加工中心在箱体上的应用

1、 第31页毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 加工中心在箱体上的应用 姓 名： 编 号： TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc259972275 摘 要 PAGEREF _Toc259972275 h 3 HYPERLINK l _Toc259972276 第1章 主轴部件精度 PAGEREF _Toc259972276 h 5 HYPERLINK l _Toc259972277 第2章 主轴部件结构 PAGEREF _Toc259972277 h 5 HYPERLINK l _Toc259972278 2.1 主轴 PAGEREF _Toc2599722

2、78 h 5 HYPERLINK l _Toc259972279 第3章 加工中心的结构 PAGEREF _Toc259972279 h 6 HYPERLINK l _Toc259972280 3.1基础部件 PAGEREF _Toc259972280 h 6 HYPERLINK l _Toc259972281 3.2 主轴部件 PAGEREF _Toc259972281 h 6 HYPERLINK l _Toc259972282 第4章 加工中心对结构的要求 PAGEREF _Toc259972282 h 6 HYPERLINK l _Toc259972283 4.1 具备更高的静动刚度 P

3、AGEREF _Toc259972283 h 6 HYPERLINK l _Toc259972284 4.2有更小的热变形 PAGEREF _Toc259972284 h 7 HYPERLINK l _Toc259972285 4.3 运动件间的摩擦小并消除传动系统间隙 PAGEREF _Toc259972285 h 7 HYPERLINK l _Toc259972286 4.4寿命高、精度保持性好 PAGEREF _Toc259972286 h 7 HYPERLINK l _Toc259972287 第5章 加工中心的其他装置 PAGEREF _Toc259972287 h 9 HYPERL

4、INK l _Toc259972288 5.1、支撑系统 PAGEREF _Toc259972288 h 9 HYPERLINK l _Toc259972289 5.2 刀库及自动换刀装置 PAGEREF _Toc259972289 h 10 HYPERLINK l _Toc259972290 5.3 加工中心的自动换刀装置 PAGEREF _Toc259972290 h 10 HYPERLINK l _Toc259972291 5.4 二轴转动式换刀装置 PAGEREF _Toc259972291 h 11 HYPERLINK l _Toc259972292 5.5、位置检测装置 PAGER

5、EF _Toc259972292 h 12 HYPERLINK l _Toc259972293 5.5.1 光栅 PAGEREF _Toc259972293 h 12 HYPERLINK l _Toc259972294 5.5.2磁栅的结构和工作原理 PAGEREF _Toc259972294 h 12 HYPERLINK l _Toc259972295 第6章 加工中心加工工件的安装 PAGEREF _Toc259972295 h 13 HYPERLINK l _Toc259972296 6.1 加工中心加工定位基准的选择： PAGEREF _Toc259972296 h 13 HYPERL

6、INK l _Toc259972297 6.2 加工中心夹具的确定： PAGEREF _Toc259972297 h 14 HYPERLINK l _Toc259972298 6.3加工中心夹具的选用原则： PAGEREF _Toc259972298 h 14 HYPERLINK l _Toc259972299 6.4 加工中心刀具选择技巧 PAGEREF _Toc259972299 h 14 HYPERLINK l _Toc259972300 第7章 加工中心掉刀故障分析与处理简介 PAGEREF _Toc259972300 h 15 HYPERLINK l _Toc259972301 7.

7、1心掉刀故障分析与处理 PAGEREF _Toc259972301 h 15 HYPERLINK l _Toc259972302 7.2 工中心参考点及其故障诊断 PAGEREF _Toc259972302 h 16 HYPERLINK l _Toc259972303 7.2.1.使用绝对脉冲编码器的机床回原点时的原点漂移 PAGEREF _Toc259972303 h 18 HYPERLINK l _Toc259972304 7.2.2全闭环系统中的原点漂移 PAGEREF _Toc259972304 h 19 HYPERLINK l _Toc259972305 7.2.3原点漂移数个脉冲

8、PAGEREF _Toc259972305 h 19 HYPERLINK l _Toc259972306 第8章 考虑轴向切削力的立式加工中心刀具伸出长度测量 PAGEREF _Toc259972306 h 20 HYPERLINK l _Toc259972307 8.1 数控车床和加工中心典型加工零件的高效加工工艺研究成果介绍 PAGEREF _Toc259972307 h 21 HYPERLINK l _Toc259972308 8.1.1关键技术 PAGEREF _Toc259972308 h 21 HYPERLINK l _Toc259972309 8.1.2.取得的主要成果 PAGE

