數(shù)控機床數(shù)控車床

第2章數(shù)控車床第一節(jié)數(shù)控車床的概述第三節(jié)數(shù)控車床的換刀控制第四節(jié)車削中心第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點數(shù)控車床主要用于加工軸類和盤類的回轉(zhuǎn)體零件，如車削內(nèi)外圓柱外表、圓錐外表，回轉(zhuǎn)曲面和端面以及加工內(nèi)外螺紋等。數(shù)控車床具有加工靈活，通用性強，能適應產(chǎn)品規(guī)格和品種的頻繁變化，能滿足新產(chǎn)品的多品種、小批量生產(chǎn)自動化的要求。因此，被廣泛用于機械制造工業(yè)，如汽車制造廠、航空發(fā)動機制造廠、儀表機械制造廠、礦山機械制造廠和飛機制造工廠等。一數(shù)控車床的用途三數(shù)控車床的組成

(1)數(shù)控車床主機即數(shù)控車床的機械部件，主要包括床身、主軸箱、刀架、尾座、進給傳動機構(gòu)等。

(2)數(shù)控系統(tǒng)即數(shù)字控制系統(tǒng)，是數(shù)控車床實現(xiàn)自動加工的核心。主要南輸入／輸出裝置、監(jiān)視器、主控制系統(tǒng)、可編程序控制器、各類輸入／輸出接口等組成。主控制系統(tǒng)主要由:CPU、存儲器、控制器等組成。數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對象是位置、角度、速度等機械量，以及溫度、壓力、流量等物理量。數(shù)控車床的根本組成

上頁圖所示為數(shù)控車床的簡單組成圖，由車床主機、數(shù)控(系統(tǒng)〕、驅(qū)動系統(tǒng)即伺服系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等局部組成三數(shù)控車床的組成(3)驅(qū)動系統(tǒng)即伺服系統(tǒng)，是數(shù)控系統(tǒng)和車床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)。主要由伺服電動機、驅(qū)動控制系統(tǒng)和位置檢測與反響裝置等組成。伺服電動機是驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動控制系統(tǒng)那么是伺服電動機的動力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置反響信號比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，通過機械傳動裝置拖動刀架運動。三數(shù)控車床的組成(4)輔助裝置是為了加工效勞的配套局部，主要包括自動換刀裝置ATC(AutomaficToolChanger)、自動交換工作臺機構(gòu)APC(AutomaticPalletchanger)、工件夾緊放松機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)、氣動裝置、潤滑裝置、冷卻裝置、排屑裝置、過載保護裝置等。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點一、數(shù)控車床的主傳動與變速

1.主傳動形式帶有變速齒輪的主傳動電機經(jīng)過一對齒輪變速后，通過兩聯(lián)滑移齒輪傳動主軸，大、中型數(shù)控機床常采用這種變速方式

特點：齒輪變速組即可降速，擴大輸出扭矩和恒功率變速范圍。通過皮帶傳動的主傳動

電機經(jīng)過同步齒形帶傳動。特點：傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、輸出扭矩和變速范圍小，適用用于小型數(shù)控機床和數(shù)控車床上。

第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點3〕電機直接驅(qū)動的主傳動電機直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發(fā)熱對主軸影響較大。精密聯(lián)軸器連接：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高，但主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩與電機完全一致，低速性能的改善是其廣泛應用的關(guān)鍵。內(nèi)裝電機主軸：主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，振動噪聲小、動態(tài)響應特性和剛度好。但發(fā)熱對主軸精度影響較大。用于立式加工中心的內(nèi)裝電機主軸如圖〔最高轉(zhuǎn)速可達20000rpm〕第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點1〕右圖為濟南第一機床廠生產(chǎn)的MJ-50型數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)圖。2、主傳動系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點2〕主軸部件結(jié)構(gòu)右圖是MJ-50型數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點3〕主軸的工作原理如下：

