數(shù)控教育講習(xí)一.ppt

第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念 第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)與應(yīng)用 第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 第一章概論 將機(jī)床數(shù)字控制向機(jī)電一體化方向發(fā)展 高等院校機(jī)制工藝的學(xué)生必須學(xué)好這門(mén)課 本講課主要介紹 數(shù)控機(jī)床的概論部分 希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí) 一 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生二 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理三 數(shù)控機(jī)床涉及的基本技術(shù) 第一章第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念 發(fā)展 機(jī)械加工工藝過(guò)程的自動(dòng)化 質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)率 要求 越來(lái)越高 解決的重要措施之一 一 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 科學(xué)技術(shù)社會(huì)生產(chǎn) 大批量生產(chǎn)采用 剛性 自動(dòng)化設(shè)備 小批量生產(chǎn)采用 柔性 自動(dòng)化設(shè)備 數(shù)字控制機(jī)床等靈活通用的 能適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動(dòng)化機(jī)床 設(shè)備 自動(dòng)機(jī)床 組合機(jī)床 專(zhuān)用自動(dòng)線等剛性自動(dòng)化機(jī)床 設(shè)備 將加工過(guò)程所需的各種操作 如主軸變速 松夾工件 進(jìn)刀與退刀 開(kāi)車(chē)與停車(chē) 選擇刀具 供給冷卻液等 和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量都用數(shù)字化的代碼表示 通過(guò)控制介質(zhì) 如穿孔紙帶或磁帶 將數(shù)字信息送入專(zhuān)用的或通用的計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算 發(fā)出各種指令來(lái)控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其它執(zhí)行元件 使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件 數(shù)控機(jī)床 世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是數(shù)控鏜銑加工中心機(jī)床 產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代 1948年由美國(guó)帕森斯 ParsonsCo 公司提出利用電子計(jì)算機(jī)控制機(jī)床加工復(fù)雜曲線樣板 1952年由美國(guó)軍方和麻省理工學(xué)院 MIT 研制出了第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床 答 四個(gè)步驟 二 數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理 首先了解一下在數(shù)控機(jī)床上加工零件通常需要幾個(gè)步驟 根據(jù)程序單 制作穿孔帶 通過(guò)閱讀裝置將穿孔帶的代碼逐段輸入到數(shù)控裝置 數(shù)控裝置將代碼進(jìn)行譯碼 寄存和運(yùn)算之后 向機(jī)床伺服機(jī)構(gòu)發(fā)出訊號(hào) 以驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件 并控制其它必要的輔助操作 如變速 開(kāi)關(guān)冷卻液 松夾工件及刀具轉(zhuǎn)位等 最后加工出合格的零件 1 根據(jù)加工零件的圖紙與工藝方案 用規(guī)定的代碼和程序格式編寫(xiě)程序單 圖示的機(jī)床組成方式為 開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 程序載體 數(shù)控裝置 伺服系統(tǒng) 機(jī)床部分 測(cè)量裝置 檢測(cè)反饋 機(jī)床上加虛線部分的測(cè)量裝置后機(jī)床組成方式為 閉環(huán)系統(tǒng) 可以將機(jī)床所得到的檢測(cè)結(jié)果再反饋到數(shù)控裝置中去 由此 可知數(shù)控機(jī)床通常由四部分組成 程序載體 輸入裝置 數(shù)控裝置 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 強(qiáng)電控制裝置 檢測(cè)裝置 機(jī)床 主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 輔助操作 具體而言 數(shù)控機(jī)床的基本組成如下圖所示 常用的控制介質(zhì)有 穿孔帶 穿孔卡 磁帶 使用最多的是八位標(biāo)準(zhǔn)穿孔帶 如圖所示 1 程序載體 人要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制必須在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系 這種聯(lián)系的中間媒介物即 程序載體 又稱(chēng)控制介質(zhì) 輸入裝置的作用就是程序載體上的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電脈沖信號(hào)傳送至數(shù)控裝置的內(nèi)存儲(chǔ)器 輸入裝置最早使用光電閱讀機(jī)閱讀穿孔帶 以后大量使用磁記錄原理的磁帶機(jī)和軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 