9、REF _Toc259972309 h 22 HYPERLINK l _Toc259972310 8.2 RFMH80/RFMH80P卧式加工中心系列 PAGEREF _Toc259972310 h 24 HYPERLINK l _Toc259972311 8.2.1零件工艺过程分析及工序安 PAGEREF _Toc259972311 h 26 HYPERLINK l _Toc259972312 8.2.2 毛坯准备 PAGEREF _Toc259972312 h 26 HYPERLINK l _Toc259972313 8.2.3工序1夹具的设计和使用及加工工艺过程 PAGEREF _Toc

10、259972313 h 26 HYPERLINK l _Toc259972314 8.2.4 工序2夹具的设计和适用及工艺过程 PAGEREF _Toc259972314 h 27 HYPERLINK l _Toc259972315 8.3 程序编制 PAGEREF _Toc259972315 h 27 HYPERLINK l _Toc259972316 8.4切削用量选择 PAGEREF _Toc259972316 h 28 HYPERLINK l _Toc259972317 8.5刀具选择 PAGEREF _Toc259972317 h 28 HYPERLINK l _Toc2599723

11、18 第9章 结论 PAGEREF _Toc259972318 h 29摘 要随着数控技术的发展和普及，加工中心的作用越发突显它的重要性。为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，也就是所说的刀库，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。本论文是开发设计出一种体积小、结构紧凑、价格

12、较低、生产周期短的小型立式加工中心刀库本文。首先介绍了国内外加工中心研究现状及发展趋势，阐明了本课题研究的目的、意义。然后进一步介绍本小型加工中心刀库总体结构和各部件方案的选择，并在此基础上进行了小型加工中心刀库的机械结构的设计计算，主要包括刀盘部件设计（含刀盘，夹块，刀爪），刀库转动定位机构设计（含转臂，槽轮，滚子，锁止盘），刀库总体机构设计（含轴承套，轴，箱盖，箱体）刀库移动部分设计。Along with the numerical control technology development and thepopularization, the processing center fun

13、ction reveals its importance even moresuddenly.For further enhances the numerical control engine laths the processingefficiency, the numerical control engine laths is clamping to the work piece in anengine laths attire then completes the multi-channel working procedure or the completeworking procedu

14、re processing direction develops, therefore appeared each kind of typeprocessing center engine laths, like the turning center, the boring mill processing center,drills truncates center and so on.This kind of working procedure processing numericalcontrol engine laths must use many kinds of cutting to

15、ols in the processing process,therefore must have trades the knife installment automatically, also is the knifestorehouse which said, in order to select the different cutting tool, completes thedifferent working procedure the processing craft.Trades the knife equipment to haveautomatically to have t

16、rades the knife time short, the cutting tool repetition pointingaccuracy high, the enough cutting tool margin, the area small, safe reliable and so onthe characteristics.The present paper is the development designs one kind of volume slightly, thestructure compact, the price is low, production cycle

17、 short small vertical processingcenter knife storehouse this article.First introduced the domestic and foreignprocessing center research present situation and the trend of development, haveexpounded this topic research goal, the significance.Then further introduced this smallprocessing center knife

18、storehouse overall structure and various parts plan choice, andhas carried on the small processing center knife storehouse mechanism designcalculation in this foundation, mainly includes the knife storehouse overallorganization design, the electrical machinery selection, the knife storehouse rotatio

19、ndetent mechanism design knife storehouse migration part design and so on.Keywords: numerically controlled lathe; machining centers ; cut database ;mechanical hand第1章 主轴部件精度加工中心主轴部件由主轴动力、传动及主轴组件组成，它是加工中心成型运动的重要执行部件之一，因此要求加工中心的主轴部件具有高的运转精度、长久的精度保持性以及长时 fdl 运行的精度稳定性。加工中心通常作为精密机床使用，主轴部件的运转精度决定了机床加工精度的高

20、低考核机床的运转精度一般有动态检验和静态检验两种方法。静态检验是指在低速或手动转动主轴情况下，检验主轴部件各个定位面及工作表面的跳动量动态检验则需使用一定的仪器在机床主轴额定转速下采用非接触的检测方法检验主轴的回转精度。由于加工中心通常具有自动换刀功能，刀具通过专用刀柄由安装在加工中心主轴内部的拉紧机构紧固。因此主轴的回转精度要考虑由于刀柄定位面的加工误差所引起的误差。加工中心主轴轴承通常使用C级轴承，在二支承主轴部件中多采用4-1、2-2组合使用，即前支承和后支承分别用四个向心推力轴承和一个向心球轴承，或前、后支承都使用两个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系对于轻型高精度加工中心，也有前、后

