第2章 典型數(shù)控機床

第2章典型數(shù)控機床2.1數(shù)控車床2.2數(shù)控銑床2.3加工中心習題

2.1數(shù)控車床2.1.1數(shù)控車床概述1.數(shù)控車床的用途數(shù)控車床和普通車床一樣，用于加工軸類或盤類回轉(zhuǎn)體零件。2.數(shù)控車床的組成及特點數(shù)控車床在結(jié)構(gòu)上與普通車床很相似，仍然由床身、主軸箱、進給傳動系統(tǒng)、刀架以及液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)等部分組成，只是數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有著本質(zhì)上的差別。3.數(shù)控車床的布局1)床身和導軌的布局數(shù)控車床床身和導軌與水平面的相對位置如圖2.1所示，它有4種布局形式：水平床身、斜床身、水平床身斜滑板和立床身。圖2.1數(shù)控車床床身和導軌的布局形式(a)水平床身；(b)斜床身；(c)水平床身斜滑板；(d)立床身2）刀架的布局數(shù)控車床多采用回轉(zhuǎn)式刀架，其布局形式有兩種：一種是臥式回轉(zhuǎn)刀架，其回轉(zhuǎn)軸垂直于主軸，一般為4工位；另一種是立式回轉(zhuǎn)刀架，其回轉(zhuǎn)軸平行于主軸，有6工位、8工位、10工位、12工位等幾種。4.數(shù)控車床的分類隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的品種不斷增多，一般按以下幾種方法進行分類。1）按數(shù)控車床的功能分類（1）經(jīng)濟型數(shù)控車床。（2）全功能型數(shù)控車床。（3）車削中心。圖2.2C軸功能2）按主軸的配置形式分類（1）臥式數(shù)控車床：主軸軸線處于水平位置的數(shù)控車床。（2）立式數(shù)控車床：主軸軸線處于垂直位置的數(shù)控車床。（3）具有兩根主軸的車床，也稱為雙軸臥式數(shù)控車床或雙軸立式數(shù)控車床。3）按數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)分類（1）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)兩坐標軸控制。（2）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)四坐標軸控制。2.1.2MJ—50型數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)與傳動1.MJ—50型數(shù)控車床的布局該車床是二軸聯(lián)動的全功能型臥式數(shù)控車床，外觀結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。表2.1MJ—50型數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)圖2.3MJ—50型數(shù)控車床的外觀圖2.主傳動系統(tǒng)1)主傳動系統(tǒng)的特點數(shù)控車床要求主軸速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)并有足夠的驅(qū)動功率，主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準確、穩(wěn)定并有足夠的剛性與抗振性。2)主傳動系統(tǒng)MJ—50型數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)如圖2.4所示。圖2.4MJ—50型數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)圖2.5MJ—50型數(shù)控車床主軸功率扭矩特性3)主軸箱結(jié)構(gòu)MJ—50型數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。交流主軸電動機通過帶輪15把運動傳給主軸7。圖2.6MJ—50型數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)簡圖4）液壓卡盤結(jié)構(gòu)如圖2.7（a）所示，液壓卡盤固定安裝在主軸前端，回轉(zhuǎn)液壓缸1與接套5用螺釘7連接，接套通過螺釘與主軸后端面連接，使回轉(zhuǎn)液壓缸隨主軸一起轉(zhuǎn)動?？ūP的夾緊與松開，由液壓缸1通過一根空心拉桿2來驅(qū)動。拉桿后端與液壓缸內(nèi)的活塞6用螺紋連接，連接套3端的螺紋分別與拉桿2和滑套4連接。圖2.7(b)為卡盤內(nèi)楔形機構(gòu)示意圖，當液壓缸內(nèi)的壓力油推動活塞和拉桿向卡盤方向移動時，滑套4向右移動，由于滑套上楔形槽的作用，使得卡爪座11帶著卡爪12沿徑向向外移動，則卡盤松開。