《機械制造基礎(chǔ)》課件第6章

第6章數(shù)控機床加工技術(shù)6.1數(shù)控機床的概念及組成6.2數(shù)控機床的特點和應用6.3數(shù)控加工工藝設計6.4數(shù)控機床坐標系6.5數(shù)控車床6.6數(shù)控銑床6.7加工中心6.8數(shù)控編程實例復習思考題

6.1數(shù)控機床的概念及組成

6.1.1數(shù)控機床的定義

數(shù)控機床是一種綜合運用了計算機技術(shù)、自動控制、精密測量和機械設計等新技術(shù)的機電一體化典型產(chǎn)品,它是一種裝有程序控制系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))的自動化機床。具體地講,把數(shù)字化了的刀具移動軌跡的信息輸入到數(shù)控裝置,經(jīng)過譯碼、運算,從而實現(xiàn)控制刀具與工件的相對運動,加工出所需要的零件的機床即為數(shù)控機床。6.1.2數(shù)控加工技術(shù)的相關(guān)概念

(1)NC(NumericalControl):數(shù)字控制技術(shù),簡稱數(shù)控(系統(tǒng))。

(2)CNC:計算機集成控制技術(shù)。

(3)數(shù)控系統(tǒng):是一種能自動完成信息的處理(輸入、譯碼、運算),從而控制機床的運動和加工過程的控制系統(tǒng)。

(4)數(shù)控編程:數(shù)控編程即對工件編寫加工程序。指對零件圖進行分析、工藝處理、數(shù)學處理、編寫程序單、制作控制介質(zhì)及程序檢驗的全過程。編程方法分手工編程和自動編程。6.1.3數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床主要由數(shù)控程序、輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)、機床本體等組成,如圖6-1所示。

1.數(shù)控程序

數(shù)控機床的程序存儲于介質(zhì)中,存儲的介質(zhì)又稱程序載體,常用的介質(zhì)有穿孔紙帶、盒式磁帶、軟盤、磁盤、U盤等。

2.輸入/輸出裝置

輸入裝置的作用是輸入程序、控制參數(shù)、補償量等。輸出裝置的作用主要是顯示輸入的程序代碼、控制參數(shù)及補償量等,還可實時顯示加工的狀態(tài)。目前常用液晶顯示屏作為輸出裝置。

3.數(shù)控裝置(CNC)

數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心部件,數(shù)控裝置由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。

數(shù)控裝置接受數(shù)字化信息,經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后,將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng),伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動。數(shù)控裝置還能實現(xiàn)控制主運動部件的變速、換向和啟停,控制刀具選擇和交換,控制冷卻、潤滑的啟停,控制工件和機床部件松開、夾緊、分度臺轉(zhuǎn)位等輔助機能。

4.伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)由驅(qū)動器、驅(qū)動電機組成。伺服系統(tǒng)與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。

5.位置反饋系統(tǒng)(檢測反饋系統(tǒng))

位置反饋系統(tǒng)測量執(zhí)行部件的實際進給位置,把檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號反饋給數(shù)控裝置,通過比較,計算實際位置與指令位置之間的偏差,并發(fā)出偏差指令控制執(zhí)行部件的進給

運動。

6.機床本體

機床本體包括主運動部件、進給部件(工作臺、刀架)、基礎(chǔ)支承件(床身、立柱等)、輔助裝置(液壓、氣動、冷卻和潤滑部分)、儲備刀具的刀庫和自動換刀裝置(ATC)。圖6-1數(shù)控機床組成

6.2數(shù)控機床的特點和應用

6.2.1數(shù)控機床的特點

(1)數(shù)控機床一般具有手動加工(用電手輪)、機動加工和控制程序自動加工功能,加工過程中一般不需要人工干預。

(2)數(shù)控機床一般具有CRT屏幕顯示功能,能顯示加工程序、多種工藝參數(shù)、加工時間、刀具運動軌跡以及工件圖形等。數(shù)控機床一般還具有自動報警顯示功能,根據(jù)報警信號或提示,可以迅速查找機器故障。

(3)數(shù)控機床主傳動和進給傳動采用直流或交流無級調(diào)速伺服電動機,一般沒有主軸變速箱和進給變速箱,傳動鏈短。(4)數(shù)控機床一般具有工件測量系統(tǒng)。加工過程一般不需要進行工件尺寸的人工測量。

