数控原理与数控机课件第六章.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,*,江西工业工程职业技术学院,第六章 典型数控机床,机械加工中有,数控车、铣、钻、,磨；在塑性加工机床中有,数控冲床、弯管机,等；在特种加工方面则有数控,电火花、线切割、激光加工机床,等；在其他方面也有很多数控机床的应用实例，如,数控缠绕机,等等。,本章,主要介绍,在切削加工中常用的数控车床、数控铣床、数控加工中心机床、数控电火花机床、数控线切割机床的,功能、分类、典型结构及调整,。,江西工业工程职业技术学院,数控车床，形成了产品繁多、规格不一。对它分类可以采用不同的方法。,第一节 数控车床,一、数控车床的功能与分类,数控车床，主要用来加工,轴类或盘类回转体零件,，例如，车削圆柱，圆锥、圆弧和各种螺纹等。,1,。按数控系统的功能分,(1),经济型数控车床,一般是在,普通车床,基础上进行改进设计的。,(2),全功能型数控车床,一般采用,闭环或半闭环控制系统,，具有高刚度、高精度和高效率等特点。,与普通车床相比，,数控车床的加工精度高、加工质量稳定、效率高、适应性强、操作劳动强度低，,数控车床,尤其适合加工形状复杂的轴类或盘类零件,，是目前使用较为广泛的一种数控机床。,江西工业工程职业技术学院,(2),顶尖式数控车床,设置有普通尾座或数控尾座，适合车削,较长的轴类零件,及,直径不太大的盘、套类,零件。,2,。按主轴的配置形式分类,(1),卧式数控车床,主轴轴线处于,水平,位置的数控车床。,(2),立式数控车床,主轴轴线处于,垂直,位置的数控车床。,3,。按加工零件的基本类型分类,(1),卡盘式数控车床,未设置尾座，适于车削,盘类,零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。,江西工业工程职业技术学院,目前国使用较多的是,中小规格的两坐标连续控制的数控车床。,4,。其他分类方法,按数控系统的不同,控制方式,等指标，数控车床还可分为,直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等,；,按特殊或专门的,工艺性能,又可分为,螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数车床等。,江西工业工程职业技术学院,MJ,50,全功能数控车床是济南第一机床厂生产的产品，配有日本,FANUC,、德国,SIEMENS,等数控系统。它由,主,机,(,包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给机构等,),、,数控装置,(,其主体是一台计算机，包括,CPU,、存储器、,CRT,等,),、,伺服驱动系统,(,它由伺服驱动电路和驱动装置组成,),、,辅助装置,(,包括液压、气动装置及冷却系统、润滑系统和排屑装置等,),等几部分组成。,(,一,)MJ-50,数控车床的组成、使用范围及布局,二、数控车床的典型结构,数控车床品种很多，结构各异，但在许多方面仍有共同之处。下面以,MJ-50,全功能型数控车床为例，介绍数控车床的典型结构。,1,。数控车床的组成、使用范围,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。对于盘类零件可以进行钻、扩、铰和镗孔加工。机床,还可以,完成车端面、切槽、倒角等加工。,江西工业工程职业技术学院,MJ,50,数控车床为,两坐标连续控制的卧式车床,。如图,6,1,所示，,床身,14,为平床身，床身导轨面上支承着,30,0,倾斜布置的,床鞍,13,，排屑方便。,导轨,的横截面为矩形，支承刚性好，且导轨上配置有,防护罩,8,。,2,。数控车床的布局,床身的左上方安装有,主轴箱,4,，主轴由交流伺服电动机驱动，免去变速传动装置。为了快速而省力地装夹工件，主轴,卡盘,3,的夹紧与松开是由,主轴尾端的液压缸,来控制的。床身右方安装有,尾座,12,。滑板的倾斜导轨上安装有,回转刀架,11,，其刀盘上有,10,个工位，最多安装,10,把刀具。滑板上分别安装有,X,轴和,Z,轴的,进给传动装置,。,江西工业工程职业技术学院,江西工业工程职业技术学院,主轴箱前端面上可以安装对,刀仪,2,，用于机床的对刀。检测刀具时，,对刀,仪转臂,9,摆出，其上端的接触式传感器测头对所用刀具进行检测。检测完成后，对刀仪转臂摆回图,6,1,所示的原位，且测头被锁在对,刀仪防护罩,7,中。,10,是操作面板,。,5,是机床防护门,。液压系统的压力由,压力表,6,显示。,1,是主轴卡盘夹紧与松开的脚踏开关,。