還有通過(guò)數(shù)控裝置控制面板上的輸入鍵 按工作的程序清單用手工方式直接輸入內(nèi)存儲(chǔ)器 也可以用通信方式由計(jì)算機(jī)直接傳送給數(shù)控裝置 2 輸入裝置 閱讀裝置分為機(jī)械式和光電式兩種 如圖 光電穿孔帶閱讀機(jī)的原理是 用紅外光敏元件識(shí)別穿孔帶上每排孔的代碼 將孔的排列圖案轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送數(shù)控裝置 輸入裝置 接受由穿孔帶閱讀機(jī)輸出的代碼 經(jīng)過(guò)識(shí)別與譯碼之后分別輸送到個(gè)相應(yīng)的寄存器 這些指令與數(shù)據(jù)將作為控制器與運(yùn)算器的原始數(shù)據(jù) 3 數(shù)控裝置 是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié) 控制器 接受輸入裝置的指令 根據(jù)指令控制運(yùn)算器與輸出裝置 以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的各種操作 如主軸的變速或冷卻液的開(kāi)關(guān) 以及控制整機(jī)的工作循環(huán) 運(yùn)算器 接受控制器的指令 將輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運(yùn)算 并不斷地向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果 使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動(dòng) 輸出裝置 根據(jù)控制器的指令將運(yùn)算器送來(lái)的計(jì)算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng) 經(jīng)過(guò)功率的放大 驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的坐標(biāo)軸 使機(jī)床完成刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng) 4 強(qiáng)電控制裝置 主要功能是接受數(shù)控裝置所控制的內(nèi)置式可編程控制器 PLC 輸出的主軸變速 換向 啟動(dòng)或停止 刀具的選擇和更換 分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位和鎖緊 工件的夾緊或松開(kāi) 切削液的開(kāi)或關(guān)等輔助操作的信號(hào) 經(jīng)功率放大直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行元件 諸如接觸器 電磁閥等 從而事先數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中的全部自動(dòng)操作 伺服系統(tǒng)包括 驅(qū)動(dòng)裝置 執(zhí)行部件兩大系統(tǒng) 常用伺服系統(tǒng)有 功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)等伺服系統(tǒng)與脈沖編碼器的組合構(gòu)成了較理想的半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 已經(jīng)被廣泛采用 5 伺服系統(tǒng) 是數(shù)控機(jī)床的最后環(huán)節(jié) 伺服系統(tǒng)接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息 嚴(yán)格按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件 以加工出符合圖紙要求的零件 通常對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)在機(jī)床的精度 靜剛度 動(dòng)剛度和熱剛度等方面提出了更高的要求 而傳動(dòng)鏈則要求盡可能簡(jiǎn)單 目的是為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求和從分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 6 機(jī)床 與傳統(tǒng)的機(jī)床相比 數(shù)控機(jī)床的外部造型 整體布局 傳動(dòng)系統(tǒng) 支撐系統(tǒng) 排屑系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化 第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念 第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)與應(yīng)用 第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 第一章概論 將機(jī)床數(shù)字控制向機(jī)電一體化方向發(fā)展 高等院校機(jī)制工藝的學(xué)生必須學(xué)好這門(mén)課 本次課主要介紹 數(shù)控機(jī)床的概論的第二部分 希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí) 一 按工藝用途分類(lèi) 二 按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi) 三 按控制方式分類(lèi) 四 數(shù)控機(jī)床的精度與應(yīng)用范圍 第一章第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)與應(yīng)用 通?？