数控机床及其维护-黄应勇课件 第9章

第9章数控铣床精度检测

9.1数控铣铣床几何精度检验9.2数控铣床定位精度检验9.3数控铣床工作精度检验2023/2/2219.1几何精度检验本章重点介绍工作台面宽度250mm〜1250mm一般用途的普通级立式数控床身铣床。本部分所规定的检验工具仅为例子，可以使用相同指示量或具有至少相同精度的其他检验工具。千分表应具有0.001mm或更高的分辨率。

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9.1.1运动轴线相关检验项目1．主轴箱垂直移动（Z轴线）的直线度2．横向滑座移动〔Y轴线)与工作台纵向移动(X轴线）的垂直度3．工作台（或立柱）纵向移动(X轴线）的角度偏差2023/2/2239.1.2工作台相关检验项目1．工作台面的平面度2．工作台纵向移动（X轴线）在ZX垂直平面内的平行度3．工作台横向滑座移动（Y轴线）在YZ垂直平面内的平行度4．工作台面与主轴箱垂直移动(Z轴线）的垂直度5．工作台中央或基准T形槽的直线度6．中央或基准T形槽与工作台纵向移动（X轴线）的平行度2023/2/2249.1.3主轴相关检验项目1．主轴跳动2．主轴锥孔轴线的径向跳动3．主轴轴线与工作台面的垂直度2023/2/2259.2数控铣床定位精度检测9.2.1线性轴线的定位精度9.2.2回转轴线的定位精度2023/2/2269.3数控铣床工作精度的精度检测9.3.1端面切削试件的平面度9.3.2轮廓加工几何精度检验2023/2/227第10章数控铣床概论2023/2/2284.1概述数控铣床（NCMillingMachine）适合于各种箱体类和板类零件的加工。2023/2/2294.1.1数控铣床的加工工艺范围铣削加工主要包括平面铣削和轮廓铣削，可以对零件进行钻、扩、铰、锪及螺纹加工等。如图4.1所示：

图10.1数控铣削的各类形状2023/2/2210数控铣床主要加工对象有以下几种：1．平面类零件a)带平面轮廓零件b)带斜平面零件c)带正圆台和斜筋零件2023/2/22112．变斜角类零件图10.3飞机上变斜角橼条2023/2/22123．曲面类零件图10.4曲面类零件2023/2/22134.1.2数控铣床的分类1．按主轴布置形式分类按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类，可分为数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。2023/2/2214图10.5立式数控铣床2023/2/2215图10.6卧式数控铣床2023/2/2216图10.7数控龙门铣床2023/2/22172．按数控系统的功能分类a)经济型数控铣床

2023/2/2218b)全功能数控铣床

2023/2/2219图10.9高速数控铣床2023/2/22204.1.3数控铣床的结构特点

1．高刚度和高抗振性铣床刚度是反映了铣床结构抵抗变形的能力。铣床在静态力作用下所表现出的刚度称为铣床的静刚度；铣床在动态力作用下所表现的刚度称为铣床的动刚度。

2023/2/2221提高数控铣床结构刚度的措施主要有以下几种：

（1）提高铣床构件的静刚度和固有频率。（2）改善数控铣床结构的阻尼特性。（3）采用新材料和钢板焊接结构2023/2/22222．减少铣床热变形的影响

（1）改进铣床布局和结构①采用热对称结构，这种结构相对热源是对称的。②采用倾斜床身和斜滑板结构③采用热平衡措施（2）控制温度。（3）对切削部位采取强冷措施。（4）热位移补偿。2023/2/22233．传动系统机械机构简化4．高传动效率和无间隙传动装置5．低摩擦系数导轨6．好的宜人性2023/2/222410.2数控铣床的使用要求与布局4.2.1数控铣床的使用要求1．便于同时操作和观察数控铣床的操作按钮和开关都放在数控装置上。2．数控铣床的刀具和工件的装卸及夹紧松开，均由操作者来完成，要求易于接近装卸区域，而且装夹机构要省力简便。3．数控铣床的效率高，切屑多，排屑是个很重要的问题，铣床的结构布局要便于排屑。2023/2/222510.2.2运动分配与部件的布局a)立式主轴b)卧式主轴加分度工作台c)卧式主轴加数控转台2023/2/2226第11章数控铣床的机械结构11.1数控铣床的机械结构概述随着数控机床的发展，对数控铣床的生产率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求。但近年来，随着进给驱动、主轴驱动和CNC的发展，为适应高生产效率的需要，现今的数控铣床有着独特的机械结构，除机床基础件外，主要由以下各部分组成。

2023/2/2227(1)主传动系统。(2)进给传动系统。(3)实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统，排屑、防护等装置。(4)特殊功能装置，如刀具破损监控，对刀仪、精度检测和监控装置等。2023/2/222811.2主传动系统

数控铣床主传动系统，是指将主轴电动机通过该传动系统变成可供切削加工用的切削力矩和切削速度。2023/2/222911.2.1数控铣床对主轴系统的性能要求数控铣床主轴系统是数控机床的主运动传动系统，它是数控机床的重要组成部分之一。数控铣床主轴的运动精度、转速范围、传递功率和动力特性，决定了数控铣床的加工精度、加工效率和加工工艺能力。

2023/2/22301.具有更大的调速范围，并实现无级调速2.具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪声低3.具有良好的抗振性和热稳定性2023/2/223111.2.2主轴的传动方式数控铣床的主轴传动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控铣床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。故大多数数控铣床采用无级变速系统，其主轴传动系统主要有以下几种传动方式。2023/2/2232