21、支承各使用一个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系，该种结构适宜高精度、高速主轴部件的场合简单的主轴轴承组合，可以大大降低主轴部件的装配误差和热传导引起的主轴隙丧失，但主轴的承载能力会有较大幅度的下降。第2章 主轴部件结构2.1 主轴主轴前端有7：24的锥孔用于装夹BT40刀柄或刀杆主轴端面有一瑞面键既可通过它传递刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位主轴的主要尺寸参数包括：主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构上艺性和主轴组件的工艺适用范围，主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。主轴材料常采用的有 45 钢、

22、Gcr15 等，需经渗氮和感应加热悴火。加下中心的主轴支承形式很多其中立式加工中心的主轴前支承采用四个向心推力球轴承，后支承采用一个向心球轴承，这种支承结构使主轴的承载能力较高，且能适应高速的要求。主轴支承前端定位，主轴受热向后伸长，能较好地满足精度需要，只是支承结构较为复杂。 刀具自动卡紧机构加工中心可以白动换刀，所以，主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具的功能。刀具的自动夹紧机构安装在主轴的内部，图2一7所示为刀具的夹紧状态刀柄1由主轴抓刀爪2 央持，碟形弹簧5通过拉杆4、抓刀爪 2 ，在内套 3 的作用下将刀栖的拉钉拉紧，当换刀时，要求松开刀柄此时将主轴上端气缸的上腔通压缩空气，活塞7带动压

23、杆8及拉4向下移动同时压缩碟形弹簧5，当拉杆4下移到使抓刀爪2的下端移出内套3时卡爪张开同时拉杆4将刀柄顶松，刀其即可由机械手或刀库拔出。待新刀装入后，气缸6的下腔通压缩空气在碟形弹簧的作用下活塞带动抓刀爪上移抓刀爪拉杆贯新进人内套3 ，将刀柄拉紧。活塞7移动的两个极限位置分别设有行程开关10，作为刀具夹紧和松开的信号。第3章 加工中心的结构3.1基础部件加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体上是由以下几大部分组成由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须具备更高的静动刚

24、度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。3.2 主轴部件由主轴箱、主袖电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具进行切削。主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。由 CNC 装置、可编程序控制器、伺眼驱动装置以及电动机等部分组成是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力，有一套自动换刀装置。第4章 加工中心对结构的要求4.1 具备更高的静动刚度加工中心价格昂贵，其加工费用比传统机床要高得多，这就要求必须采取

25、措施大幅度地压缩单件加工时间。压缩单件加工时间包括两个方面：一方面是新型刀具材料的发展，使切削速度成倍地提高，大大缩短了切削时回；另一方面，采用自动换刀系统，加快装夹变换等操作，这又大大减少了辅助时间。这些措施大幅度地提高了生产率，获得了好的经济效益，然而，也明显地增加了机床的负载及运转时间。另外，机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等部件的结构刚度将影响它们本身的几何精度及因变形所产生的误差所有这些因素都要求数控机床具有更高的静刚度。切削过程中的振动不仅直接影响零件的加工精度和表面质量，还会降低刀具寿命，影响生产率。而加工中心又是连续作业，不可能在加工中作人为调整（如改变切削用量或改变刀具的

26、几何角度）来消除或减少振动，因此，还必须提高加工中心的动刚度。在设计加工中心结构时，考虑到这些因素，其基础大件通常采用封闭箱形结构，合理地布且加强筋板以及加强各部件的接触刚度，有效地提高了机床的静刚度。另外，调整构件的质盘可能改变系统的自振频率，增加阻尼可以改善机床的阻尼特性是提高机床动刚度的有效措施。4.2有更小的热变形加工中心在加工中受切削热、摩擦热等内外热源的影响，各部件将发生不同程度的热变形，这将影响工件的加工精度。由于加工中心的主轴转速、进给速度及切削量等都大于传统机床，而且工艺过程自动化，常常是连续加工，因而产生的热里也多于传统机床，这就要求必须采取措施减少热变形对加工精度的影响。

27、主要措施有：对发热源采取有效的液冷、风冷等方法来控制温升；改善机床结构，使构件的热变形发生在非误差敏感方向上。例如卧式加工中心的立柱采用框式双立柱结构左右对称，热变形对主轴轴线产生垂直方向的平移，它可以由坐标修正量进行补偿，减少发热，尽可能将热源从主机中分离出去。4.3 运动件间的摩擦小并消除传动系统间隙加工中心工作台的位移最以脉冲当童作为它的最小单位，在对刀、工件找正等情况下，工作台常以极低的速度运动。这就要求工作台能对数控装置发出的指令作出准确响应，它与运动件的摩擦特性有关。加工中心采用滚动导轨和静压导轨，滚动导轨和加压导轨的静摩擦力较小，并且在润滑油的作用下，它们的摩擦力随运动速度的提高