梢园慈N不同的角度分類(lèi) 2 屬于非金屬切削機(jī)床的數(shù)控沖床 壓力機(jī) 彎管機(jī) 折彎?rùn)C(jī) 線切割機(jī)床 焊接機(jī) 火焰切割機(jī) 等離子切割機(jī) 激光切割機(jī)和高壓水切割機(jī)等 一 按工藝用途分類(lèi) 3 在非加工設(shè)備中大量采用的有自動(dòng)裝配機(jī) 多坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 自動(dòng)繪圖機(jī)和工業(yè)機(jī)器人等 1 最普通的數(shù)控機(jī)床使鉆床 車(chē)床 鏜床 磨床與齒輪加工機(jī)等金屬切削類(lèi)機(jī)床 它們都適用于單件 小批量和多品種的零件加工 具有很好的加工尺寸和一致性 很高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度 4 加工中心機(jī)床是帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控鏜銑床 它的出現(xiàn)打破了一臺(tái)機(jī)床只能進(jìn)行一種加工的傳統(tǒng)概念 由于有效地避免了多次裝夾造成的定位誤差 且減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積 極大地提高了生產(chǎn)率和加工自動(dòng)化程度 五面體加工中心機(jī)床可以在一次裝夾中完成除安裝面以外箱體類(lèi)所有表面的加工 車(chē)削加工中心可以在一次裝夾中完成回轉(zhuǎn)體零件的所有加工工序 包括車(chē)削內(nèi)外表面 銑平面 銑槽 鉆孔和攻螺紋等工序 二 按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi) 最典型的點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床有數(shù)控鉆床 數(shù)控坐標(biāo)鏜床 數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)和數(shù)控彎管機(jī) a 點(diǎn)位控制 特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng) 在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工 機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)路線并不影響加工的孔距精度 特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制 它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo) 而且要控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度與位移量 由于智能作簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng) 因此不能實(shí)現(xiàn)任意的輪廓軌跡加工 b 點(diǎn)位直線控制系統(tǒng) 特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)同時(shí)進(jìn)行控制 它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo) 而且要控制整個(gè)加工過(guò)程每一點(diǎn)的速度和位移量 即要控制移動(dòng)軌跡 將工件加工成一定的輪廓形狀 輪廓控制需要在加工過(guò)程中不斷進(jìn)行多坐標(biāo)軸之間的插補(bǔ)運(yùn)算 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的速度和位移控制 輪廓控制包含了點(diǎn)位和點(diǎn)位直線控制 c 輪廓控制 又稱(chēng)連續(xù)控制 三 按控制方式分類(lèi) a 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 不帶反饋裝置 絲杠上裝有角位移檢測(cè)裝置 b 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線檢測(cè)裝置 c 閉環(huán)控制系統(tǒng) 第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念 第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)與應(yīng)用 第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 第一章概論 將機(jī)床數(shù)字控制向機(jī)電一體化方向發(fā)展 高等院校機(jī)制工藝的學(xué)生必須學(xué)好這門(mén)課 本次課主要介紹 數(shù)控機(jī)床的概論的第二部分 希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí) 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子 計(jì)算機(jī) 自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等多學(xué)科的最新技術(shù)成果而發(fā)展起來(lái)的完全新型的機(jī)床 標(biāo)志著機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了數(shù)字化的時(shí)代 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬件數(shù)控到計(jì)算機(jī)數(shù)控兩個(gè)階段 從電子管到基于個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)的數(shù)控六代的發(fā)展 控制軸數(shù)已由單軸的點(diǎn)位控制 兩軸聯(lián)動(dòng)發(fā)展到五軸以上聯(lián)動(dòng) 數(shù)控機(jī)床正向高速化 高精度化和高智能化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)必須能夠高速計(jì)算和處理伺服系統(tǒng)的位移量并做出快速相應(yīng) 第一章第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 一 機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展 二 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 三 伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展 四 自適應(yīng)控制的應(yīng)用 五 