第7章-数控诊修

第7章数控铣床概述7.1数控铣床的工艺范围7.2数控铣床的分类7.3数控铣床的组成7.4数控铣床的布局7.5数控铣床的电路分析7.1数控铣床的工艺范围数控铣床适合于各种箱体类和板类零件的加工。铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、锪及螺纹加工等。机械结构基础部件、主传动系统、进给传动系统；实现工件回转、定位及辅助功能的装置和附件，如液压、气动、冷却等系统和排屑、防护等装置；

特殊功能装置，如刀具破损监视、精度检测和监控装置，为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。返回7.2数控铣床的分类１按主轴布置形式分类数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。１）立式数控铣床可进行三坐标联动加工，目前三坐标数控立式铣床占大多数。如图7-1所示。数控立式铣床主轴与机床工作台面垂直，工件装夹方便，加工时便于观察，但不便于排屑。一般采用固定式立柱结构，工作台不升降。主轴箱做上下运动，并通过立柱内的重锤平衡主轴箱的质量。为保证机床的刚性，主轴中心线距立柱导轨面的距离不能太大，因此，这种结构主要用于中小尺寸的数控铣床。下一页返回图7-1立式数控铣床返回7.2数控铣床的分类机床主轴可以绕Ｘ、Ｙ、Ｚ坐标轴中其中一个或两个做数控回转运动的称作四坐标/五坐标数控立式铣床。机床控制的坐标轴越多，尤其是联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但机床结构更加复杂，对数控系统的要求更高，编程难度更大，设备的价格也更高。数控立式铣床可以附加数控转盘，采用自动交换台，增加靠模装置来扩大它的功能、加工范围及加工对象，进一步提高生产效率。上一页下一页返回7.2数控铣床的分类２）卧式数控铣床卧式数控铣床主轴轴线平行于水平面。如图7-2所示。数控卧式铣床的主轴与机床工作台面平行，加工时不便于观察，但排屑顺畅。为了扩大加工范围和扩充功能，一般配有数控回转工作台或万能数控转盘来实现四坐标、五坐标加工，这样不但工件侧面上的连续轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装过程中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。上一页下一页返回图7-2卧式数控铣床返回7.2数控铣床的分类尤其是万能数控转盘可以把工件上各种不同的角度或空间角度的加工面摆成水平来加工，这样可以省去很多专用夹具或专用角度的成形铣刀。虽然卧式数控铣床在增加了数控转盘后很容易做到对工件进行“四面加工”。使其加工范围更加广泛。但从制造成本上考虑，单纯的数控卧式铣床现在已比较少，而多是在配备自动换刀装置（ＡＴＣ）后成为卧式加工中心。上一页下一页返回7.2数控铣床的分类３）数控龙门铣床对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构，以保证机床的整体刚性和强度，这就是数控龙门铣床。如图7-3数控龙门铣床有工作台移动和龙门架移动两种形式。主要用于大、中等尺寸，大、中等质量的各种基础大件，板件、盘类件、壳体件和模具等多品种零件的加工，工件一次装夹后可自动高效、高精度的连续完成铣、钻、镗和铰等多种工序的加工，适用于航空、重机、机车、造船、机床、印刷、轻纺和模具等制造行业。上一页下一页返回图7-3数控龙门铣床返回7.2数控铣床的分类２按数控系统的功能分类分为经济型数控铣床、全功能数控铣床和高速数控铣床等。