第四章-数控机床的结构.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章 数控机床的结构,1,第四章,4,.1,数控机床的组成,4,.2,数控机床的总体布局形式,4.3,数控机床的主传动系统,4.4,进给系统的机械传动结构,4.5,数控机床的辅助装置,2,4.1,数控机床的组成,数控机床的结构主要由以下几部分组成：,（,1,）主传动系统；,（,2,）进给系统；,（,3,）伺服系统；,（,4,）工件实现回转、定位的装置；,（,5,）自动换刀装置；,（,6,）辅助装置；,（,7,）其它特殊功能装置。,数控机床的结构要求：,精密、高速、高效、抗振、刚度大、间隙小、摩擦因数小。,JCS-018,立式镗铣加工中心机床的外形图,4.2,数控机床的整体布局形式,数控机床的布局,根据工件的工艺分类所需运动及主要技术参数而确定各部件的相对位置，并保证工件和刀具的相对运动，加工精度，方便操作、调整和维修。机床的布局直接影响机床的结构和使用性能。,数控机床的布局特点,多采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭；机械结构简化，操作维修方便等,。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,1,）满足多刀加工的布局,图具有可编程尾架座双刀架数控车床。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,2,）满足换刀要求的布局,加工中心都带有刀库，刀库的形式和布局影响机床的布局。图是一种立式加工中心，刀库位于机床侧面。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,3,）满足多座标联动要求的布局,一般数控车床都可实现,X,、,Z,方向联动。图为五坐标联动的加工中心。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,4,）适应快速换刀要求的布局,4.2,数控机床的整体布局形式,（,5,）适应多工位加工要求的布局,图示的机床有四个工位，三个工位为加工工位，一个工位为装卸工件工位，该机床可实现多面加工，因而生产率较高。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,6,）适应可换工作台要求的布局,图为可换工作台的加工中心，一个工作台上的零件加工时，另一个工作台可装卸工件，使装卸工件时间和加工时间重合，减少了辅助时间，提高了生产率。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,7,）工件不移动的机床布局,当工件较大，移动不方便时，可使机床立柱移动。,4.2,数控机床的整体布局形式,（,8,）提为高刚度减小热变形要求的布局,4.2,数控机床的整体布局形式,（,9,）立式布局,4.2,数控机床的整体布局形式,（,10,）倒立式布局,1,）水平床身；,2,）倾斜床身；,3,）水平床身斜滑板；,4,）立式床身,4.2.1,数控车床的总体布局形式,水平床身,加工工艺性好，刀架水平放置有利于提高其运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。,4.2.1,数控车床的总体布局形式,倾斜床身,-,倾斜滑板,，排屑亦较方便，中小规格的数控车床其床身的倾斜度以,60,，大型的数控车床采用,75,水平床身,-,倾斜滑板,，具有水平床身工艺性好，宽度方向的尺寸小，且排屑方便，是卧式数控车床的最佳布局形式。,4.2.1,数控车床的总体布局形式,立式床身,自动换刀装置布置方便，排屑性能好，受热影响性小，防护方便。但这种结构床身受自重影严重，需平衡机构，床身变形对加工精度影响大。,4.2.1,数控车床的总体布局形式,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,1,）传统的卧式镗床形式；,2,）构架结构双立柱、,Z,轴工作台移动式布局；,3,）,T,形床身布局。