圖2.7MJ—50型數(shù)控車床液壓卡盤結(jié)構(gòu)圖(a)液壓卡盤位置示意；(b)卡盤內(nèi)楔形機構(gòu)示意3.進給傳動系統(tǒng)及傳動裝置1)進給傳動系統(tǒng)的特點數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)是控制X、Z坐標軸伺服系統(tǒng)的主要組成部分，它將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為刀架的直線運動，而且對移動精度要求很高，X軸最小移動量為0.0005mm（直徑編程），Z軸最小移動量為0.001mm。2)進給傳動系統(tǒng)如圖2.4所示，MJ—50型數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)分為X軸進給傳動和Z軸進給傳動。3）進給系統(tǒng)的傳動裝置（1）X軸進給傳動裝置。圖2.8為MJ—50型數(shù)控車床X軸進給傳動裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。（2）Z軸進給傳動裝置。MJ—50型數(shù)控車床Z軸進給傳動裝置簡圖如圖2.9所示。圖2.8MJ—50型數(shù)控車床X軸進給裝置結(jié)構(gòu)簡圖圖2.8MJ—50型數(shù)控車床X軸進給裝置結(jié)構(gòu)簡圖圖2.9MJ—50型數(shù)控車床Z軸進給傳動裝置簡圖4.自動回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的一般換刀過程為：當接收到數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令后，刀盤松開→刀盤旋轉(zhuǎn)到指令要求的刀位→刀盤夾緊并發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號。圖2.10為MJ—50型數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)簡圖，該回轉(zhuǎn)刀架的夾緊與松開、刀盤的轉(zhuǎn)位均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和PLC順序控制來實現(xiàn)。圖2.10MJ—50型數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)簡圖5.機床尾座MJ—50型數(shù)控車床出廠時一般配置標準的尾座，圖2.11為尾座結(jié)構(gòu)簡圖，尾座體3的移動由滑板帶動。尾座體移動后，由手動控制的液壓缸將其鎖緊在床身上。圖2.11MJ—50型數(shù)控車床的尾座2.1.3MJ—50型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)1.液壓系統(tǒng)工作原理圖2.12是MJ—50型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)原理圖。機床的液壓系統(tǒng)采用單向變量液壓泵，系統(tǒng)壓力調(diào)整至4MPa，由壓力表14顯示。泵出口的壓力油經(jīng)過單向閥進入控制油路。1）卡盤的動作控制主軸卡盤的夾緊與松開由2位四通閥1控制，卡盤的高壓夾緊與低壓夾緊的轉(zhuǎn)換由電磁閥2來控制。2）回轉(zhuǎn)刀架動作的控制回轉(zhuǎn)刀架換刀時，首先是刀盤松開，然后刀盤就近轉(zhuǎn)位到達指定的刀位，最后刀盤復位夾緊。刀盤的夾緊與松開，由一個2位四通電磁閥4控制。3）尾座套筒動作的控制尾座套筒的伸出與退回由一個3位四通電磁閥5控制，套筒伸出工作時的預(yù)緊力大小通過減壓閥8來調(diào)整，并由壓力表13顯示。圖2.12MJ—50型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)原理圖2.回轉(zhuǎn)刀架轉(zhuǎn)位換刀控制回轉(zhuǎn)刀架的自動轉(zhuǎn)位換刀是由PLC順序控制實現(xiàn)的?；剞D(zhuǎn)刀架轉(zhuǎn)位換刀的流程圖如圖2.13所示。圖2.13MJ—50型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架換刀流程圖2.2數(shù)控銑床2.2.1數(shù)控銑床的布局及主要技術(shù)參數(shù)1.XK5040A型數(shù)控銑床的布局XK5040A型數(shù)控銑床是一種比較典型的立式數(shù)控銑床，其外形布局如圖2.14所示。床身6固定在底座1上，用于安裝與支承機床各部件。圖2.14XK5040A型數(shù)控銑床的布局圖2.XK5040A型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)XK5040A型數(shù)控銑床配置FANUC-3MA數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)控制，位置反饋采用脈沖編碼器，各軸的最小設(shè)定單位為0.001mm。