,江西工业工程职业技术学院,MJ-50,型数控车床主轴箱结构。交流主轴电动机通过,带轮,15,把运动,传动主轴,7,。主轴采用两支承结构，前支承由一个双列圆柱,滚子轴承,11,和一,对角接触球轴承,10,组成，,轴承,11,用来承受径向载荷，两个角接触球轴承，用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。,(,二,),数控车床的结构及调整,1,。主轴结构,江西工业工程职业技术学院,前支承轴承的间隙用,螺母,8,来调整。,螺钉,12,用来防止,螺母,8,回松；主轴的后支承为双列圆柱,滚子轴承,14,，轴承间隙由,螺母,1,和,6,来调整。,螺钉,17,和,13,是防止,螺母,1,和,6,回松的。主轴的支承形式为,前端定位,，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。,江西工业工程职业技术学院,前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷切削的需要。主轴的运动经过同步,带轮,16,和,3,以及,同步带,2,带动脉冲,编码器,4,，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用,螺钉,5,固定在,主轴箱体,9,上。,江西工业工程职业技术学院,图,6-3,是,MJ-50,数控车床,X,轴进给传动装置,的结构简图，,AC,伺服电动机,15,经,同步带轮,14,和,10,以及,同步带,12,带动,滚珠丝杆,6,回转,，其上,螺母,7,带动,刀架,21,沿滑板,1,的导轨移动,，实现,X,轴的进给运动,如图,6,3,（,b,）所示。,2,。进给系统传动装置结构,(1)X,轴进给传动装置结构,江西工业工程职业技术学院,电动机,轴,与同步,带轮,14,用,键,13,连接。滚珠丝杠有前后两个支承。前支承,3,由三接触球轴承组成，其中二个轴承大口向前，两个轴承大口向后，分别承受,双向的轴向载荷。前支承,的轴承由,螺母,2,进行预紧。,江西工业工程职业技术学院,其后,支承,9,为一对角接触球轴承，由,螺母,11,进行预紧。这种丝杠,两端固定的支承,形式，其结构和工艺都较复杂，但可以保证和提高丝杠的轴向刚度。,脉冲编码器,16,安装在伺服电动机的尾部。图,6,3,中的,5,和,8,是缓冲块,，在出现意外碰撞时起保护作用。,A-A,剖面图表示,滚珠丝杠前支承的轴承座,4,用螺钉,20,固定在滑板上。滑板导轨如剖视图所示为矩形导轨，镶条,17,、,18,、,19,用来调整刀架与滑板导轨的间隙。,江西工业工程职业技术学院,江西工业工程职业技术学院,如图,6,3(b),中,22,为导轨护板，,26,、,27,为机床参考点的限位开关和撞块,。镶条,23,、,24,、,25,用于调整滑板与床身导轨的间隙。,因为滑板顶面导轨与水平面,倾斜,30,0,，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能以,自锁,阻止其下滑，故机床依靠,AC,伺服电动机的电磁制动,来实现自锁。,江西工业工程职业技术学院,(2)Z,轴进给传动装置结构,MJ,50,数控车床,Z,轴进给传动装置简图如图,6,4,所示。,AC,伺服,电动机,14,经,同步带轮,12,和,2,以及,同步带,11,传动到滚珠丝杠,5,，由,螺母,4,带动,滑板,连同,刀架,沿,床身,13,的矩形导轨,移动,，,实现,Z,轴,的进给运动。,江西工业工程职业技术学院,如图,6,4(b),所示。电动机轴与同步带轮,12,之间用锥环无键连接,，如,I,放大视图所示,19,和,20,是锥面相互配合的内外锥环,，当拧紧,螺钉,17,时，,法兰,18,的端面压迫,外锥环,20,，使其向外膨胀，,内锥环,19,受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轴与同步带轮连接在一起。这种连接方式无需开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，使连接配合面,无间隙,，,对中性较好,。,滚珠丝杠的,左支承,由三个,角接触球轴承,15,组成。由,螺母,16,进行预紧。,江西工业工程职业技术学院,如图,6,4(a),所示，滚珠丝杠的,右支承,7,为一个圆柱滚子轴承，只用于,承受径向载荷,，轴承间隙用,螺母,8,来调整。滚珠丝杠的,支承形式为左端固定，右端浮动,，留有,丝杠受热膨胀,后轴向伸长的余地。,3,和,6,为缓冲挡块,，起超程保护用。,B,向,视图中的,螺钉,10,将滚珠丝杠的,右支承轴承座,9,固定在床身,13,上,。