,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,传统的卧式镗床形式，源于早期数控机床或数控化改造的机床。,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,框架结构双立柱、,Z,轴工作台移动形式，主轴箱装在框式立柱中间，对称布局，受力后变形小，有利于提高加工精度。,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,数控镗铣床的三种布局方案：,（,a,）,主轴立式,布置，上下运动，对工件顶面进行加工；,（,b,）,主轴卧式,布置，加工工作台上分度工作台的配合，可加工工件多个侧面；,（,c,）在（,b,）基础上再增加一个,数控转台,，可完成工件上更多内容的加工。,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,数控卧式镗铣床中，（,a,）、（,b,）为,T,形,床身,布局，工作台支承于床身，刚度好，工作台承载能力强；,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,数控卧式镗铣床中，,(c),、,(d),工作台,为,十字形,布局，（,c,）主轴箱悬挂于单立柱一侧，使立柱受,偏载,，,(d),主轴箱装在框式立柱中间,，,对称,布局,，受力后变形小，有利于提高加工精度。,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,卧式加工中心,移动式立柱，工作台不升降，,T,形床身。,一体式,T,形床身：刚度好，精度保持性好，但其铸造和加工工艺性能较差；,分离式,T,形床身：铸造和加工工艺性能大大改善，但联接部位要用定位键和专用的的定位销定位，并用大螺栓紧固以保证刚度和精度,。,4.2.2,卧式数控镗铣床、卧式加工中心的总体布局形式,卧式加工中心各坐标的的运动可由,工作台移动或主轴移动,来完成。右图为各坐标运动形式不同组合的几种布局形式：,4.2.3,立式数控镗铣床、立式加工中心的总体布局形式,立式数控镗铣床、立式加工中心的总体布局形式可分为：工作台移动式、,T,形床身、,Z,轴为立柱移动式和,T,形床身,X,、,Y,、,Z3,轴均为立柱移动式。,与卧式加工中心相比，立式加工中心结构简单，占地面积小，价格相对便宜。中小型立式加工中心一般采用固定立柱式，将主轴吊在立柱一侧。,4.2.3,立式数控镗铣床、立式加工中心的总体布局形式,立式加工中心通常有三个直线运动坐标，还可以在工作台上安放一个第四轴,A,轴，可以加工螺旋类和圆柱凸轮等零件。下图为立式加工中心的几种布局结构：,4.3,数控机床的主传动系统,数控机床和普通机床一样，要求具有较宽的调速范围，主传动系统也必须通过变速，才能使主轴获得不同的传递，以适应不同的加工要求，并且在变速的同时，还要求传递一定的,功率,和足够的,转矩,，满足切削的需要，以获得最佳的表面加工质量、精度和生产率。,4.3.1,对数控机床主传动系统的要求,1,）转速高，功率大；,2,）调速可靠，可自动无级调速；,3,）回转精度高，足够的刚度、抗振性，热稳定性好；,4,）动态响应好，调速运行平稳；,5,）可快速自动换刀；,6,）主轴定向准停；,7,）有恒线速度切削功能；,8,）旋转轴可联动。,4.3.2,主传动机械结构,数控机床机械结构要求：高刚度,机床刚度是指机床抵抗由切削力和其它力引起变形的能力。提高机床的刚度有以下措施：,1,）提高构件的自身刚度：正确选择截面形状和尺寸，合理选择及布置隔板和肋条；,2,）提高局部刚度；,3,）提高接触刚度；,4,）选用焊接结构的构件；,5,）采取补偿构件变形的措施。,4.3.2,主传动机械结构,数控机床机械结构要求：高抗振性,1,）强迫振动,使机床产生强迫振动的内部振源有高速转动零部件的动态不平衡力、往复运动件的换向冲击力、周期变化的切削力等。,2,）自激振动,这里是指切削自激振动，也称颤振。如图所示。,3,）提高机床抗振性的措施,(1),减少机床的内部振源,(2),提高静刚度,(3),增加构件或结构的阻尼,4.3.2,主传动机械结构,数控机床机械结构要求：高的低速运动平稳性,数控机床各坐标轴低速进给运动的平稳性极大地影响到零件的加工精度。