28、而加大，这就有效地避免了低速爬行现象，从而使加工中心的运动平稳性和定位精度都有所提高。进给系统中采用滚珠丝杠代替滑动丝杠，也是基于同样的道理另外，采用脉冲补偿装置进行螺距补偿，消除了进给传动系统的间隙，也有的机床采用无间隙传动副。4.4寿命高、精度保持性好良好的润滑系统保证了加工中心的寿命，导轨、进给丝杠及主轴部件都采用新型的耐磨材料。使加工中心在长期使用过程中能够保持良好的精度加工中心采用多主轴、多刀架及自动换刀装置，一次装央完成名工序的加工，节省了大量装卡换刀时间。由于不需要人工操作，故采用了封闭或半封闭式加工，使人机界面明快、干净、协调。机床各部分的互镇能力强，可防止事故发生，改善了操作

29、者的观察、操作和维护条件，并设有紧急停车装置，以避免发生惫外事故所有操作都集中在一个操作面板上，一目了然，减少了误操作 加工中心（Machining Center）是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到高度重视。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，加工广泛应用于机械制造中。与普通数控机床相比，它具有以下几个突出特点:（l）工序集中加 工中心备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工，使得工件在一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，以及其他辅

30、助功能，现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加 工，即工序集中这是加工中心最突出的特点。（2）对加工对象的适应性强加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上而且可以快速实现批量生产，提高市场竞争能力。3）加工精度高加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而且加工中心由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为千扰，故加工精度更高，加工质量更加稳定。4）加工生产率高零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。加工中心带有刀库和自动换刀装置，在一台机床上能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半

31、成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率（切削时间和开动时间之比）高于普通机床34倍，达80以上。（5）操作者的劳动强度减轻加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。（6）经济效益高使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的，但在单件、小批生产的情况下，可以节省许多其他方面的费用，因此能获得良好的经济效益。例如，在加工之前节省了划线工时，在零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间，减少了直接

32、生产费用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具，省去了许多工艺装备，减少了硬件投资还由于加工中心的加工稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。（7）有利于生产管理的现代化用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于使生产管理现代化。当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。加工中心的工序集巾加工方式固然有其独特的优点，但也带来不少问题，列举如下。 粗加工后直接进人精加工阶段，工件的温升来不及回复，冷却后尺寸变动，影响零件精度。 工件由毛坯直接加工为成品

33、，一次装夹中金属切除量大、几何形状变化大，没有释放应力的过程，加工完了一段时间后内应力释放，使工件变形。 切削不断屑，切屑的堆积、缠绕等会影响加工的顺利进行及零件表面质量，甚至使刀具损坏、工件报废。 装夹零件的夹具必须满足既能承受粗加工中大的切削力，又能在精加工中准确定位的要求，而且零件夹紧变形要小。 由于 ATC 的应用，使工件尺寸受到一定的限制，钻孔深度、刀具长度、刀具直径及刀具质量也要加以考虑。第5章 加工中心的其他装置 5.1、支撑系统 床身 床身是机床的基础件，要求具有足够高的静、动刚度和精度保持性。在满足总体设计要求的前提下，应尽可能做到既要结构合理、筋板布置恰当，又要保证良好的冷

34、、热加工工艺性。 车削加工中心床身，为提高其刚性，一般采用斜床身，斜床身可以改善切削加工时的受力情况，截面可以形成封闭的腔形结构，其内部可以充填泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时利用相对磨损来耗散振动能量。 立柱 加工中心立柱主要是对主轴箱起到支承作用，满足主轴的 Z 向运动，立柱应具有较好的刚性和热稳定性。加工中心采用封闭的箱形结构，内部采用斜板提高立柱的抗弯、抗扭能力，整个结构采用铸造实现。 导轨 加工中心的导轨大都采用直线滚动导轨，滚动导轨摩擦系数很低、动静摩擦系数差别小，低速运动平稳、无爬行，因此可以获得较高的定位精度。但是这些精度的实现，必须建立在底座处于正确状态的基础上，否则垂直方向

35、的支撑高低误差会造成结构侧向扭曲进而造成全行程内摩擦阻力的变化导致产生定位精度的误差。以往采用滑动导轨时，导轨的配合面要刮研精修，在装配过程中可发现导轨扭曲现象，并通过修配实现校正。改用滚动导轨，不存在修正过程，很难避免床身扭曲或安装所造成的轨道扭曲因此采用三点支撑的底座是治木之道。5.2 刀库及自动换刀装置 加工中心利用刀库实现换刀，这是目前加工中心大量使用的换刀方式。由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。 刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无

