数控机床结构与维修综述

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1、授课人：李恪方 o模块一 数控机床的工作原理及结构 o模块二 安装调试与检测数控机床 o模块三 调试与维修数控机床的数控系统 o模块四 维修数控机床 模块一 数控机床的工作原理及结构 【学习目标】 o熟悉数控机床的组成和特点 o熟悉数控车床的结构特点 o熟悉数控铣床和加工中心的结构特点 o掌握数控机床的装拆方法 什么是数控机床？ o用计算机以数字指令方式控制的机床。 数字化代码逻辑处理与运算发出控制 指令机械动作自动完成加工任 一、数控机床的种类 （1）按工艺用途分类 数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床 、数控车床、数控此轮加工机床、数控雕 刻机等。 （2）按运动方式分类 a. 点位控制

2、（点到点的定位） b. 二维轮廓控制 （直线运动） c. 三维轮廓控制 （坐标联动） （3）按控制方式分类 o开环控制系统 o半闭环控制系统 o闭环控制系统 三种控制方式的区别 o开环控制系统：无检测装置 ，精度取决于 伺服系统的性能。 o半闭环控制系统：位置检测装置不控制最终 运动部件，精度取决于机械传动部件的精度 。 o闭环伺服系统：位置检测装置安装在最终运 动部件，具有很高的位置控制精度。 二、数控机床的组成和特点 o数控机床的组成 输入输出设备、数控装置、主轴和进给 伺服单元及检测装置、伺服系统和反馈装置 、辅助控制装置、机床本体等。 数控机床各部分的组成和特点 o信息输入或输出：数据

3、的输入、输出 o数控装置：数据编译、运算和处理，输出各 种信息和指令。（核心） o伺服驱动及检测装置：测量执行元件的位移 速度和位移量，反馈信号并补偿误差。 o机床本体：机械结构件。 o辅助控制机构、进给传动机构：辅助机构的 指令信号接收和执行。 2.数控机床的特点 o加工精度高 o具有复杂形状加工能力 o加工生产效率搞，具有良好的经济效益 o高柔性 o自动化程度高，减轻劳动强度 o便于生产管理现代化 小结 o数控机床的种类 o数控机床的组成和特点 拓展训练 o高速、高精度化 o高可靠性 o数控系统的智能化 o网络化 o柔性制造系统 o计算机集成制造系统 o开放性数控系统 一、数控机床的工作原

4、理和工作过程 【数控机床的工作过程】 o图样分析，拟定工艺方案、确定工艺过程、 工艺参数和道具位移数据。 o用规定代码和格式编程 o程序输入 o加工 数控机床的工作原理 o译码、运算、发出信号数控系统 o信号放大，发出运动指令伺服系统 o执行运动，实现切削加工执行元件 二、数控机床的主要技术参数 o主要规格尺寸指标 o主轴系统指标 o进给系统指标 o刀具系统指标 o数控机床的精度指标 o数控机床的可靠性指标 o其他指标 小结 o数控机床的工作过程 o数控机床的工作原理 一、数控车床的分类、组成及布局形式 o数控车床，即用计算机数字控制的车床。主 要用于对各种形状不同的轴类或盘类回转表 面进行车

5、削加工。 o在数控车床上可以进行钻中心孔、车内外圆 、车端面、钻孔、镗孔、铰孔、切槽、车螺 纹、滚花、车锥面、车成形面、攻螺纹以及 高精度的曲面及端面螺纹等的加工。 o数控车床上所使用的刀具有车刀、钻头、绞 刀、镗刀、螺纹刀具等孔加工刀具。 1数控车床的分类 o（1）按数控系统的功能分类。 经济型数控车床 经济型数控车床采用开环伺服系统。 结构简单，价格低廉，无刀尖圆弧半径自动 补偿和恒线速切削等功能，如图1.7所示。 全功能型数控车床 o全功能型数控车床，采用闭环或半闭环控制 系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高 刚度、高精度和高效率等特点，如图1.8所 示。 车削中心 o车削中心的主体是

6、全功能型数控车床，并配 置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头 、机械手等，可实现多工序的车、铣复合加 工。 o在工件一次装夹后，它可完成对回转体类零 件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工 序，其功能全面，加工质量和速度都很高， 但价格也较贵，如图1.9所示。 FMC车床 oFMC(Flexible Manufacturing Cell） 车床实际上是一个由数控车床、机器人等构 成的柔性加工单元。 o它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调 整准备的自动化，如图1.10所示。 （2）按主轴的配置形式分类。 o 卧式数控车床。 即主轴轴线处于水平位置 的数控车床，如图1.7和图1.8所示。 o

7、立式数控车床。 即主轴轴线处于垂直位置 的数控车床，如图1.11所示。 o此外，还有双轴卧式数控车床或双轴立式数控 车床，如图1.12所示。 图1.11 立式数控车床 图1.12 双主轴车床 （3）按数控系统控制的轴数分类 o 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。 o 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 轴控制。 （4）其他分类方法 o按加工零件的基本类型分为卡盘式数控车床 、顶尖式数控车床；按数控系统的不同控制 方式分为直线控制数控车床、轮廓控制数控 车床等；按性能可分为多主轴车床、双主轴 车床、纵切式车床、刀塔式车床、排刀式车 床等。