在闭环进给系统中，如图所示为其进给系统的机械传动机构，伺服电动机虽匀速旋转，如果速度较低，则工作台,4,可能出现爬行现象。,机械学中的爬行现象,在滑动摩擦副中从动件在匀速驱动和一定摩擦条件下产生的周期性时停时走或时慢时快的运动现象。爬行是机械振动中自激振动的一种形式。,4.3.2,主传动机械结构,产生爬行的主要原因,1),摩擦副存在着静、动摩擦系数不同和当处于边界或混合摩擦时，动摩擦系数又随滑动速度的增加而降低，这就可能使系统具有负阻尼或零阻尼。,2),传动机构的刚度不足。,消除爬行的措施,1),减少静、动摩擦系数之差和改变动摩擦系数随速度变化的特性。,2),提高传动系统的传动刚度。,4.3.2,主传动机械结构,数控机床机械结构要求：高的定位精度,机床工作台的定位精度受到所有电气或机械装置及元件设计和制造精度的综合影响。在机床使用过程中，定位精度进一步受到负载变化、振动、热变形、机床导轨和丝杠螺母副的磨损以及数控装置元件特性变化等的影响。,机械部分的主要影响因素有以下几项：,1,）机械传动部分的误差；,齿轮副的传动误差、滚珠丝杠螺母副的传动误差,2,）导轨副的误差；,3,）机械传动部分的受力变形；,4,）机械传动部分的热变形；,5,）矢动量的来源和消除措施。,4.3.2,主传动机械结构,数控机床机械结构要求：热变形对加工精度的影响小,数控机床的热变形，是影响加工精度的重要因素。引起机床热变形的热源主要是机床的内部热源，如主电动机、进给电动机发热，摩擦热以及切削热等。,减少机床热变形及其影响的措施是：,1,）减少机床内部热源和发热量；,2,）改善散热和隔热条件；,3,）均热；,4,）合理设计机床的结构布局，减小热变形对精度的影响；,5,）采取热变形补偿措施。,4.3.2,主传动机械结构,数控机床机械结构要求：人机关系要求,机床应操作方便、省力、容易掌握、不易发生操作错误和故障，这样不仅能减少工人的疲劳、保证工人和机床的安全，还能提高机床的生产率。防止机床对周围环境的污染，是对机床设计和制造提出的一项主要要求。噪声要低，不仅噪音声级要达到规定值以下，而且不能对人耳有强烈的不适感，渗、漏油必须避免。,4.3.2,主传动机械结构,主轴部件结构：,数控机床的主轴部件，既要满足精加工时精度较高的要求，又要具备粗加工时高效切削的能力，因此应有更高的动、静刚度和抵抗变形的能力。主轴部件主要包括,主轴、轴承、传动件和密封件,，对于具有自动换刀能力的数控机床，主轴部件还应有,刀具自动装卸装置、主轴准停装置和吹屑装置等,。,4.3.2,主传动机械结构,主轴的支承,图所示为,TND360,型车床主轴部件。因为主轴在切削时要承受较大的切削力，所以轴径较大，刚性好。,在主轴端部，卡盘靠前端的短圆锥面和凸缘端面定位，用拨销传递扭矩。主轴为,空心轴,，通过棒料的直径可达,60mm,。,前轴承为三个推力角接触球轴承，前面两个轴承大口朝向主轴前端，接触角为,25,，以承受轴向切削力；后面轴承大口朝向主轴后端，接触角为,14,，三个轴承的内外圈轴向由轴肩和箱体孔的台阶固定，以承受轴向负荷。,后支承由一对背靠背的推力角接触球轴承组成，只承受径向载荷，并由后压套进行预紧,.,TND360,型车床主轴结构,1,、,2-,后轴承,3-,轴承,4,、,5-,前轴承,4.3.2,主传动机械结构,主轴部件的支承：,主轴部件是数控机床的关键部件之一，它直接影响机床的加工质量。主轴部件包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。,常用主轴轴承：,1,）锥孔双列圆柱滚子轴承,2,）双列推力角接触球轴承,3,）双列圆锥滚子轴承,4,）带凸肩的双列圆锥滚子轴承,4.3.2,主传动机械结构,动力卡盘,为了减少辅助时间和劳动强度，并适应自动化和半自动化加工的需要，数控车床多采用动力卡盘装夹工件，目前使用较多的是自动定心液压动力卡盘。该卡盘主要由引油导套、液压缸和卡盘三部分组成。,动力卡盘液压缸结构图,1-,引油导套,2-,液压缸体,3-,活塞,4-,法兰盘,4.3.2,主传动机械结构,自动夹紧装置,在带有刀库的数控机床中，为了实现刀具的自动装卸，主轴内设有刀具自动夹紧装置。