,江西工业工程职业技术学院,如,6,4(b),图所示，,Z,轴进给装置的,脉冲编码器,1,与,滚珠丝杠,5,相连接，直接检测丝杠的回转角度，从而提高系统对,Z,向进给的精度控制。,江西工业工程职业技术学院,如图,6,5(a),所示，,MJ,50,数控车床,液压卡盘固定安装在主轴,前端，,回转液压缸,1,与接套,5,用螺钉,7,连接,，接套通过螺钉与主轴后端面连接，使回转液压缸随主轴,一起转动,。卡盘的,夹紧与松开,，由回转液压缸通过,一根空心拉杆,2,来驱动。拉杆,后端,与液压缸内的,活塞,6,用,螺纹连接,，,连接套,3,两端的螺纹分别,与拉杆,2,和滑套,4,连接。,3,。液压卡盘结构,江西工业工程职业技术学院,图,6,5(b),为,卡盘内楔形机构,示意图，当液压缸内的压力油推动,活塞和拉杆,向卡盘方向移动时，,滑套,4,向右,移动，由于滑套上楔形槽的作用，使得,卡爪座,11,带着,卡爪,12,沿径向,向外移动,，则,卡盘松开,。,反之,液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向主轴后端移动时，通过楔形机构使卡盘夹紧工件。,卡盘体,9,用,螺钉,10,固定安装在主轴前端。,8,为,回转液压缸的,箱体,。,江西工业工程职业技术学院,4,。自动回转刀架,图,6-6,为,MJ-50,数控车床的自动回转刀架结构简图，其,转位换刀过程,为：当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开,-,刀盘旋转到指令要求的刀位,-,刀盘夹紧并发出转位结束信号。,该回转刀架的,夹紧与松开、刀盘的转位均由液压系统驱动、,PLC,顺序控制来实现；,11,是安装刀具的,刀盘,，它与,轴,6,固定连接,。当刀架,主轴,6,带动刀盘旋转,时，其上的,鼠牙,和固定在力架上,鼠牙盘,10,脱开,，旋转到,指定刀位后,，刀盘的,定位,由,鼠牙盘的啮合,来完成。,活塞,9,支承在一对,推力球轴承,7,和,12,及,双列滚针轴承,8,上，它可,带动,刀架,主轴移动,。到换刀指令时，,活塞,9,及,轴,6,在,压力油,推动下,向左移动,，使,鼠牙盘,13,与,10,脱开,，,液压马达,2,启动,带动,平板共轭分度,凸轮,1,转动，经齿轮,5,和齿轮,4,带动刀架,主轴,及,刀盘旋转,。转的准确位置，通过开关,PRSl,、,PRS2,、,PRS3,、,PRS4,的通,断组合来检测确认,。,当刀盘到,指定的刀位,后，开关,PRS7,通电，向数控系统发出信号，指令,液压马达停转,，这时,压力油推动活塞,9,向右移动,，使,鼠牙盘,10,和,13,啮合，刀盘被,定位夹紧,。开关,PRS6,确认,夹紧并向数控系统发出信号，于是刀架的转位换刀循环完成。,在机床,自动,工作状态下，当,指定,了换刀的,刀号,后，数控系统可以通过,内部的运算,实现,刀盘就近转位换刀,，即刀盘可正转也可反转。但当手动操作机床时，从刀盘方向只允许刀盘顺时针转动换刀。,江西工业工程职业技术学院,在调整机床时，可以,手动控制尾座套筒移动,。顶尖,1,与尾座套筒,2,用,锥孔连接,，尾座套筒可带动顶尖一起移动。在机床自动工作循环中，可通过加工程序由数控系统控制尾座套筒的移动。当数控系统发出尾座套筒伸出的指令后，,液压电磁阀,动作。压力油通过,活塞杆,4,的内孔进入尾座,套筒,2,的左腔,，推动尾座套筒伸出。,5,。机床尾座结构,MJ-50,数控车床出厂时,配置,标准,尾座,，图,6-7,为尾座结构简图。,尾座体,的,移动,由,滑板带动,实现。尾座体,移动,后，由,手动控制的液压缸,将其,锁紧,在床身上。,江西工业工程职业技术学院,当数控系统指令,其,退回,时，压力油进入套筒,液压缸的右腔,，从而使尾座筒退回。尾座套筒,移动的行程,，靠调整套筒外部连接的,行程杆,10,上面的移动挡块,6,来完成。,图中所示,移动挡块的位置在,右端极限位置,时，套筒的行程最长。当套筒伸出到位时，行程杆上的挡块,6,压下确认,开关,9,，向数控系统,发出,尾座套筒,到位信号,。当套简退回时，行程杆上的固定,挡块,7,压下,确认开关,8,，向数控系统发出套筒退回的确认信号。,江西工业工程职业技术学院,其主轴,垂直,于水平面。它主要用于,水平面,内的型面加工，增加数控分度头后，可在圆柱表面上加工曲线沟糟。立式数控铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最广。,第二节 数 控 铣 床,数控铣床的,加工精度高、生产效率高，精度稳定性好，操作劳动强度低，用途广泛,，能完成各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平面曲线和空间曲线等复杂型面的加工。