36、机械手换刀两种情况在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置完成换刀过程。无机械手换刀时，刀库中刀具存放方向与主轴平行，刀具放在主轴可到达位置换刀时，主轴箱移到刀库换刀位置上方，利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处，然后刀库中待换刀具转到待命位置主轴 Z 向运动将待用刀具从刀库中取出，并将刀具插人主轴。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活，换刀时间短。无机械手方式结构简单，只是换刀时间要长。 加工中心刀库形式 刀库有多种形式，加工中心常用的有盘式、链式两种刀

37、库。 盘式结构，刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放，刀具轴向安装的结构最为紧凑但为了换刀时刀具与主轴同向，有的刀库中的刀具需在换刀位置作 900 翻转。在刀库容量较大时，为在存取方便的同时保持结构紧凑，可采取弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时，也有安装在单独的地基上，以隔离刀库转动造成的振动，链式刀库，通常刀具容量比盘式的要大，结构也比较灵活。可以采用加长链带方式加大刀库的容量，也可采用链带折叠回绕的力式提高空间利用率，在要求刀具容量很大时还可以采用多条链带结构。5.3 加工中心的自动换刀装置 自动换刀装置可分为五种基本形式，即转塔式、 1800 回转式、回

38、转插人式、二轴转动式和主轴直接式。自动换刀的刀具可靠固紧在专用刀夹内，每次换刀时将刀夹直接装人主轴。1） 转塔式换刀装置 用转塔实现换刀是最早的自动换刀方式。转塔是由若干与铣床动力头（主轴箱）相连接的主轴组成在运行程序之前将刀具分别装人主轴，需要哪把刀具时，转塔就转到相应的位置。 这种装置的缺点是主轴的数量受到限制。要使用数量多于主轴数的刀具时，操作者必须卸下已用过的刀具，并装上后续程序所需要的刀具。转塔式换刀并不是拆卸刀具，而是将刀具和刀夹一起换下，所以这种换刀方式很快。目前NC钻床等还在使用转塔式刀库。2）1800回转式换刀装置 最简单的换刀装置是1800回转式换刀装置，接到换刀指令后，机

39、床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置；与此同时，刀具库运动到适当位置，换刀装置回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合；拉杆从主轴刀具上卸掉，换刀装置将刀具从各自的位置上取下；换刀装置回转1800并将主轴刀具与刀具库刀具带走；换刀装置回转的同时，刀具库重新调整其位置，以接受从主轴取下的刀具；接下来，换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装人主轴和刀具库；最后，换刀装置转回原“待命”位置。至此，换刀完成，程序继续运行。这种换刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少、换刀快。主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内，与侧置后置刀具库相比，切屑及切削液易进人刀夹，因此必须对刀具另加防护。刀夹锥面上有切

40、屑会造成换刀误差，甚至有损坏刀夹与主轴的可能。有些加工中心使用了传递杆，并将刀具库侧置。当换刀指令被调用时，传递杆将刀具库的刀具取下，转到机床前方，并定位于与换刀装置配合的位置。1800回转式换刀装置既可用于卧式机床，也可用于立式机床。1） 回转插人式换刀装置 回转插人式换刀装置（最常用的形式之一），是回转式换刀装置的改进形式。回转插人机构是换刀装置与传递杆的组合。为回转插人式换刀装置的工作原理，其应用在卧式加工中心上。这种换刀装置的结构设计与1800回转式换刀装置基本相同。当接到换刀指令时，主轴移至换刀点，刀具库转到适当位置，使换刀装置从其槽内取出欲换上的刀具；换刀装置转动并从位于机床一侧的

41、刀具库中取出刀具，换刀装置回转至机床的前方，在该位置将主轴上的刀具取下，回转1800将欲换上的刀具装人主轴；与此同时，刀具库移至适当位置以接受从主轴取下的刀具；换刀装置转到机床的一侧，并将从主轴取下的刀具放入刀具库的槽内。这种装置的主要优点是刀具存放在机床的一侧，避免了切屑造成主轴或刀夹损坏的可能性。与 1800 回转式换刀装置相比，其缺点是换刀过程中的动作多，换刀所用的时间长。5.4 二轴转动式换刀装置 二轴转动式换刀装置的工作原理。这种换刀装置可用于侧置或后置式刀具库，其结构特点最适用于立式加工中心。接到换刀指令，换刀机构从“等待”位置开始运动，夹紧主轴上的刀具并将其取下，转至刀具库，并将