,图示为自动换刀数控铣镗床的主轴部件，其主轴前端的,7,：,24,锥最孔用于装夹锥柄刀具或刀杆。主轴的端面键可用于传递刀具的扭矩，也可用于刀具的周向定位。,刀具夹紧时，蝶形弹簧,11,通过拉杆,7,，双瓣卡爪,5,，在套筒,14,的作用下，将刀柄的尾端,拉紧,。,当换刀时，在主轴上端油缸的上腔,A,通入压力油，活塞,12,的端部推动拉杆,7,向下移动，同时压缩蝶形弹簧,11,，当拉杆,7,下移到使双瓣卡爪,5,的下端移出套筒,14,时，在弹簧,6,的作用下，卡爪张开，喷气头,13,将刀柄顶松，刀具即可由机械手,拔除,。,待机械手将新刀装入后，油缸,10,的下腔通入压力油，活塞,12,向上移，蝶形弹簧伸长将拉杆,7,和双瓣卡爪,5,拉着向上，双瓣卡爪,5,重新进入套筒,14,，将刀柄拉紧。,活塞,12,移动的二个极限位置都有相应的行程开关（,LS1,，,LS2,）作用，作为刀具松开和夹紧的回答信号。,数控铣镗床的主轴部件,1-,调整半环；,2-3182120,型锥孔双列圆柱滚子轴承；,3-2268120,型双向向心球轴承；,4,、,9-,调整环；,5-,双瓣卡爪；,6-,弹簧；,7-,拉杆；,8-46115,型向心推力球轴承；,10-,油缸；,11-,碟型弹簧；,12-,活塞；,13-,喷气头；,14-,套筒,4.3.2,主传动机械结构,刀杆尾部的拉紧结构，,除主轴部件中的卡爪式以外，还有图,(a),所示的弹簧夹头结构，它有拉力放大作用，可用较小的液压推力产生较大的拉紧力。图,(b),所示为钢球拉紧结构。,刀杆尾部拉紧结构,4.3.2,主传动机械结构,数控机床的主轴准停装置：,自动换刀时，刀柄上的键槽要对准主轴的端面键。为此，主轴每次停转必须准确地停在某一固定位置上。这种使主轴停在某一固定位置上的装置称为主轴准停装置。,1,）机械控制的主轴准停装置,2,）电气控制的主轴准停装置,4.3.2,主传动机械结构,电气控制的主轴准停装置,当机床停车换刀时，数控装置发出主轴停转指令，主轴电机立即降速。当主轴以很低的转速回转确定的转时，永久磁铁对准磁传感器，磁传感器发出准停信号。该信号经放大，由定向电路使主轴电机准确地停止在一定位置，从而实现主轴的准停。准停精度可达,1,4.3.3,主轴调速方式,数控机床主传动系统的变速机构：,1,）变速齿轮主传动系统；,2,）皮带传动主传动系统；,3,）电机直接驱动的主传动系统；,4,）电主轴传动,4.3.3,主轴调速方式,变速齿轮主传动系统：,特点：分段无级变速系统，保证低速时能传递较大的扭矩,适用范围：是大、中型数控机床常采用的配置。目前的加工中心大都采用这种变速方式。,4.3.3,主轴调速方式,皮带传动的主传动系统：,同步带,传动方式：,同步带（也称齿形带）,主要应用在转速较高、变速范围不大的机床，它适用于高速、低转矩特性有要求的主轴。,4.3.3,主轴调速方式,关于同步带：,带内采用了承载后无弹性伸长的材料作强力层，以保持带的节距不变，使主、动带轮作无相对滑动的同步传动。,4.3.3,主轴调速方式,同步带传动特点：,1,）传动带多用同步齿形带；,2),避免了齿轮传动引起的振动和噪声；,3),能在一定程度上满足转速与扭矩的输出要求；,4),调速范围受电机调速范围的限制。,同步带传动具有如下优点：,无滑动，传动比准确；传动效率高，可达,98%,以上；传动平稳，噪声小；维修保养方便，不需要润滑。,4.3.3,主轴调速方式,电动机直接驱动的主传动系统：,电动机轴与主轴用联轴器同轴连接。这种方式大大简化了主轴箱体和主轴结构，有效地提高了主轴组件的刚性。,4.3.3,主轴调速方式,机床主轴的功率转矩特性,主轴所传递的功率或转矩与转速之间的关系，称为主轴的功率或转矩特性，如图所示。,4.3.3,主轴调速方式,直流和交流调速电动机的功率转矩特性,机床上常用的无级变速动力源为直流或交流调速电动机。图为直流和交流电动机的功率转矩特性。,4.3.3,主轴调速方式,特点：,1,）简化了主轴结构，提高了主轴组件的传动刚度；,2,）主轴输出转矩小；,3,）电动机的发热对主轴精度影响较大,4.3.3,主轴调速方式,电主轴传动系统：,近年来出现了内装主轴电动机，其转子和主轴合二为一。使主轴部件结构更紧凑，质量小，惯性小，可提高启动、停止的响应特性。但主轴输出转矩小。