(5)當對象(工件)改變時,數(shù)控機床只需改變加工程序(應用軟件),不需要對機床作較大的調(diào)整,就能加工各種不同的工件。6.2.2數(shù)控機床的應用

數(shù)控機床是一種高度機電一體化產(chǎn)品,技術(shù)含量高,成本高,使用維修都有一定難度。從最經(jīng)濟的角度出發(fā),數(shù)控機床適應于加工以下類型的零件:

(1)多品種小批零件;

(2)結(jié)構(gòu)較復雜,精度要求較高的零件;

(3)需要頻繁改型的零件;

(4)價格昂貴,不允許報廢的關(guān)鍵零件;

(5)要求精密復制的零件;

(6)需要最短生產(chǎn)周期的急需零件;

(7)要求100％檢驗的零件。6.2.3數(shù)控機床的分類

數(shù)控機床的種類很多,從不同角度對其進行考查,就有不同的分類方法。

1.按工藝用途分

數(shù)控機床是從普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,各種類型的數(shù)控機床基本上起源于同類型的普通機床,按工藝用途分為:數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心、數(shù)控鉆床等。

2.按運動軌跡分

按數(shù)控裝置的功能不同,數(shù)控系統(tǒng)有下列三大類型:

1)點位控制系統(tǒng)

這類數(shù)控裝置在運動過程中不進行切削加工,對運動軌跡沒有要求,要求有較高的終點定位精度。數(shù)控程序中一般不指定進給速度,按事先規(guī)定的速度(較快的定位速度)運動。該系統(tǒng)常用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鉆鏜床上。圖6-2為點位控制示意圖。圖6-2點位控制示意圖

2)直線控制系統(tǒng)

直線運動控制系統(tǒng)通常在坐標軸運動的同時進行切削加工,坐標軸的驅(qū)動要承受切削力。指令中要給出下一位置的數(shù)值,同時給出移動到該位置的進給速度。圖6-3表示直線控制示意圖。圖6-3直線控制示意圖

3)輪廓控制系統(tǒng)

兩個或兩個以上的坐標軸根據(jù)指令要求協(xié)調(diào)地運行。指令中指明運動輪廓曲線的類型(點位、直線、順圓、逆圓,拋物線及樣條曲線等),并指出下一點的位置和移動至該位置的進給速度。各坐標軸的進給速度是根據(jù)輪廓各軸相互位置關(guān)系而變化的。

在輪廓控制系統(tǒng)中采用插補運算來處理各坐標軸速度的變化。各坐標軸一邊移動,刀具一邊進行切削,各坐標軸均承受切削力。數(shù)控車床、數(shù)控銑床及加工中心等均為輪廓控制系統(tǒng)。圖6-4為輪廓控制示意圖。

圖6-4輪廓控制示意圖輪廓控制系統(tǒng)能加工復雜曲面的零件,能控制多坐標軸聯(lián)動的數(shù)控機床,并具有空間直線或圓弧的插補功能。配置有輪廓控制CNC系統(tǒng)的數(shù)控車床,具有兩軸聯(lián)動,能加工外圓、錐度以及母線為曲線的回轉(zhuǎn)體。數(shù)控銑床具有兩軸半或三軸聯(lián)動的CNC系統(tǒng),能進行平面插補或空間插補。兩軸半的數(shù)控銑床,其中兩軸聯(lián)動,當兩軸停止時,另一軸作進給運動。加工中心具有三軸、四軸或五軸聯(lián)動的功能。能加工空間任意曲面,具備直線插補、圓弧插補、樣條插補、漸開線插補、螺旋插補等多種插補功能。插補功能越強與控制的軸數(shù)越多,CNC系統(tǒng)越復雜,造價也越高。能進行輪廓控制的CNC系統(tǒng),也能進行直線控制或點位控制。先進的數(shù)控系統(tǒng)都屬于輪廓控制的CNC系統(tǒng)。

3.按伺服系統(tǒng)的控制方法分

1)開環(huán)控制伺服系統(tǒng)