1.具有变速齿轮的传动方式这是大、中型数控铣床采用较多的一种变速方式，其结构简图如图11.1所示，在无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级调速。通过几对齿轮降速，可扩大调速范围，增大输出扭矩，以满足主轴输出转矩特性的要求。部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需的转矩。2023/2/2233图11.1变速齿轮传动方式2023/2/22342.通过带传动的传动方式如图11.2所示，带传动方式主要用于转速较高、变速范围不大的数控机床，其结构简单，安装调试方便，且在一定条件下能满足转速与转矩的输出要求，它可避免齿轮传动时引起的振动与噪声。在数控机床上一般采用多楔带和同步齿形带。2023/2/2235图11.2带传动方式2023/2/22363.两个电机分别驱动的传动方式上述两种方式的混合传动，高速时电机通过带轮直接驱动主轴；低速时另一电机通过两级齿轮驱动主轴，这样使恒功率区增大，扩大了调速范围，解决低转速时转矩不足的缺点。2023/2/2237图11.3两个电机分别驱动传动方式2023/2/22384.电主轴的传动方式近年来发展的电动机与主轴一体化的电主轴可直接带动刀具旋转，主轴部件刚度较好，但电机发热量较大会影响主轴。2023/2/2239图11.5电主轴2023/2/22405.分段无级变速实例二级齿轮变速主轴结构2023/2/224111.2.3主轴组件机床的主轴组件是机床的重要部件之一。机床加工时，主轴带动工件或刀具直接参与表面的成型运动中，所以主轴组件的精度、刚度和热变形对加工质量和生产效率等有着重要的影响。主轴组件由主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成。2023/2/22421.对主轴组件的性能要求1)回转精度高2)刚度大3)抗振性强4)温升低5)耐磨性好2023/2/22432.主轴主轴是主轴组件的重要组成部分。它的结构尺寸和形状、制造精度、材料及其热处理，对主轴组件的工作性能都有很大的影响。数控铣床主轴轴端结构如图11.6所示，主轴的轴端用于安装夹具。要求夹具在轴端定位精度高，连接定位刚度好，装卸方便，同时使主轴悬伸长度短等。2023/2/224411.6数控铣床主轴端部的结构2023/2/22453.主轴支承a)双列圆柱滚子轴承和60°角接触轴承组合b)前轴承采用高精度角接触球轴承2023/2/224611.3数控铣床的换刀装置及准停装置11.3.1数控铣床的换刀装置2023/2/224711.3.2主轴准停装置图11.10主轴准停装置工作原理图

1－多楔带轮；2－磁传感器；3－永久磁铁；4－垫片；5－主轴2023/2/224811.4进给传动系统1．对进给系统的性能要求数控铣床进给驱动系统要求传动精度和刚度高，稳定性好、响应速度灵敏、运动惯量小、工作平稳、无间隙且传动效率高。2023/2/2249

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，如图11.11所示。图11.11双螺母滚珠丝杆螺母副2023/2/225011.4.2.数控铣床进给系统典型结构2023/2/225111.5机床支承件机床的支承件主要指床身、立柱、横梁、底座等基础件，其主要作用是支承安装在上面的零部件，并保证各零部件的相互位置及承受各种作用力。支承件不仅支承着主轴箱、床鞍、工作台、自动换刀装置等机床部件，而且支承件一般附有导轨，导轨主要起导向定位作用，以保证各部件正确的相对位置及运动。在机床加工时，支承件承受着各种进给力和动态力，如重力、切削力、摩擦力、夹紧力和惯性力等。2023/2/225211.6XK714B数控立式铣床

2023/2/225311.6.1XK714B数控立式铣床的组成及技术参数1．数控铣床的组成（1）床身和立柱床身和立柱导轨采用矩形，承载能力强、精度好。立柱紧固在床身背后端，立柱内装有一套主轴箱重量平衡装置，主轴箱与平衡锤的重约为1:1，立柱上的交流电机带有制动器，使机床的使用更加安全、可靠。2023/2/2254（2）工作台、滑座

工作台由两部分组成，即工作台、滑座。工作台、滑座导轨副采用矩形导轨，承载能力强，工作台导轨、滑座下导轨贴塑。2023/2/22552．机床的技术参数工作台面积（长×宽）800㎜×420㎜三向行程（X、Y、Z）640㎜×420㎜×500㎜主轴锥孔7:24ISO40主轴转速48～3200rpm主电机功率（变频调速）7.5Kw主轴最大输出扭矩62.5Nm定位精度0.025/500mm重复定位精度±0.008mm数控系统西门子802C2023/2/225611.6.2XK714B数控铣床传动系统1．主运动系统XK714B数控铣床传动系统，如图11.18所示。由于主轴系统进行了强力冷却，因此，机床运转时噪声低、震动小、热变形小。

图11.18XK714B数控铣床传动系统图2023/2/2257

图4.20为XK714B数控铣床主轴输出特性图。主轴电机（额定功率5.5/7.5KW）。

图4.20主轴转速输出特性图2023/2/22582．进给传动系统

主轴箱升降，工作台纵向移动，滑座横向移动，分别通过各坐标轴的交流伺服电机和联轴节带动滚珠丝杠，获得各自的运动。2023/2/225911.6.3XK714B数控铣床的主要结构1．主轴的结构图4.21XK714B型数控立式床身铣床主轴结构图2023/2/22602．XK714B