42、刀具放回刀具库；从刀具库中取出欲换上的刀具，转向主轴，并将刀具装人主轴；然后返回“等待”位置，换刀完成。 这种装置的主要优点是刀具库位于机床一侧或后方，能最大限度地保护刀具。其缺点是刀具的传递次数及运动较多。这种装置在立式加工中心中的应用已逐渐被 1800 回转式和主轴直接式换刀装置所取代。1） 主轴直接式换刀装置 主轴直接式换刀装置不同于其他形式的换刀装置。这种装置中，要么刀具库直接移到主轴位置，要么主轴直接移至刀具库。换刀装置在卧式加工中心中的应用。换刀时，主轴移动到换刀位置，圆盘式刀具库转至所需刀槽的位置，将刀具从“等待”位置移出至换刀位置，并与装在主轴内的刀夹配合；拉杆从刀夹中退出，刀

43、具库前移，卸下刀具；然后刀具库转到所需刀具对准主轴的位置，向后运动，将刀具插入主轴并固紧；最后，刀具库离开主轴向上移动，回到“等待”位置，换刀完成。对于立式加工中心，小型的一般是刀库移动实现换刀；一些大型床，换刀过程与上述有所不同，由于大型机床的刀具库太大，移动不方便，所以是主轴移动实现卸、装刀具，或使用机械手实现换刀。机械手臂和手爪的结构，为机械手换刀的工作过程。5.5、位置检测装置5.5.1 光栅 光栅的结构 光栅测量装置包括光标尺和光电读数装置两部分。光标尺是一条上面刻有一系列平行等间距密集刻线的透明玻璃片，或是带有全反射等间距密集刻线的长条形金属镜面。前者称为透射式光栅，后者称为反射式

44、光栅。在数控系统中用得比较多的是透射式光栅。常用透射光栅的光标尺的刻线密度有25条/mm，50条/mm，100条/mm和250条/mm等4种。光标尺实际上是一根有着很密刻线的尺子，每根刻线的间隔代表一个准确的微小尺寸。光电读数装置由光源、聚光镜、指示光栅和光电池组成， 光栅的读数理论上，用光栅测量位移时，只要数出测量对象上某一个确定点相对于光栅移过的刻线即可。实际上，由于刻线过密，直接对刻线计数很困难，因而目前利用光栅的莫尔条纹或相位干涉条纹进行计数。此时指示光栅的刻线与光标尺的刻线完全一样，是等距的。安装时光标尺的刻线与指示光栅的刻线有一夹角，这样在光标尺的横向方向就产生黑白相间的莫尔干涉条

45、纹。莫尔条 当指示光栅相对于光标尺移动时，莫尔条纹沿其垂直方向上、下移动。移过的莫尔条纹数等于移过的光栅的刻线数。沿着莫尔条纹的移动方向放置四杜光电池，其间距为莫尔条纹的1/4，这样就可产生相位差为90。的四个信号。通过细分和辨向电路将这些信号进行处理即可检测位移量及运动方向。主光栅与指示光栅的刻线宽度札同，但刻线的距离不相等。若以主光栅的刻线为基准，指示光栅的四条刻结依次错开00、900、1800、2700，光电池为水平方向排列，当指示光栅相刘于主光栅移动时，光电池各瞬间接受的光通量就不同，产生的电势相位彼此错开900。这些信号经过细分和辨向电路的处理，即可测知移动量和移动丈向。因为指示光栅

46、的刻线是按相位排列的，故称这种光栅为相位光栅。5.5.2磁栅的结构和工作原理 磁栅（又称磁尺）也是一种电磁监测装置。它利用磁记录原理，将一定波长的矩形波或正弦波由信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上，作为测量基准。检测时，磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号，并通过检测电路将磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输人给数控机床。 磁栅传感器由磁胜标尺、磁头和检测电路三部分组成，磁性标尺是在不导磁材料（如玻璃、铜或其他合成材料）的基体上，采用涂敷、化学沉淀或电镀等方法覆盖上一层1020产贝厚的磁性材料，形成一层均匀的磁性薄膜，然后采用录磁的方法在磁胜薄膜上录上等 距离的周期