适合于加工各种模具、凸轮、板类及箱体类的零件。,一、数控铣床功能与分类,数控铣床通常分为以下三类。,1,。立式数控铣床,江西工业工程职业技术学院,小型数控铣床,X,、,Y,、,Z,方向的移动一般都由工作台完成，主运动由主轴完成，与普通立式升降台铣床相似。,2,。卧式数控铣床,它与通用卧式铣床相同，其,主轴平行于水平面。,它主要用于,垂直,平面内的各种型面加工，配置万能数控转盘还可以对工件侧面上连连续回转轮廓进行加工，能在一次安装后加工箱体零件的四个表面。,中型数控立铣,的纵向和横向移动一般由工作台完成，且工作台还可手动升降，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向伸缩。,大型数控立铣,，由于需要考虑扩大行程，缩小占地面积和刚性等技术问题，多采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。,江西工业工程职业技术学院,它既可以进行,立式加工,，又可以进行,卧式加工,，使用范围更大，功能更强，若采用,万能主轴,(,主轴头可以任意转换向,),，就可以加工出与水平面成各种角度的工件表面，若采用,数控回转,工作台,，还能对工件实现,除定位面外的五面加工,。,3,。,立、卧两用数控铣床,图,6-8,表示一台,立、卧,两用书空铣床主轴的两种使用状态，,6-8,（,a,）,所示是机床主轴处于,立式加工,状态。,6-8,（,b,）,所示是机床主轴处于,卧式加工状态,。目前三坐标数控铣床占多数，可以进行,三个坐标联动加工,，还有相当部分的铣床采用,两轴半,控制（既三个坐标中的任意两个坐标联动加工）。另外附加,一个数控回转台（或数控分度头）,就增加一个坐标，可扩大加工范围。,江西工业工程职业技术学院,二、数控铣床的典型结构,下面以北京第一机床厂生产的,XKA5750,带有,万能铣头的立卧两用,数控铣床为例，介绍数控铣床的结构。,（一）机床的组成、使用范围及布局,1,。机床的组成、使用范围,XKA5750,数控铣采用的是,AUTOCON TECH,公司的,DELTA 40M CNC,系统。它由,主体,（包括万能铣头、工作台纵向传动机构、升降台传动机构、自动平衡机构、数控回转工作台等）、,CNC,系统、驱动装置,（主轴电动机、进给伺服电动机等）、,辅助装置,（液压和气动装置、冷却系统、排屑装置等）几部分组成。它可以附加坐标轴增至四轴联动，铣削具有复杂曲线轮廓的零件，如凸轮、模具、叶片，弧形槽等零件。,江西工业工程职业技术学院,2,。机床的布局,机床外形如图,6-9,所示，图中,1,为底座,，,5,为床身,，,13,由,伺服电动机,15,带动在升降滑座,16,上作纵向（,X,轴）,左右移动；,伺服电动机,2,带动升降滑座,16,作垂直（,Z,轴）,上下移动；,滑枕,8,作横向（,Y,轴）,进给运动。用,滑枕实现横向运动,，可获得较大的行程。,江西工业工程职业技术学院,机床主轴运动由,交流无级变速电动机,驱动，万能铣头,9,不仅可以将铣头主轴调整到,立式,和,卧式,位置，而且还可以在,前半球面内,使主轴中心线处于任意空间角度。,纵向行程限位挡铁,3,、,14,起限位保护作用，,6,、,12,为横向、纵向限位,开关，,4,、,10,为强电柜和数控柜,。悬挂,按扭站,11,上集中了机床的全部操作和控制键与开关。,1,。万能铣头部件结构,万能铣头部件结构见图,6-10,所示，主要由,前、后壳体,12,、,5,，,法兰,3,，,传动轴,、,，主轴,及两对弧齿锥齿轮,组成。万能铣头,用螺栓,和,定位销安装在滑枕,前端。铣削主运动由,滑枕上的传动轴,（见图,6-9,）的,端面键传到轴,，,端面键与连接盘,2,的径向槽相配合，连接盘与轴,之间由两个平键,1,传递运动。,（二）数控铣床的结构和调整,轴,右端为弧齿锥齿轮，通过轴,上的,两个锥齿轮,22,，,21,和用花键连接方式装在主轴,上的锥齿轮,27,，将运动,传到主轴,上。主轴为空心轴，前端有,7,：,24,的内锥孔，用于刀具或刀具心轴的定心，,通孔,用于,安装,拉紧刀具的,拉杆,通过。,主轴端面,有,径向槽,，并装有两个,端面键,18,，用于主轴向刀具,传递扭矩,。,万能铣头通过两个互成,45,0,的,回转面,A,和,B,调节主轴,的方位,，在法兰,3,的,回转面,A,上开有,T,形圆环槽,a,，松开,T,形,螺栓,4,和,24,，可使铣头,绕水平面,转动,，调整到要求位置,将,T,形螺栓拧紧即可；在万能铣头,后壳体,5,的回转面,B,内，也开有,T,形圆环槽,6,，松开,T,形,螺栓,6,和,23,，可使铣头,主轴,绕与水平轴线成,45,0,夹角的,轴,转动。