第九講_數(shù)控車床

1、數(shù)控車床數(shù)控車床車工班：趙洪友數(shù)控機床與使用維修本講主要內(nèi)容本講主要內(nèi)容l數(shù)控車床的工藝用途數(shù)控車床的工藝用途 l數(shù)控車床的主要構(gòu)成數(shù)控車床的主要構(gòu)成l數(shù)控車床與普通車床在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別數(shù)控車床與普通車床在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別l數(shù)控車床的布局形式數(shù)控車床的布局形式 l數(shù)控車床的分類數(shù)控車床的分類 lMJ-50數(shù)控車床數(shù)控車床 一、數(shù)控車床的工藝用途一、數(shù)控車床的工藝用途 數(shù)控車床的工藝用途數(shù)控車床的工藝用途l數(shù)控車床主要用于對各種回轉(zhuǎn)表面進行車削加工。在數(shù)控車床上可以進行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形回轉(zhuǎn)面、螺紋面、高精度的曲面以及端面螺紋的加工。數(shù)控車床上所使用的刀具有車刀，鉆頭、絞刀、鏜刀以及螺紋

2、刀具等孔加工刀具。數(shù)控車床加工零件的尺寸精度可達(dá)IT5IT6，表面粗糙度Ra可達(dá)1.6m以下。二、數(shù)控車床的主要構(gòu)成二、數(shù)控車床的主要構(gòu)成 1數(shù)控車床的主要構(gòu)成（數(shù)控車床的主要構(gòu)成（1）l車床主機車床主機 車床主機是數(shù)控車床的機械部件，主要包括床身、主軸箱、刀架、尾座、進給傳動機構(gòu)等。l數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控車床的控制核心。l伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控車床切削工作的動力部分，主要實現(xiàn)主運動和進給運動。由伺服驅(qū)動電路和驅(qū)動裝置兩大部分組成。1數(shù)控車床的主要構(gòu)成（數(shù)控車床的主要構(gòu)成（2）l輔助裝置輔助裝置 與普通車床相類似，輔助裝置是數(shù)控車床中一些為加工服務(wù)的配套部分，如液

3、壓、氣動裝置，冷卻、照明、潤滑、防護和排屑裝置等。l機外編程器機外編程器 機外編程器是在普通的計算機上安裝一套編程軟件，使用這套編程軟件以及相應(yīng)的后置處理軟件，就可以生成加工程序。通過車床控制系統(tǒng)上的通信接口或其他存儲介質(zhì)(如軟盤、光盤等)，將生成的加工程序輸入到車床的控制系統(tǒng)中，完成零件的加工。 數(shù)控車床構(gòu)成框圖數(shù)控車床構(gòu)成框圖三、數(shù)控車床與普通車床三、數(shù)控車床與普通車床在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別1從驅(qū)動、變速方式來看從驅(qū)動、變速方式來看 l數(shù)控車床數(shù)控車床 主軸運動有三種驅(qū)動方式，分別是分段無級變速、帶傳動變速以及電機直接驅(qū)動變速；進給運動常采用步進電機、交流或直流電機通過有限級

4、的傳動副傳給進給運動機構(gòu)實現(xiàn)工作臺的直線運動或回轉(zhuǎn)運動。主運動和進給運動均是無級變速方式，驅(qū)動裝置后串聯(lián)變速箱主要是為了使驅(qū)動電機與工作軸的功率轉(zhuǎn)矩特性相匹配。l普通臥式車床普通臥式車床 主運動（如CA6140）由電機經(jīng)過皮帶傳動、離合器及滑移齒輪變速使得主軸獲得正反方向的多級轉(zhuǎn)速，而機床縱橫向運動的實現(xiàn)是主軸通過交換齒輪架、進給箱、溜板箱傳到刀架，而縱橫向不同進給量的實現(xiàn)主要通過進給箱中基本組、增倍組的不同組合。2從主運動與進給運動的聯(lián)系來看（從主運動與進給運動的聯(lián)系來看（1）l數(shù)控車床數(shù)控車床 主運動和進給運動之間沒有直接的機械聯(lián)系，主運動、橫向進給運動、縱向進給運動分別由獨立的電機驅(qū)動，