以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng) 本節(jié)內(nèi)容安排如下 60年代初 在一般機(jī)床的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了數(shù)控機(jī)床加工中心機(jī)床 如圖 一 機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展 60年代之前 普遍采用一般機(jī)床 如圖所示為帶兩個(gè)交換工作臺(tái)的臥式鏜銑加工中心機(jī)床 如圖 它的設(shè)計(jì)思想是為了在一次裝夾中完成除了安裝底面以外的所有表面和精密孔系加工 20世紀(jì)70年代后期在數(shù)控加工中心機(jī)床的基礎(chǔ)上又發(fā)展了五面體加工中心 如圖所示即為可調(diào)整軸線位置的萬(wàn)能主軸部件 上圖中 其主軸部件可以自動(dòng)更換為立式或臥式布局 以滿足工件不同表面的加工需要 帶有工業(yè)機(jī)器人和工件交換系統(tǒng)的車(chē)削加工中心和帶有工件交換系統(tǒng)的數(shù)控齒輪加工機(jī)床已被廣泛采用 如圖所示 在數(shù)控加工中心出現(xiàn)以后 加工工序的進(jìn)一步集中 仍然是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì) 六桿數(shù)控機(jī)床 又稱(chēng)虛擬軸機(jī)床 是20世紀(jì)最具革命性的機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的突破 如圖所示 在計(jì)算機(jī)數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)和復(fù)雜坐標(biāo)快速變換運(yùn)算方法發(fā)展的基礎(chǔ)上 20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的Stewart平臺(tái)概念 到20世紀(jì)90年代初應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上成為可能 六桿數(shù)控機(jī)床既有采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng) 又有采用滾珠螺母驅(qū)動(dòng) 六桿數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一是六對(duì)球面支承的設(shè)計(jì)與制造 球面支承將對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度產(chǎn)生直接影響 六桿數(shù)控機(jī)床采用運(yùn)動(dòng)聚合原理 改變傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局 六桿數(shù)控機(jī)床還避免了傳統(tǒng)機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)誤差 六桿結(jié)構(gòu)使誤差平均化 因而能夠達(dá)到很高的重復(fù)定位精度 六桿數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 而且由六套完全相同的功能部件構(gòu)成 使成本下降 70年代出現(xiàn)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程的控制方式 形成所謂計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng) DNC 在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成的 有工件自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)和其它管理功能的柔性制造系統(tǒng) FMC 二 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 數(shù)控裝置采用的元器件 最初為電子管后來(lái)為半導(dǎo)體晶體管今天為超大規(guī)模集成電路 目前 數(shù)控系統(tǒng)大都采用多個(gè) CPU 組成的計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置 CNC 的核心 70年代 美國(guó)蓋梯茨公司首先研制成功了大慣量直流伺服電機(jī)即通常指的寬調(diào)速直流伺服電機(jī) 80年代初期由美國(guó)通用電氣公司研制成功了采用鼠籠式異步交流伺服電機(jī)的交流伺服系統(tǒng) 86年之后推出并采用了數(shù)字伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床 數(shù)字伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)初進(jìn)了高進(jìn)度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 三 伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展 60年代初期與中期 歐美一些國(guó)家采用液壓伺服系統(tǒng) 這種液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的伺服電機(jī)相比 響應(yīng)時(shí)間短 驅(qū)動(dòng)部件的外形尺寸小 四 自適應(yīng)控制的應(yīng)用 自適應(yīng)控制技術(shù)是自控技術(shù)的一個(gè)分支 數(shù)控機(jī)床采用自適應(yīng)控制之后 在提高生產(chǎn)效率 延長(zhǎng)刀具使用壽命和改善表面質(zhì)量等方面均有明顯效果 五 以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng) 1 計(jì)算機(jī)直接數(shù)控 DNC 即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)編程 編程結(jié)果直接送給各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控箱 