開環(huán)控制采用步進電機作為驅(qū)動元件,它不需要位置與速度檢測元件,也沒有反饋電路,所以控制系統(tǒng)簡單、價格低廉,特別適合于微型與小型進給裝置上使用。但是由于開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性都難以得到保證,所以在精度要求高的進給裝置上很少使用。開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-5所示。圖6-5開環(huán)控制系統(tǒng)示意圖

2)閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)

閉環(huán)控制通常采用伺服電機作為驅(qū)動元件。閉環(huán)控制將位移與速度傳感器安裝在工作臺或其他執(zhí)行元件上,直接測量和反饋它們的速度與位置,并與數(shù)控裝置的位移指令隨時進行比較和校正。由于傳動系統(tǒng)的剛度、誤差和間隙都已經(jīng)被包含在反饋控制環(huán)路以內(nèi),所以最終實現(xiàn)的精度僅僅取決于檢測元件的測量誤差。閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。圖6-6半閉環(huán)與全閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖閉環(huán)控制理論上具有最高的控制精度,是理想的控制方式。但實際上,在工作臺或其他執(zhí)行部件上直接安裝速度和位移傳感器不僅有安裝和維護上的困難,而且價格往往也較昂貴。此外,由于環(huán)路中不僅包含了整個傳動機構(gòu)的剛性與慣量等因素,而且與導軌的摩擦系數(shù)、傳動件潤滑狀況、油的粘度和間隙的大小等因素有關(guān)。而這些因素又往往是動態(tài)變化的,這就會使伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。因此在實際應用中受到一定的限制。

3)半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)

半閉環(huán)控制的位置與速度傳感器安裝在電機的輸出端,伺服系統(tǒng)直接控制伺服電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角,通過減速器或滾珠絲杠等傳動機構(gòu)間接地控制工作臺或其他執(zhí)行部件的速度與位移。如果傳動機構(gòu)具有足夠的剛性、較小的傳動誤差和間隙可以經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)予以補償,并且具有高精度的機械傳動裝置,則數(shù)控機床的最終加工精度是可以得到保證的。目前,數(shù)控機床大多數(shù)仍然采用半閉環(huán)的控制方式。

6.3數(shù)控加工工藝設計

數(shù)控機床的加工工藝與通用機床的加工工藝有許多相同之處,但在數(shù)控機床上加工零件比通用機床加工零件的工藝規(guī)程要復雜得多。在數(shù)控加工前,要將機床的運動過程、零件的工藝特點、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序。數(shù)控加工工藝設計的主要內(nèi)容如下:

(1)選擇并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。

對于一個零件來說,往往只是其中的一部分工序適合數(shù)控加工。對于通用機床無法加工的工序、通用機床難加工,質(zhì)量也難以保證的工序、用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的工序,可選擇在數(shù)控機床上加工。

(2)對零件圖紙進行數(shù)控加工工藝性分析。

①尺寸標注應符合數(shù)控加工的特點。

在數(shù)控編程中,所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因此零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸,或盡量以同一基準引注尺寸。

②零件圖的完整性與正確性分析。

在程序編制中,編程人員必須充分掌握構(gòu)成零件輪廓的幾何要素及各幾何要素間的關(guān)系。因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義,手工編程時要計算出每個節(jié)點的坐標,無論哪一點不明確或不確定,編程都無法進行。

③零件技術(shù)要求分析。

零件的技術(shù)要求主要指尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等在保證零件使用性能的前提下經(jīng)濟合理。④零件材料分析。

在滿足零件使用性能的前提下,應優(yōu)先選用我國資源豐富、切削加工性能好的材料,使零件加工總成本最低。

⑤定位基準選擇。

在數(shù)控加工中,加工工序往往比較集中,以同一基準定位十分重要。特別是正、反兩面都采用數(shù)控加工的零件,其工藝基準的統(tǒng)一是十分必要的。

(3)數(shù)控加工工藝路線的設計。

數(shù)控加工工藝路線設計是數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。在工藝路線設計中由于數(shù)控加工工序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中,因而要與其他加工工藝銜接好,常見工藝流程如圖6-7所示。圖6-7工藝流程圖

(4)數(shù)控加工的工序設計。

在選擇了數(shù)控加工工藝內(nèi)容和確定了零件加工路線后,即可進行數(shù)控加工工序的設計。數(shù)控加工工序設計的主要任務是進一步把各工序的加工內(nèi)容、切削用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運動軌跡確定下來,為編制加工程序做好準備。

