課題一數(shù)控機床機械結構概述一、熟悉數(shù)控車床的機械結構

2二、熟悉加工中心的機械結構

第一節(jié)數(shù)控機床機械結構概述3TIANJIN中德培訓中心刀庫主軸X軸Y軸Z軸操作顯示單元機械手4主軸的作用

支撐安裝其上的旋轉(zhuǎn)零部件及傳遞扭矩

5進給部件：其作用是在伺服電機的驅(qū)動下完成直線運動的定位、進給。6下圖是滾珠絲杠、聯(lián)軸節(jié)的實物照片。

自動換刀裝置：7

數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架、加工中心的刀庫及換刀機構，能夠使工件一次裝夾后不用再拆卸工件就可完成多工序的加工。

位置檢測裝置：完成位置信號的反饋，反饋精度決定了機床的加工精度。以下是：光電編碼器、直線光柵尺、圓光柵、位置傳感器等位置檢測元件。8

三、數(shù)控機床機械結構的主要特點（1）高剛度：適應高速和重切削工況（2）高靈敏度：適應自動狀態(tài)下的高精度要求（3）高抗振性：保證工件的高精度和低表面粗糙度（4）熱變形?。罕ＷC部件的運動精度（5）高精度保持性：保證高速重載工況下的加工精度（6）高可靠性：保證自動或半自動條件下無故障工作（7）刀具先進：刀具耐用度高結構合理9（1）不同布局適應不同的工件形狀、尺寸及重量數(shù)控銑床四種布局方案適應的工件重量、尺寸不同。a）適應較輕工；b）適應較大尺寸工件；c）適應較重工件；d）適應更重更大工件。

（2）不同布局有不同的運動分配及工藝范圍

數(shù)控鏜銑床的三種布局方案：a）主軸立式布置，上下運動，對工件頂面進行加工；b）主軸臥式布置，加工工作臺上分度工作臺的配合，可加工工件多個側(cè)面；c）在（b）基礎上再增加一個數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可完成工件上更多內(nèi)容的加工。

（3）不同布局有不同的機床結構性能數(shù)控臥式鏜銑床中：（a）、（b）為T形床身布局，工作臺支承于床身，剛度好，工作臺承載能力強；(c)、(d)工作臺為十字形布局，（c）主軸箱懸掛于單立柱一側(cè)，使立柱受偏載；(d)主軸箱裝在框式立柱中間，對稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。（4）不同布局影響機床操作方便程度數(shù)控車床的四種不同布局方案，（a）為水平床身-水平滑板，床身工藝性好，便于導軌面的加工，下部空間小，故排屑困難，刀架水平放置加大了機床寬度方向的結構尺寸；4）不同布局影響機床操作方便程度（b）傾斜床身-傾斜滑板，排屑亦較方便，中小規(guī)格的數(shù)控車床其床身的傾斜度以60°為宜；（c）水平床身-傾斜滑板，具有水平床身工藝性好，寬度方向的尺寸小，且排屑方便，是臥式數(shù)控車床的最佳布局形式。二、主軸傳動的配置方式

數(shù)控機床主傳動主要有以下三種配置方式1.

帶有變速齒輪的主傳動

2.通過帶傳動的主傳動

3.調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動

abc211.帶有變速齒輪的主傳動

通過幾對齒輪降速，成為分段無級變速，確保低速時有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。滑移齒輪的位移常采用液壓撥叉或直接有液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。這種配置方式在大中型數(shù)控機床中應用較多，也有一部分小型數(shù)控機床采用這種傳動方式，獲得強力切削需要的扭矩。如圖a所示222.通過帶傳動的主傳動23帶的結構形式(a)多楔帶;(b)同步齒形帶

主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的小型數(shù)控機床上?？梢员苊庥升X輪傳動所引起的振動和噪聲。適用于高速低轉(zhuǎn)矩特性的主軸，常用有多楔帶和同步齒形帶。24同步齒形帶的結構和傳動

同步齒形帶傳動是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動方式，帶型有梯形齒和圓弧齒。

3.調(diào)速電機直接驅(qū)動的主傳動

這種傳動方式大大簡化了主軸箱與主軸的結構，提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。如圖c所示。

25直接驅(qū)動式

三、主軸的變速方法

數(shù)控機床和普通機床一樣，主傳動系統(tǒng)也必須通過變速，才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速，以適應不同的加工要求。并且在變速的同時，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。主軸在齒輪變速中常用變速方法為：