,4.4,进给系统的机械传动结构,进给传动系统：,数控机床进给系统的机械传动机构，是指将电动机的旋转运动传递给工作台或刀架以实现进给运动的整个机械传动链，包括齿轮传动副、丝杠螺母副,(,或蜗杆蜗轮副,),及其支承部件等。,4.4.1,进给系统的组成,进给系统包括以下部件：,1,）引导和支撑执行部件的导轨；,2,）丝杠螺母副；,3,）涡轮蜗杆副；,4,）齿轮齿条副；,5,）齿轮或齿链副及其支撑部件。,4.4.2,对进给系统的性能要求,1,）提高传动精度和刚度，消除传动间隙；,2,）减小摩擦阻力；,3,）减小运动部件惯量；,4,）系统要有适度阻尼。,4.4.3,滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杆的结构：,4.4.3,滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杆的参数：,4.4.3,滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠副的支承和制动方式,(1),支承方式滚珠丝杠常用推力轴承支座，以提高轴向刚度。,(2),制动方式由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用，为防止因自重下降，故必须装有制动装置。,4.4.3,滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠副的支承和制动方式,(1),支承方式滚珠丝杠常用推力轴承支座，以提高轴向刚度。,(2),制动方式由于滚珠丝杠副的传动效率高，无自锁作用，为防止因自重下降，故必须装有制动装置。,4.4.3,滚珠丝杆螺母副,滚珠丝杆螺母的优、劣：,优：,1,）传动效率高；,2,）摩擦力小，传动灵敏；,3,）使用寿命长；,4,）经预紧可消除轴向间隙；,5,）轴向运动精度高，反向运动无空行程。,劣：,1,）成本高；,2,）不能自锁。,4.4.4,导轨副,机床导轨的功用：,机床导轨的功用是起,导向,及,支承,作用，即保证运动部件在外力的作用下,(,运动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等,),能准确地沿着一定方向的运动。在导轨副中，与运动部件联成一体的运动一方叫做,动导轨,，与支承件联成一体固定不动的一方为,支承导轨,，动导轨对于支承导轨通常是只有一个自由度的直线运动或回转运动。,4.4.4,导轨副,对导轨的要求：,1),导向精度导向精度是指运动导轨沿支承导轨运动时，直线运动导轨的直线性及圆周运动导轨的真圆性，以及导轨同其它运动件之间相互位置的准确性。,2),刚度表示导轨在承受动静载荷下抵抗变形的能力。,3),耐磨性导轨的不均匀磨损，破坏导轨的导向精度从而影响机床的加工精度。,4),低速平稳性当运动导轨作低速运动或微量移动时，应保证导轨运动平稳，不产生爬行现象。,5),结构工艺性在可能的情况下，设计时应尽量使导轨结构简单，便于制造、调整和维护。,4.4.4,导轨副,导轨基本类型及特点：,导轨按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨；按运动轨迹可分为直线运动和圆周运动导轨；按受力情况可分为开式导轨和闭式导轨，如图所示；按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。,4.4.4,导轨副,按照摩擦形式,滑动导轨按其表面摩擦形式又可分为：,1),液体静压导轨；,2),液体动压导轨；,3),混合摩擦导轨,4.4.4,导轨副,数控机床常用的滑动导轨,4.4.4,导轨副,贴塑导轨是一种金属对塑料的摩擦形式，属滑动摩擦导轨。,4.4.4,导轨副,滚动导轨,1,滚动导轨块,(1),滚动导轨块结构特点如图所示。,4.4.4,导轨副,图是标准滚动导轨块的结构图。,4.4.4,导轨副,(2),滚动导轨块的安装滚动导轨块一般在镶钢导轨条上滚动。如图所示。,4.4.4,导轨副,(3),滚动导轨块的调整滚动导轨块安装时应能调整。图是楔铁调整机构。