對于要由多臺數(shù)控機床完成加工的零件,劃分工序自然以機床為單位進行,而對于由一臺或少數(shù)數(shù)控機床加工的零件,可按以下原則劃分工序:①以一次工件裝夾所完成的加工內(nèi)容作為一道工序;

②以一個完整數(shù)控程序所完成的加工內(nèi)容作為一道工序;

③以一把刀具所完成的加工內(nèi)容作為一道工序;

④根據(jù)粗、精加工劃分工序。

(5)數(shù)控加工專用技術(shù)文件。

填寫數(shù)控加工專用技術(shù)文件是數(shù)控加工工藝設計的內(nèi)容之一。數(shù)控加工工藝文件是進行數(shù)控加工和產(chǎn)品驗收的依據(jù),主要包括數(shù)控加工編程任務書、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控機床調(diào)整單、數(shù)控加工刀具調(diào)整單、數(shù)控加工進給路線圖、數(shù)控加工程序單。

6.4數(shù)控機床坐標系

6.4.1機床坐標系

1.機床坐標系的確定

1)機床相對運動的規(guī)定

在機床相對運動時,我們認為工件靜止,刀具是運動的。編程人員可以依據(jù)零件圖樣確定機床的加工過程。

2)機床坐標系的規(guī)定

標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關(guān)系可用右手笛卡爾直角坐標系決定,如圖6-8所示。

在數(shù)控機床上,機床的動作是由數(shù)控裝置來控制的,為了確定數(shù)控機床上的成型運動和輔助運動,必須先確定機床上運動的位移和運動的方向,這就需要通過坐標系來實現(xiàn),這個

坐標系被稱為機床坐標系。圖6-8右手笛卡爾直角坐標系

3)運動方向的規(guī)定

規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向,圖6-9所示為數(shù)控車床上兩個運動的正方向。圖6-9數(shù)控機床運動方向

2.坐標軸方向的確定

1)Z坐標

Z坐標的運動方向是由傳遞切削動力的主軸所決定的,即平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標軸,Z坐標的正向為刀具離開工件的方向。

2)X坐標

X坐標平行于工件的裝夾平面,一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時要考慮兩種情況:

(1)如果工件作旋轉(zhuǎn)運動,則刀具離開工件的方向為X坐標的正方向。

(2)如果刀具作旋轉(zhuǎn)運動,則分為兩種情況:Z坐標水平時,觀察者沿刀具主軸向工件看時,+X運動方向指向右方;Z坐標垂直時,觀察者面對刀具主軸向立柱看時,+X運動方向

指向右方。

3)Y坐標

在確定X、Z坐標的正方向后,可以根據(jù)X和Z坐標的方向,按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。圖6-10所示為數(shù)控車床的坐標系,圖6-11所示為數(shù)控銑床的坐標系。圖6-10數(shù)控車床坐標系圖6-11數(shù)控銑床坐標系

3.機床原點的設置

機床原點是指在機床上設置的一個固定點,即機床坐標系的原點。它在機床裝配、調(diào)試時就已確定下來,是數(shù)控機床進行加工運動的基準參考點。

4.機床參考點

機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。

機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的,坐標值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數(shù)。

通常在數(shù)控銑床上,機床原點和機床參考點是重合的;而在數(shù)控車床上,機床參考點是離機床原點最遠的極限點。圖6-12為數(shù)控車床的參考點與機床原點。圖6-12機床參考點6.4.2編程坐標系

編程坐標系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。

編程坐標系一般供編程使用,確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如圖6-13所示,其中O2即為編程坐標系原點。

編程原點是根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標系的原點。

圖6-13編程坐標系

編程原點應盡量選擇在零件的設計基準或工藝基準上,編程坐標系中各軸的方向應該與所使用的數(shù)控機床相應的坐標軸方向一致。如圖6-13右圖中O2為車削零件的編程原點。6.4.3加工坐標系