交流主軸電動機通過帶輪15把運動傳給主軸7。主軸有前后兩個支承。前支承由一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承11和一對角接觸球軸承10組成，軸承11用來承受徑向載荷，兩個角接觸球軸承一個大口向外〔朝向主軸前端〕，另一個大口向里〔朝向主軸后端〕，用來承受雙向軸向載荷和徑向載荷。前支撐軸的間隙用螺母8來支撐。螺釘12用來防止螺母8回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承14，軸承間隙由螺母1和6來調(diào)整。螺釘17和13是防止螺母1和6回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。該支承結(jié)構(gòu)能滿足高速大載荷切削的需要。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點主軸的運動經(jīng)過同步帶輪16和3以及同步帶2帶動脈沖編碼器4，使其與主軸同步運轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘5固定在主軸箱體9上，利用主軸脈沖編碼器檢測主軸的運動信號。主軸的運動信號一方面可實現(xiàn)主軸調(diào)速的數(shù)字反響，另一方面可用于進給運動。主軸脈沖發(fā)生器是為加工螺紋而安裝的主軸轉(zhuǎn)速檢測裝置，它與主軸轉(zhuǎn)速嚴格同步，NC從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應的脈沖數(shù)，使主軸旋轉(zhuǎn)角度與走刀發(fā)生嚴格的每轉(zhuǎn)進刀量關(guān)系，確保螺距的正確性，螺紋切削時的傳動路線為：主軸-->帶輪副-->脈沖發(fā)生器-->數(shù)控裝置-->伺服電機-->縱橫向進給機構(gòu)。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點4〕高速動力卡盤在數(shù)控機床中，高速動力卡盤一般只用于數(shù)控車床。在金屬切削加工中，為提高數(shù)控車床的生產(chǎn)效率，對其主軸轉(zhuǎn)速提出越來越高的要求，以實現(xiàn)高速、甚至超高速切削?，F(xiàn)在數(shù)控車床的最高轉(zhuǎn)速已由1000～2000r／min，提高到每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)，有的數(shù)控車床甚至到達10000r／min。對于這樣高的轉(zhuǎn)速，一般的卡盤已不適用，而必須采用高速動力卡盤才能保證平安可靠地進行加工。圖5-24為中空式動力卡盤結(jié)構(gòu)圖。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點加緊：當油缸21的右腔進入壓力油使活塞22向左移動時，通過與連接螺母5相連接的中空拉桿26，使滑動體6隨連接螺母5一起向左移動，滑動體6上有三組斜槽分別與三個卡爪座10相嚙合，借助10的斜槽，卡爪座10帶著卡爪1向內(nèi)移動夾緊工件。松開：當油缸21的左腔進人壓力油使活塞22向右移動時，卡爪座10帶著卡爪1向外移動松開工件。加緊力的補償：當卡盤高速回轉(zhuǎn)時，卡爪組件產(chǎn)生的離心力使夾緊力減小。與此同時，平衡塊3產(chǎn)生的離心力，通過杠桿4變成壓向卡爪座的夾緊力，平衡塊3越重，其補償作用越大。

卡盤的工作原理：第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點二、進給傳動系統(tǒng)

1、作用：數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)負責接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖指令，并經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動機床運動執(zhí)行件實現(xiàn)預期的運動。2、對進給傳動系統(tǒng)的要求：

為保證數(shù)控機床高的加工精度，要求其進給傳動系統(tǒng)有高的傳動精度、高的靈敏度〔響應速度快〕、工作穩(wěn)定、有高的構(gòu)件剛度及使用壽命、小的摩擦及運動慣量，并能去除傳動間隙。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點

縱向運動由伺服電機與縱向滾珠絲杠通過連接套直接連接，經(jīng)溜板箱上的螺母帶動床鞍，獲得Z方向運動。

橫向運動由伺服電機與橫向滾珠絲杠連接，拖動刀架拖板，獲得X方向運動。

數(shù)控機床的加工精度在很大程度上是取決于進給傳動鏈的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性。為了提高進給傳動系統(tǒng)的靈敏度即快速響應特性，必須有效地減少運動件的磨擦阻力，為此采用滾珠絲杠代替梯形絲杠，前者具有傳動效率高、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、可通過預緊消除軸向間隙并提高系統(tǒng)剛度等特點。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點機床床鞍結(jié)構(gòu)見以下圖。在床鞍中部裝有與橫向?qū)к壠叫械耐庋h(huán)滾珠絲杠1，滾珠絲杠支撐在兩個角接觸球軸承上，精度為P5級，絲杠的導程為6mm。由直流伺服電動機5通過一對齒形帶輪和同步齒形帶輪3帶動旋轉(zhuǎn)，帶輪與電動機軸用錐環(huán)無鍵連結(jié)。圖I為放大局部，圖中12和13是錐面相互配合的錐環(huán)。當擰緊螺釘10時，經(jīng)過法蘭11壓外錐環(huán)13，由于相互配合的錐面的作用，結(jié)果使外錐環(huán)的外徑膨脹，內(nèi)錐環(huán)的內(nèi)孔收縮，靠摩擦力使電動機軸與帶輪連接在一起。根據(jù)所傳遞力矩的大小，選擇錐環(huán)的對數(shù)。這種連接件之間的相對角度可任意調(diào)節(jié)，配合無間隙，對中性好。3、床鞍及橫向進給裝置第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點床鞍結(jié)構(gòu)1-滾珠絲杠2-脈沖編碼器3-帶輪4-螺釘5-伺服電機6-擋塊7、8、9-鑲條

