加工中心的結構原理專題培訓課件

加工中心的結構原理加工中心的結構原理1用數(shù)控機床加工零件時，首先是將被加工零件的幾何信息和工藝信息編制成加工程序，由輸入裝置送入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運算，按各坐標軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進行伺服電動的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進行反饋控制，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條不紊地工作，從而加工出零件的全部輪廓。現(xiàn)代加工中心與數(shù)控機床的不同之處在于：第一，配有刀具庫和自動換刀系統(tǒng)，在工件一次裝夾后，可以連續(xù)完成對工件表面自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序的加工；第二，帶有自動分度的回轉(zhuǎn)工作臺，從而使工件一次裝夾后，自動完成多個平面或多個角度位置的多工序加工；第三，加工中心能自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能；第四，如果帶有自動交換工作臺，工件在工作位置的工作臺進行加工的同時，另外的工件在裝卸位置的工作臺上進行裝卸，不影響正常的加工工件，減少了工件搬運時間，提高了生產(chǎn)率。數(shù)控加工中心的工作原理用數(shù)控機床加工零件時，首先是將被加工零件的幾何信息和2加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不同。機床本身分基本部件和選擇部件，數(shù)控系統(tǒng)有基本功能和選用功能，機床參數(shù)有主參數(shù)和其他參數(shù)。加工中心主要由以下部分組成：1）基礎部分2）主軸部件（Spindle）3）進給機構4）數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）5）自動換刀系統(tǒng)（A.T.C.）6）輔助裝置7）自動托盤更換系統(tǒng)（A.P.C.）數(shù)控加工中心的基本組成加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不3由床身、立柱、橫梁、工作臺和底座等部件組成。它們主要承受加工中心的靜載荷及在加工時產(chǎn)生的切削負載，對加工中心各部件起支撐和導向作用，因此要求基礎支撐件必須具有足夠的剛度，較高的固有頻率和較大的阻尼，這些工件通常是鑄鐵件或焊接而成的鋼結構件，是加工中心中體積和重量最大的基礎構件。數(shù)控加工中心的基本組成1）基礎部分立柱床身（基座）示例：立柱已安裝在床身之上，Z軸直接驅(qū)動主軸系統(tǒng)前后運動。工作臺未安裝，為固定式?？焖龠M給率: X/Y/Z軸＝60m/min快速進給加速度: Z軸＝1.0G（10m/s2)

X,Y軸＝0.7G(7m/s2)工作臺安裝位置由床身、立柱、橫梁、工作臺和底座等部件組成。它們主要4大傾角設計，便于沖屑和排屑。排屑方式為后排屑支撐及地腳螺釘立柱床身旋轉(zhuǎn)工作臺安裝夾具的工作臺面大傾角設計，便于沖屑和排屑。排屑方式為后排屑支撐及地腳螺釘立5由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟、停、變速等動作由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸系統(tǒng)為加工中心的主要組成部分，和常規(guī)機床主軸系統(tǒng)相比，加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結構剛性和抗振性。數(shù)控加工中心的基本組成2）主軸部件(Spindle)示例1：直聯(lián)式主軸，后部是主軸電機，前端為機械主軸。電機為空心軸，用于向內(nèi)冷刀具傳送冷卻液，其非傳動端有軸伸出用于連接注入冷卻液的旋轉(zhuǎn)接頭。最大轉(zhuǎn)速12000rpm。由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸6主軸系統(tǒng)示例2：電主軸——為“高頻主軸”（HighFrequencySpindle）的簡稱，也稱為內(nèi)裝式電機主軸單元，其主要特征是將電機內(nèi)置于主軸內(nèi)部直接驅(qū)動主軸，實現(xiàn)電機、主軸一體化的功能。它省略了齒輪傳動、變速裝置（如皮帶、聯(lián)軸節(jié)）等中間傳動件，轉(zhuǎn)、調(diào)速范圍大，具有極高的精度和足夠的剛度、潤滑冷卻可靠，還具有體積小、功耗低、標準化程度高的特點。圖示電主軸特點及參數(shù)：可從前端拆卸的套筒式主軸總成功率(S6-60%) 35kW軸承直徑 65mm最大轉(zhuǎn)速 20000rpm或24000rpm最大扭矩 37N.m在9000rpm刀具接口

HSKA-63冷卻

乳化液主軸內(nèi)冷潤滑