加工坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。

加工原點也稱為程序原點,是指零件被裝夾好后,相應的編程原點在機床坐標系中的位置。

6.5數(shù)控車床

6.5.1數(shù)控車削的基本特征與加工范圍

數(shù)控車削的基本特征是:工件作回轉(zhuǎn)運動,刀具作直線或曲線運動,刀尖相對工件運動的同時切除一定的工件材料,從而形成相應的工件表面。其中,工件的回轉(zhuǎn)運動為切削主運動,刀具的直線或曲線運動為進給運動,兩者共同組成切削成型運動。

數(shù)控車床主要用于軸類和盤類回轉(zhuǎn)體零件的多工序加工,具有高精度、高效率、高柔性化等綜合特點,其加工范圍較普通車削廣,不僅可以進行車削,還可以進行銑削。6.5.2數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床種類較多,但主體結(jié)構(gòu)都是由車床主體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)三大部分組成的。

數(shù)控臥式車床的基本結(jié)構(gòu)如圖6-14所示。數(shù)控立式車床的基本結(jié)構(gòu)如圖6-15所示。圖6-14數(shù)控臥式車床圖6-15數(shù)控立式車床6.5.3數(shù)控車床的主要加工對象

數(shù)控車削加工是數(shù)控加工中用得最多的加工方法之一,由于數(shù)控車床具有精度高,能做直線和圓弧插補以及在加工過程中能自動變速,適合于車削具有以下要求和特點的零件:(1)精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件;

(2)帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件;

(3)表面形狀復雜的回轉(zhuǎn)體零件;

(4)其他形狀復雜的零件。

6.6數(shù)控銑床

數(shù)控銑床是一種加工功能很強的數(shù)控機床,如圖6-16所示,在數(shù)控加工中占據(jù)著重要的地位。世界上首臺數(shù)控機床就是一臺三坐標銑床。

現(xiàn)在數(shù)控銑床已全面向多軸化發(fā)展,目前迅速發(fā)展的加工中心和柔性制造單元也是在數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。圖6-16數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)6.6.1數(shù)控銑床的主要加工對象

數(shù)控銑床是用來加工工件的平面、內(nèi)外輪廓、孔和攻螺紋,并可通過兩軸聯(lián)動加工零件的平面輪廓,通過兩軸半控制、三軸或多軸聯(lián)動來加工空間曲面零件。6.6.2數(shù)控銑床的類型

數(shù)控銑床分類方法如下:

(1)按體積大小可分為小型、中型及大型數(shù)控銑床;

(2)按主軸布局形式分為立式、臥式及立臥兩用式數(shù)控銑床;

(3)按控制坐標的聯(lián)動軸數(shù)分為兩軸半控制、三軸控制及多軸控制數(shù)控銑床。

6.7加工中心

6.7.1加工中心的特點

加工中心(CNCmachiningcenter)又稱多工序自動換刀數(shù)控機床,如圖6-17所示。加工中心的突出特征是設置有刀庫,刀庫中存放著各種刀具和檢具。加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它們都是通過程序控制多軸聯(lián)動走刀進行加工的數(shù)控機床,不同的是加工中心具有刀庫和自動換刀功能。圖6-17加工中心的外形6.7.2加工中心的用途

加工中心具備多種加工能力,能實現(xiàn)工件一次裝卡后

的銑、鉆、鉸、攻絲等綜合加工。對中等加工難度的批量工件,其生產(chǎn)效率是普通設備的5～10倍。加工中心對形狀復雜、精度要求高的單件加工或小批量生產(chǎn)更為適用,調(diào)換工藝時能體現(xiàn)出相對的柔性。

加工中心控制系統(tǒng)功能較多,機床運動至少用三個運動坐標軸,多的達十幾個。加工中心還具有各種輔助機能,如加工固定循環(huán)、刀具半徑自動補償、刀具長度自動補償、刀具破損報警、刀具壽命管理、過載超程自動保護、絲杠螺距誤差補償、絲杠間隙補償、故障自動診斷、工件與加工過程圖形顯示、人機對話、工件在線檢測和加固自動補償、離線編程等,這些對提高設備的加工效率,保證產(chǎn)品的加工精度等都起到了保證作用。加工中心既可以單機使用,也能在計算機輔助控制下多臺同時使用,構(gòu)成柔性生產(chǎn)線,還可以與工業(yè)機器人、立體倉庫等組合成無人工廠。隨著21世紀現(xiàn)代制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展,

