数控车床主要用于精度要求高，表面粗糙度好，轮廓形状复杂的轴类、盘类、带特殊螺纹等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成圆柱面、圆锥面、圆弧面、成形表面及各种螺纹的切削加工，如图7.1所示，并进行切槽、钻、扩、铰孔等加工。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，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。目前我国使用最多的数控机床是数控车床，占数控机床的25%以上。

1.数控车削加工的原理

数控车床是数控金属切削机床中最常用的一种机床，数控车床的主运动和进给运动是由不同的电机进行驱动的，而且这些电机都可以在机床的控制系统控制下实现无级调速。它的工作过程如图7.2所示。

图7.1　数控车床的各种加工方法

图7.2　数控车床控制系统

2.数控车床的组成

数控车床由如图7.3所示的几部分组成。

1）车床主机指的是数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。

2）数控系统是数控车床的控制核心。主要包括专用计算机，由CPU（中央处理器）、存储器、控制器、CRT（显示器）等部分组成。

3）驱动系统是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动。在数控车床中，驱动系统称为伺服系统，由伺服驱动电路和驱动装置两大部分组成。伺服驱动电路的作用是接收指令，经过软件的处理，推动驱动装置运动。驱动装置主要由主轴电机、进给系统的步进电机或交、直流伺服电机等组成。

4）辅助装置与普通车床相类似，辅助装置是指数控车床中一些为加工服务的配套部分，如液压、气动装置，冷却、照明、润滑、防护和排屑装置等。

5）机外编程器是在普通的计算机上安装一套编程软件，使用这套编程软件以及相应的后置处理软件，就可以生成加工程序。通过车床控制系统上的通信接口或其他存储介质（如软盘、光盘等），把生成的加工程序传输到车床的控制系统中，完成零件的加工。机外编程器可减少在数控车床上编制复杂零件加工程序所占用的机时，避免错误。

从总体上看，数控车床与普通车床的机械结构相似，即由床身、主轴箱、进给传动系统、刀架以及液压、冷却、润滑系统等辅助部分组成，其主要的机械部分也与普通车床基本一致，但其某些机械结构有一定的改变。简单来讲，普通车床是由操作人员直接控制，车床的每一个动作都依赖于操作人员；而数控车床则是由操作人员操作数控系统，再由控制系统来驱动机床的运动。

数控车床由于采用了计算机数控系统，其进给系统与普通车床相比发生了根本性的变化。普通车床的运动是由电机经过主轴箱变速，传动至主轴，实现主轴的转动，同时经过交换齿轮架、进给箱、光杠或丝杠、拖板箱传到刀架，实现刀架的纵向进给运动和横向进给运动。主轴转动与刀架移动的同步关系依靠齿轮传动链来保证。而数控车床则与之完全不同。数控车床的主运动（主轴回转）由主轴电机驱动，主轴采用变频无级调速的方式进行变速。驱动系统采用伺服电机（对于小功率的车床，采用步进电机）驱动，经过滚珠丝杠传送到机床拖板和刀架，以连续控制的方式，实现刀具的纵向（Z向）进给运动和横向（X向）进给运动。这样，数控车床的机械传动结构大为简化，精度和自动化程度大大提高。数控车床主运动和进给运动的同步信号来自于安装在主轴上的脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便向数控系统发出检测脉冲信号。数控系统对脉冲编码器的检测信号进行处理后传给伺服系统中的伺服控制器，伺服控制器再去驱动伺服电机移动，从而使主运动与刀架的切削进给保持同步。

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图7.3　数控车床的组成

3.数控车床坐标系

1）笛卡尔坐标系。在ISO和EIA标准中都规定直线进给运动用右手直角笛卡尔坐标系X、Y、Z表示，常称基本坐标系。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定。如图7.4所示，图中大拇指的指向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。

图7.4　笛卡尔坐标系

图7.5　数控车床机床坐标系

2）机床坐标系。机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。该坐标点为机床原点，是由数控车床的结构决定的，一般为主轴旋转中心与卡盘端面的交点。如图7.5所示为数控车床机床坐标系，图中O为机床原点。

数控车床的坐标系是以与主轴轴线平行的方向为Z轴，并规定从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为运动的正方向。在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴，并规定刀具远离主轴旋转中心的方向为运动的正方向。

3）工件坐标系。设定工件坐标系的X p、Y p、Z p，目的是为了编程方便。设置工件坐标系原点的原则是：应尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上，工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。在数控车床中，原点O p一般设定在工件右端面与主轴的交点上，如图7.6所示。

4）绝对坐标与增量坐标。数控加工程序中表示几何点的坐标位置有绝对值和增量值两种方式。绝对值是以“工件原点”为依据来表示坐标位置，如图7.7（a）所示。增量值是以相对于“前一点”位置坐标尺寸的增量来表示坐标位置，如图7.7（b）所示。在数控程序中绝对坐标与增量坐标可单独使用，也可以在不同程序段上交叉设置使用，数控车床上还可以在同一程序段中混合使用，使用原则主要看何种方式编程更方便。

一般数控车床上绝对坐标用地址X、Z表示；增量坐标用地址U、W分别表示X、Z轴向的增量。X轴向的坐标不论是绝对坐标还是增量坐标，一般都用直径值表示（称为直径编程），这样会给编程带来方便，这时刀具实际的移动距离是直径值的一半。

图7.6　数控车床工件坐标系

图7.7　绝对坐标与增量坐标