10-擰緊螺釘11-法蘭12、13-內(nèi)外錐環(huán)第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點由于刀架為傾斜布置，而滾珠絲杠又不能自鎖，刀架可能自動下滑，可用伺服電動機的電磁制動來解決。為了消除齒形帶傳動誤差對精度的影響，采用了別離檢測系統(tǒng)，把反響元件脈沖編碼器2與絲杠1相連接，直接檢測絲杠的回轉(zhuǎn)角度，有利于系統(tǒng)精度的提高。齒形帶的松緊由螺釘4來調(diào)整。床鞍上與縱向?qū)к壟浜系耐獗砭捎觅N塑導軌，并采用了3根鑲條7、8、9調(diào)整間隙。橫向運動的機械原點、加工原點和超程限位點由三個可在槽內(nèi)滑動的擋塊6來調(diào)整。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點4、縱向驅(qū)動裝置縱向驅(qū)動局部的結(jié)構(gòu)見圖，床鞍的縱向移動由FB-15直流伺服電動機1帶動絲杠5來實現(xiàn)，絲杠5的前端支撐在成對的P5級角接觸球軸承4上。后端支撐在成對的P5級深溝球軸承6上。前軸承由螺母3鎖緊，后軸承用兩個密封環(huán)用的套筒和軸用彈簧卡圈定位，絲杠的前端軸向是固定的，后端軸向那么是自由的，可以補償由于溫度引起的伸縮變形。滾珠絲杠螺母副為外循環(huán)式可以消除間隙的雙螺母結(jié)構(gòu)。絲杠前端與直流伺服電機1之間用精密十字滑塊聯(lián)軸器連接，可以消除電動機軸與絲杠的不同軸度的影響。伺服電機軸與十字滑塊聯(lián)軸器也采用錐環(huán)連接。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點5、傳動方式及傳動元件中小型數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠副傳動，伺服電機與滾珠絲杠的傳動聯(lián)結(jié)方式有兩種〔1〕滾珠絲杠與伺服電動機軸端的錐環(huán)連接錐環(huán)連接是進給傳動系統(tǒng)消除間隙的一種比較理想的聯(lián)結(jié)方式。他主要靠內(nèi)外錐環(huán)錐面壓緊后產(chǎn)生的摩擦力傳遞動力，防止了鍵連接產(chǎn)生的間隙。這種連接方式在進給傳動鏈的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的應用?！?〕滾珠絲杠通過同步齒形帶與伺服電動機連接為了消除同步齒形帶傳動對精度的影響，將脈沖編碼器1安裝在滾珠絲杠4的端部，以便直接對滾珠絲杠4的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進行檢測。這種結(jié)構(gòu)允許伺服電機的軸端朝外安裝，因此，可防止電動機外伸，加大機床的高度和長度尺寸，或影響機床的外形美觀。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點TND360數(shù)控車床尾座結(jié)構(gòu)簡圖

TND360數(shù)控車床尾座結(jié)構(gòu)與原理四、尾座第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點頂尖1與尾座套筒2用錐孔聯(lián)結(jié)，尾座套筒可帶動頂尖一起移動。在機床自開工作循環(huán)中，可通過加工程序由數(shù)控系統(tǒng)控制尾座套筒的移動。當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出尾座套筒伸出的指令后，液壓電磁閥動作，壓力油通過活塞桿4的內(nèi)孔進入尾座套筒2的左腔，推動尾座套筒伸出。當數(shù)控系統(tǒng)令其退回時，壓力油進入尾座套筒的右腔，從而使尾座套筒退回。