空氣-油主軸安裝座主軸系統(tǒng)示例2：圖示電主軸特點及參數(shù)：主軸安裝座7電主軸與機床主機的連接示例電主軸與機床主機的連接示例8主軸垂直度校準工具主軸同心度校準工具帶有HSK63適配器的LED測量探針主軸夾緊力傳感器近端：0.007mm遠端：0.015mm18kN,公差:+5.4/-1.8kN主軸常用維修、檢查工具：主軸垂直度校準工具主軸同心度校準工具帶有HSK63適配器的L9電主軸夾爪(OTT)電主軸夾爪(OTT)10加工中心的結構原理專題培訓課件11HSK63及HSK100刀具HSK63及HSK100刀具12由進給伺服電動機、機械傳動裝置和位移測量元件等組成．它驅(qū)動工作臺等移動部件形成進給運動。加工中心進給驅(qū)動機械系統(tǒng)直接實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動的進給和定位，對加工的精度和質(zhì)量影響很大，因此對加丁中心進給系統(tǒng)的要求是運動精度、運動穩(wěn)定性和快速響應能力。數(shù)控加工中心的基本組成3）進給機構Y軸伺服電機Y軸滾珠絲桿Y軸平衡氣缸，后面還可見氣罐2個示例：示例中Y軸為雙軸驅(qū)動并帶平衡氣缸，從運行平穩(wěn)性和安全性上都進行了充分的考慮。由進給伺服電動機、機械傳動裝置和位移測量元件等組成．13X軸滾珠絲桿及伺服電機安裝主軸部件的框架Z軸驅(qū)動電機X軸直線導軌X軸滾珠絲桿及伺服電機安裝主軸部件的框架Z軸驅(qū)動電機X軸直線14直線導軌皮帶傳動時的結構滾珠絲桿及其各種應用直線導軌皮帶傳動時的結構滾珠絲桿及其各種應用15B軸旋轉(zhuǎn)分度臺電機B軸旋轉(zhuǎn)分度臺，其上將安裝機床工作臺工作臺采用液壓夾緊，在夾緊過程中，工作臺用4個夾緊圓錐體緊密地固定在轉(zhuǎn)臺表面。B軸旋轉(zhuǎn)分度臺電機B軸旋轉(zhuǎn)分度臺，其上將安裝機床工作臺工作臺161—工件裝料臺2—托盤交換器3—B軸旋轉(zhuǎn)工作臺4—主軸部件5—立柱笛卡爾直角坐標系簡介：1—工件裝料臺2—托盤交換器3—B軸旋轉(zhuǎn)工作臺4—主17MCSMachineCoordinateSystem機床坐標系WCSWorkpieceCoordinateSystem工件坐標系BZSBasicZeroSystem基礎零點坐標系SZSSettableZeroSystem可設置零點坐標系BCSBasicCoordinateSystem基礎坐標系機床坐標系簡介：MCSMachineCoordinateSystem18伺服和驅(qū)動系統(tǒng)加工中心的數(shù)控部分由CNC裝置、可編程控制器（PLC）、伺服驅(qū)動裝置（SERVODRIVE）以及操作面板（OP）等組成。它是完成加工過程的控制中心。CNC系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲器和輸人、輸出接口組成。中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。CNC系統(tǒng)的主要特點是輸入存儲，數(shù)據(jù)的加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過計算機軟件來完成，能增加許多邏輯電路難以實現(xiàn)的功能。計算機與其他裝置之間還可經(jīng)通用接口進行相互連接。數(shù)控加工中心的基本組成4）數(shù)控系統(tǒng)(C.N.C.)數(shù)控裝置PLC操作面板伺服驅(qū)動伺服和驅(qū)動系統(tǒng)加工中心的數(shù)控部分由CNC裝置、可編程19數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——PLCS5CPUS7-200CPUS7-300CPUS7-400CPU三菱Q系列CPUPLC是可編程序控制器的簡稱，是在60年代末從繼電器控制系統(tǒng)上發(fā)展起來的。它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句適應工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器。它擁有豐富的I/O接口，并具有較強的驅(qū)動能力。常見的PLC生產(chǎn)廠家有：SIEMENS、MITSUBISHI、OMRON、GE-FANUC、etc.數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——PLCS5CPUS7-20020數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)按有無檢測元件和反饋環(huán)節(jié)，伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。1）開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的特點是無位置反饋裝置，常用步進電機作為伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件，在該類系統(tǒng)中,CNC裝置經(jīng)過控制運算發(fā)出脈沖信號，每一脈沖信號使步進電機轉(zhuǎn)動一定的角度，步進電機驅(qū)動絲桿推動工作臺移動一定距離。開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，工作穩(wěn)定，制造成本低，缺點是各傳動過程中的誤差得不到消除，從而最終影響加工零件的精度。數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)按有無檢測元件和21數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)2）全閉環(huán)系統(tǒng)。全閉環(huán)系統(tǒng)的特點是機床移動部件上直接安裝有直線位移檢測裝置，檢測裝置將檢測到的實際位移反饋到系統(tǒng)的比較器中，與輸入的原指令位移值進行比較，系統(tǒng)用比較后的差值控制移動部件作補充位移，直到差值消除時才停止移動，從而實際精確定位與運動控制。全閉環(huán)系統(tǒng)的特點是其運動精度僅取決于檢測精度。一個優(yōu)良的全閉環(huán)系統(tǒng)能對傳動系統(tǒng)的間隙、磨損等進行自動補償，其加工精度是非常高的。