47、性的磁化信号。磁化信号的周期称为节距人，有0.05mm、0.1mm、0.2mm、1mm等几种，按磁性标尺基体形状的不同，磁性标尺可分为用于直线测量的平面实体性磁尺、带状或同轴线装标尺，用于角度位移测量的回转型磁性标尺。 磁头是进行磁一电转换的转换器，磁头将反映位置变化的磁性信号检测出来，并转换成电信号送给检测电路。 在进行位置检测时，为了在低速甚至静止时也能得到位置信号，必须采用磁通响应型磁头（又叫磁调制式磁头）。磁通响应型磁头由铁芯、励磁绕组W1、输出绕组巩组成。磁通响应型磁头有两组绕组，即绕在磁路截面尺寸较小的横臂上的励磁绕组W1和绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上的输出绕组W2当对W1施加励磁

48、电流ia=i0sint时，在ia的瞬时值大于某一个数值以后，横臂的铁心材料饱和，这时磁阻很大，磁路被阻断，磁性标尺的磁通不能通过磁头闭合，输出线圈W1与0不交链，当ia的的瞬时值小于某一个数值时，所感生的磁通也随之降低，两根横臂中的磁阻相应减小，磁路开路。输出线圈W2与0串联。励磁线圈的作用相当于磁开关，励磁电流在一个周期内两次过零，两次出现峰值，相应磁开关通断各两次。磁路由通到断的时间内，输出线圈中交链的磁通量由0降到零，磁路由断到通的时间内，输出线圈中交链的磁通量由零增加到0，因此输出线圈中有感生电动势E出现，并且感生电动势的频率比励磁电流高一倍，在励磁电流频率0 已经确定的情况下，其峰值

49、取决于0，也即取决于磁性标尺在该点的磁感应强度。因此输出线圈中输出的是一个调幅信号。磁栅的检测方法有鉴幅法和鉴相法两种，在数控机床中通常使用鉴相法。设磁栅工作丁鉴相法，将两组磁头的输出信号相加，得到磁栅总的输出，计算出调制信号，根据调制信号，得到对应的位移x的大小。编码器是数控机床中常用的角度检测装置，常与伺服电动机或丝杠同轴安装，以检测伺服电动机或丝杠的转角。按编码器的不同读数方法，可分为绝对编码器和增量编码器两种按其工作原理不同，可分为接触式、光电式和电磁式等几种。第6章 加工中心加工工件的安装6.1 加工中心加工定位基准的选择： 加工中心加工定位基准的选择：1选择基准的三个基本要求：(1

50、) 所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠。(2) 所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单。(3) 保证加工精度。2选择定位基准6原则：(1) 尽量选择设计基准作为定位基准1选择基准的三个基本要求：(1) 所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠。(2) 所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单。(3) 保证加工精度。 2选择定位基准6原则：(1) 尽量选择设计基准作为定位基准；(2) 定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度；(3) 工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工；(4) 所选基准要保证完成尽可能多的加工内容；(5) 批量

51、加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合；(6) 需要多次装夹时，基准应该前后统一。 6.2 加工中心夹具的确定： 1对夹具的基本要求：(1) 夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开；(2) 夹具在机床上能实现定向安装；(3) 夹具的刚性与稳定性要好。 2常用夹具种类：(1) 通用夹具：如虎钳、分度头、卡盘等；(2) 组合夹具：组合夹具由一套结构已经标准化、尺寸已经规格化的通用元件组合元件所构成；(3) 专用夹具：专为某一项或类似的几项加工设计制造的夹具；(4) 可调整夹具：组合夹具与专用夹具的结合，既能保证加工的精度，装夹更具灵活性；(5) 多工位夹具：可同时装夹多个工件的夹

52、具；(6) 成组夹具：专门用于形状相似、尺寸相近且定位、夹紧、加工方法相同或相似的工件的装夹。 6.3加工中心夹具的选用原则： (1) 在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用夹具； (2) 批量加工可考虑采用简单专用夹具； (3) 大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专用夹具； (4) 采用成组工艺时应使用成组夹具； 4工件在机床工作台上的最佳装夹位置：工件装夹位置应保证工件在机床各轴的加工行程范围内，并且使得刀具的长度尽可能缩短，提高刀具的加工刚性。6.4 加工中心刀具选择技巧 刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接

53、影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。 现在，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考

54、虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。 第7章 加工中心掉刀故障分析与处理简介7.1心掉刀故障分析与处理 :心掉刀故障分析与处理目前，加工中心的自动换刀装置(ATC)有两种常用类型的换刀方式，一是刀具从刀库中直接由主轴交换，二是依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换。第一种换刀方式适用于小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。本文以Vcenter-80型加工中心为例分析掉刀故障目前，加工中心的自动换刀装置(ATC)有两种常用类型的换刀方式，一是刀具从刀库中