１）经济型数控铣床经济型数控铣床一般采用经济型数控系统，如ＳＩＮＵＭＥＲＩＫＳ８０２Ｓ等采用开环控制，可以实现三坐标联动。这种数控铣床成本较低，功能简单，加工精度不高，适用于一般复杂零件的加工，一般有工作台升降式和床身式两种类型。如图7-4(a)所示。上一页下一页返回图7-4数控铣床(a)经济数控铣床;(b)全功能数控铣床返回7.2数控铣床的分类２）全功能数控铣床全功能数控铣床采用半闭环控制或闭环控制，其数控系统功能丰富，一般可以实现四坐标以上的联动，加工适应性强，应用最广泛，如图7-4(b)所示。３）高速数控铣床高速铣削是数控加工的一个发展方向，技术已经比较成熟，已逐渐得到广泛的应用。这种数控铣床采用全新的机床结构、功能部件和功能强大的数控系统，并配以加工性能优越的刀具系统，加工时主轴转速一般在８０００～４００００ｒ／ｍｉｎ，切削进给速度可达１０～３０ｍ／ｍｉｎ，可以对大面积的曲面进行高效率、高质量的加工，如图7-5所示。上一页返回图7-5高速数控铣床返回7.3数控铣床的组成１数控铣床组成数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：（１）主传动系统。由主轴箱、主轴电动机、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。（２）进给伺服系统。由伺服电动机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。下一页返回7.3数控铣床的组成（３）控制系统。数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。（４）辅助装置。如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。（５）机床基础件。通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。上一页下一页返回7.3数控铣床的组成２主传动系统的结构主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴部件。由于主传动系统的变速功能一般采用变频或交流伺服主轴电动机，通过同步齿形带带动主轴旋转，对于功率较大的数控铣床，为了实现低速大转矩，有时加一级或二级或多级齿轮减速。对于经济型数控铣床的主传动系统，则采用普通电动机通过Ｖ带、塔轮、手动齿轮变速箱带动主轴旋转。通过改变电动机的接线形式和手动换挡方式进行有级变速。上一页下一页返回7.3数控铣床的组成３进给传动系统的结构进给传动系统是指将伺服电动机的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，主要包括减速装置、丝杆螺母副及导向元件等。在数控铣床上，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用双螺母滚珠丝杆螺母副。进给系统的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴传动结构是伺服电动机固定在支承座上，通过弹性联轴器带动滚珠丝杠旋转，从而使与工作台联结螺母移动，实现Ｘ、Ｙ、Ｚ轴的进给。上一页返回7.4数控铣床的布局１数控铣床布局根据工件的质量和尺寸与布局的关系可以有４种不同的布局方案：（１）工件进给运动的升降台铣床；（２）铣头垂直进给运动的升降台铣床；（３）工件一个方向进给运动的龙门式数控铣床；（４）铣头垂直进给运动的龙门式数控铣床。下一页返回7.4数控铣床的布局２运动的分配与部件的布局需要对工件的顶面进行加工，则铣床主轴应布局成立式的。需要对工件的多个侧面进行加工，则主轴应布局成卧式的。