,4.4.4,导轨副,直线滚动导轨,(1),直线滚动导轨的特点直线滚动导轨副是由一根长导轨轴和一个或几个滑块组成，滑块内有四组滚珠或滚柱。,(2),直线滚动导轨的安装特点直线滚动导轨通常是两条成对使用，可以水平安装，也可以竖直或倾斜安装。有时也可以多个导轨平行安装，当长度不够时可以多根接长安装。,4.5,数控机床的辅助装置,数控机床的辅助装置主要由自动换刀机构、润滑系统、冷却系统和排屑装置等,7,部分组成。,4.5.1,自动换刀机构,1,）什么是自动换刀装置：,储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置,ATC,：,Automatic Tool Changer,2,）为什么需要自动换刀装置：,缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到,20,30,；,“,工序集中,”,，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积；,提高加工精度；,4.5.1,自动换刀机构,自动换刀装置类型,4.5.1,自动换刀机构,转塔式自动换刀装置,转塔式自动换刀装置又分,回转刀架式,和,转塔头式,二种。回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。,4.5.1,自动换刀机构,1,）回转刀架换刀,回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。,4.5.1,自动换刀机构,2,）转塔头换刀,使用旋转刀具的数控机床采用转塔转位更换主轴头，在转塔的各主轴头上根据加工的工序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可实现自动换刀。,4.5.1,自动换刀机构,带刀库的自动换刀装置,刀库式自动换刀装置是由,刀库,和,刀具交换装置,组成。在具有刀库的加工中心上，其换刀方式又可按有、无机械手分为：有机械手换刀和无机械手换刀两类。,4.5.1,自动换刀机构,刀库,刀库是一个储存加工所需的各种刀具的仓库，加工中心的换刀位置都是设计成固定的，对应刀库上某一固定刀位，刀库要具备运送刀具，作分度运动达到换刀位置及准确定位的功能，才能使换刀可靠。,1,）盘形刀库,2,）链式刀库,3,）格子式刀库,4.5.1,自动换刀机构,1,）盘形刀库,单盘形刀库,4.5.1,自动换刀机构,4.5.1,自动换刀机构,1,）盘形刀库,多盘形刀库,4.5.1,自动换刀机构,2,）链式刀库,4.5.1,自动换刀机构,2,）链式刀库,4.5.1,自动换刀机构,3,）格子式刀库,4.5.1,自动换刀机构,刀库选刀方式,刀库选刀方式有顺序选择和任意选择二种。,1),顺序选刀方式刀库中的刀具位置严格按所需加工零件的加工顺序排列。,2),任意选刀方式工作原理是在刀库上安装位置检测装置，只要将刀具号和刀库地址对应记忆在数控系统的存储器中，刀库分度、刀具交换的同时每次改变存储器的内容来控制换刀装置。,4.5.1,自动换刀机构,刀具交换装置,刀库交换装置是实现刀库和机床主轴（刀架）之间传递和卸刀的装置。,可按有、无机械手分为：无机械手换刀和有机械手换刀两类。,无机械手换刀一般都是利用刀库与机床主轴的相对运动，实现刀具交换。换刀时必须先将用过的刀具送回刀具，再进行取新刀。两过程时间不可重叠。,4.5.1,自动换刀机构,无机械手的换刀系统,图示为一种卧式加工中心无机械手换刀系统的换刀过程。,a.,主轴定向准停,b.,主轴箱上升,c.,刀库右移,d.,刀库旋转,e.,换刀,f.,主轴箱下降,4.5.1,自动换刀机构,有机械手的换刀系统,有机械手的换刀系统它由刀库、机械手,(,有的加工中心还有运刀装置,),结合共同完成自动刀具交换的，也是在加工中心上用得最为普遍的，比无机械手的换刀系统更灵活，其换刀时间可缩短到,2s,以下。,要求换刀机械手迅速可靠、准确协调。,4.5.1,自动换刀机构,有机械手的换刀过程,a.,抓刀,b.,松刀,c.,拔刀,d.,换刀,e.,插刀,f.,归刀,4.5.1,自动换刀机构,机械手,机械手的结构形式是多种多样的，因此换刀运动也有所不同。