也稱(chēng)為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng) FMS是一種在批量加工條件下高柔性和高自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng) 其特點(diǎn) 采用DNC控制方式 采用交換工作臺(tái)或工業(yè)機(jī)器人 各臺(tái)機(jī)床間有工件自動(dòng)輸送系統(tǒng) 配有管理信息系統(tǒng) 具有動(dòng)態(tài)平衡的功能 能進(jìn)行最佳化調(diào)度 2 柔性制造系統(tǒng) FMS CIMS的核心是一個(gè)公用的數(shù)據(jù)庫(kù) 對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)與管理 并與各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊 同時(shí)它需要 CAD CAM系統(tǒng)CAP CAC系統(tǒng)加工自動(dòng)化系統(tǒng) 3 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床圖例Mazak柔性制造系統(tǒng)圖例Mazak板材加工柔性生產(chǎn)系統(tǒng)圖例自動(dòng)加工生產(chǎn)線圖例 第二節(jié)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件 第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng) 第四節(jié)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 第五節(jié)數(shù)控加工使用的刀具及自動(dòng)換刀系統(tǒng) 第六節(jié)數(shù)控加工用輔助裝置 第二章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu) 第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求 一 模塊化和機(jī)電一體化二 提高機(jī)床的靜 動(dòng)剛度三 減少機(jī)床的熱變形四 減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦和消除傳動(dòng)間隙五 提高機(jī)床的壽命和精度保持性六 減少輔助時(shí)間 改善操作性 第二章第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求 而專(zhuān)用型數(shù)控機(jī)床對(duì)某具體的零件雖然具有良好的經(jīng)濟(jì)性 但它限制了加工對(duì)象的品種變化 使生產(chǎn)柔性下降 模塊化設(shè)計(jì)思想正是為解決上述矛盾而提出的 它具有靈活的機(jī)床配置 通用型數(shù)控機(jī)床雖然能夠很好地滿足各類(lèi)用戶的需求 但由于機(jī)床的功能過(guò)于齊全 使售價(jià)提高 用戶不得不為多余的功能承擔(dān)額外的費(fèi)用 成本的上升必然會(huì)削弱產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力 一 模塊化和機(jī)電一體化 如果把各個(gè)部件的基本單元作為基礎(chǔ) 按不同功能 規(guī)格和價(jià)格設(shè)計(jì)成多種模塊 用戶可以按需要選擇最合理的功能模塊配置成整機(jī) 這不僅能降低數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造成本 而且能縮短設(shè)計(jì)和制造周期 最終贏得市場(chǎng) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化是對(duì)總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的重要要求 它是指在整個(gè)數(shù)控機(jī)床功能的實(shí)現(xiàn)以及總體布局方面必須綜合考慮機(jī)械和電氣兩方面的有機(jī)結(jié)合 數(shù)控機(jī)床通常由床身 立柱 主軸箱 工作臺(tái) 刀架系統(tǒng)及電氣總成等部件組成 由于數(shù)控機(jī)床是由程序控制加工的 由機(jī)床床身 導(dǎo)軌 工作臺(tái) 刀架和主軸箱的幾何精度與變形所產(chǎn)生的定位誤差取決于它們的結(jié)構(gòu)剛度 為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度 除了經(jīng)常采用三支承結(jié)構(gòu)以外 還可選用剛性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承 以減小主軸的徑向和軸向變形 加強(qiáng)肋板的結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床大件的剛度有明顯的影響 二 提高機(jī)床的靜 動(dòng)剛度 如圖為方形截面立柱加強(qiáng)肋板類(lèi)型示意圖 下表給出了立柱在加肋前后的靜剛度的比值 如圖 在大型數(shù)控機(jī)床中 利用重塊平衡結(jié)構(gòu)減少移動(dòng)載荷給機(jī)床的變形帶來(lái)的對(duì)橫梁變形的影響 也可以把橫梁的導(dǎo)軌加工成中凸形抵消變形 刀架是數(shù)控車(chē)床的薄弱環(huán)節(jié) 為了能夠進(jìn)行穩(wěn)定的重切削 需提高刀架剛度 除了注意轉(zhuǎn)臺(tái)大小和刀具數(shù)的合理設(shè)計(jì)外 還應(yīng)盡可能減小a b的數(shù)值 在刀具外伸量一定的情況下 增大刀架底座的尺寸是提高剛度的有效途徑 提高機(jī)床各部件的接觸剛度能夠增加機(jī)床的承載能力 采用刮研的方法可以增加單位面積上的接觸點(diǎn) 在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷也能夠增加接觸面積 提高接觸剛度 數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)功率比同類(lèi)型普通機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)功率大得多 在保證靜剛度的前提下 