1、项目三 数控车床及通用夹具3.1数控车床的工艺特征与分类3.1.1 数控车床工艺特征与用途数控车床主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，只要改变刀具和主轴相对位置，通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、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。3.1.2 数控车床类别1.按主轴位置分（1）卧式数控车床（2）立式数控车床图3-2卧式数控车床图3-3立式数控车床图3-4倒置式数控车床2.按可控轴数分（1）两轴控制的数控车床（2）四轴控制的数控车床3.按数控系统功能分（1）经济型数控车床（2）全功能型数控车床（3）车削加工中心（4）车铣复合加工中心图
2、3-7经济型数控车床图3-8全功能型数控车床图3-9斜床身结构布局4.按伺服系统分3.1.3 数控车床的机械结构1.主传动系统数控车床的主传动系统多采用无级变速或分段无级变速方式，一般采用交流主轴电动机，通过同步带传动或主轴箱内24级齿轮换档传动主轴；也有的主轴由交流调速电动机通过两级塔轮直驱，并由电气系统无级调速，由于主传动链没有齿轮，噪声很小。数控车床切削是受程序控制的，可自动切换转速、换向、自动换刀、用脉冲编码器去控制螺纹车削，加工过程全自动运行，工序高度集中。全功能数控车床的主轴需要采用专用的交流主轴驱动系统，它与通用变频调速相比，其调速范围宽、低速输出转矩大、最高转速高，可实现主轴位
3、置的控制。全功能数控车床主传动一般只有一级同步带减速，就可保证主轴具有良好的性能，主轴箱结构较为简单。在现代高速、高精度机床上，还经常使用高速主轴单元或电主轴代替主轴箱，使主轴具有很高的转速和精度。数控车床主传动系统主轴有机械主轴和电主轴两种基本结构形式。2.进给传动系统数控车床没有传统的进给箱和交换齿轮架，它直接采用伺服电机经同步带驱动无间隙滚珠丝杠（如图3-13所示），将运动和动力传到滑板和刀架，实现Z向(纵向)和X向(横向)进给运动，数控车床所用的伺服电动机除有较宽的调速范围并能无级调速外，还能实现准确定位。普通车床是把主轴的运动经过挂轮架、进给箱、光杆、溜板箱传到刀架实现纵向和横向进给
4、运动的。数控车床主轴与纵向丝杠虽然没有机械传动联结，但同样具有加工各种螺纹的功能，主轴由伺服电动机驱动旋转，但在主轴箱内安装有脉冲编码器，主轴的运动通过齿轮或同步齿形带1:1地传到脉冲编码器。2.进给传动系统当主轴旋转时，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圈，刀架Z向移动工件一个导程的运动关系。主轴脉冲编码器代替了传统机床螺纹加工冗长的进给传动链，传动链大大缩短，机床加工精度提高，且由于数控车床采用了脉宽调速伺服电动机及伺服系统，因此进给和车螺纹范围很大。3.数控车床导轨数控机床使用的导轨主要有三种：塑料滑动导轨、滚
5、动导轨和静压导轨，传统的铸铁-铸铁滑动导轨，除经济型数控机床外，其它数控机床已不采用，取而代之的是铸铁-塑料或镶钢-塑料滑动导轨。滚动导轨按滚动体形式的不同，分为滚珠导轨（图3-14）、滚柱导轨（图3-15）、滚针导轨等。3.数控车床导轨数控车床利用贴塑导轨或静压导轨来减少运动副的摩擦力，提高传动精度，静压导轨的滑动面之间开有油腔，将有一定压力的油通过节流器输入油腔，形成压力油膜，浮起运动部件，使导轨工作表面处于纯液体摩擦，如图3-16所示。4.刀架系统数控车床刀具移动采用滚珠丝杆传动图3-17所示为最常用的四工位电动方刀架，只能安装车削刀具，适用于经济型数控车床；图3-18为液压转塔刀架，可
6、以安装车刀、铣刀以及钻头、铰刀、镗刀等孔加工刀具，适用于全功能型数控车床；4.刀架系统图3-19为排式刀架，一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主；图3-20为车削中心用的动力刀架，动力刀架上可安装车刀、铣刀以及钻头、铰刀、镗刀等孔加工刀具，且铣刀、孔加工刀具由动力驱动可以旋转。3.1.4 典型卧式数控车床CKD6150A卧式平床身数控车床是大连机床集团生产的，CK系列数控车床为纵(Z)、横(X)两座标控制的数控卧式平床身车床。图3-21CKD6150A卧式数控车床3.3 数控车床通用夹具1两爪卡盘两爪卡盘常用于需定位兼夹紧的零件、对称性外形零件、定位夹紧表面不规整的零件等，如各种管
7、接头2.三爪卡盘三爪卡盘能自动定心，一般不需要校正，但在装夹细长轴工件时，工件外端面不一定正，即工件中心线不一定与主轴中心线一致，所以需要用划针或目测校正。用三爪卡盘装夹已经过精加工的表面时，被夹住的工件表面应包一层铜皮，以免夹伤工件表面一、卡盘式夹具3.四爪卡盘四爪单动卡盘的四个卡爪是各自独立运动的，必须调整工件夹持部位在主轴上的位置，使工件加工面的回转中心与车床主轴的回转中心重合4.弹簧夹头卡盘弹簧夹头卡盘装夹效率高精度高，自动夹紧但弹簧夹头卡盘所提供的工件尺寸范围没有卡爪卡盘的宽，夹紧力偏小二、V形块夹具V型块于完整外圆柱面和非完整外圆柱面的定位，它是外圆定位最常用的定位元件图（a）是标
