第2章 典型数控机床

第2章典型数控机床2.1数控车床2.2数控铣床2.3加工中心习题

2.1数控车床2.1.1数控车床概述1.数控车床的用途数控车床和普通车床一样，用于加工轴类或盘类回转体零件。2.数控车床的组成及特点数控车床在结构上与普通车床很相似，仍然由床身、主轴箱、进给传动系统、刀架以及液压、冷却、润滑系统等部分组成，只是数控车床的进给系统与普通车床有着本质上的差别。3.数控车床的布局1)床身和导轨的布局数控车床床身和导轨与水平面的相对位置如图2.1所示，它有4种布局形式：水平床身、斜床身、水平床身斜滑板和立床身。图2.1数控车床床身和导轨的布局形式(a)水平床身；(b)斜床身；(c)水平床身斜滑板；(d)立床身2）刀架的布局数控车床多采用回转式刀架，其布局形式有两种：一种是卧式回转刀架，其回转轴垂直于主轴，一般为4工位；另一种是立式回转刀架，其回转轴平行于主轴，有6工位、8工位、10工位、12工位等几种。4.数控车床的分类随着现代制造技术的不断发展，数控车床的品种不断增多，一般按以下几种方法进行分类。1）按数控车床的功能分类（1）经济型数控车床。（2）全功能型数控车床。（3）车削中心。图2.2C轴功能2）按主轴的配置形式分类（1）卧式数控车床：主轴轴线处于水平位置的数控车床。（2）立式数控车床：主轴轴线处于垂直位置的数控车床。（3）具有两根主轴的车床，也称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。3）按数控系统控制的轴数分类（1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。（2）四轴控制的数控车床：机床上有两个独立的回转刀架，可实现四坐标轴控制。2.1.2MJ—50型数控车床的结构与传动1.MJ—50型数控车床的布局该车床是二轴联动的全功能型卧式数控车床，外观结构如图2.3所示。表2.1MJ—50型数控车床的主要技术参数图2.3MJ—50型数控车床的外观图2.主传动系统1)主传动系统的特点数控车床要求主轴速度在一定范围内可调并有足够的驱动功率，主轴回转轴心线的位置准确、稳定并有足够的刚性与抗振性。2)主传动系统MJ—50型数控车床的传动系统如图2.4所示。图2.4MJ—50型数控车床的传动系统图2.5MJ—50型数控车床主轴功率扭矩特性3)主轴箱结构MJ—50型数控车床主轴箱结构如图2.6所示。交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。图2.6MJ—50型数控车床主轴箱结构简图4）液压卡盘结构如图2.7（a）所示，液压卡盘固定安装在主轴前端，回转液压缸1与接套5用螺钉7连接，接套通过螺钉与主轴后端面连接，使回转液压缸随主轴一起转动。卡盘的夹紧与松开，由液压缸1通过一根空心拉杆2来驱动。拉杆后端与液压缸内的活塞6用螺纹连接，连接套3端的螺纹分别与拉杆2和滑套4连接。图2.7(b)为卡盘内楔形机构示意图，当液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向卡盘方向移动时，滑套4向右移动，由于滑套上楔形槽的作用，使得卡爪座11带着卡爪12沿径向向外移动，则卡盘松开。图2.7MJ—50型数控车床液压卡盘结构图(a)液压卡盘位置示意；(b)卡盘内楔形机构示意3.进给传动系统及传动装置1)进给传动系统的特点数控车床的进给传动系统是控制X、Z坐标轴伺服系统的主要组成部分，它将伺服电动机的旋转运动转化为刀架的直线运动，而且对移动精度要求很高，X轴最小移动量为0.0005mm（直径编程），Z轴最小移动量为0.001mm。2)进给传动系统如图2.4所示，MJ—50型数控车床的进给传动系统分为X轴进给传动和Z轴进给传动。3）进给系统的传动装置（1）X轴进给传动装置。图2.8为MJ—50型数控车床X轴进给传动装置的结构简图。（2）Z轴进给传动装置。MJ—50型数控车床Z轴进给传动装置简图如图2.9所示。图2.8MJ—50型数控车床X轴进给装置结构简图图2.8MJ—50型数控车床X轴进给装置结构简图图2.9MJ—50型数控车床Z轴进给传动装置简图4.自动回转刀架数控车床回转刀架的一般换刀过程为：当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开→刀盘旋转到指令要求的刀位→刀盘夹紧并发出转位结束信号。图2.10为MJ—50型数控车床的回转刀架结构简图，该回转刀架的夹紧与松开、刀盘的转位均由液压系统驱动和PLC顺序控制来实现。图2.10MJ—50型数控车床的回转刀架结构简图5.机床尾座MJ—50型数控车床出厂时一般配置标准的尾座，图2.11为尾座结构简图，尾座体3的移动由滑板带动。尾座体移动后，由手动控制的液压缸将其锁紧在床身上。图2.11MJ—50型数控车床的尾座2.1.3MJ—50型数控车床的液压系统1.液压系统工作原理图2.12是MJ—50型数控车床的液压系统原理图。机床的液压系统采用单向变量液压泵，系统压力调整至4MPa，由压力表14显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。1）卡盘的动作控制主轴卡盘的夹紧与松开由2位四通阀1控制，卡盘的高压夹紧与低压夹紧的转换由电磁阀2来控制。