8、 2数控车床的组成 o（1）主机 主机是数控车床的机械部件，主要包括床 身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。 o（2）数控系统 数控系统是数控车床的控制核心，其主体 是一台计算机（包括CPU、存储器、CRT等） 。 o（3）伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控车床切削工作的动力 部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱 动电路和伺服驱动装置两大部分组成。驱动装 置主要有主轴电动机、进给系统的步进电动机 或交、直流伺服电动机等。 o（4）辅助装置。 辅助装置是数控车床中一些为加工服务的 配套部分，如液压、气动装置，冷却、照明、 润滑、防护、排屑装置等。 总体看 o数控车床其结构由床身、主轴箱、刀

9、架、进给 传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成 。数控车床采用伺服电动机（步进电动机）经 滚珠丝杠传到滑板和刀架，以连续控制刀具实 现纵向（Z向）和横向（X向）进给运动。数控 车床主轴安装有脉冲编码器，主轴的运动通过 同步齿形带1:1的传到脉冲编码器。 3数控车床的布局形式 o（1）床身和导轨的布局。 数控车床的床身导轨与水平面的相对位置有多种 形式，如图1.13所示，它有4种布局形式：图1.13（ a）所示为水平床身，图1.13（b）所示为斜床身，图 1.13（c）所示为平床身斜滑板，图1.13（d）所示 为立床身。 图1.13 数控车床布局 o 水平床身 配置水平滑板，其工艺性能好，便

10、于导轨面的加工。 o 斜床身 配置斜滑板，这种结构的导轨倾斜角度多采用30、 45、60、75和90。倾斜角度小，排屑不便；倾 斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。 o 平床身斜滑板 配置倾斜放置的滑板，通常配置有倾斜式的导轨防护 罩，一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机 床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便 。一般被中小型数控车床所普遍采用。 o 立床身 配置90的滑板，即导轨倾斜角度为90的滑板结构 称为立床身。 o（2）刀架的布局 刀架作为数控车床的重要部件，安装各种切削加工 工具，其结构和布局形式对机床整体布局及工作性能影 响很大。图1.14 转塔式刀架。 u数控车

11、床的刀架分为转塔式和排刀式刀架两大类。 u转塔式刀架是普遍采用的刀架形式，它通过转塔头的旋 转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。 两种形式，一种主要用于加工盘类零件，其回转轴 线垂直于主轴；另一种主要用于加工轴类零件，其回转 轴与主轴平行。两坐标连续控制的数控车床，一般采用 612工位转塔式刀架，如图1.14所示。 u排刀式刀架主要用于小型数控车床，适用于短轴或套类 零件加工，如图1.15所示。 图1.14 转塔式刀架图 图1.15 排刀式刀架 o四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两 个独立的滑板和回转刀架，称为双刀架四坐 标数控车床。其上每个刀架的切削进给量是 分别控制的，因此，两刀架

12、可以同时切削同 一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又 提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零 件等形状复杂、批量较大的零件。 二、数控车床的结构 （一）数控车床的主传动系统 o具备性能：主传动系统应具有较大的调速范围，较高 的精度与刚度，并尽可能降低噪声与热变形，从而获 得最佳的生产率、加工精度和表面质量。 o组成：数控车床的主运动是主轴带动工件的旋转运动 ，是通过主轴电动机拖动的。数控车床的主传动系统 包括主轴电动机、传动系统、主轴组件等。 1数控车床对主传动系统的要求 o（1）调速范围宽、并实现无级调速。 o（2）高精度与刚度、低噪声。 o（3）动态响应性好。 o（4）功率大。 o（5）

13、旋转轴联动功能。 o（6）恒线速度切削功能。 2数控车床主传动系统的特点 o（1）较高的主轴转速和较宽的调速范围并 实现无级调速。 o（2）较高的精度和较大的刚度。 o（3）良好的抗振性和热稳定性。 3数控车床主传动系统类型 （1）经过一级变速的主传动。图1.16（a）所示 o原理：一级变速目前多用V带或同步带来完成， 电动机与主轴通过同步齿带传动，不用齿轮传 动，可以避免齿轮传动引起的振动和噪声。 o适用范围：适用于高速、低转矩特性要求的主 轴。 如图1.16（b）所示 o原理：通过少数几对齿轮降速，使之成为分 段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低 速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移

14、动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸 带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一 般在大、中型数控车床中应用较多。 o适用范围：大、中型数控车床 （2）带有变速齿轮的主传动。 如图1.16（b）所示 o原理：通过少数几对齿轮降速，使之成为分 段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低 速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移 动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸 带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一 般在大、中型数控车床中应用较多。 o适用范围：大、中型数控车床 （2）带有变速齿轮的主传动。 如图1.16（b）所示 o原理：通过少数几对齿轮降速，使之成为分 段无级变速，增大输出转矩，以满足主轴低

15、速时对输出转矩特性的要求。滑移齿轮的移 动大都采用液压缸加拨叉，或直接由液压缸 带动齿轮来实现，带有变速齿轮的主传动一 般在大、中型数控车床中应用较多。 o适用范围：大、中型数控车床 （2）带有变速齿轮的主传动。 （3）电动机与主轴直联的主传动 如图1.16（c）所示 o原理：电动机与主轴直联传动。 o适用范围：不常用。这种传动方式的优点是 结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出 和电动机的输出特性不一致，因而使用上受 到一定限制。 （4）电主轴 如图1.17所示 o原理：数控车床电主轴就是主轴箱和电动机 融为一体，电动机转子就是主轴。 o适用范围：作为现代机电一体化的功能部件 ，安装在高速数控车床上 o特点：制造维护困难；承载小；发热大，主 轴容易变形。 图1.17 电主轴结构原理图 4主传动的机械结构 o主传动的机械结构主要是主轴部件，主轴部 件作为数控机床的一个关键