但其缺點是結構復雜，調(diào)試維修難度較大。數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)2）全閉環(huán)系統(tǒng)。全閉環(huán)系22數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)3）半閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的特點是將角位移傳感器裝在傳動絲桿或伺服電機上，它檢測的是轉(zhuǎn)角信號。角位移信號反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止。半閉環(huán)系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，精度控制適中，缺點是所組成的控制環(huán)不包括機械傳動鏈，故精度相對于全閉環(huán)要低。數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)3）半閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系231PH7主軸電機1FT7進給軸電機直線電機1PH7主軸電機1FT7進給軸電機直線電機24MPP483PP012MCP483CMCP＝MachineControlPanelPP=PushbuttonPanelMPP=MachineoPeratorPanelOP=OperatorPanelOP012HT6PCU50HandheldunitB-MPIHT=HandheldunitsPCU=PCunitsMPP483PP012MCP483CMCP＝Machi25加工中心的結構原理專題培訓課件26Protool或其它組態(tài)軟件PCU50+OP12制造商根據(jù)機床實際和用戶要求制作出人機界面,并傳送到PCU中。人機界面：OP12PCU50/50.3/70OperatorPanel(OP)OP27Protool或其它組態(tài)軟件PCU50+OP12制造商根據(jù)機27自動換刀裝置(AutomaticToolChanger，ATC)由刀庫、機械手和驅(qū)動機構等部件組成。刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置；刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把，當需換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，伸出機械手(或通過別的方式)將刀具從刀庫取出/裝入主軸中，機械手的結構根據(jù)刀庫與主軸的相對位置及結構的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。盡管換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器的控制下，由電機和液壓或氣動機構驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。在機構中裝入接觸式傳感還可實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量或者刀具折斷的檢測。數(shù)控加工中心的基本組成5）自動換刀系統(tǒng)（A.T.C.）自動換刀裝置(AutomaticToolChan28圓盤式刀庫刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機臥式加工中心換刀示意圖鏈式刀庫立式加工中心換刀示意圖圓盤式刀庫刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機臥式加工中心鏈式刀庫立式加工中心291Pneumaticcylinder氣缸3Hydraulicswivelcylinder液壓旋轉(zhuǎn)缸2Z1axisZ1軸4Toolclampingcylinder刀具夾緊缸刀具機械手：1Pneumaticcylinder氣缸3Hydraul30加工中心ATC系統(tǒng)(HELLER)：硬件方面：由MIKSCH換刀器、Vogel減速器、Siemens變頻器、刀具庫等構成。軟件方面：HELLER公司專門開發(fā)了MTV刀具管理系統(tǒng)來處理刀具交換過程的信息，通過設置，可以快速的裝填新刀具。P1P2夾刀臂ATC加工中心ATC系統(tǒng)(HELLER)：P1P2夾刀臂ATC31包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動和檢測系統(tǒng)等部分，這些裝置雖然不直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。由于加工中心生產(chǎn)效率極高，并可長時間實現(xiàn)自動化加工，因而冷卻、潤滑、排屑等問題比常規(guī)機床更為突出。大切削量的加工需要強力冷卻和及時排屑。大量冷卻和潤滑液的作用還對系統(tǒng)的密封和泄漏提出了更高的要求。從而促進了半封閉、全封閉結構機床的產(chǎn)生。