其主要技術(shù)參數(shù)如表2.2所示。表2.2XK5040A數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)2.2.2數(shù)控銑床的傳動結(jié)構(gòu)及調(diào)整1.XK5040A型數(shù)控銑床傳動系統(tǒng)圖2.15所示是XK5040A型數(shù)控銑床的傳動系統(tǒng)圖,其主體運動是主軸的旋轉(zhuǎn)運動，由7.5kW、1450r／min的主電動機驅(qū)動。2.升降臺自動平衡裝置的工作原理及調(diào)整XK5040A型數(shù)控銑床的升降臺自動平衡裝置如圖2.17所示。圖2.15XK5040A型數(shù)控銑床傳動系統(tǒng)圖圖2.16齒輪間隙消除機構(gòu)圖2.17XK5040A型數(shù)控銑床升降臺自動平衡裝置2.3加工中心2.3.1加工中心概述1.加工中心的特點和用途加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置，能夠在一次裝夾后，連續(xù)對工件自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工的數(shù)控機床。2.加工中心的組成結(jié)構(gòu)（1）基礎(chǔ)部件：它是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，由床身、立柱和工作臺等組成，它們主要承受加工中心的靜載荷以及在加工時產(chǎn)生的切削負載，因此必須要有足夠的剛度。（2）主軸部件：由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。（3）數(shù)控系統(tǒng)：由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動裝置以及操作面板等組成，它是執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程的控制中心。（4）自動換刀系統(tǒng)：由刀庫、機械手等部件組成。當需要換刀時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機械手（或通過其它方式）將刀具從刀庫內(nèi)取出并裝入主軸孔中。（5）輔助裝置：包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓、氣動和檢測等部分。3.加工中心的分類1）按照加工中心的布局形式分類（1）臥式加工中心：指主軸軸線為水平狀態(tài)的加工中心，通常都帶有可進行分度回轉(zhuǎn)運動的正方形分度工作臺。（2）立式加工中心：指主軸軸心線為垂直狀態(tài)的加工中心，其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤類零件。（3）龍門式加工中心：龍門式加工中心的形狀與龍門銑床相似，主軸多為垂直設(shè)置，帶有自動換刀裝置和可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的軟件功能也較齊全，能夠一機多用，尤其適用于大型或形狀復雜的工件，如航天工業(yè)及大型汽輪機上的某些零件的加工。（4）萬能加工中心。某些加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個面的加工，也叫五面加工中心。2）按換刀形式分類（1）帶刀庫、機械手的加工中心。（2）無機械手的加工中心。（3）轉(zhuǎn)塔刀庫式加工中心。2.3.2JCS—018A型加工中心簡介1.用途JCS—018A型加工中心是一臺小型立式鏜銑類加工中心。2.主要特點JCS—018A型加工中心有以下主要特點：（1）強力切削。（2）高速定位。（3）隨機換刀。（4）機電一體化安裝。（5）可靠的計算機數(shù)控。3.外觀布局及主要技術(shù)參數(shù)JCS—018A型立式加工中心的外觀如圖2.18所示。10是床身，其頂面橫向?qū)к壷С兄?，滑座沿床身導軌的運動為Y軸。工作臺8沿滑座導軌的縱向運動為X軸。5是主軸箱，主軸箱沿立柱導軌的上下移動為Z軸。1為X軸的直流伺服電動機。2是換刀機械手，它位于主軸和刀庫之間。4是盤式刀庫，能儲存16把刀具。3是數(shù)控柜，7是驅(qū)動電源，它們分別位于機床立柱的左、右兩側(cè)。6是機床的操作面板。表2.3JCS—018A型加工中心的主要技術(shù)參數(shù)(略）.圖2.18JCS—018A型立式加工中心外觀圖2.3.3JCS—018A型加工中心的傳動系統(tǒng)1.主運動傳動系統(tǒng)主軸電動機通過一對同步帶輪將運動傳給主軸，使主軸在22.5～2250r／min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以實現(xiàn)無級調(diào)速。圖2.19JCS—18A型加工中心主軸功率扭矩特性