绕两个轴线转动组合起来，可使主轴轴线处于,前半球面的任意,角度。,万能铣头,两个传动轴,都选用了承载力和旋转精度都较高的,D,级,精度的,轴承,：即,一对圆锥滚子轴承,，一对,向心滚针轴承,20,、,26,，承受,径向,载荷，,轴向载荷,由两个,推力短圆柱滚子轴承,19,和,25,承受。,主轴,上,前后,支承均为,C,级精度的轴承,：即,前,支承是,双列圆柱滚子轴承,13,，只承受,径向,载荷；,后支承,为两个,向心推力球轴承,9,和,11,，既承受,径向,载荷，也承受,轴向,载荷。为了,保证旋转精度,，主轴前轴承,消除和预紧,的调整是靠改变,轴承内圈在锥形颈上的位置,，使内圈外胀实现的。,调整时,，先拧下四个,螺钉,16,，卸下,法兰,15,，再松开,螺母,8,上的,锁紧螺钉,7,，拧松螺母,8,将主轴,向前,(,向下,),推动,2mm,左右，然后,拧下,两个,螺钉,17,，将,半圆环垫片,14,取出,，根据间隙大小磨薄垫片，最后将上述零件重新装好。,后支承,的两个,向心推力球轴承,开口向背,(,轴承,9,开口朝上，轴承,11,开口朝下,),，,作消隙和预紧调整,时，两轴承外圈不动，通过,控制减小两轴承内圈隔套,10,的尺寸来实现。调整时取下隔套,10,，修磨到合适尺寸，重新装好后，用螺母,8,顶紧轴承内圈及隔套即可。最后要拧紧锁紧螺钉,7,。,2,。工作台纵向传动机构,工作台纵向传动机构如图,6-11,所示。交流伺服,电动机,20,的轴上装有圆弧齿同步,齿形带轮,19,，通过,同步齿形带,14,和装在,丝杠右端,的,同步齿形带轮带动丝杠旋转,，使底部装有,螺母,1,的,I,工作台,4,移动。装在伺服电动机中的,编码器,将检测到的位移量反馈回数控装置，,形成半闭环控制,。同步齿形带轮与电动机轴，以及与丝杠之间的连接采用,锥环无键式,连接。,滚珠丝杠两端采用,角接触球轴承,支撑,右端,支承采用三个轴承，径向载荷由三个轴承分担。轴承的,预紧力,，由两个轴承,7,、,8,内、外圈轴向尺寸差实现，当用螺母,10,通过隔套将轴承内圈压紧时，,外圈,因为比,内圈,轴向尺寸稍短，仍有,微量间隙,，用,螺钉,9,通过法兰盘,12,压紧轴承,外圈时，就会,产生预紧力,。调整时,修磨垫片,13,厚度,尺寸即可。丝杠,左端,的角接触球轴承，除承受径向载荷外，还通过螺母,3,的调整，使丝杠产生,预拉伸,，以提高丝杠的,刚度,和减小丝杠的,热变形,。,5,为工作台,纵向,移动时候的,限位挡,。,3,。升降台传动机构及自动平衡机构,图,6-12,所示是升降台升降传动部分，交流伺服,电动机,1,经一对齿形,带轮,2,、,3,将运动传到传动轴,，轴,右端,的弧齿,锥齿轮,7,带动锥齿轮,8,使垂直,滚珠丝杠,旋转，升降台上升下降。传动轴,有,左、中、右三点,支承，,轴向定位,由,中间,支承的,一对角接触球轴承,来保证，由,螺母,4,锁定轴承与传动轴的,轴向,位置，并对轴承,预紧,，预紧量用修磨两轴承的内外圈之间的,隔套,5,、,6,厚度,来保证。传动轴的,轴向定位,由,螺钉,25,调节。,垂直轴承支承由,深沟球轴承,9,和,角接触球轴承,10,承受径向载荷；由,推力圆柱滚子轴承,11,承受,轴向载荷,。图中轴,的实际安装位置是在,水平面内,，与轴,的轴线呈,90,0,相交,(,图中为展开画法,),。其,右端为自动平衡机构,。因滚珠丝杠,无自锁能力,，当,垂直放置,时，在部件自重作用下，,移动部件会自动下移,。因此除升降台,驱动电动机带有制动器,外，还在传动机构中装有,自动平衡机构,，一方面,防止升降台因自重下落,，另外还,可平衡上升下降时的驱动力,。,自动平衡机构工作原理,为：丝杠旋转的同时，通过,锥齿轮,12,和,轴,带动,单向超越,离合器,的,星轮,21,转动,。当,升降台上升,时，,星轮,的转向使,滚子,13,与超越,离合器,的,外环,14,脱开，,外环,14,不随,星轮,21,转动，,自锁器不起作用,；,当升降台下降,时，,星轮,21,的转向使,滚子楔,在星轮与外环之间，使外环随轴一起转动，外环与两端固定不动的摩擦环,15,、,22(,由防转销,20,固定,),形成相对运动，在碟形弹簧,19,的作用下，产生,摩擦力,，增加,升降台下降时的阻力,，,起自锁,作用，并使上下运动的力量平衡。,江西工业工程职业技术学院,加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床,，它是一种集,铣床、钻床,和,镗床,三种机床的功能于一体。其,特点,是数控系统能,控制机床自动地更换刀具,，连续地对工件各加工表面自动进行铣,(,车,),、钻、扩、铰、攻螺纹等多种工序的加工；,适用于,加工凸轮、箱体、支架、盖板、模具等各种复杂型面的零件。