數(shù)控加工中心的基本組成6）輔助裝置機床安全集成裝置圓光柵、光柵尺旋轉(zhuǎn)編碼器包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動和檢測系統(tǒng)32排屑用電機減速器泵系統(tǒng)電控系統(tǒng)水位檢測開關典型的加工中心冷卻水處理系統(tǒng):排屑用電機減速器泵系統(tǒng)電控系統(tǒng)水位檢測開關典型的加工中心冷卻33液壓站排屑器冷卻裝置集中潤滑單元氣動系統(tǒng)油霧收集器液壓站排屑器冷卻裝置集中潤滑單元氣動系統(tǒng)油霧收集器34COMAU加工中心部分輔助功能介紹：M00無條件程序終止M20打開主軸夾爪M01條件程序終止M21關閉主軸夾爪M02主程序終止M24開始刀具監(jiān)控M03主軸順時針旋轉(zhuǎn)M25刀具監(jiān)控結束M04主軸逆時針旋轉(zhuǎn)M28搜索刀庫空位以放置主軸上的刀M05主軸停止旋轉(zhuǎn)M29搜索刀庫空位以便主軸抓刀M06換刀M50檢查托盤交換臺定位M07主軸外部低壓冷卻M55松開B軸M08主軸內(nèi)部高壓冷卻（40bar）M56夾緊B軸M09關閉冷卻M64允許進行新的循環(huán)M10啟動高壓冷卻泵M65加工完成（WorkDone）M11主軸內(nèi)部高壓冷卻（60bar）M66工件推出M12檢查冷卻壓力M68加工完成執(zhí)行刀具檢測M13啟動托盤清洗……COMAU加工中心部分輔助功能介紹：M00無條件程序終止M235數(shù)控加工中心的基本組成7）自動托盤更換系統(tǒng)(A.P.C.)托盤抬起、交換裝置有的加工中心為進一步縮短非切削時間，配有兩個自動交換工件托盤：一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外進行裝卸工件。當完成一個托盤上的工件加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可減少輔助時間，提高加工效率。數(shù)控加工中心的基本組成7）自動托盤更換系統(tǒng)(A.P.C.)托36A軸旋轉(zhuǎn)臺B軸旋轉(zhuǎn)臺工件更換裝置鏈式刀庫YXZZ軸驅(qū)動電機，其上集成了AB軸操作區(qū)域主軸液壓站示例：冷卻水處理系統(tǒng)維修區(qū)域A軸旋轉(zhuǎn)臺B軸旋轉(zhuǎn)臺工件更換裝置鏈式刀庫YXZZ軸驅(qū)動電37五軸數(shù)控銑床操作面板主軸頭排屑機構底座示例：五軸數(shù)控銑床操作面板主軸頭排屑機構底座示例：38西門子SINUMERIK840D報警的相關知識:報警類型及代碼1）NC數(shù)控系統(tǒng)報警： 000000~009999為一般報警； 010000~019999為通道報警； 200000~029999為進給軸/主軸報警； 030000~039999為功能報警； 060000~064999為SIEMENS循環(huán)報警； 065000~069999為用戶循環(huán)報警； 070000~079999為機床廠編制的報警。2）611D驅(qū)動系統(tǒng)報警： 300000~399999為驅(qū)動報警3）PLC故障報警： 400000~499999為一般報警； 500000~599999為通道報警； 600000~699999為進給軸/主軸報警； 700000~799999為用戶自定義報警； 800000~899999為順序控制報警。西門子SINUMERIK840D報警的相關知識:報警類型及39數(shù)控加工程序舉例1（COMAU）：N31600……N31700H7=16H8=200;**EL.SPINDLEPOWER(%)CONT.TIME(MS)**主軸功率檢查N31800G0G9X=23.3Y=356S1000H1=QU(0)M=QU(07)M=QU(10)M=QU(08)M=QU(13)**X、Y移動到23.3Y移動到356位置，主軸轉(zhuǎn)速1000RPM，M7，M10，M08，M13打開N31900M80;**ENABLECONTROLSPINDLE**主軸控制使能打開N32000WAITP(B);waitpositionaxeB**等候B軸位置信號N32100STOPRE**塊搜索停止N32200IF$TC_TPC4[$TC_MPP6[9998,1]]==1;checktool**檢查刀具狀態(tài)N32300M68;checktoolafterfinishwork**加工完成后檢查刀具N32400ENDIF

**結束條件語句N32500G64G0Z=46M59M56M12D1;checkspindleandtable**檢查主軸及工作臺N32600G1G9Z=33F500;axP11**加工P11孔N32700S6000**主軸轉(zhuǎn)速6000rpmN32800G1G9Z=-132.5F500M59**Z軸以F500的進給率移動到-132.5位置，M59N32900G0Z=300S1000**Z軸快速移動到300位置，主軸轉(zhuǎn)速1000rpmN33000……數(shù)控加工程序舉例1（COMAU）：40數(shù)控加工程序舉例2（HELLER）：N670……N680MSG(“DrillHole134,B0”) **B0面，鉆134孔N690CS_TOOL(“20”) **更換20#刀具N700CS_TP(“31”) **

31#刀具準備N710G0G54X-73Y31Z205D1B=DC(0)F2210S7368M3M8M21M125**

X軸移動到-73，Y軸移動到205位置，B軸0度，倍率2210，主軸轉(zhuǎn)速7368，正轉(zhuǎn)，M8（主軸冷卻打開），M21（內(nèi)冷打開），M125（內(nèi)冷壓力檢測）N720R0=173.3R1=94+1.29R5=30R6=3R8=26 **給R0，R1，R5，R6，R8賦值N730R71=7368R72=127 **給R71，R72賦值N740L102 **調(diào)用子程序L102N750G0SUPAZ=$AA_SOFTENDP[MA_Z]-100D0SPOS=180M20**快速移動，Z軸退回安全位置，主軸定位角度180度，M20（吹氣）N760……數(shù)控加工程序舉例2（HELLER）：41SIEMENS部分電機系列：電機系列類型冷卻方式備注1FK進給軸電機風冷1FK5、1FK6、1FK71FT進給軸電機風冷/水冷1FT5、1FT6、1FT71FN直線電機，用于進給軸水冷1FN1、1FN31FE內(nèi)置電機，用于電主軸水冷1FE11PH主軸電機風冷/水冷1PH4（水冷）、1PH7（風冷）SIEMENS部分電機系列：電機系列類型冷卻方式備注1FK進421FK系列伺服電機特點：轉(zhuǎn)動精度高（正弦交流電輸入），可獲得最佳的工件表面質(zhì)量動態(tài)特性高，因此非生產(chǎn)時間較短功率部件和信號部件可在污染嚴重的環(huán)境中使用電纜高架敷設，安裝容易側面壓力的高抵抗力。。。。。。