8、准V型块，用于较短精基准外圆面定位；图（b）的结构用于较长的粗基准外圆面定位；图（c）用于精基准外圆面较长时，或两段精基准外圆面相距较远或是阶梯轴时的定位，也可做成两个单独的短V型块再装配在夹具体上，目的是减短V形块的工作面宽度有利于定位稳定。当定位外圆直径与长度较大时，采用如图（d）所示的铸铁底座镶淬火钢垫块的结构。三、心轴式夹具1顶尖顶尖是直接顶紧在零件的中心孔或内锥孔倒角上使用的，由拨动元件带动来传递扭矩，前顶尖随同工件一起转动，后顶尖安装在尾座套筒内，有固定式和活动式之分。固定式顶尖与零件有相对旋转运动，与工件发生摩擦，要求耐磨，一般由高碳钢或合金钢淬火制成，也有镶硬质合金头的顶尖。活
9、顶尖则随零件一起转动，不发生摩擦，顶尖不淬火。利用两顶尖装夹定位还可以加工偏心工件。三、心轴式夹具一夹一顶装夹用于质量较大、加工余量较大工件的粗加工为了防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移，一夹一顶装夹必须在卡盘内装一限位支承，如上图或者利用工件的台阶限位，如下图一夹一顶装夹能够承受较大的轴向切削力，轴向定位准确2.拨动顶尖（1）上图为端面拨动顶尖，它利用端面拨爪带动工件旋转，将机床主轴的转矩传递到工件，工件仍以中心孔定心，工件整个外表面的加工可以在一次装夹中全部完成，保证加工的精度。下图为数控车床使用端面拨动顶尖加工零件。（2）图示为数控车床使用内、外拨动顶尖加工零件，内、外拨动顶尖锥面上
10、的锥形齿能嵌人工件，拨动工件旋转。外拨动顶尖用于装夹套类工件，它能在一次装夹中加工外圆；内拨动顶尖，用于装夹轴类工件。3.锥堵与锥套心轴主轴类零件多为空心大轴，且在主轴两端开有锥孔，在主轴通孔加工之前，使用一夹一顶装夹工件，但在主轴通孔加工之后，原来的顶尖孔消失了，为了仍能用顶尖孔定位，只能采用带顶尖孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准。图为锥堵（伞顶尖）和锥套心轴的结构。4.心轴（1）圆柱心轴圆柱心轴是以圆柱内孔为定位基准，能够保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求。工件以圆柱孔定位常用圆柱心轴和小锥度心轴；对于带有锥孔、螺纹孔、花键孔的工件定位，常用相应的锥度心轴、螺纹心轴和花键心轴。圆柱心轴适宜于
11、轴套类、盘套类零件加工，采用零件已加工好的圆柱孔定位，并用螺母夹紧，心轴用45号钢制成，心轴两端中心孔必须保证同轴度，如图所示。4.心轴小锥度心轴定位部分带有1：5000的圆锥面，适用于加工公差较小、同轴度要求较高的零件小锥度心轴不需要夹紧装置，靠锥度自锁，适宜于精加工（2）圆锥心轴当工件的内孔为圆锥孔时，可用与工件内孔锥度相同的锥度心轴定位。（3）锥柄式心轴锥柄式心轴柄部为莫氏圆锥，其锥度与机床主轴锥孔的锥度相同，插入主轴锥孔即可使用。锥柄式心轴适用于加工中小型零件或薄壁零件，工件2的光基孔与锥柄式心轴1的定位面成动配合，以保证同轴度，并用台阶垫圈和螺母压紧。（4）弹簧夹头和弹簧心轴弹簧夹头
12、和弹簧心轴是一种定心夹紧装置，既能定心，又能夹紧，通过弹簧夹头和弹簧心轴在直径上的膨胀量来夹紧工件，定心精度较高。（5）液压夹头和液压心轴液压夹头和液压心轴是一种高精度定心夹紧机构，通过夹头和心轴在直径上的膨胀量来夹紧工件，定心精度较高，以工件的外圆为定位基准。四、中心架和跟刀架在双顶尖装夹加工细长轴时，应该使用跟刀架或中心架来支承工件。1.用中心架支承车细长轴在车削细长轴时，用中心架来增加工件的刚性，当工件可以进行分段切削时，中心架支承在工件中间。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小，数控车床常用液压中心架。2.用跟刀架支承车细长轴对不
13、适宜调头车削的细长轴，要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性。跟刀架固定在床鞍上，跟随车刀移动，可抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和表面粗糙度。有两爪跟刀架，比较理想的跟刀架是三爪跟刀架，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，车削稳定，不易产生振动。左图为使用跟刀架加工长长的滑动丝杆。五、用花盘、穹板及压板、螺栓安装工件形状不规则的工件，常用花盘装夹。花盘是安装在车床主轴上的一个大圆盘，盘面上的许多长槽用以穿放螺栓，工件可用螺栓直接安装在花盘上，也可以把辅助支承角铁（弯板）用螺钉牢固夹持在花盘上，工件则安装在弯板上，工件在花盘上的位置需经仔细找正。图为加工轴承座端面和内孔时，在花盘上装夹的情况，为了防止转动时因重心偏向一边而产生振动，在工件的另一边要加平衡铁。