55、直接由主轴交换，二是依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换。第一种换刀方式适用于小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。第二种换刀方式，从结构上和动作上看均属于比较复杂的一种。本文以Vcenter-80型加工中心为例分析掉刀故障现象并加以处理。 加工中心换刀动作分析从PLC图上看此机床换刀程序达900多步，很难读懂其工作原理。在此，略运去ATC数据交换、传递、存储及刀号存储等内容，把换刀动作简述如下：CNC换刀指令(M06)刀套下降下降到位机械手转动转动减速转动到位(X4.7)主轴刀松开松开到位机械手转动转动减速转动到位主轴刀夹紧夹紧到位(X2.5)

56、机械手逆转机械原位，换刀完成。其中，机械手的快、慢速由变频器实现，电动机转动时带动机械凸轮传动实现机械手的上升、下降。 掉刀故障掉刀故障现象出现时间较长，一开始，偶尔出现一次，一月一次，甚至两三月一次，以为是偶然因素引起的，没有引起足够的重视，慢慢地一周出现一次，甚至两次，同时伴随着主轴上的刀装不到位的情况。后来慢慢地演变为一个班次多次出现故障，严重地影响生产进度、造成废品产生。仔细观察，掉刀故障有两种情况出现，一种是由本工步加工完成后掉刀，一种是本工步根本没加工，刀具落在工作台上。由于加工过程中，换刀动作均执行，动作顺序正常，故出现掉刀、装刀(装到主轴上)不到位时均无任何报警现象，只有操作者

57、在工件检查或听到掉刀异常声音时，才会发生故障，因而在自动加工生产线上有时会因掉刀而出现批量废品的现象。 故障分析与处理检查机械手执行ATC换刀故障排除步骤，把机械手停止在垂直极限位置。检查机械手手臂上的两个卡爪及支持卡爪的弹簧等附件。均没有发现问题，说明机械手夹持刀具紧固，在机械手转动情况下不会出现掉刀现象。 检查刀具夹持情况根据刀具有主轴上装不位的现象分析，可能是主轴内孔中碟簧不能对刀具夹持紧固，从而出现刀装不到位，甚至装不上而掉刀现象。拆开主轴内部，发现有几处对碟簧已碎。于是更换了全部碟簧。试车时没有出现任何问题。运行一个班次后又出现掉刀现象。 检查换刀程序针对本故障仅出现在换刀动作过程中

58、，与其他动作无关，编辑一个自动换刀反复执行程序，并运行此程序，以期找到掉刀的真正原因。编辑自动换刀程序如下： O0200S500M03G04X3.0M06M99% 在程序运行中，发现如下情况：主轴刀具夹紧没有到位，甚至还没有夹紧动作的情况下，机械手转动，于是掉刀。依前文换刀动作顺序分析主轴刀具夹紧到位行程开关误动作引起掉刀故障。打开PLC梯形图，监控该行程开关(输入为X2.5)，反复按压该行程开关，发现20多次压合中有3次X2.5为“0”状态的现象出现两次，同时压合后X2.5不能由“1”状态转到“0状态”的现象出现两次，根据以上判定该行程开关损坏。此开关为OMRONZCQ2255，用国产CXW

59、511Q1替换，试车正常。一周后，操作者仍反映有掉刀现象，当然出现的频次小了，这说明掉刀故障仍未彻底排除。故障处理反复运行两个小时，自动换刀几百次。终于发现一次故障：在机械手没有到位的情况下，主轴上的刀具松开，机械手没有抓住刀，从而出现掉刀现象，这说明机械手到位磁感应开关误动作。更换开关E2ECR8C1，故障现象仍然存在。查看PLC梯形图，此开关输入点为X4.7。梯形图中X4.7为常开点，当此开关感应时状态为“0”，不感应时状态为“1”。其逻辑状态与常见的感应开关逻辑状态相反。当X4.7断线时，也会引起X4.7为“1”状态，于是排查X4.7的联线，发现电磁感应开关后方的接线端子处X4.7松动，

60、每当自动换刀时，机械手凸轮一系列动作引起的轻微震动，使X4.7线处于断开状态，这样在机械手未到位时，松开刀具的感应开关虽仍感应，但因处于断线状态，X4.7伯为“1”状态，于是在机械未到位时，刀具松开而出现掉刀故障。这种情况的掉刀故障，是刀具已作加工工步而后掉的刀，在上文提到的则是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。小结Vcenter80加工中心掉刀故障，从开始的两月、一月一次故障，到每个班次多次出现故障，前前后后历经半年有余，最后终于得到彻底解决。简单地说，此故障包括两种情况：一是机械手没有把刀装上，二是机械手没有接住松开的刀具。虽然从处理最终结果来看，是一系列小故障引起的，但通过以上维修过程可