1FK系列伺服電機特點：431FT7系列伺服電機特點：結構緊湊，空間要求低可旋轉(zhuǎn)的接頭，機床設計靈活電纜高架敷設，安裝容易軸和法蘭與1FT同系列電機兼容。。。。。。1FT7系列伺服電機特點：44特點：省略了如連接器、傳送帶、減速器和軸編碼器等機械元件，實現(xiàn)了緊湊型設計。轉(zhuǎn)速高，最大轉(zhuǎn)速為40000rpm，最大轉(zhuǎn)矩820Nm。（相同體積時比1PH2系列轉(zhuǎn)矩大60%）。具有極短的加速和制動時間功率損失小，軸承發(fā)熱與主軸膨脹小。剛性高，維修方便。。。。。。。1FE系列內(nèi)裝式電機及其應用特點：1FE系列內(nèi)裝式電機及其應用451PH系列主軸異步電機特點：電機長度較短噪聲小最高轉(zhuǎn)速達9000rpm(甚至12000rpm)。。。。。。1PH系列主軸異步電機特點：461FN系列直線電機特點：簡單的機構結構，無需滾珠絲桿、聯(lián)軸器或皮帶等傳動部件，可顯著提高傳動部件的可靠性。產(chǎn)生的熱量通過集成的液體冷卻系統(tǒng)消耗掉。電機和機器間可經(jīng)濟地實現(xiàn)熱隔離。采用不銹鋼封裝，可保證在機床上應用時較高的機構剛性和耐污性能及耐腐蝕性。突出的動態(tài)響應和極快的移動速度（目前CC生產(chǎn)線中快移速度已達到100m/min）非接觸驅(qū)動力傳遞，傳動部件無磨損，精度高（CC精度：定位精度0.004，重復定位精度0.002）。。。。。。1FN系列直線電機特點：47謝謝大家!謝謝大家!48加工中心的結構原理加工中心的結構原理49用數(shù)控機床加工零件時，首先是將被加工零件的幾何信息和工藝信息編制成加工程序，由輸入裝置送入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)控裝置的處理、運算，按各坐標軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進行伺服電動的驅(qū)動，帶動各軸運動，并進行反饋控制，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條不紊地工作，從而加工出零件的全部輪廓?，F(xiàn)代加工中心與數(shù)控機床的不同之處在于：第一，配有刀具庫和自動換刀系統(tǒng)，在工件一次裝夾后，可以連續(xù)完成對工件表面自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序的加工；第二，帶有自動分度的回轉(zhuǎn)工作臺，從而使工件一次裝夾后，自動完成多個平面或多個角度位置的多工序加工；第三，加工中心能自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助功能；第四，如果帶有自動交換工作臺，工件在工作位置的工作臺進行加工的同時，另外的工件在裝卸位置的工作臺上進行裝卸，不影響正常的加工工件，減少了工件搬運時間，提高了生產(chǎn)率。數(shù)控加工中心的工作原理用數(shù)控機床加工零件時，首先是將被加工零件的幾何信息和50加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不同。機床本身分基本部件和選擇部件，數(shù)控系統(tǒng)有基本功能和選用功能，機床參數(shù)有主參數(shù)和其他參數(shù)。加工中心主要由以下部分組成：1）基礎部分2）主軸部件（Spindle）3）進給機構4）數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）5）自動換刀系統(tǒng)（A.T.C.）6）輔助裝置7）自動托盤更換系統(tǒng)（A.P.C.）數(shù)控加工中心的基本組成加工中心的組成隨機床的類別、功能、參數(shù)的不同而有所不51由床身、立柱、橫梁、工作臺和底座等部件組成。它們主要承受加工中心的靜載荷及在加工時產(chǎn)生的切削負載，對加工中心各部件起支撐和導向作用，因此要求基礎支撐件必須具有足夠的剛度，較高的固有頻率和較大的阻尼，這些工件通常是鑄鐵件或焊接而成的鋼結構件，是加工中心中體積和重量最大的基礎構件。數(shù)控加工中心的基本組成1）基礎部分立柱床身（基座）示例：立柱已安裝在床身之上，Z軸直接驅(qū)動主軸系統(tǒng)前后運動。工作臺未安裝，為固定式?？焖龠M給率: X/Y/Z軸＝60m/min快速進給加速度: Z軸＝1.0G（10m/s2)

