钳工工艺学教案-第十二章

第十二章数控机床及其装配§12-1数控机床的特点及组成 §12-2数控机床主要机械结构及特点§12-3数控机床机械部分的装配§12-4数控机床的维护§12-1数控机床的特点及组成一、数控机床的特点1．柔性高2．加工精度高3．生产率高4．能进行复杂型面的加工，加工质量稳定、可靠5．改善了劳动条件6．易实现生产管理现代化二、数控机床的组成数控机床是由数字程序实现控制的机床。常见的数控机床有数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心等。CKA6150型数控车床外形图数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服系统、测量反馈系统、机床本体和其他辅助装置。数控机床的组成1．加工程序载体数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上。2．数控装置数控装置是数控机床的核心，现代数控机床都采用计算机数控装置，即CNC装置。这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（SoftwareNC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。3．伺服系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。4．测量反馈系统其作用是将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。5．机床主体也称机床主机，包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、横梁、工作台、导轨等。6．数控机床的辅助装置辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。三、数控机床的工作过程四、数控机床的分类1．按工艺用途分类（1）金属切削类数控机床分别有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心等。（2）金属成形类及特种加工类数控机床它是指金属切削类以外的数控机床。数控弯管机、数控线切割机床、数控电火花成形机床等等都是这一类数控机床。2．按控制方式分类（1）开环控制系统开环控制系统是指没有位置检测反馈装置的控制方式。（2）半闭环控制系统半闭环控制系统是指在电动机轴或丝杆的端部装有角位移、角速度检测装置，通过位置检测反馈装置反馈给数控装置的比较器与输入指令比较，用差值控制运动部件。（3）闭环控制系统闭环控制系统是在机床最终的运动部件的相应位置安装直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中，与输入指令位移量比较，用差值控制运动部件。§12-2数控机床主要机械结构及特点一、数控机床主要机械结构1．主传动系统它包括动力源、传动件及主运动执行件（主轴）等，其功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。2．进给传动系统它包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台、刀架）等，其功用是将伺服驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。3．基础支承件它包括床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，它支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。4．辅助装置辅助装置视数控机床的不同而异，如自动换刀系统、液压气动系统、润滑冷却装置等。XH7150立式加工中心斗笠式刀库圆盘式刀库链条式刀库二、主要机械结构的特点1．主运动常用交流或直流电动机拖动，简化了主传动系统的机械结构。而且采用交或直流电动机拖动，转速高、功率大、速度变换迅速可靠，且能无级变速。2．主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的机械结构。3．采用了摩擦系数很低的塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨，以提高数控机床运动的快速响应特性。4．进给传动中，一方面采用无间隙的传动装置和元件，如既消除间隙又减少摩擦的滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆蜗条副以及预加载荷的双齿轮齿条副。另一方面采取消除措施，如偏心套式、锥度齿轮式及斜齿轮垫片错齿式等消除结构。5．采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑装置、自动润滑冷却装置等，减少了停机时间，提高了单位时间内的切削效率。§12-3数控机床机械部分的装配一、滚珠丝杠副的装配1．滚珠丝杠副的结构（1）型面形状常见的螺纹滚道型面形状有单圆弧和双圆弧两种。（2）滚珠循环方式按滚珠在整个循环过程中与丝杠表面的接触情况，滚珠的循环方式可分为内循环和外循环两种。内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。滚珠丝杠副的内循环方式外循环方式中的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动，常用的外循环方式有端盖式、插管式和螺旋槽式。滚珠丝杠副的外循环方式1-弯管2-压板3-丝杠4-滚环5-螺纹管道（3）滚珠丝杠副的预紧1）垫片调隙2）螺纹调隙3）齿差调隙间隙的调整量△S可以用下式计算：△S=P/（Z1Z2）式中P——螺距，mm；

