数控机床第4章教案

1第4章数控车床第一讲数控车床概述课题：1.项目的引出2.数控车床的组成及布局课堂类型：讲授教学目的：1.了解典型的回转体零件加工方法及所需要的加工设备。2.掌握数控车床的组成、布局及特点。教学重点：1.典型的回转体零件加工工艺及适合选用的加工设备。2.数控车床的组成及布局。教学难点：数控车床刀架相对导轨的布局形式教具：多媒体课件教学过程：一、引入新课题以典型的回转体零件工艺分析和所需要的加工设备入手引入本次课程二、教学内容数控车床集万能型、精密型和专用型三类普通车床的特点于一身，是理想的回转体零件的自动化加工机床，而且数控车床是目前使用较为广泛的数控机床。本节引出的各教学项目，均为较典型的回转体零件。从了解每个零件的工艺特征入手，进而了解数控车床的分类方式；学会针对回转体零件的特点，选择适于加工该零件的数控车床。4.1项目的引出4.1.1项目一分析如图4-1所示零件——轴的工艺特征，主要加工面为圆柱面、圆弧面、端面、外螺纹面、倒角及切槽等，而且要满足工件图样上尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度的要求。该零件适于采用卧式数控车床，需要两次安装，分别加工零件的两侧。图4-1轴4.1.2项目二分析图4-2所示的不锈钢套筒的工艺特征，主要加工面为内外圆柱面、圆弧2面、端面、切槽等。该零件适于采用卧式数控车床加工，而且需要两次安装，分别加工零件两侧的内、外轮廓。图4-2不锈钢套筒4.1.3项目三分析如图4-3所示的蜗轮透盖的工艺特征，主要加工面为内外圆柱面、内圆弧面、端面、切槽等。该零件适于采用卧式数控车床加工，而零件上的6×Φ93孔和2×M8-7H螺孔适于在数控钻床或普通钻床上加工。图4-3蜗轮透盖4.1.4项目四分析图4-4所示的齿轮毛坯的工艺特征，主要加工面为内外圆柱面、圆锥面、端面、倒角及切端面槽等，适于采用立式数控车床加工。图4-4齿轮毛坯4.1.5项目五分析图4-5所示的连接件的工艺特征，该零件除了加工圆柱面、圆弧面、端面、倒角、切槽之外，还要加工径向孔、与工件中心不同心的轴向孔及端面圆弧4槽等。适于采用车削中心，工件一次安装完成全部加工。图4-5连接件4.2数控车床概述项目一至项目五中形状不同的轴类、盘类和套类等回转体零件，有的在普通车床上无法完成全部加工，有的在普通车床上很难完成加工，有的在普通车床上加工效率较低。而这些零件分别适于采用数控车床、车削中心和车铣复合中心进行加工。普通车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工的，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X、Z坐标轴的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，可以加工各种轴类、盘类和套类等回转体零件，包括零件上高精度的曲面、内外螺纹面及端面螺纹等。随着数控应用技术的发展，在数控车床的基础上又先后出现了车削中心和车铣复合中心。4.2.1数控车床的组成及布局1.数控车床的组成及特点图4-6为卧式车床外观图，图4-7为数控车床外观图。结合学习机械制造基础课程和车工实习得到的感性认识，对比卧式车床和数控车床的外观图可以发现，数控车床在结构上仍然是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身和尾座等主要部件组成，而且两者都有冷却系统和润滑系统，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。图4-6卧式车床外观5图4-7数控车床外观图图4-8所示的数控车床，其进给传动系统的结构较普通车床大为简化。数控车床也有加工各种螺纹的功能，一般是采取用主轴电动机经同步齿形带1驱动主轴4旋转，为了使主轴的旋转与刀架的移动保持同步关系，主轴箱内安装有脉冲编码器2，主轴的运动通过同步齿形带3，以1∶1的速比传到脉冲编码器2。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Z向移动一个导程的运动关系。图4-8数控车床的传动结构中高档的数控车床一般都采用全封闭式的防护装置，主要是为了防止水雾、油雾飞溅而污染环境，保证机床工作过程的安全性;导轨上安装有导轨防护罩，起防尘和减小导轨副磨损的作用。经济型的数控车床一般是采用半封闭式的防护装置，其导轨无防护罩。2.数控车床的布局数控车床的刀架和导轨的布局形式与卧式车床相比发生了很大的变化，而且刀架和导轨的布局形式会直接影响数控车床的使用性能、机床的结构和外观。此外，数控车床上都设有封闭的防护装置。（1）床身导轨的布局如图4-9所示，根据数控车床床身导轨与水平面的相对位置不同，可以有多种布局形式：图4-9（a）为平床身平滑板，水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身导轨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。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。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。6图4-9（b）为斜床身斜滑板，图4-9（c）为平床身斜滑板，水平床身配上倾斜放置的滑板，并配置倾斜式的导轨防护罩，这种布局形式一方面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，且排屑方便。图4-9（d）为前斜床身平滑板，水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板的布局形式被中、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，热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;机床占地面积小，外形简洁、美观，容易实现封闭式防护。斜床身导轨倾斜的角度分别为30°、45°、60°、75°和90°（称为立式床身）。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机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑以上诸因素，小型数控车床床身的倾斜度多采用30°和45°;中规格的数控车床床身的倾斜度以60°为宜;而大型数控车床床身的倾斜度多采用75°。