2）回转刀架动作的控制回转刀架换刀时，首先是刀盘松开，然后刀盘就近转位到达指定的刀位，最后刀盘复位夹紧。刀盘的夹紧与松开，由一个2位四通电磁阀4控制。3）尾座套筒动作的控制尾座套筒的伸出与退回由一个3位四通电磁阀5控制，套筒伸出工作时的预紧力大小通过减压阀8来调整，并由压力表13显示。图2.12MJ—50型数控车床液压系统原理图2.回转刀架转位换刀控制回转刀架的自动转位换刀是由PLC顺序控制实现的。回转刀架转位换刀的流程图如图2.13所示。图2.13MJ—50型数控车床回转刀架换刀流程图2.2数控铣床2.2.1数控铣床的布局及主要技术参数1.XK5040A型数控铣床的布局XK5040A型数控铣床是一种比较典型的立式数控铣床，其外形布局如图2.14所示。床身6固定在底座1上，用于安装与支承机床各部件。图2.14XK5040A型数控铣床的布局图2.XK5040A型数控铣床的主要技术参数XK5040A型数控铣床配置FANUC-3MA数控系统，半闭环控制，位置反馈采用脉冲编码器，各轴的最小设定单位为0.001mm。其主要技术参数如表2.2所示。表2.2XK5040A数控铣床的主要技术参数2.2.2数控铣床的传动结构及调整1.XK5040A型数控铣床传动系统图2.15所示是XK5040A型数控铣床的传动系统图,其主体运动是主轴的旋转运动，由7.5kW、1450r／min的主电动机驱动。2.升降台自动平衡装置的工作原理及调整XK5040A型数控铣床的升降台自动平衡装置如图2.17所示。图2.15XK5040A型数控铣床传动系统图图2.16齿轮间隙消除机构图2.17XK5040A型数控铣床升降台自动平衡装置2.3加工中心2.3.1加工中心概述1.加工中心的特点和用途加工中心是带有刀库和自动换刀装置，能够在一次装夹后，连续对工件自动进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工的数控机床。2.加工中心的组成结构（1）基础部件：它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。（2）主轴部件：由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。（3）数控系统：由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成，它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。（4）自动换刀系统：由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手（或通过其它方式）将刀具从刀库内取出并装入主轴孔中。（5）辅助装置：包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测等部分。3.加工中心的分类1）按照加工中心的布局形式分类（1）卧式加工中心：指主轴轴线为水平状态的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。（2）立式加工中心：指主轴轴心线为垂直状态的加工中心，其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘类零件。（3）龙门式加工中心：龙门式加工中心的形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，带有自动换刀装置和可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于大型或形状复杂的工件，如航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工。（4）万能加工中心。某些加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，也叫五面加工中心。2）按换刀形式分类（1）带刀库、机械手的加工中心。（2）无机械手的加工中心。（3）转塔刀库式加工中心。2.3.2JCS—018A型加工中心简介1.用途JCS—018A型加工中心是一台小型立式镗铣类加工中心。2.主要特点JCS—018A型加工中心有以下主要特点：（1）强力切削。（2）高速定位。（3）随机换刀。（4）机电一体化安装。（5）可靠的计算机数控。3.外观布局及主要技术参数JCS—018A型立式加工中心的外观如图2.18所示。10是床身，其顶面横向导轨支承着滑座9，滑座沿床身导轨的运动为Y轴。工作台8沿滑座导轨的纵向运动为X轴。5是主轴箱，主轴箱沿立柱导轨的上下移动为Z轴。1为X轴的直流伺服电动机。2是换刀机械手，它位于主轴和刀库之间。4是盘式刀库，能储存16把刀具。3是数控柜，7是驱动电源，它们分别位于机床立柱的左、右两侧。6是机床的操作面板。表2.3JCS—018A型加工中心的主要技术参数(略）.图2.18JCS—018A型立式加工中心外观图2.3.3JCS—018A型加工中心的传动系统1.主运动传动系统主轴电动机通过一对同步带轮将运动传给主轴，使主轴在22.5～2250r／min转速范围内可以实现无级调速。图2.19JCS—18A型加工中心主轴功率扭矩特性