Z1、Z2——齿数，Z2=Z1+1。齿差调隙1，4-螺母2，3-内齿轮2．滚珠丝杠副的支承（1）一端装推力轴承（2）一端装推力轴承，另一端装向心球轴承（3）两端装推力轴承（4）两端装推力轴承及向心球轴承滚珠丝杠常用支承方式（5）使用滚珠丝杠专用轴承3．滚珠丝杠副的保护滚珠丝杠副必须用润滑油或锂基润滑脂进行润滑，用来提高耐磨性及传动效率。润滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则通过壳体上的油孔注入螺母空间内。制造误差和预紧变形量以微米计算的滚珠丝杠副，对于润滑油的质量和微小的磨损特别敏感。因此，有效地防护密封和保持润滑油的清洁显得十分必要。二、齿隙补偿机构的装配1．刚性调整法刚性调整法是指调整之后齿侧间隙不能自动补偿的调整方法。偏心轴套式消除间隙结构锥齿轮消除间隙结构2．柔性调整法柔性调整法是指调整之后齿侧间隙可以自动补偿的调整方法。轴向压簧调整1、2-齿轮3-压力弹簧4-键5-螺母6-轴7-宽斜齿轮周向弹簧调整1、2-齿轮3、8-凸耳4-弹簧

5、6-旋转螺母7-调节螺钉三、键连接间隙补偿机构的装配数控机床进给传动装置中，齿轮等传动件与轴上键连接的配合间隙，如同齿侧间隙一样，也会影响工件加工精度，应将其消除。键联接间隙消除方法无键连接结构1-轴2-螺钉3、4-圆环5-内锥形胀套6-外锥形胀套7-传动件四、数控机床的导轨1．滚动导轨滚动导轨的特点是：灵敏度高，摩擦阻力小，且其动静摩擦因数相差甚微，因而运动均匀，尤其是低速运动时，不易产生爬行现象；定位精度高，运动平稳，微量移动准确；磨损小，精度保持性好，寿命长；但抗振性较差，对防护要求高，结构复杂，制造较困难，成本较高。（1）滚动导轨块滚动导轨块的结构1-防护板2-端盖3-滚柱4-导向片5-保持器6-本体（2）直线滚动导轨直线滚动导轨的结构1-导轨体2-侧面密封垫3-保持器4-滚珠

5-端部密封垫6-端盖7-滑块8-润滑油杯2．塑料滑动导轨塑料滑动导轨具有摩擦因数小，且动静摩擦因数差值很小，能防止低速爬行现象，耐磨性、抗撕伤能力强，加工性和化学稳定性好，工艺简单，成本低，并具有良好的润滑性和抗振性。塑料导轨多与铸铁导轨或淬硬的钢导轨相配使用，有注塑导轨和贴塑导轨之分。（1）注塑导轨（2）贴塑导轨3．静压导轨静压导轨工作原理1、4-滤油器2-油泵3-溢流阀5-节流器

6-运动部件7-固定部件8-油箱§12-4数控机床的维护一、数控系统的维护1．严格遵守操作规程和日常维护制度。2．防止灰尘进入数控装置内。漂浮的灰尘和金属粉末容易引起元器件间绝缘电阻下降，从而出现故障甚至损坏元器件。3．定时清扫数控柜的散热通风系统。4．经常监视数控系统的电源电压，电源电压范围在额定值的85%～110%。5．定期更换存储器用电池。6．数控机床不宜长期封存，长期不用会导致存储系统故障，导致数据的丢失，要经常给数控系统通电或使数控机床运行温机程序。7．做好备用电路板的维护二、机械部件的维护1．刀库及换刀机械手的维护（1）用手动方式往刀库上装刀时，要保证安装到位，检查刀座上的锁紧是否可靠。（2）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。（3）采用顺序选刀方式须注意刀具放置在刀库上的顺序是否正确。（4）注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。（5）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。（6）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。2．滚珠丝杠副的维护（1）定期检查、调整丝杠螺母副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度。（2）定期检查丝杠支承与床身的连接是否松动以及支承轴承是否损坏。（3）采用润滑脂的滚珠丝杠，每半年清洗一次丝杠上的旧油脂，更换新油脂。（4）注意避免硬质灰尘或切屑进入丝杠防护罩和工作过程中碰击防护罩，防护装置有损坏要及时更换。3．主传动链的维护（1）定期调整主轴驱动带的松紧程度。（2）防止各种杂质进入油箱，每年更换一次润滑油。（3）保持主轴与刀