,1,。按主轴在空间所处的状态分类,(1),立式加工中心,其主轴,垂直,于水平面，它能完成,铣、钻、铰、攻丝和切削螺纹,等工序。立式加工中心最少是,三轴二联动,，一般可实现三轴三联动，有的可进行五轴、六轴控制，完成复杂零件的加工。,立式加工中心最适宜加工高度方向尺寸相对较小的工件,，一般情况下，除底部不能加工外，其余五个面都可以用不同的刀具进行轮廓和表面加工。,第三节 数控加工中心机床,一、数控加工中心机床的功能与分类,江西工业工程职业技术学院,(2),卧式加工中心,其,主轴是水平设置,的。一般的卧式加工中心有,三个到五个,坐标轴。常配有一个回转轴。卧式加工中心,刀库容量一般较大,，有的刀库存放几百把刀具。,卧式加工中心的结构也比立式加工中心复杂，体积和占地面积较大，价格较高。,卧式加工中心,适宜于加工箱体类零件,，并且,适合批量工件的生产,。,2,。按运动坐标数和同时控制的坐标数分类,3,。按工作台数量和功能分类,加工中心可分为,单工作台加工中心,，,双工作台加工中心,，,多工作台加工中心,。,加工中心可分为,三轴二联动,，,三轴三联动,，四轴三联动，五轴四联动，六轴五联动等。,江西工业工程职业技术学院,自动换刀装置的,用途,是,按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具，,自动换刀装置是一套独立、完整的部件。,(,一,),自动换刀装置的形式,自动换刀,装置的结构,取决于机床的类型、工艺范围及刀具的种类和数量等。,自动换刀装置,主要有,回转刀架,和,带刀库的自动换刀装置,两种形式。,二、自动换刀装置,江西工业工程职业技术学院,1,。数控车床和自动换刀装置,数控车床主要采用回转刀盘,，刀盘上安装,8,12,把刀。有的数控车床,采用两个刀盘,，,少数,数控车床也采用,刀库形式,的自动换刀装置。,图,6-14(a),所示为,刀盘中心,与,主轴中心线平行,的回转刀盘，,刀具与主轴中心平行安装,，回转刀盘既有回转运动又有横向进给运动,(S,H,),和纵向进给运动,(S,Z,),。,江西工业工程职业技术学院,图,6,14(b),所示为,刀盘中心线相对于主轴中心线倾斜,的回转刀盘，刀盘上有,6,8,个刀位，,每个刀位上可装两把刀具,，分别加工外圆和内孔。,江西工业工程职业技术学院,图,6,14(c),所示为装有,两个刀盘,的数控车床，,刀盘,1,的回转中心与主轴中心线平行,，用于加工外圆。,刀盘,2,的回转中心与主轴中心线垂直，,用于加工内表面。,江西工业工程职业技术学院,图,6,14(d),所示为,安装有刀库的数控车床,，刀库可以是图示的链式，也可以是回转式，通过机械手交换刀具。,江西工业工程职业技术学院,图,6,14(e),所示为装有,鼓轮式刀库,的车削中心，,回转刀盘,3,上装有多把刀具,，鼓轮式刀库,4,上可装,6,8,把刀具，,机械手,5,可将,刀库,中的,刀具,换到,刀具转轴,6,上，由电动机驱动回转轴进行铣削加工，,7,为回转,头，可交换采用,回转刀盘,3,和,刀具转轴,6,，轮番进行加工。,江西工业工程职业技术学院,由于,加工中心有立式、卧式、龙门式,等几种，因此，不同加工中心上的刀库和换刀装置也各不相同。一般加工中心的,刀库,类型有,鼓轮式刀库、链式刀库和直线式刀库,等，如图,6-15,所示。,2,。加工中心的自动换刀装置,江西工业工程职业技术学院,鼓轮式刀库应用广泛，它包括,刀具轴线与鼓轮轴线两者平行,、,垂直或成锐角三种,形式，如图,6-15(a),所示。,鼓轮式刀库结构简单紧凑。但由于刀具单环排列、定向，刀库利用率低，大容量刀库的外径将较大，选刀运动时间长,。因此，这种形式的刀库容量较小，一般不超过,32,把。,江西工业工程职业技术学院,链式刀库,是在,环形链条,上装有许多刀座，,刀座的孔中装夹各种刀具,。链式刀库适用于,容量较大,的场合，且多为,轴向取刀,。链式刀库常用的有,单环链式,、,多环链式,、,折叠链式,，如图,6,15(b),、,(c),、,(d),所示。当采用,多环链式刀库,时，刀库外形较,紧凑,，,占用空间较小,，适用于作,大容量的,刀库。,江西工业工程职业技术学院,直线式刀库,结构简单，,刀具,在刀库,中直线排列,，如图,6,15(e),所示，,刀库容量较小,(8,12,把,),，一般应用于数控车床、数控钻床，个别加工中心也有采用。,江西工业工程职业技术学院,（二）换刀过程及换刀方式,1,、换刀过程,2,、换刀方式,自动换刀装置的换刀过程由,选刀,和,换刀,两部分组成。