尾座套筒移動的行程，靠調(diào)整套筒外部聯(lián)結(jié)的行程桿9上面的移動擋塊5來完成。如圖中所示，移動擋塊的位置在右端極限位置時，套筒的行程最長。當套筒伸出到位時，行程桿上的移動擋塊5壓下確認開關(guān)8，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出尾座套筒到位信號。當套筒退回時，行程桿上的固定擋塊6壓下確認開關(guān)7，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出套筒退回確實認信號，停止套筒的運動。第二節(jié)數(shù)控車床的傳動與結(jié)構(gòu)特點第三節(jié)數(shù)控車床的自動換刀裝置自動換刀裝置是加工中心的重要執(zhí)行機構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見的有以下幾種

1、回轉(zhuǎn)刀架換刀數(shù)控機床使用的回轉(zhuǎn)刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。

一、自動換刀裝置形式第三節(jié)數(shù)控車床的自動換刀裝置

回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀架部位要進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復定位精度(一般為～0.005mm)?；剞D(zhuǎn)刀架按其工作原理可分為機械螺母升降轉(zhuǎn)位、十字槽輪轉(zhuǎn)位、凸臺棘爪式、電磁式及液壓式等多種工作方式。但其換刀的過程一般均為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾個步驟。第三節(jié)數(shù)控車床的自動換刀裝置第三節(jié)數(shù)控車床的自動換刀裝置〔1〕四方回轉(zhuǎn)刀架上圖為一螺旋升降式四方刀架，其換刀過程如下：①刀架抬起當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機l啟動正轉(zhuǎn)，并經(jīng)聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動，從而帶動蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動。刀架體7的內(nèi)孔加工有螺紋，與蝸輪絲杠4連接，蝸輪絲杠4的蝸輪與絲杠為整體結(jié)構(gòu)。當蝸輪絲杠4開始轉(zhuǎn)動時，由于刀架底座5和刀架體7上的端面齒處于嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠4軸向固定，因此刀架體7抬起。②刀架轉(zhuǎn)位當?shù)都芴鹬烈欢ǖ木嚯x后，端面齒脫開，轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4連接，隨蝸輪絲杠4一起轉(zhuǎn)動，當端面齒完全脫開時，轉(zhuǎn)位套9正好轉(zhuǎn)過160°，球頭銷8在彈簧力的作用下進入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀架體7轉(zhuǎn)位。第三節(jié)數(shù)控車床的自動換刀裝置③刀架定位刀架體7轉(zhuǎn)動時帶動電刷座10轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到程序指定的位置時，粗定位銷15在彈簧力的作用下進入粗定位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13接觸導體使電動機1反轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合，實現(xiàn)精確定位。④刀架壓緊刀架精確定位后，電動機l繼續(xù)反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當兩端面齒增加到一定夾緊力時，電動機停止轉(zhuǎn)動，從而完成一次換刀過程。譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13和14組成，電刷13負責發(fā)信，電刷14負責位置判斷。當?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時，可松開螺母12調(diào)好發(fā)信體ll與電刷14的相對位置。這種刀架在經(jīng)濟型數(shù)控車床及普通車床的數(shù)控化改造中得到廣泛的應用。第三節(jié)數(shù)控車床的自動換刀裝置第四節(jié)車削中心車削中心車削中心是在全功能型數(shù)控車床的根底上開展起來的一種復合加工機床，配備有刀庫、自動換刀機構(gòu)、分度裝置、銑削動力頭和機械手等部件，能實現(xiàn)多工序的復合加工。特點：工件在一次裝夾后，不但能完成數(shù)控車床對回轉(zhuǎn)型面的加工，還能完成回轉(zhuǎn)零件上各個外表的加工，例如圓柱面或端面上銑槽或銑平面等。這就要求主軸除了能承受切削力的作用和實現(xiàn)自動變速控制外，主軸還要能繞z軸旋轉(zhuǎn)作插補運動和分度運動，車削中心主軸的這種功能稱為C軸功能。一、車削中心簡介二、車削中心的工藝范圍為了便于深入理解車削中心的結(jié)構(gòu)原理，圖2－18給出了車削中心能完成的除一般車削以外的工序。圖2－18〔a〕為銑端面槽，加工時，機床主軸不轉(zhuǎn)，裝在刀架上的銑削主軸帶著銑刀旋轉(zhuǎn)。端