1.液壓撥叉

如圖2-2所示

2.電磁離合器

如圖2-3和2-4所示

261、液壓撥叉27滑移齒輪液壓撥叉帶動滑移齒輪實現(xiàn)變速。2、電磁離合器28電磁離合器是靠磁力吸引，增加片間摩擦力，或者使其鑲?cè)臊X內(nèi)，來傳遞扭力。圖2-3為無集電環(huán)摩擦片式電磁離合器。

連接件2和套筒3是輸入輸出端，即通電后2與3連在一起運動，斷電后，2、3各自獨立轉(zhuǎn)動。29主軸軸承常見的支撐形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三

1）前支撐采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支撐采用成對向心推力球軸承?？商岣咧鬏S的綜合剛度，滿足強力切削的要求。普遍用于各類數(shù)控機床主軸。4主軸軸承的主要配置形式前支承后支承

2）前支撐采用高精度雙列向心推力球軸承。能承受徑向、雙向軸向負載，組配使用能滿足剛度要求，并能方便的消除軸向和徑向間隙對其預緊。這種軸承允許主軸的最高轉(zhuǎn)速較高，可達4000r／min，但承載能力小，適于高速、輕載、高精密的數(shù)控機床主軸。在立式、臥式加工中心上得到廣泛應用，

主軸軸承常見的支撐形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三

前支承后支承31主軸軸承常見的支撐形式(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三

前支承后支承

3）前后支撐分別采用雙列和單列圓錐滾子軸承。

徑向和軸向剛度高，能承受重載荷（尤其較強的動載荷），容易消除間隙和預緊，其安裝、調(diào)整性能好，但限制了主軸轉(zhuǎn)速和精度，因此可用于中等精度、低速、重載的數(shù)控機床的主軸。

軸承的性能比較32

機床采用的是7∶24號錐柄刀具，錐柄的尾端安裝有拉釘，拉桿通過4個鋼球拉住拉釘?shù)陌疾?，使刀具在主軸錐孔內(nèi)定位及夾緊。33五、主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑的清除裝置

機床執(zhí)行換刀指令，機械手從主軸拔刀時，主軸需松開刀具。這時，液壓缸上腔通壓力油，活塞推動拉桿向下移動，使碟形彈簧壓縮，鋼球進入主軸錐孔上端的槽內(nèi)，刀柄尾部的拉釘被松開，機械手拔刀。

加工中心主軸前端有7∶24號錐孔，內(nèi)部和后端安裝的是刀具自動夾緊機構。341—刀架；2—拉釘；3—主軸；4—拉桿；5—碟形彈簧；6—活塞；7—液壓缸；8、10—行程開關；9—壓縮空氣管接頭；11—彈簧；12—鋼球；13—端面鍵

壓縮空氣進入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準備。當機械手將下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在碟形彈簧和彈簧的恢復力作用下，拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，使刀具被夾緊。刀桿夾緊機構用彈簧夾緊，液壓放松，以保證在工作中突然停電時，刀桿不會自行松脫。351—刀架；2—拉釘；3—主軸；4—拉桿；5—碟形彈簧；6—活塞；7—液壓缸；8、10—行程開關；9—壓縮空氣管接頭；11—彈簧；12—鋼球；13—端面鍵自動換刀臥式鏜銑床主軸的夾緊機構361—刀桿；2—主軸；3—鋼球；4—噴氣頭；5—套筒；6、8—碟形彈簧；7—拉桿；9—定向凸輪；10—定向開關擋塊；11—活塞

六、主軸的準停裝置主軸準停換刀示意圖

又稱為主軸定位功能，這是自動換刀所必需的功能。在自動換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能。

37主軸準停階梯孔或精鏜孔示意圖

當加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，再退刀，因此，刀具就必須具有定位功能。

六、主軸的準停裝置381）機械準?？刂撇捎脵C械凸輪機構或光電盤方式進行粗定位，然后有一個液動或氣動的定位銷插入主軸上的銷孔或銷槽實現(xiàn)精確定位，完成換刀后定位銷退出，主軸才開始旋轉(zhuǎn)。結構復雜，在早期數(shù)控機床上使用較多。典型的V形槽輪定位盤機械準停原理示意圖