X,Y軸＝0.7G(7m/s2)工作臺安裝位置由床身、立柱、橫梁、工作臺和底座等部件組成。它們主要52大傾角設計，便于沖屑和排屑。排屑方式為后排屑支撐及地腳螺釘立柱床身旋轉(zhuǎn)工作臺安裝夾具的工作臺面大傾角設計，便于沖屑和排屑。排屑方式為后排屑支撐及地腳螺釘立53由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟、停、變速等動作由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸系統(tǒng)為加工中心的主要組成部分，和常規(guī)機床主軸系統(tǒng)相比，加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結構剛性和抗振性。數(shù)控加工中心的基本組成2）主軸部件(Spindle)示例1：直聯(lián)式主軸，后部是主軸電機，前端為機械主軸。電機為空心軸，用于向內(nèi)冷刀具傳送冷卻液，其非傳動端有軸伸出用于連接注入冷卻液的旋轉(zhuǎn)接頭。最大轉(zhuǎn)速12000rpm。由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸54主軸系統(tǒng)示例2：電主軸——為“高頻主軸”（HighFrequencySpindle）的簡稱，也稱為內(nèi)裝式電機主軸單元，其主要特征是將電機內(nèi)置于主軸內(nèi)部直接驅(qū)動主軸，實現(xiàn)電機、主軸一體化的功能。它省略了齒輪傳動、變速裝置（如皮帶、聯(lián)軸節(jié)）等中間傳動件，轉(zhuǎn)、調(diào)速范圍大，具有極高的精度和足夠的剛度、潤滑冷卻可靠，還具有體積小、功耗低、標準化程度高的特點。圖示電主軸特點及參數(shù)：可從前端拆卸的套筒式主軸總成功率(S6-60%) 35kW軸承直徑 65mm最大轉(zhuǎn)速 20000rpm或24000rpm最大扭矩 37N.m在9000rpm刀具接口

HSKA-63冷卻

乳化液主軸內(nèi)冷潤滑

空氣-油主軸安裝座主軸系統(tǒng)示例2：圖示電主軸特點及參數(shù)：主軸安裝座55電主軸與機床主機的連接示例電主軸與機床主機的連接示例56主軸垂直度校準工具主軸同心度校準工具帶有HSK63適配器的LED測量探針主軸夾緊力傳感器近端：0.007mm遠端：0.015mm18kN,公差:+5.4/-1.8kN主軸常用維修、檢查工具：主軸垂直度校準工具主軸同心度校準工具帶有HSK63適配器的L57電主軸夾爪(OTT)電主軸夾爪(OTT)58加工中心的結構原理專題培訓課件59HSK63及HSK100刀具HSK63及HSK100刀具60由進給伺服電動機、機械傳動裝置和位移測量元件等組成．它驅(qū)動工作臺等移動部件形成進給運動。加工中心進給驅(qū)動機械系統(tǒng)直接實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動的進給和定位，對加工的精度和質(zhì)量影響很大，因此對加丁中心進給系統(tǒng)的要求是運動精度、運動穩(wěn)定性和快速響應能力。數(shù)控加工中心的基本組成3）進給機構Y軸伺服電機Y軸滾珠絲桿Y軸平衡氣缸，后面還可見氣罐2個示例：示例中Y軸為雙軸驅(qū)動并帶平衡氣缸，從運行平穩(wěn)性和安全性上都進行了充分的考慮。由進給伺服電動機、機械傳動裝置和位移測量元件等組成．61X軸滾珠絲桿及伺服電機安裝主軸部件的框架Z軸驅(qū)動電機X軸直線導軌X軸滾珠絲桿及伺服電機安裝主軸部件的框架Z軸驅(qū)動電機X軸直線62直線導軌皮帶傳動時的結構滾珠絲桿及其各種應用直線導軌皮帶傳動時的結構滾珠絲桿及其各種應用63B軸旋轉(zhuǎn)分度臺電機B軸旋轉(zhuǎn)分度臺，其上將安裝機床工作臺工作臺采用液壓夾緊，在夾緊過程中，工作臺用4個夾緊圓錐體緊密地固定在轉(zhuǎn)臺表面。B軸旋轉(zhuǎn)分度臺電機B軸旋轉(zhuǎn)分度臺，其上將安裝機床工作臺工作臺641—工件裝料臺2—托盤交換器3—B軸旋轉(zhuǎn)工作臺4—主軸部件5—立柱笛卡爾直角坐標系簡介：1—工件裝料臺2—托盤交換器3—B軸旋轉(zhuǎn)工作臺4—主65MCSMachineCoordinateSystem機床坐標系WCSWorkpieceCoordinateSystem工件坐標系BZSBasicZeroSystem基礎零點坐標系SZSSettableZeroSystem可設置零點坐標系BCSBasicCoordinateSystem基礎坐標系機床坐標系簡介：MCSMachineCoordinateSystem66伺服和驅(qū)動系統(tǒng)加工中心的數(shù)控部分由CNC裝置、可編程控制器（PLC）、伺服驅(qū)動裝置（SERVODRIVE）以及操作面板（OP）等組成。它是完成加工過程的控制中心。CNC系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲器和輸人、輸出接口組成。中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。CNC系統(tǒng)的主要特點是輸入存儲，數(shù)據(jù)的加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過計算機軟件來完成，能增加許多邏輯電路難以實現(xiàn)的功能。計算機與其他裝置之間還可經(jīng)通用接口進行相互連接。數(shù)控加工中心的基本組成4）數(shù)控系統(tǒng)(C.N.C.)數(shù)控裝置PLC操作面板伺服驅(qū)動伺服和驅(qū)動系統(tǒng)加工中心的數(shù)控部分由CNC裝置、可編程67數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——PLCS5CPUS7-200CPUS7-300CPUS7-400CPU三菱Q系列CPUPLC是可編程序控制器的簡稱，是在60年代末從繼電器控制系統(tǒng)上發(fā)展起來的。它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句適應工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器。它擁有豐富的I/O接口，并具有較強的驅(qū)動能力。常見的PLC生產(chǎn)廠家有：SIEMENS、MITSUBISHI、OMRON、GE-FANUC、etc.