,选刀,既是刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备；,换刀,既是把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。,自动换刀装置中，实现,刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置,。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工件可靠性有着直接影响。,江西工业工程职业技术学院,刀具的交换方式很多，一般可分为两大类。,（,1,）,无机械手换刀,无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的,相对运动实现刀具,交换。如图,6-16,所示。,图,6-16,（,a,）：当加工工步结束后,执行换刀指令,，主轴实现准停，主轴箱沿,Y,轴上升。这时机床上方刀库的空挡刀位，正好处在交换位置，装夹刀具的卡爪打开。,图,6-16,（,b,）：,主轴箱上升到极限位置,，被更换刀具的,刀杆,进入,刀库空刀位,，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。,江西工业工程职业技术学院,图,6-16,（,c,）：,刀库伸出,，从主轴锥孔中将刀具拔出。,图,6-16,（,d,）：,刀库转位,，按照程序指令要求将选好的刀具转到最下面的位置，同时压缩空气将主轴锥孔吹净。,图,6-16,（,e,）：刀库退回，同时,将新刀具插入主轴锥孔,，主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。,江西工业工程职业技术学院,图,6-16,（,f,）：主轴,下降到加工位置后启动,，开始下一工步的加工。,这种换刀机构不需要机械手，,结构简单、紧凑,。由于交换刀具时机床不工作，所以不会影响加工精度，但会影响机床的,生产率,，其次因,刀库尺寸限制，装刀数量不能太多,。这种换刀方式常用于小型加工中心。,江西工业工程职业技术学院,(2),有机械手换刀,采用机械手进行刀具交换的方式应用最广泛。这是因为,机械手换刀灵活，而且可以减少换刀时间,。由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。从手臂的类型来分，,有单臂机械手，双臂机械手,。常用的双臂机械手如图,6-17,所示的几种结构形式：,图,6-17(a),是,钩手,图,6-17(b),是,抱手,江西工业工程职业技术学院,图,6,17(c),是,伸缩手,江西工业工程职业技术学院,图,6-17(d),是,插手,这几种机械手能够完成,抓刀、拔刀、回转、插刀、返回,等一系列动作。,9,由于双臂回转机械手的动作比较简单，而且,能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具,，因此换刀时间进一步缩短。,江西工业工程职业技术学院,图,6-18,所示是,双刀库机械手换刀,装置，其,特点,是,两个刀库,和两个,双臂机械手进行工作,，因而机械手的工作行程大为缩短，可有效的节省换刀时间。另外，还由于,刀库分两处设立,，故使机床整体,布局较为合理,。,江西工业工程职业技术学院,(,三,),刀具的选择方法,数控机床常用的选刀方式有,顺序选刀,和,任意选刀,。,1,、顺序选刀,2,、任意选刀,顺序选刀方式,是将加工所需要的刀具，,按照加工顺序依次安装在刀座中,，,换刀时,，,刀库按顺序转位,。这种方式的控制及刀库运动简单，但刀库排列的顺序不能错。,任意选刀方式,是对,刀具或刀座进行编码,，,并根据编码选刀,。它可分为,刀具编码方式,、,刀座编码方式,、,计算机记忆方式,等。,江西工业工程职业技术学院,(1),刀具的编码方式,利用安装在,刀柄上的编码元件预先对刀具编码,后，再将,刀具放入刀座,中；,换刀,时，通过编码识别装置根据,刀具编码选刀,。优点：,采用这种方式编码的刀具,可以放在刀库的任意刀座中；刀库中的刀具不仅可在不同的工序中多次重复使用，而且换下来的刀具也不必放回原来的刀座中。,（,2,）刀座编码方式,是,对刀库刀座预选编码,，每,把刀具放入相应刀座,之后，就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。在编程时，要指出哪一把刀具放在哪一个刀座上。,须注意的是，这种编码方式必须将用过的刀具放回原来的刀座内，不然会造成事故。,（,3,）计算机记忆方式,目前应用最多，,特点,是刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的储存器或可编程控制器的储存器内，不论刀具存放在哪个地址都始终,记忆着它的踪迹,，,这样刀具可以任意取出，任意送回。