３铣床的布局与结构性能数控铣床的布局应能兼顾铣床有良好的精度、刚度、抗振性和热稳定性等结构性能。运动要求与加工功能相同的数控机床，结构的总体布局不同，结构性能是有差异的。Ｔ形床身布局的优点：刚性好。框式立柱布局的优点：热变形对加工精度的影响小。上一页返回7.5数控铣床的电路分析１ＶＭＣ６５０数控立式铣床简介ＶＭＣ６５０数控立式铣床如图7-6，数控系统采用ＦＡＮＵＣＳｅｒｉｅｓ０ｉＭａｔｅＭＣ，图7-6ＶＭＣ６５０数控铣床该铣床是在装夹工件后进行连续铣削，适用于板件、盘件、模具等零件的铣削加工。机床的特点：（１）由于采用的是伺服主轴，并经同步齿形带传到主轴，主轴转速恒功率范围宽，低转速的扭矩较大，机床的主要构件刚度高，可进行强力切削，主轴系统进行了强力冷却，因此，机床运行时噪声低、振动小、热变形小。下一页返回图7-6VMC650数控铣床返回7.5数控铣床的电路分析（２）交流伺服电动机经联轴节和滚球丝杆副直联，使Ｘ、Ｙ、Ｚ轴获得高速移动，由于机床基础件刚度高，导轨副均采用直线滚动导轨副，使高速进给时振动小，低速进给时无爬行，并且有很高的精度稳定性。（３）全封闭式安全防护，机床外围采用了全封闭式安全防护罩，使加工过程中的冷却液和铁屑得到安全充分的回收。该防护罩又具有开门断电的功能，避免了工作者的意外伤害。上一页下一页返回7.5数控铣床的电路分析（４）自动排屑功能可以大大减轻操作者的劳动强度。（５）机床的主要规格及参数：工作台面尺寸４２０ｍｍ×８００ｍｍ工作台Ｔ形槽宽Ｘ槽数３－１８Ｈ８工作台Ｔ形槽距离１００ｍｍ工作台左右行程（Ｘ轴）６５０ｍｍ工作台前后行程（Ｙ轴）４００ｍｍ工作台上下行程（Ｚ轴）４８０ｍｍ主轴端面与工作台面距离８０～５６０ｍｍ主轴锥孔ＢＴ４０主轴转速８０～８０００ｒ／ｍｉｎ上一页下一页返回7.5数控铣床的电路分析主轴驱动电动机ＦＡＮＵＣβｉＩ６／１００００，带内置编码器三坐标拖动电动机ＦＡＮＵＣβｉｓ１２／２０００，额定扭矩：１０.５Ｎ·ｍ２０００ｒ／ｍｉｎ快速移动速度（Ｘ、Ｙ、Ｚ轴）２００００ｍｍ／ｍｉｎ进给速度（Ｘ、Ｙ、Ｚ轴）１～５０００ｍｍ／ｍｉｎ（６）电源的要求：电压为ＡＣ３８０Ｖ，＋１０％～－１５％，５０Ｈｚ±１Ｈｚ，３相，最大电源容量：１５ｋＶ·Ａ。上一页下一页返回7.5数控铣床的电路分析２ＶＭＣ６５０数控铣床在众多数控铣床中，有不少是采用ＦＡＮＵＣ系统进行控制的，本篇的４个情境以ＦＡＮＵＣ系统为基础进行相关知识介绍，典型的数控铣床机型是以ＶＭＣ６５０数控铣床为例，该铣床采用的是ＦＡＮＵＣＳｅｒｉｅｓ０ｉＭａｔｅＭＣ数控系统，驱动器采用的βｉｓＶＳＰ２０／２０／４０.１１交流伺服驱动器，主轴电动机采用的是βｉＩ６／１００００的伺服主轴电动机，Ｘ、Ｙ、Ｚ轴采用的是βｉｓ１２／２０００伺服电动机上一页下一页返回7.5数控铣床的电路分析βｉ伺服放大器采用电源模块、主轴模块、进给伺服模块为一体，方便了安装与连接。βｉｓＶＳＰ２０／２０／４０１１交流伺服驱动器的强电输出有：ＴＢ２接口控制主轴伺服电动机，ＣＺ２Ｌ接口控制Ｘ轴伺服电动机，ＣＺ２Ｍ接口控制Ｙ轴伺服电动机，ＣＺ２Ｎ接口控制Ｚ轴伺服电动机。上一页下一页返回7.5数控铣床的电路分析３主电路主电路连接具体如图7-7所示，进线电源经ＱＦ１总开关后，一路经ＱＦ２控制冷却泵，一路经变压器ＴＭ１１，给交流伺服驱动器供电并给主轴风机提供电源，冷却主轴电动机。４控制电路控制电路连接具体如图7-8，变压器ＴＣ１给各控制电路提供电源，控制电路主要包含Ｚ轴抱闸、照明控制、冷却控制、润滑控制、指示灯控制、换刀控制及直流２４Ｖ电源。上一页下一页返回7.5数控铣床的电路分析５输入、输出电路输入电路连接具体如图7-9，主要输入信号有润滑、手动换刀、Ｘ、Ｙ、Ｚ轴的回零及限位信号、手轮上