5、每條傳動鏈較短，結(jié)構(gòu)簡單。l普通臥式車床普通臥式車床 主運動和進給運動由一臺電機驅(qū)動，主運動和進給運動之間存在直接的機械聯(lián)系，傳動鏈長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變速時需要人工干預(yù)。2從主運動與進給運動的聯(lián)系來看（從主運動與進給運動的聯(lián)系來看（2）l數(shù)控車床數(shù)控車床 能夠加工各種導(dǎo)程的螺紋，數(shù)控車床的主軸上安裝有脈沖編碼器檢測主軸的旋轉(zhuǎn)速度，并將該信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)待加工工件螺紋導(dǎo)程的大小以及主軸的旋轉(zhuǎn)速度，經(jīng)過運算確定進給運動電機的旋轉(zhuǎn)速度，保證主軸旋轉(zhuǎn)一周刀具正好移動一個工件導(dǎo)程的距離這樣一個數(shù)量關(guān)系，從而加工出所要求的螺紋。l普通臥式車床普通臥式車床 加工米制、模數(shù)制、英制、徑節(jié)制等各種導(dǎo)

6、程的螺紋，主要通過配掛輪、基本組、增倍組的配合得到，并要通過查表、計算的方式確定掛輪、基本組、增倍組的齒輪副參數(shù)，比較復(fù)雜。3從典型部件的結(jié)構(gòu)特點來看從典型部件的結(jié)構(gòu)特點來看 l數(shù)控車床數(shù)控車床 進給運動采用滾珠絲杠螺母副，摩擦力小，剛性高；刀架移動導(dǎo)軌常采用貼塑導(dǎo)軌或滾動導(dǎo)軌塊，快速響應(yīng)能力好。傳動副有消隙措施，加上數(shù)控系統(tǒng)對誤差的修正，有效的保證了反向運動精度。l普通臥式車床普通臥式車床 采用普通絲杠螺母副，一般來說傳動副之間沒有誤差消除措施。 四、數(shù)控車床的布局形式四、數(shù)控車床的布局形式1主軸箱和尾座的布局形式主軸箱和尾座的布局形式l數(shù)控車床的主軸箱和尾座相對于床身的布局形式與普通車床基

7、本一致。數(shù)控臥式車床主軸箱布置在車床的左端，用于傳遞動力并支承主軸部件；尾座布置在車床的右端，用于支承工件或安裝刀具。2床身和導(dǎo)軌的布局形式（床身和導(dǎo)軌的布局形式（1）l水平床身水平床身配置水平滑板配置水平滑板 如圖a所示，水平床身的工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運動精度，一般用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸來看，刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較大，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。 2床身和導(dǎo)軌的布局形式（床身和導(dǎo)軌的布局形式（2）l斜床身配置斜床身配置斜滑板斜滑板 如圖b所示，這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌傾斜角

8、度分別為30、45、60、75和90，其中90的滑板結(jié)構(gòu)稱為立床身，如圖d所示。傾斜角度小，排屑不便；傾斜角度大，導(dǎo)軌的導(dǎo)向性及受力情況差。導(dǎo)軌傾斜角度的大小還直接影響機床外形尺寸高度和寬度的比例。綜合考慮上面的諸因素，中小規(guī)格的數(shù)控車床，其床身的傾斜度以60為宜。2床身和導(dǎo)軌的布局形式（床身和導(dǎo)軌的布局形式（3）l水平床身配置傾斜水平床身配置傾斜放置的滑板放置的滑板 這種結(jié)構(gòu)通常配置有傾斜式的導(dǎo)軌防護罩，如圖c所示。這種布局形式一方面具有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小，且排屑方便。l水平床身配上傾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型數(shù)控車床

9、所普遍采用。這是由于這兩種布局形式排屑容易，熱切屑不會堆積在導(dǎo)軌上，也便于安裝自動排屑裝置；操作方便，易于安裝機械手，以實現(xiàn)單機自動化；機床占地面積小，外形美觀，容易實現(xiàn)封閉式防護。床身和導(dǎo)軌的布局形式圖例床身和導(dǎo)軌的布局形式圖例3刀架的布局刀架的布局l數(shù)控車床的刀架分為排式刀架和回轉(zhuǎn)式刀架兩大類。兩坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控車床多采用回轉(zhuǎn)刀架。回轉(zhuǎn)刀架在機床上的布局有兩種形式：一種用于盤類零件的加工，其回轉(zhuǎn)軸線垂直于主軸；另一種用于軸類零件和盤類零件的加工，其回轉(zhuǎn)軸線平行于主軸。l四坐標(biāo)軸控制的數(shù)控車床，床身上安裝有兩個獨立的滑板和回轉(zhuǎn)刀架，稱為雙刀架四坐標(biāo)數(shù)控車床。其上每個刀架的切削進給量是分別控制的，