,江西工业工程职业技术学院,在数控机床上加工复杂形状的零件，往往使用,较多的刀具,。为了实现自动换刀，迅速装刀和卸刀，以缩短辅助时间，同时也为了使刀具的,实际尺寸输入数控系统实现刀具补偿,，提高加工精度，一般要使用刀具,对刀仪，测出刀具的实际尺寸或与名义尺寸的偏差,。,三、对刀仪,对刀仪以检测对象分类，可分为,数控车床车刀对刀仪,和,数控镗床、加工中心用对刀仪,，也有,综合两种功能的综合对刀仪,。由于数控车床刀具夹持标准化水平不高，,车刀对刀的精度要求相对低,。所以对刀仪产品中，相对来说是以,加工中心用对刀仪为主,。,对刀,在加工程序执行之前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。,江西工业工程职业技术学院,刀位点,刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。,由于数控车削有各种不同的对刀方法，故采用的对刀装置也各不相同。一般有,光学对刀仪,、,机外对刀仪,、,自动对刀装置,等。如图,6-23,为一光学对刀仪，它实际上是,一架低倍,(,一般为,10,倍左右,),刻线显微仪,。,1,、数控车床用对刀仪,江西工业工程职业技术学院,使用时,把对刀仪,固定安装在车床床身,的某一位置，,然后,将,基准刀安装在刀架,上，调整,对刀仪的镜头,位置，使显微仪内的,十字线交点对准基准刀的对刀点,，以此作为其他刀具安装时的,基准,。这种对刀仪主要,用于手动对刀,，其对刀精度主要取决于显微仪上分度刻线的分格读数，故对刀精度不高。,江西工业工程职业技术学院,图,6-24,所示是,锥柄类刀具用对刀仪,示意图，由,锥柄定位机构,、,测量头,、,尺寸测量机构,和,测量数据处理装置,四部分组成。为了使,刀具定位基准面,与,对刀仪的锥孔可靠接触,，在锥孔的底部有,拉紧机构,，锥孔主轴还应具有很高,回转精度旋转机构,，以便转动,锥孔主轴找出刀具上刀齿的最高点。,测量头有接触式和非接触式两种。,2,。数控镗铣床、加工中心用对刀仪,江西工业工程职业技术学院,图,6-24,中是,接触式测量用,百分表，比较直观，但容易损坏表头和切削刀具的刀刃；,非接触式,尺寸测量机构带动测量头移动，测得,Z,轴和,X,轴,方向尺寸，即刀具的,轴向尺寸,和,半径尺寸,。,测量的数据,在加工时可以用,手工输入,，也可用计算机进行存储、管理，加工时对刀具的,长度,和,半径进行自动补偿,。,江西工业工程职业技术学院,第四节 电加工机床,一、,数控电火花成形加工机床,(,一,),数控电火花加工的原理和用途,利用,放电对导电材料,的,腐蚀,除去余量达到加工的目的，这种方法称为,电火花加工,。,江西工业工程职业技术学院,工件,和,工具电极,分别,与脉冲电源,的,两端相连接,，并,浸入工作液,5,中，通过,自动进给调节装置,3,控制,工件,电极,向,工件进给,，当,间隙,达到,一定,值时，,两极,上施加的,脉冲电压,将间隙中的工作液,击穿,，,产生火花,放电，,在放电,的微细通道中，,瞬时集中大量的热量,，温度可达,10000,0,C,左右，,使,工件,表面,的,局部金属材料融化,和气化。并,使,融化和气化的,金属抛离电极表面,并,被液体,介质,冲走,。工件上被蚀出一个小的坑穴，随着,放电过程多次重复进行,，工具电极不断向工件移动，并由自动,进给调节装置,3,维持适当的放电,间隙,，这样工具电极的轮廓尺寸逐步精确的复印在工件上，达到加工的目的。,江西工业工程职业技术学院,由于电火花加工具有传统切削加工无法比拟的优点，,可以,解决难以加工材料和复杂形状零件的加工问题,，因此它已广泛应用于,航空,、,仪器,、,精密机械,、,模具制造,、,汽车拖拉机,等行业。电火花加工的范围小到几微米、大到几米。,江西工业工程职业技术学院,（二）数控电火花机床,利用,电蚀加工原理,制成的数控电火花机床主要由,主机,、,脉冲电源,和,机床电气,、,数控系统,和,工作液循环系统,等部分组成，如图,6-28,所示。,江西工业工程职业技术学院,附件,包括用以实现工件和工具电极的,装夹、固定和调整其相对位置的机械装置,；,工具电极自动交换装置,（,ATC,）等等。,1,、脉冲电源,（重要组成部分）,用来产生加在放电间隙上的脉冲电压,，使液体介质不断被周期重复击穿，而产生脉冲放电。它对工艺指标的影响极大。,2,、主机及附件,机床本体,包括,床身,、,立柱,、,主轴头,、,工作台,等。,数控化的脉冲电源,与数控系统密切相关，但有其相对的自主性，它一般由,微处理器,和,外围接口,、,脉冲形成和功率放大,部分、,加工状态检测,和,自适应控制装置