常见的有机械手：,单臂单爪回转式机械手；,单臂双爪回转式机械手；,双臂回转式机械手；,双机械手；,双臂往复交叉式机械手；,双臂端面夹紧式,机械手,手,抓有：钩手、抱手、手指、杈手等。,4.5.1,自动换刀机构,三种单臂机械手的示意图。,4.5.1,自动换刀机构,三双臂种机械手示意图。,4.5.1,自动换刀机构,经济型数控车床方刀架,经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样，有四个刀位，能装夹,4,把不同功能的刀具，方刀架回转时，刀具交换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由,加工程序指令控制,。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架,抬起,、刀架,转位,、刀架,定位,和,夹紧,刀架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来实现。,4.5.2,工件自动交换,所谓工件交换，即在加工第一个工件时，开始安装调整第二个工件，第一个工件加工完后，第二个工件进入加工区，从而使工件的,安装调整时间与加工时间重合,，达到进一步提高加工效率的目的。,常见的工件自动交换系统有以下几种：交换工作台、托盘交换装置、装卸料机器人、有轨小车、无轨小车等。,4.5.2,工件自动交换,配有托盘交换系统构成的,FMC,图示由加工中心和托盘交换系统构成的,FMC,。托盘上装夹有工件，当工件加工完毕后，托盘转位，加工另一个新工件，托盘支撑在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动而回转，链轮由电动机驱动。托盘的选定和停位，由可编程控制器来实现。一般的,FMC,，托盘数在,5,个以上。,4.5.3,液压与气动系统,气压系统与液压系统的比较：,1),空气取之不竭而不易堵塞；处理方便；泄漏不会严重地影响工作，不污染环境；,2),空气粘性很小，宜于远距离传输及控制；,3),工作压力低，可降低对气动元件的材料和制造精度要求；,4),对开环控制系统，它相对液压传动而言有动作迅速、响应快的优点；,5),维护简便，使用安全，没有防火、防爆问题。,4.5.3,液压与气动系统,气压系统与电气、液压系统比较有以下缺点：,1),气动装置的信号传递速度限制在声速范围之内，所以它的工作频率和响应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大失真和延误，也不便于构成十分复杂的回路。但这个缺点对工业生产过程不会造成困难；,2),空气的压缩性远大于液压油的压缩性，,精度较低,；,3),气压传动的,效率,比液压传动还要,低,，且噪声较,大,；,4),工作压力较低，不易获得大的推力。气压输出动力不如液压传动大。,4.5.3,液压与气动系统,液压传动系统：,液压传动系统的基本框图如图所示。,4.5.3,液压与气动系统,1,）液压泵,液压泵将机械能转变成液压能，有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等类型。液压泵的工作原理是利用容积大小的变化吸油和压油。,2,）液压马达,执行元件液压马达将液压能转换成机械能，利用液压能驱动机械对象运动。液压马达与液压泵的结构相类似，工作原理是互逆的。,3,）液压缸,液压缸是应用最广的执行液压件，与液压马达类似，也是将液压能转换成机械能，它实现机械对象的往复运动。,4,）控制阀,液压传动是通过控制阀调节控制的，控制阀分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀；此外，还有比例控制阀、逻辑阀、伺服阀等。,4.5.4,润滑系统,5),液压转矩放大器,6,）液压系统,液压系统由液压泵站、高压油路和低压油路组成,7,）液压卡盘,液压卡盘用螺钉安装于主轴前端，回转液压缸用螺钉通过接套安装在主轴后端,4.5.3,液压与气动系统,气压传动系统：,气压传动系统是以压缩空气来传递动力的。图为基本组成示意图。,4.5.3,液压与气动系统,1,）气源,(,气压发生装置,),空气压缩机是气源的核心设备，它将原动机输出的机械能转换成空气的压力能。