數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——PLCS5CPUS7-20068數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)按有無檢測元件和反饋環(huán)節(jié)，伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)、全閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。1）開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的特點是無位置反饋裝置，常用步進電機作為伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件，在該類系統(tǒng)中,CNC裝置經(jīng)過控制運算發(fā)出脈沖信號，每一脈沖信號使步進電機轉(zhuǎn)動一定的角度，步進電機驅(qū)動絲桿推動工作臺移動一定距離。開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，工作穩(wěn)定，制造成本低，缺點是各傳動過程中的誤差得不到消除，從而最終影響加工零件的精度。數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)按有無檢測元件和69數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)2）全閉環(huán)系統(tǒng)。全閉環(huán)系統(tǒng)的特點是機床移動部件上直接安裝有直線位移檢測裝置，檢測裝置將檢測到的實際位移反饋到系統(tǒng)的比較器中，與輸入的原指令位移值進行比較，系統(tǒng)用比較后的差值控制移動部件作補充位移，直到差值消除時才停止移動，從而實際精確定位與運動控制。全閉環(huán)系統(tǒng)的特點是其運動精度僅取決于檢測精度。一個優(yōu)良的全閉環(huán)系統(tǒng)能對傳動系統(tǒng)的間隙、磨損等進行自動補償，其加工精度是非常高的。但其缺點是結構復雜，調(diào)試維修難度較大。數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)2）全閉環(huán)系統(tǒng)。全閉環(huán)系70數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)3）半閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的特點是將角位移傳感器裝在傳動絲桿或伺服電機上，它檢測的是轉(zhuǎn)角信號。角位移信號反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止。半閉環(huán)系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，精度控制適中，缺點是所組成的控制環(huán)不包括機械傳動鏈，故精度相對于全閉環(huán)要低。數(shù)控系統(tǒng)（C.N.C.）——伺服系統(tǒng)3）半閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系711PH7主軸電機1FT7進給軸電機直線電機1PH7主軸電機1FT7進給軸電機直線電機72MPP483PP012MCP483CMCP＝MachineControlPanelPP=PushbuttonPanelMPP=MachineoPeratorPanelOP=OperatorPanelOP012HT6PCU50HandheldunitB-MPIHT=HandheldunitsPCU=PCunitsMPP483PP012MCP483CMCP＝Machi73加工中心的結構原理專題培訓課件74Protool或其它組態(tài)軟件PCU50+OP12制造商根據(jù)機床實際和用戶要求制作出人機界面,并傳送到PCU中。人機界面：OP12PCU50/50.3/70OperatorPanel(OP)OP27Protool或其它組態(tài)軟件PCU50+OP12制造商根據(jù)機75自動換刀裝置(AutomaticToolChanger，ATC)由刀庫、機械手和驅(qū)動機構等部件組成。刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置；刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把，當需換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，伸出機械手(或通過別的方式)將刀具從刀庫取出/裝入主軸中，機械手的結構根據(jù)刀庫與主軸的相對位置及結構的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。盡管換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器的控制下，由電機和液壓或氣動機構驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。在機構中裝入接觸式傳感還可實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量或者刀具折斷的檢測。數(shù)控加工中心的基本組成5）自動換刀系統(tǒng)（A.T.C.）