六、主軸的準停裝置391）當執(zhí)行準停指令時，首先發(fā)出降速信號，主軸箱自動改變傳動路線，使主軸以設定的低速運轉(zhuǎn)。2）延時數(shù)秒后，接通無觸點開關，當定位盤上的感應片（接近體）對準無觸點開關時，發(fā)出準停信號，立即使主軸電動機停轉(zhuǎn)并斷開主軸傳動鏈，此時主軸電動機與主傳動件依慣性繼續(xù)空轉(zhuǎn)；3）在經(jīng)過短暫延時，接通壓力油，定位液壓缸動作，活塞帶動定位滾子壓緊定位盤的外表面，當主軸帶動定位盤慢速旋轉(zhuǎn)至V形槽對準定位滾子時，滾子進入槽內(nèi)，使主軸準確停止，同時限位開關LS2信號有效，表明主軸準停動作完成。4）這里LS1為準停釋放信號。采用這種準停方式，必須要有一定的邏輯互鎖，即當LS2信號有效時，才能進行換刀動作；只有在LS1信號有效后，才能啟動主軸電動機正常運轉(zhuǎn)。準?？刂仆ǔＳ蓴?shù)控系統(tǒng)所配的可編程控制器完成。2）電氣準?？刂朴谰么盆F與磁傳感器在主軸上的位置

磁傳感器主軸準?？刂圃谥鬏S上安裝一個永久磁鐵與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離永磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡1~2mm處固定一個磁傳感器，它經(jīng)過放大器并與主軸控制單元相連接，當主軸需要定向時，便可停止在調(diào)整好的位置上。

六、主軸的準停裝置43編碼器主軸準?？刂圃韴D

編碼器主軸準停控制通過主軸電動機內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機床主軸箱上安裝一個與主軸1:1同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實現(xiàn)準?？刂?，準停角度可任意設定。

六、主軸的準停裝置44七、主軸組件的潤滑與密封1.主軸軸承的潤滑方式1）油脂潤滑：最常用，特別是前支承上更常用；必須采用有效地密封措施，防止切削液或潤滑液進入軸承。2）油液循環(huán)潤滑：后支承上常用；3）油霧潤滑：油液經(jīng)高壓氣體霧化后，從噴嘴噴到需潤滑部位的潤滑方式，常用于高速主軸軸承，油霧易吹出，污染環(huán)境。4）油氣潤滑：針對高速主軸開發(fā)的新型潤滑方式，45七、主軸組件的潤滑與密封2.主軸的密封：接觸式和非接觸式兩種。前者主要有油氈圈和耐油橡膠密封兩種。46接觸式密封(a)油氈圈密封；(b)耐油橡膠密封圈密封

2.非接觸式密封

（a）利用軸承蓋與軸的間隙密封;（b）在螺母的外圓上開鋸齒形環(huán)槽；（c）迷宮式密封結構。47非接觸式密封(a)形式一；(b)形式二；(c)形式三

八、故障排除1、故障現(xiàn)象：加工中心主軸定位不良，引發(fā)換刀過程發(fā)生中斷。分析及處理過程：（1）開始時，出現(xiàn)的次數(shù)不多，重新開機后又能工作，但故障反復出現(xiàn)。（2）經(jīng)在故障出現(xiàn)后，對機床進行仔細觀察后，發(fā)現(xiàn)故障的真正原因是——主軸在定向后發(fā)生位置偏移，且主軸在定位后如用手碰一下，主軸會產(chǎn)生相反方向的漂移。（3）檢查電氣單元無任何報警，該機床的定位采用的是編碼器，從故障的現(xiàn)象和可能發(fā)生的部位來看，電氣部分的可能性比較?。粰C械部分又很簡單，最主要的是連接，所以決定檢查連接部分。（4）在檢查到編碼器的連接時，發(fā)現(xiàn)編碼器上連接套的緊定螺釘松動，使連接套后退造成與主軸的連接部分間隙過大，使旋轉(zhuǎn)不同步。將緊定螺釘按要求固定好后故障消除。2、變擋滑移齒輪引起主軸停轉(zhuǎn)的故障維修故障現(xiàn)象：機床在工作過程中，主軸箱內(nèi)機械變擋滑移齒輪自動脫離嚙合，主軸停轉(zhuǎn)。分析及處理過程：(1)帶有變速齒輪的主傳動，采用液壓缸推動滑移齒輪進行變速，液壓缸也同時鎖住滑移齒輪。(2)變擋滑移齒輪自動脫離嚙合，原因主要是液壓缸內(nèi)壓力變化引起的。(3)控制液壓缸的O型三位四通換向閥在中間位置時，不能閉死，液壓缸前后兩腔油路想滲漏，這樣造成液壓缸上腔推力大于下腔，是活塞桿漸漸向下移動，逐漸使滑移齒輪脫離嚙合，造成主軸停轉(zhuǎn)。(4)措施：更換新的三位四通換向閥后，即可解決問題；或改變控制方式，采用兩位四通，使液壓缸一腔始終保持壓力油。數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(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。機械工程實驗教學中心數(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)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機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)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(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。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(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)學處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床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+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，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)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，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G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束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1有效M20√M21自定義開關1無效M21√8M22自定義開關2有效M22√M23自定義開關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，可進行有關數(shù)控加工程序