图4-9（e）为立式床身立滑板图4-9数控车床床身导轨的布局形式（2）刀架的布局刀架作为数控车床的重要部件，其布局形式对机床整体布局及工作性能影响很大。回转刀架在机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。目前两坐标联动数控车床多采用12工位的回转刀架，也有采用6工位、8工位、10工位回转刀架的。床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架的数控车床称为双刀架四坐标数控车床。其上每个刀架的切削进给是分别控制的，既扩大了加工范围，又提高了加工效率。双刀架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。这种机床适于加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。7第二讲数控车床概述；数控车床的结构课题：1.数控车床的用途2.数控车床的分类3.MJ-50数控车床的用途、布局及技术参数课堂类型：讲授教学目的：1.掌握数控车床的用途。2.掌握数控车床的分类方法。3.掌握MJ-50数控车床的布局特点及主要技术参数教学重点：1.按机床主轴布局形式对数控车床分类；按数控系统控制的轴数对数控车床分类。2.典型卧式数控车床的布局及主要技术参数。教学难点：按不同的方法对数控车床进行分类教具：多媒体课件教学过程：一、引入新课题以数控车床的用途引入本次课程二、教学内容4.2.2数控车床的用途数控车床按照加工程序能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等的切削加工，所以数控车床特别适于加工形状复杂的轴类或盘类零件。数控车床加工零件的尺寸精度可以达到IT5～IT6，加工表面的粗糙度可以达到Ra1.6μm以下。数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，被广泛应用于机械制造业，例如汽车制造厂、发动机制造厂等。4.2.3数控车床的分类随着数控车床制造技术的不断发展，形成了多品种、多规格的局面。对数控车床的分类主要有两种方法。1.按机床主轴布局形式分类（1）卧式数控车床主轴轴线处于水平位置的数控车床。卧式数控车床的刀架布局结构有前置和后置两种。①刀架前置的数控车床布局如图4-10所示，其上的刀架为四方形回转刀架，结构简单，外形类似普通车床的方刀架，安装刀具的数目最多为4把，床身导轨为平导轨，刀架前置使操作者观察切削情况和测量工件不方便。项目三中如图4-3所示的蜗轮透盖零件，形状较为简单，各工序使用的刀具均少于4把，因此适于选用刀架前置的数控车床进行加工。图4-10刀架前置的数控车床8②刀架后置的数控车床布局如图4-11所示，其上刀架为后置回转刀架，一般可以安装8把或12把刀具。中高档的数控车床一般都采用后置刀架的布局结构，床身导轨为倾斜导轨（或是水平床身配上倾斜放置的滑板），刀架后置方便了操作者观察工件和测量工件。项目一中如图4-1所示的轴零件，需要使用外圆粗车刀、外圆精车刀、粗切槽刀、精切槽刀及螺纹车刀等5把刀具；项目二中如图4-2所示的不锈钢套筒零件，加工零件的两侧都需要5把以上的刀具，因此轴零件和不锈钢套筒零件均适于选用刀架后置的数控车床进行加工。图4-11刀架后置的数控车床（2）立式数控车床主轴轴线处于垂直位置的数控车床。图4-12所示为立式数控车床，主轴垂直向上，垂直刀架的下端安装有回转刀盘。刀架沿垂直导轨的移动为Z轴进给，刀架沿水平导轨的移动为X轴进给。项目四中如图4-4所示的齿轮毛坯零件，属于直径尺寸较大的盘类零件，且上端面及内孔都带有锥度，因此适于选用立式数控车床进行加工。图4-12立式数控车床2.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X、Z两坐标轴控制，图4-10和图4-11所示即是两轴控制的数控车床。（2）双刀架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。图4-13为双刀架卧式数控车床的刀架配置示意图，图4-13（a）所示为两个独立的回转刀架，一个为后置刀架，另一个为前置刀架，每个刀架可以分别控制X坐标轴和Z坐标轴的进给运动。图4-13（b）所示为两个回转刀架相对于主轴回转中心的布局位置，其中后置回转刀架有12个刀位，前置回转刀架有8个刀位。（3）三轴控制的车削中心图4-14所示的车削中心是在数控车床的基础上发展起来的，其主要特征是在数控车床的回转刀架上增设了多种自驱动刀具并对主轴进行伺服控制，自驱动刀具有钻削头、铣削头等。9图4-13双刀架卧式数控车床的刀架配置示意图图4-15为车削中心回转刀架外观图，其上安装有平行于主轴轴线的自驱动刀具1和垂直于主轴轴线的自驱动刀具2。机床工作时除了转塔刀架控制X坐标轴和Z坐标轴的进给运动之外，主轴的C轴可以做分度运动或圆周进给运动，自驱动刀具可以进行钻削加工和铣削加工。图4-14车削中心图4-15车削中心回转刀架外观图项目五中如图4-5所示的连接件，其上Ф62mm的外圆表面上均布6个Ф6mm孔；右端面上有均布的4段圆弧槽和4个Ф6mm孔，该零件在普通车床上无法完成全部加工。如果选用车削中心，便可利用Z轴自驱动铣刀，铣削零件右端面上的圆弧槽及Ф6mm轴向孔；利用X轴自驱动铣削刀具可以加工6个Ф6mm的径向孔。（4）五轴联动车铣复合中心如下图所示，机床配置双车主轴、一个铣轴、一个转塔刀架和一个盘式刀库。车铣复合中心主要用于航空、军工、汽车、船舶等行业中复杂零件的加工。目前，我国使用最多的是中小规格两轴联动的卧式数控车床。10五轴联动车铣复合中心4.3数控车床的结构4.3.1MJ-50数控车床的用途、布局及技术参数MJ-50型数控车床是典型的卧式数控车床。1.MJ-50数控车床的用途MJ-50数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面等。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。2.MJ-50数控车床的布局MJ-50数控车床为两轴联动的卧式车床，图4-16为车床的外观图。图4-16MJ-50数控车床外观图3.MJ-50数控车床的主要技术参数（1