自動換刀裝置(AutomaticToolChan76圓盤式刀庫刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機臥式加工中心換刀示意圖鏈式刀庫立式加工中心換刀示意圖圓盤式刀庫刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機臥式加工中心鏈式刀庫立式加工中心771Pneumaticcylinder氣缸3Hydraulicswivelcylinder液壓旋轉(zhuǎn)缸2Z1axisZ1軸4Toolclampingcylinder刀具夾緊缸刀具機械手：1Pneumaticcylinder氣缸3Hydraul78加工中心ATC系統(tǒng)(HELLER)：硬件方面：由MIKSCH換刀器、Vogel減速器、Siemens變頻器、刀具庫等構成。軟件方面：HELLER公司專門開發(fā)了MTV刀具管理系統(tǒng)來處理刀具交換過程的信息，通過設置，可以快速的裝填新刀具。P1P2夾刀臂ATC加工中心ATC系統(tǒng)(HELLER)：P1P2夾刀臂ATC79包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動和檢測系統(tǒng)等部分，這些裝置雖然不直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。由于加工中心生產(chǎn)效率極高，并可長時間實現(xiàn)自動化加工，因而冷卻、潤滑、排屑等問題比常規(guī)機床更為突出。大切削量的加工需要強力冷卻和及時排屑。大量冷卻和潤滑液的作用還對系統(tǒng)的密封和泄漏提出了更高的要求。從而促進了半封閉、全封閉結構機床的產(chǎn)生。數(shù)控加工中心的基本組成6）輔助裝置機床安全集成裝置圓光柵、光柵尺旋轉(zhuǎn)編碼器包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動和檢測系統(tǒng)80排屑用電機減速器泵系統(tǒng)電控系統(tǒng)水位檢測開關典型的加工中心冷卻水處理系統(tǒng):排屑用電機減速器泵系統(tǒng)電控系統(tǒng)水位檢測開關典型的加工中心冷卻81液壓站排屑器冷卻裝置集中潤滑單元氣動系統(tǒng)油霧收集器液壓站排屑器冷卻裝置集中潤滑單元氣動系統(tǒng)油霧收集器82COMAU加工中心部分輔助功能介紹：M00無條件程序終止M20打開主軸夾爪M01條件程序終止M21關閉主軸夾爪M02主程序終止M24開始刀具監(jiān)控M03主軸順時針旋轉(zhuǎn)M25刀具監(jiān)控結束M04主軸逆時針旋轉(zhuǎn)M28搜索刀庫空位以放置主軸上的刀M05主軸停止旋轉(zhuǎn)M29搜索刀庫空位以便主軸抓刀M06換刀M50檢查托盤交換臺定位M07主軸外部低壓冷卻M55松開B軸M08主軸內(nèi)部高壓冷卻（40bar）M56夾緊B軸M09關閉冷卻M64允許進行新的循環(huán)M10啟動高壓冷卻泵M65加工完成（WorkDone）M11主軸內(nèi)部高壓冷卻（60bar）M66工件推出M12檢查冷卻壓力M68加工完成執(zhí)行刀具檢測M13啟動托盤清洗……COMAU加工中心部分輔助功能介紹：M00無條件程序終止M283數(shù)控加工中心的基本組成7）自動托盤更換系統(tǒng)(A.P.C.)托盤抬起、交換裝置有的加工中心為進一步縮短非切削時間，配有兩個自動交換工件托盤：一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外進行裝卸工件。當完成一個托盤上的工件加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可減少輔助時間，提高加工效率。數(shù)控加工中心的基本組成7）自動托盤更換系統(tǒng)(A.P.C.)托84A軸旋轉(zhuǎn)臺B軸旋轉(zhuǎn)臺工件更換裝置鏈式刀庫YXZZ軸驅(qū)動電機，其上集成了AB軸操作區(qū)域主軸液壓站示例：冷卻水處理系統(tǒng)維修區(qū)域A軸旋轉(zhuǎn)臺B軸旋轉(zhuǎn)臺工件更換裝置鏈式刀庫YXZZ軸驅(qū)動電85五軸數(shù)控銑床操作面板主軸頭排屑機構底座示例：五軸數(shù)控銑床操作面板主軸頭排屑機構底座示例：86西門子SINUMERIK840D報警的相關知識:報警類型及代碼1）NC數(shù)控系統(tǒng)報警： 000000~009999為一般報警； 010000~019999為通道報警； 200000~029999為進給軸/主軸報警； 030000~039999為功能報警； 060000~064999為SIEMENS循環(huán)報警； 065000~069999為用戶循環(huán)報警； 070000~079999為機床廠編制的報警。2）611D驅(qū)動系統(tǒng)報警： 300000~399999為驅(qū)動報警3）PLC故障報警： 400000~499999為一般報警； 500000~599999為通道報警； 600000~699999為進給軸/主軸報警； 700000~799999為用戶自定義報警； 800000~899999為順序控制報警。西門子SINUMERIK840D報警的相關知識:報警類型及87數(shù)控加工程序舉例1（COMAU）：N31600……N31700H7=16H8=200;**EL.SPINDLEPOWER(%)CONT.TIME(MS)**主軸功率檢查N31800G0G9X=23.3Y=356S1000H1=QU(0)M=QU(07)M=QU(10)M=QU(08)M=QU(13)**X、Y移動到23.3Y移動到356位置，主軸轉(zhuǎn)速1000RPM，M7，M10，M08，M13打開N31900M80;**ENABLECONTROLSPINDLE**主軸控制使能打開N32000WAITP(B);waitpositionaxeB**等候B軸位置信號N32100STOPRE**塊搜索停止N32200IF$TC_TPC4[$TC_MPP6[9998,1]]==1;checktool**檢查刀具狀態(tài)N32300M68;check