機械加工的工藝與裝備在數(shù)字化基礎(chǔ)上正向智能化、信息化、網(wǎng)絡化邁進,而作為前沿工藝裝備的先進數(shù)控設備大量取代傳統(tǒng)機加工設備將是必然趨勢。6.7.3加工中心的結(jié)構(gòu)

1.基礎(chǔ)部件

基礎(chǔ)部件一般指床身、立柱和工作臺,它們是組成加工中心的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這些大件是鑄鐵件或焊接的鋼結(jié)構(gòu)件,在加工中心中質(zhì)量和體積最大。由于它們要承受加工中心的靜負荷以及在加工時的切削負載,因此應是剛度很高的部件。

2.主軸部件

主軸部件一般由軸箱、主軸電機、主軸、主軸軸承等零件組成。主軸部件的啟動、停止和速度變化等均由數(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。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件,其結(jié)構(gòu)特征直接關(guān)系到加工中心的使用性能。

3.數(shù)控系統(tǒng)

單臺加工中心的數(shù)控系統(tǒng)(NC)由數(shù)控裝置、可編程序控制器、伺服式驅(qū)動裝置及電機等部分組成。它們是加工中心進行加工過程控制和執(zhí)行順序動作的控制中心。

4.自動換刀系統(tǒng)

自動換刀系統(tǒng)(ATC)由刀庫、機械手等部件組成。刀庫是存放加工過程中所要使用的全部刀具的裝置,圖6-18為無臂式刀庫,圖6-19為有臂式刀庫。當需要換刀時,根據(jù)數(shù)控系

統(tǒng)的指令由機械手或通過其他方式將刀具從刀庫上取出后裝入主軸孔中,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)直接換刀。圖6-18無臂式刀庫外形圖6-19有臂式刀庫外形

5.輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括潤滑、冷卻排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖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到保證作用,也是加工中心不可缺少的部分。

6.自動托盤交換系統(tǒng)(APC)

為縮短非切削時間,有的加工中心配有兩個自動交換工件的托盤,一個在工作臺上加工,另一個在工作臺外裝卸工件,即自動托盤交換系統(tǒng)(APC)。當完成一個托盤上工件的加工后,便自動交換托盤,進行新的加工,以減少輔助時間,提高加工效率。6.7.4自動交換裝置

1.自動換刀裝置的形式

1)回轉(zhuǎn)刀架

回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置的刀具數(shù)量有限,但結(jié)構(gòu)簡單,維護方便。如數(shù)控車床上的回轉(zhuǎn)刀架。

2)帶刀庫的自動換刀裝置

帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和機械手組成,是多工序數(shù)控機床上應用最廣泛的換刀裝置。加工時,把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上,在機外進行尺寸預調(diào)后,按一定的方式放入刀庫。換刀時先在刀庫中進行選刀,并由機械手從刀庫和主軸上取出刀具,在進行刀具交換之后,將新刀具裝入主軸,把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫有較大的容量,它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方,也可以作為獨立部件安裝在機床以外。

2.換刀過程

自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。選刀即刀庫按照選刀命令自動將要用的刀具移動到換刀位置,完成換刀過程,為下面換刀做好準備;換刀即把主軸上用過的刀具取下,將選好的刀具安裝在主軸上。

3.刀具的選擇方法

數(shù)控機床常用的選刀方式有順序選刀方式和任選方式兩種。順序選刀方式是將加工所需要的刀具按預先確定的加工順序依次安裝在刀座中。換刀時,刀庫按順序轉(zhuǎn)位。這種方式刀庫運動簡單,但刀庫中刀具順序不能錯。任選方式是對刀具或刀座進行編碼并根據(jù)編碼選刀,它可分為刀具編碼和刀座編碼兩種方式。6.7.5加工中心的加工范圍

在生產(chǎn)中加工中心適合的加工范圍為：

(1)中小批量、周期性地進行加工、品種多變并有一定復雜程度的零件。

(2)需加工多個不同位置的平面和孔系的箱體或多棱體零件。

(3)不同類型表面之間有較高的位置精度要求的零件。

(4)加工精度一致性要求較高的零件。

(5)切削條件多變的零件。

(6)形狀簡單,可成組安裝在工作臺夾具上進行多品種同時加