着本质上的差别。普通车床将主轴的转动经过交换齿轮架、进给箱、溜板箱传递到刀架，实现纵向和横向进给运动；而数控车床采用伺服（步进）电动机经滚珠丝杠，实现纵向（Z向）和横向（X向）进给运动。与普通车床相比，数控车床的传动结构大为简化，精度和自动化程度也有了很大的提高。

图2-10 数控车床组成

1—脚踏开关 2—防护门 3—卡盘 4—旋转刀架 5—主轴 6—数控操作面板 7—尾座 8—排屑器 9—床身

此外，为了实现螺纹加工功能，数控车床主轴一般都安装有脉冲编码器。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同步关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架沿Z向移动一个工件导程的运动关系。

虽然数控车床种类较多，但一般均由机床本体、数控装置、伺服系统、位置检测装置以及辅助装置等几部分组成。它由床身底座、斜床身、主轴箱、后拖板、电动刀架、液压尾座、控制系统等主要部分构成。

2.数控车床的分类

数控车床的种类很多，对它的分类有以下几种方法：

①按数控系统的功能分类，分为主轴采用异步电动机驱动、进给采用步进电动机驱动、开环控制的经济型数控车床；主轴采用能调速的交、直流主轴控制单元驱动，进给采用伺服电动机驱动，半闭环或闭环控制的全功能数控车床；如果在全功能数控车床基础上配上刀库、自动换刀装置以及动力刀具（如铣刀和钻头），就构成了车削中心。

②按主轴的配置形式分类，可分为主轴水平布置的卧式数控车床和主轴垂直布置的立式数控车床。

③按数控系统控制的轴数分类，可分为只有一个回转刀架的、可实现两坐标轴联动的两轴控制的数控车床和有两个独立的回转刀架、可实现四坐标轴联动的四轴控制的数控车床等类型。

3.数控车床的布局

数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与普通车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式有很大的变化，这直接影响数控车床的结构、外观和性能。另外，数控车床上一般都设有封闭的防护装置。

（1）床身和导轨的布局(www.xing528.com)

数控车床床身和导轨的布局形式如图2-11所示，它有四种布局形式：水平床身、斜床身、水平床身斜滑板和立床身。

图2-11 数控车床床身和导轨的布局形式

a）水平床身 b）斜床身 c）水平床身斜滑板 d）立床身

水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。如图2-11a所示，水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是由于水平床身下部空间小，因而排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。

如图2-11c所示，水平床身配上倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩，这种布局形式一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，排屑方便。

如图2-11b所示，和水平床身配上倾斜放置的滑板一样，斜床身配置斜滑板的布局形式普遍用于中、小型数控车床。这是因为这两种布局形式排屑容易，热铁屑不会堆积在导轨上；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；机床占地面积小，外形美观，容易实现封闭式防护。

斜床身的导轨倾斜角度分别为30°、45°、60°、75°和90°（称为立床身，如图2-11d所示）。倾斜角度小，排屑不便；倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。导轨倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸中高度与宽度的比例。综合考虑上述因素，中、小规格的数控车床的床身的倾斜度以60°为宜。

（2）刀架的布局

目前，数控车床多采用回转式刀架，其布局形式有两种：一种是卧式回转刀架，其回转轴垂直于主轴，一般为4工位；另一种是立式回转刀架，其回转轴平行于主轴，有6工位、8工位、10工位、12工位等几种。

图2-12所示为某数控车床的回转刀架。

图2-12 数控车床回转刀架