還必須提高其動(dòng)剛度 切削中的振動(dòng)不僅直接影響工件的加工精度和表面質(zhì)量 還會(huì)降低刀具壽命 甚至使加工無(wú)法繼續(xù) 改善動(dòng)態(tài)特性的方法主要是 提高系統(tǒng)的靜剛度 增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的質(zhì)量和自身頻率 鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度 減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量 又可以增加構(gòu)件本身的阻尼 封砂鑄件有利于振動(dòng)的衰減 提高抗振性 設(shè)計(jì)機(jī)床構(gòu)件時(shí) 還可以通過(guò)調(diào)整質(zhì)量來(lái)改變系統(tǒng)的自振頻率 數(shù)控機(jī)床中的旋轉(zhuǎn)零部件應(yīng)盡可能進(jìn)行良好的動(dòng)平衡 以減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)源 或用彈性材料將振源隔離 以減少振源對(duì)機(jī)床的影響 數(shù)控機(jī)床在內(nèi)外熱源的影響下 各部件將發(fā)生不同程度的熱變形 使工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破壞 也使機(jī)床精度下降 機(jī)床熱變形產(chǎn)生的主要原因是熱源及機(jī)床各部分的溫差 熱源通常包括加工中的切屑 運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī) 液壓系統(tǒng) 傳動(dòng)件的摩擦以及機(jī)床外部的熱輻射等 機(jī)床零件的材料 結(jié)構(gòu) 形狀和尺寸的不一致也是產(chǎn)生熱變形的重要因素 三 減少機(jī)床的熱變形 如圖a 主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)件所產(chǎn)生的熱量使立柱向上變形 產(chǎn)生偏差 Y1 如圖b 在液壓油泵及其它傳動(dòng)元件發(fā)熱的影響下 床身沿縱向產(chǎn)生中間凸起的變形 如圖c 床身縱向的伸長(zhǎng)使支承絲杠的軸承向左移動(dòng) 產(chǎn)生偏差 X 如圖d 由于電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生熱量 使立柱傾斜 造成偏差 Y2 1 減少發(fā)熱 機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱是產(chǎn)生熱變形的主要熱源 應(yīng)當(dāng)盡可能地將熱源從主機(jī)中分離出去 主軸部件上采用精密滾動(dòng)軸承 進(jìn)行油污潤(rùn)滑 還可采用靜壓軸承 避免適用摩擦離合器 加工時(shí)的切屑是一個(gè)熱源 可以在工作臺(tái)或?qū)к壣涎b設(shè)隔熱板 適用切屑液時(shí)控制切屑液的溫度 潤(rùn)滑油在傳動(dòng)件之間流過(guò) 帶走摩擦熱 所以需要將油池移出機(jī)床 或?qū)τ统剡M(jìn)行溫度控制 液壓油泵及其油池也是機(jī)床上的又一熱源 需選擇合理的供油量 供油量變化的系統(tǒng)采用變量泵 減少機(jī)床熱變形的措施有 2 控制溫升 在減少熱源之后 還必須通過(guò)良好的散熱和冷卻來(lái)控制溫升 以減少熱源影響 一種方法是在機(jī)床的發(fā)熱部位進(jìn)行強(qiáng)制冷卻 但制冷系統(tǒng)的冷卻能力必須適當(dāng) 方法二是 在機(jī)床低溫部分通過(guò)加熱的方法 使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致 3 改善機(jī)床結(jié)構(gòu) 機(jī)床結(jié)構(gòu)對(duì)熱變形也有很大影響 數(shù)控機(jī)床過(guò)去采用的單立柱結(jié)構(gòu)有可能被雙立柱結(jié)構(gòu)所代替 對(duì)于數(shù)控車(chē)床的主軸箱 應(yīng)盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上 如圖 減小主軸中心與主軸箱底面的距離 尺寸H 可以減少熱變形的總量 對(duì)于數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠 可以用預(yù)拉的方法減少絲杠的熱變形 該方法是在加工滾珠絲杠時(shí) 使螺距略小于名義值 裝配時(shí)對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸 使其螺距達(dá)到名義值 當(dāng)絲杠工作而受熱時(shí) 絲杠中的拉應(yīng)力補(bǔ)償了熱應(yīng)力 既減少了熱伸長(zhǎng)的影響 又提高了絲杠的剛度 另外 還可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果 由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償脈沖加以修正 也可以采用特殊的調(diào)節(jié)元件消除熱位移 如圖 第二節(jié)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件 第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng) 第四節(jié)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 第五節(jié)數(shù)控加工使用的刀具及自動(dòng)換刀系統(tǒng) 第六節(jié)數(shù)控加工用輔助裝置 第二章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu) 第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求 一 數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)二 數(shù)控機(jī)床主軸的變速方式三 主軸部件 第二章第二節(jié)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較具有以下特點(diǎn) 1