任务1：认识数控机床
教学目标

素质目标：具备正确的社会主义核心价值观和道德法律意识；具备精益求精、追求卓越的工匠精神和严谨细致、踏实肯干的工作作风；具备良好的团队协作精神、协调能力、组织能力和管理能力。

知识目标：了解数控机床与数控加工技术，掌握数控机床的组成及其作用，数控机床的类型及应用。

能力目标：能够准确识别数控机床，确定其适用范围。

任务导学
学生在网上搜查学习资料，通过自主学习，小组合作完成课前自学任务，并上传到班级课程网站作业专栏。在完成学习任务的过程中，对于相关知识的欠缺，也可在智慧职教资源库中搜查相关课程资源，进行自主学习与弥补。
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任务要求

根据下表图片填写相关内容。

图片

名称

类型

应用

知识链接

在加工设备中应用广泛的数字控制技术，是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的技术。目前已有大量机械设备采用了数控技术，其中应用最广泛的就是数控加工设备即数控机床。

一、数控机床分类

（一）按控制功能分类

1．点位控制数控机床

这类机床仅能控制两个坐标轴带动刀具或工作台从一点准确快速移动到下一点，然后控制第三个坐标轴进行钻、镗等切削加工；移动过程不能切削加工；对轨迹不做控制要求。适用于数控钻床、数控镗床、数控冲床。如图1.1.1所示。

图1.1.1 点位控制机床

2．直线控制数控机床

控制刀具或机床工作台以一定的进给速度，从一个点准确地移动到另一个点，移动过程进行切削，保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统且用于机床上。这种形式的典型机床比如车阶梯轴的数控车床。如图1.1.2所示。
图1.1.2 直线控制机床

3．轮廓控制数控机床

可以控制几个坐标轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统，可加工任意形状的曲线和曲面。按联动轴数可分为：两轴、两轴半、三轴、四轴和五轴，联动轴数越多，编程越复杂，三轴以上的必须用自动编程，适用于数控车床、数控铣床、加工中心等。现代的数控机床基本上都装备了此数控系统。如图1.1.3所示。

图1.1.3 轮廓控制机床
交流讨论

（二）按进给伺服系统类型分类

1．开环数控机床

开环数控机床没有测量和反馈系统，直接由数控装置传递给进给系统，信号流是单向的，故称为开环。其特点是结构简单、成本较低，系统稳定。但加工精度不高。精度取决于伺服驱动系统以及机械传动系统的精度。如图1.1.4所示。
图1.1.4 开环控制数控机床

2．半闭环数控机床

半闭环数控机床有检测和反馈系统。检测点在伺服电机或丝杠位置。通过检测电动机或丝杠的旋转角度间接测出机床运动部件的位移，而不是直接检测工作台的实际位置。经反馈回路送回CNC数控系统，并与控制值相比较，进行纠正。该机床广泛应用于中小型数控机床。如图1.1.5所示。

图1.1.5 半闭环控制数控机床

3．闭环数控机床

闭环数控机床的工作原理和半闭环伺服系统相同，但测量元件装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，反馈精度高于半闭环系统，可获得很高的定位精度。

缺点：由于机械传动环节的摩擦、间隙等因素，很容易造成系统的不稳定。系统结构复杂，稳定性较难保证，成本高调试维修困难。主要用于精度要求很高的超精车床、超精磨床等大型设备。如图1.1.6所示。

图1.1.6 闭环控制数控机床
想一想

（三）按工艺用途分类

切削加工类、成型加工类、特种加工类以及其他类型。如图1.1.7所示。
图1.1.7 各类数控机床
练一练：机床类型

二、数控车床分类

（一）按主轴布置形式分

1．卧式数控车床

卧式数控机床是最为常用的数控车床，其主轴处于水平位置。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削。该车床外形美观、结构合理、用途广泛，涉及仪器仪表、轻工、机械、电子医疗器械、航空航天及汽车等行业，是一种运用广泛的数控车床。如图1.1.8所示。

图1.1.8 卧式数控车床

2．立式数控车床

立式数控车床的主轴处于垂直位置。立式数控车床主要用于加工径向尺寸大，轴向尺寸相对较小，且形状较复杂的大型或重型零件，适用于通用机械、冶金、军工、铁路等行业的直径较大的车轮、法兰盘、大型电机座、箱体等回转体的粗、精车削加工。如图1.1.9所示。