选择空气压缩机的主要性能指标是工作压力和额定排气量均应大于气动系统的工作压力和所需的自由空气消耗量。,2,）气缸,气缸是应用最广泛的气动执行元件，它将空气的压力能转换为机械能，以此驱动负载运动。,4.5.3,液压与气动系统,3,）气马达,气马达有叶片式转动马达、叶片式摆动马达、活塞式气马达等类型。,4,）控制阀,气压传动的控制元件主要是控制阀。气压阀与液压阀类似，也主要分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。其中，压力控制阀又分为调压阀、减压阀、溢流阀和顺序阀等。,5,）气动辅助元件,气动辅助元件主要有空气滤清器、油雾器、消声器等。空气滤清器用于净化气动系统中的空气，油雾器用于对气动系统润滑，而消声器用于降低气动系统的噪声。,4.5.3,液压与气动系统,6,）气动装置,数控机床的气动装置主要用于刀具检测、主轴孔切屑的清理、卡盘吹气以及自动门开关等，它由外接气源与回路的各元件组成。,4.5.4,润滑系统,1,）机床润滑系统的特点,机床润滑系统在机床整机中占有十分重要的位置，其设计、调试和维修保养，对于提高机床加工精度、延长机床使用寿命等都有阗十分重要的作用。现代机床导轨、丝杆等滑动副的润滑，基本上都是采用,集中润滑系统,。,2,）机床润滑系统的分类,递进式润滑系统；,单线组尼式润滑系统；,容积式润滑系统,4.5.5,冷却系统,数控机床的冷却系统主要用于在切削过程中冷却刀具与工件，同时也起到冲屑作用。,为达到好的冷却效果，冷却泵打出的切削液通过刀具或主轴前的喷嘴直接冲向刀具与工件的切削发热处。,4.5.6,排屑装置,1,）排屑装置在数控机床上的作用,排屑装置的主要工作是收集机床产生的各种金属和非金属废屑，并将废屑传输到收集车上的机器。可以与过滤水箱配合用，将各种冷却液回收利用。,使切屑落入排屑装置的常用方法：,斜置床面，,利用重力,原理使切屑自动的掉入排屑槽中；,利用大量,冷却液冲刷,，强迫切屑进入排屑区；,利用,压缩空气吹扫,，使切屑掉入排屑槽中。,4.5.6,排屑装置,1,）平板链式排屑装置,该装置以,滚动链轮牵引钢制平板链带在封闭箱中运转,加工中的切屑落到链带上，经过提升废屑中的世削液分离出来，切屑排出机床，落入存屑箱。这种装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用。在车床上使用时多与机床切削液箱全为一体，以简化机床结构。,2,刮板式排悄装置,该装置传动原理与平板链式的基本相同，只是链板不同，它带有,刮板链板,。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强；因其负载大，故需采用较大功率的驱动电动机。,4.5.6,排屑装置,3,）螺旋式排屑装置,该装置是采用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根长,螺旋杆,进行驱动的。螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即由螺旋杆推动连续向前运动，最终排入切屑收集箱。螺旋杆有两种形式，一种是用扁形钢条卷成,螺旋弹簧状,，另一种是在轴上焊上,螺旋形钢板,。这种装置占据空间小，适于安装在机床与立柱与立柱间空隙狭小的位置上。螺旋式排屑结构简单，排屑性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜、提升或转向排屑。,4),磁性板式排屑装置,5),磁性辊式排屑装置,4.5.6,排屑装置,常见的几种排屑装置：,4.5.7,过载保护、超程限位和回机床参考点装置,数控机床过载保护是指机床拖动电动机的过载保护。当机床发生过载,(,如机械传动部分卡堵，切削进给量过大,),时拖动电动机的定子电流将会增大，造成电动机异常发热，若这种情况持续时间过长，就会损坏电动机的绝缘以致将电动机烧毁，所以必须采取一定的保护措施进行保护，这就是过载保护。通常机床电动机的过载保护由,热继电器,来完成,数控机床的超程限位一般有,硬限位,和,软限位,双重保护。,数控机床开机前，必须回到机床参考点，一般采用,3,级降速定位实现。,结束,117,