10、因此，兩刀架可以同時切削同一工件的不同部位，即擴大了加工范圍，又提高了加工效率，適合于加工曲軸、飛機零件等形狀復(fù)雜、批量較大的零件。 五、數(shù)控車床的分類五、數(shù)控車床的分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（） 經(jīng)濟型經(jīng)濟型數(shù)控車床數(shù)控車床l一般是以普通車床的機械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，經(jīng)過改進設(shè)計而得到，也有對普通車床進行改造而獲得。l一般采用由步進電動機驅(qū)動的開環(huán)伺服系統(tǒng)，其控制部分采用單板機或單片機實現(xiàn)。此類車床的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但缺少一些諸如刀尖圓弧半徑自動補償和恒表面線速度切削等功能。l一般只能進行兩個平動坐標(biāo)(刀架的移動)的控制和聯(lián)動。同時，由于其使用的是普通車床的結(jié)

11、構(gòu)或者是通過普通機床改造而成，在機床的精度等方面也有所欠缺。這種車床在中小型企業(yè)中應(yīng)用廣泛，多用于一些精度要求不是很高的大批量或中等批量零件的車削加工。經(jīng)濟型數(shù)控車床圖例經(jīng)濟型數(shù)控車床圖例按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（） 標(biāo)準(zhǔn)型標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床數(shù)控車床l又稱全功能型數(shù)控車床。它的控制系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)型的，帶有高分辨率的CRT顯示器，帶有各種顯示、圖形仿真、刀具補償?shù)裙δ?，帶有通信或網(wǎng)絡(luò)接口。采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)，可以進行多個坐標(biāo)軸的控制。具有高剛度、高精度和高效率等特點。標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床圖例標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床圖例按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（） 車削

12、中心車削中心 l車削中心是以標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控車床為主體，配備刀庫、自動換刀器、分度裝置、銑削動力頭和機械手等部件，實現(xiàn)多工序復(fù)合加工的車床。在車削中心上，工件在一次裝夾后，可以完成回轉(zhuǎn)類零件的車、銑、鉆、鉸、螺紋加工等多種加工工序的加工。車削中心的功能全面，加工質(zhì)量和速度都很高，但價格也較貴。按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類（） FMC車床車床 lFMC是英文Flexible Manufacturing Cell(柔性加工單元)的縮寫。FMC車床一個由數(shù)控車床、機器人等構(gòu)成的系統(tǒng)，如圖所示。它能實現(xiàn)工件搬運、裝卸的自動化和加工調(diào)整準(zhǔn)備的自動化操作。柔性車加工單元圖例柔性車加工單元

13、圖例按主軸的配置形式分類按主軸的配置形式分類l根據(jù)主軸的配置形式，可以分為臥式數(shù)控車床(主軸軸線為水平位置的數(shù)控車床)和立式數(shù)控車床(主軸軸線為垂直位置的數(shù)控車床) ；具有兩根主軸的車床，稱為雙軸臥式數(shù)控車床或雙軸立式數(shù)控車床。按數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)動的軸數(shù)分類按數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)動的軸數(shù)分類l根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)，可以分為兩軸控制的數(shù)控車床（機床上只有一個回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)兩坐標(biāo)軸控制)和四軸控制的數(shù)控車床(機床上有兩個獨立的回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)四坐標(biāo)軸控制)。六、六、MJ-50數(shù)控車床數(shù)控車床 1概述概述lMJ-50數(shù)控車床是由濟南第一機床廠（現(xiàn)更名為濟南一機床集團有限公司）生產(chǎn)，主要由主軸箱、床鞍、尾座、刀架

14、、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)以及數(shù)控裝置等構(gòu)成。其外形尺寸為：長2995，寬1667，高1796。 MJ-50車床外形圖車床外形圖2機床的傳動鏈機床的傳動鏈 （1） 主運動主運動傳動鏈傳動鏈l主運動傳動系統(tǒng)由功率為1115KW的交流伺服電動機驅(qū)動，經(jīng)一級速比為1：1的弧齒同步齒形帶輪傳動，直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)。主軸在353500r/min 的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。由于主軸的調(diào)速范圍不是很大，所以在主軸箱內(nèi)省去了齒輪傳動變速機構(gòu)，因此減少了齒輪傳動對主軸精度的影響。2機床的傳動鏈機床的傳動鏈 （2） 縱、橫向進給縱、橫向進給運動傳動鏈運動傳動鏈 l縱向進給系統(tǒng)由功率為1.8KW的交流伺服