图1.1.9 立式数控车床
扩展视频
大型数控机床加工过程

（二）按可控轴数分

1．两轴控制

目前大多数数控车床采用的两轴联动，即 X 轴、 Z 轴。如图1.1.10所示。

图1.1.10 两轴控制数控车床

2．四轴控制

机床上有两个独立的刀架，可以实现四坐标控制。如图1.1.11所示。

图1.1.11 四轴控制数控车床

（三）按数控系统的功能分

1．经济型数控车床

一般采用开环控制，具有 CRT 显示、程序储存、程序编辑等功能，加工精度不高，主要用于精度要求不高，有一定复杂性的零件。如图1.1.12所示。

图1.1.12 经济型数控车床

2．全功能数控车床

全功能数控车床是较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强， 适宜加工精度高、形状复杂、工序多、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件的加工。如图1.1.13所示。

图1.1.13 全功能型数控车床

3．车削中心

车削中心的主体是数控车床，配有动力刀座或机械手，可实现车、铣复合加工，如高效率车削、铣削凸轮槽和螺旋槽。如图1.1.14所示。

图1.1.14 车削中心
说一说

三、数控铣床分类

（一）按主轴布置形式分

1．立式数控铣床

立式数控铣床的主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用范围也最广泛。如图1.1.15所示。

图1.1.15 立式数控铣床

立式数控铣床一般为三坐标 （X、Y、Z）联动，其各坐标的控制方式主要有以下几种：

（1）工作台纵、横向移动并升降，主轴只完成主运动。目前小型数控铣床一般采用这种方式 。如图1.1.16所示。

图1.1.16 立式小型数控铣床

（2）工作台纵、横向移动，主轴升降。这种方式一般运用在中型数控铣床中。如图1.1.17所示。

图1.1.17 立式中型数控铣床

（3）龙门架移动式，主轴可在龙门架的导轨上横向或垂直移动，工作台则沿床身作纵向运动。如图1.1.18所示。

图1.1.18 龙门数控铣床

立式数控铣床结构简单，工件安装方便，加工时便于观察，但不便于排屑。

2．卧式数控铣床

卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面，主要用来加工箱体类零件。如图1.1.19所示。
图1.1.19 卧式数控铣床

卧式数控铣床一般配有如图1.1.20所示数控回转工作台以实现四轴或五轴加工，从而扩大功能和加工范围。卧式数控铣床相比立式数控铣床，结构复杂，在加工时不便观察，但排屑顺畅。

图1.1.20 数控回转工作台

3．立卧两用数控铣床

立卧两用数控铣床的主轴轴线方向可以变换，使一台铣床具备立式数控铣床和卧式数控铣床的功能。如图1.1.21所示。
图1.1.21 立卧两用数控铣床
想一想

（二）按数控系统的功能分类

1．经济型数控铣床

经济型数控铣床一般是在普通立式铣床或卧式铣床的基础上改造而来的，采用经济型数控系统，成本低，机床功能较少，主轴转速和进给速度不高，主要用于精度要求不高的简单平面或曲面零件加工。

2．全功能数控铣床

全功能数控铣床一般采用半闭环或闭环控制，控制系统功能较强，数控系统功能丰富，一般可实现四坐标或以上的联动，加工适应性强，应用最为广泛。

3．高速铣削数控铣床

一般把主轴转速在 8000 ～ 40000 r/min 的数控铣床称为高速铣削数控铣床，其进给速度可达10 ～ 30 m/min，如图4-6所示。

扩展阅读
数控车与数控铣床相比，有哪些优点？
任务评价

评价内容

分值

自评（20%）

互评（20%）

教师评价（60%）

得分

工作过程

学习态度

20

通识知识

20

关键能力

20

工作成果

成果质量

40

合计
诊断与改进

1．充分利用多媒体教学，配合动画演示，解决了认识数控机床教学的重点，结合小组讨论学习法，克服本任务的教学难点。

2．“精益求精的大国工匠精神”贯穿教学全过程，切实做到对学生素质目标的培养。

3．在完成任务的过程中，鼓励学生担当不同的角色，利用角色扮演法，增强学生的工作责任心，增强小组成员间的协作能力，组织能力和管理能力，调动学生的积极性，充分体现以学生为主体的教学特点。

4．学生对各类数控机床的应用范围有待进一步了解，以便选择合理的加工方法。

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课后习题
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大国工匠──常晓飞