數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件講解和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第二節(jié)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)第四節(jié)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺第五節(jié)數(shù)控加工使用的刀具及自動(dòng)換刀系統(tǒng)第六節(jié)數(shù)控加工用輔助裝置第五章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求?一、數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)二、數(shù)控機(jī)床主軸的變速方式三、主軸部件第二節(jié)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件?

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床比較具有以下特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)速高，功率大，它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。2）主軸轉(zhuǎn)數(shù)的變換迅速可靠，并能自動(dòng)無級變速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。3）為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸，主軸上還必須設(shè)計(jì)有刀具自動(dòng)裝卸、主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置。一、數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的特點(diǎn)?數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的再求。故大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下三種配置方式。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求較大的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。二、數(shù)控機(jī)床主軸的變速方式?這種配置方式大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。它通過少數(shù)幾對齒輪降速，使之成為分段無級變速，確保低速時(shí)的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。但有一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。滑移齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。（一）帶有變速齒輪的主傳動(dòng)（如圖）?主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。（二）通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)（如圖）?同步帶的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)如圖所示。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，作無滑動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料作強(qiáng)力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主、從動(dòng)帶輪可作無相對滑動(dòng)的同步傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)是一種綜合了帶、鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)。?這種主傳動(dòng)方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大。（三）由調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)（如圖）?從直流主軸電動(dòng)機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖中可以看出，在低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)為恒功率輸出。使用這種電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)純電氣定向，而且主軸的控制功能可以很容易與數(shù)控系統(tǒng)相連接并實(shí)現(xiàn)修調(diào)輸入、速度和負(fù)載測量輸出等。?機(jī)床的主軸部件是機(jī)床重要部件之一，它帶動(dòng)工件或刀具執(zhí)行機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)，因此數(shù)控機(jī)床主軸部件的精度，抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機(jī)床在加工過程中不進(jìn)行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴(yán)重。

三、主軸部件?主軸在結(jié)構(gòu)上要處理好卡盤或刀具的裝卡，主軸的卸荷，主軸軸承的定位和間隙調(diào)整，主軸部件的潤滑和密封等一系列問題。對于數(shù)控鏜銑床的主軸為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸，主軸上還必須設(shè)計(jì)有刀具的自動(dòng)裝卸，主軸定向停止和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置。?

l）前支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，后支承采用成對角接觸球軸承（如圖）這種配置形式使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用這種配置形式。(一）數(shù)控機(jī)床的主軸軸承配置主要有三種形式?

2）前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承（如圖）。角接觸球軸承具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r／min，但是這種軸承的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。?這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較大的動(dòng)載荷，安裝與調(diào)整性能好，但是這種軸承配置方式限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，所以僅適用于中等精度、低速于重載的數(shù)控機(jī)床主軸。3）雙列圓錐滾子軸承和圓錐滾子軸承（如圖）?為了將主軸準(zhǔn)確地停在某一固定位置上，以便在該處進(jìn)行換刀等動(dòng)作，這就要求主軸定向控制。在加工精密的坐標(biāo)孔時(shí)，由于每次都能在主軸的固定圓周位置換刀，故能保證刀尖與主軸相對位置的一致性，從而減少被加工孔的尺寸分散度，這是主軸定向準(zhǔn)停裝置帶來的好處之一。（二）主軸的定向停止?在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床上，每次自動(dòng)裝卸刀時(shí)，都必須使刀柄上的鍵槽對準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位的功能。傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械擋塊等來定向。而現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床一般都采用電氣式主軸定向，只要數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令信號，主軸就可以準(zhǔn)確的定向。?，當(dāng)主軸需要停車換刀時(shí)，發(fā)出降速信號，主軸箱自動(dòng)改變傳動(dòng)路線，使主軸換到最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在時(shí)間繼電器延時(shí)數(shù)秒后，開始接通無觸點(diǎn)開關(guān)。主軸的準(zhǔn)停裝置設(shè)置在主軸的尾端（如圖）。交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)11通過多聯(lián)三角帶9和皮帶輪10帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，?在凸輪上的感應(yīng)片對準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)，發(fā)出準(zhǔn)停信號，立即切斷主軸電動(dòng)機(jī)電源，脫開與主軸的傳動(dòng)聯(lián)系，以排除傳動(dòng)系統(tǒng)中大部分回轉(zhuǎn)零件的慣性對主軸準(zhǔn)停的影響，使主軸作低速慣性空轉(zhuǎn)。?位于圖中帶輪5左側(cè)的永久磁鐵4對準(zhǔn)磁傳感器3時(shí)，主軸準(zhǔn)確停止，同時(shí)限位開關(guān)發(fā)出信號，表示已完成。電氣式主軸定向控制的特點(diǎn)是：不需要機(jī)械部件，定向時(shí)間短可靠性高，只需要簡單的強(qiáng)電順序控制，精度和剛度高。?在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床中為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸內(nèi)的自動(dòng)裝卸，其主軸必須設(shè)計(jì)有刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，如圖所示。（三）主軸內(nèi)刀具的自動(dòng)夾緊和切屑清除裝置?刀桿采用7：24的大錐度錐柄，采用大錐度的錐柄既有利于定心，也為松夾帶來了方便。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時(shí)，通過錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。在蝶形彈簧8的作用下，拉桿7始終保持約10000N的拉力；并通過拉桿右端的鋼球6將刀桿的尾部軸頸拉緊。?換刀時(shí)首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸左腔，活塞1推動(dòng)拉桿7向有移動(dòng)，將刀柄松開，同時(shí)使蝶形彈簧8壓緊。拉桿7的右移使右端的鋼球6位于套筒的喇叭口處，消除了刀桿上的拉力。當(dāng)拉桿繼續(xù)右移時(shí)，噴氣嘴的端部把刀具頂松，使機(jī)械手方便地取出刀桿。?機(jī)械手將應(yīng)換刀具裝入后，電磁換向閥動(dòng)作使壓力油通入油缸右腔，活塞1向左退回原位，蝶形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊、螺旋彈簧2使活塞1在液壓缸右腔無壓力油時(shí)也始終退在最左端。當(dāng)活塞處于左右兩個(gè)極限位置時(shí)，相應(yīng)限位開關(guān)12、13發(fā)出松開和夾緊的信號。?自動(dòng)清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過程中的一個(gè)不容忽視的問題。如果主軸錐孔中落入了切屑、灰塵或其它污物，在拉緊刀桿時(shí)，錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞了刀桿的正確定位，影響零件的加工精度，甚至?xí)沽慵顖?bào)廢。為了保持主軸錐孔的清潔，常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。?如圖所示活塞1的心部鉆有壓縮空氣通道，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，壓縮空氣經(jīng)過活塞由主軸孔內(nèi)的空氣嘴噴出，將錐孔清理干凈。為了提高吹屑效率，噴氣小孔要有合理的噴射角度，并均勻布置。?數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號和若干個(gè)指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用；最后一個(gè)程序段由指令代碼M02作為程序結(jié)束標(biāo)志。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運(yùn)行加工程序之前，必須通過參數(shù)設(shè)置對機(jī)床和刀具進(jìn)行調(diào)整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進(jìn)行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內(nèi)容：①基本設(shè)置設(shè)置可修改的基本參數(shù)。②刀具設(shè)置設(shè)置刀具編號、類型和刀具補(bǔ)償?shù)葏?shù)。③軸參設(shè)置設(shè)置和查看坐標(biāo)軸參數(shù)。④工件坐標(biāo)設(shè)置設(shè)置G54—G59等工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)。⑤PLC設(shè)置用于查看PLC