15、電動機驅(qū)動，經(jīng)一級速比為1：1.25弧齒同步齒形帶輪傳動，帶動導(dǎo)程P=10mm的滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，將電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成床鞍的直線縱向運動。l橫向進給系統(tǒng)由功率為0.9KW的交流伺服電動機驅(qū)動，經(jīng)一級速比為1：1.2的弧齒同步齒形帶輪皮帶傳動，帶動導(dǎo)程P=6mm的滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，將電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成滑板的直線橫向運動。2機床的傳動鏈機床的傳動鏈 （3） 回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)刀架傳動鏈傳動鏈l數(shù)控車床換刀時，需要刀架作回轉(zhuǎn)分度運動，刀架回轉(zhuǎn)的角度取決于裝刀數(shù)目。MJ-50共有10把刀具，分度角以36為單位。回轉(zhuǎn)刀架的動力源為液壓馬達(dá)，通過起分度作用的平板共軛分度凸輪，將分度運動傳遞給一對齒輪副，進而帶動刀架

16、回轉(zhuǎn)。MJ-50數(shù)控車床傳動鏈?zhǔn)疽鈭D數(shù)控車床傳動鏈?zhǔn)疽鈭D典型結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)（1） 主軸箱主軸箱l主軸箱是機床結(jié)構(gòu)中最重要的部件之一，主軸箱是由主軸箱體、軸承座、主軸、主軸軸承、軸承調(diào)整螺母、光電編碼器及弧齒同步齒形帶輪副等組成。l主軸采用兩點支承結(jié)構(gòu)適宜高轉(zhuǎn)速的要求。前軸承采用高精度雙列圓柱軸承和高精度雙列組合角接觸球軸承組成，后軸承采用高精度雙列圓柱軸承。主軸軸承采用油脂潤滑，靠非接觸式迷宮套密封。潤滑脂的封人量對主軸軸承壽命和運轉(zhuǎn)時的溫升有很大的影響,機床說明書對油脂牌號和封入量均有規(guī)定。 MJ-50數(shù)控車床主軸箱簡圖數(shù)控車床主軸箱簡圖MJ-50數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)圖例數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)圖例典型

17、結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)（2） 縱向進給縱向進給傳動裝置傳動裝置 lAC伺服電動機14經(jīng)同步帶輪12和2以及同步帶11傳動到滾珠絲杠5，由螺母4帶動滑板連同刀架沿床身13的矩形導(dǎo)軌移動，實現(xiàn)Z軸的進給運動。l電動機軸與同步帶輪12之間用錐環(huán)無鍵連接，這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽，而且兩錐環(huán)的內(nèi)外圓錐面壓緊后，使連接配合面無間隙，對中性較好。選用錐環(huán)對數(shù)的多少，取決于所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。l滾珠絲杠的左支承由三個角接觸球軸承15組成。其中右邊兩個軸承與左邊一個軸承的大口相對布置，由螺母16進行預(yù)緊。 MJ-50縱向進給裝置圖例（縱向進給裝置圖例（1）MJ-50縱向進給裝置圖例（縱向進給裝置圖例（2）典型

18、結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)（3） 橫向進給橫向進給傳動裝置傳動裝置 lAC伺服電動機15經(jīng)同步帶輪14和10以及同步帶12帶動滾珠絲杠6回轉(zhuǎn)，其上螺母7帶動刀架21（如圖5-12b）沿滑板1的導(dǎo)軌移動，實現(xiàn)X軸的進給運動。lA-A剖面圖表示滾珠絲杠前支承的軸承座4用螺釘20固定在滑板上。滑板導(dǎo)軌如B-B剖視圖所示為矩形導(dǎo)軌，鑲條17、18、19用來調(diào)整刀架與滑板導(dǎo)軌的間隙。l圖中22為導(dǎo)軌護板，26、27為機床參考點的限位開關(guān)和撞塊。鑲條23、24、25用于調(diào)整滑板與床身導(dǎo)軌的間隙。MJ-50橫向進給裝置圖例（橫向進給裝置圖例（1）MJ-50橫向進給裝置圖例（橫向進給裝置圖例（2）典型結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)（4） 臥式臥式回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)刀架（1）l刀盤脫開刀盤脫開 接收到數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令活塞9右腔進油活塞推動軸承12連同軸6左移動、靜鼠牙盤脫開，刀盤解除定位、夾緊。l刀盤轉(zhuǎn)位刀盤轉(zhuǎn)位 液壓馬達(dá)2啟動推動平板共軛分度凸輪推動齒輪副5、4軸6連同刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤轉(zhuǎn)位。典型結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)（4） 臥式臥式回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)刀架（2）l刀盤定位夾緊刀盤定位夾緊 活塞9左腔進油軸6右移動、靜鼠牙盤嚙合，實現(xiàn)定位夾緊。l該回轉(zhuǎn)刀架的夾緊與松開、刀盤的轉(zhuǎn)位均由