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1、 数控机床的结构 常用数控机床介绍 数控机床的组成 数控机床的机械结构 数控机床的现状及发展 机械设计制造及其自动化专业毕业实习课程 数字控制技术类 辽宁石油化工大学机械工程学院机电系 1常用数控机床介绍 一 数控铣床 XJK7132数控铣床 1 加工对象 平面类零件 曲面类零件 变斜角类零件 没有自动换刀和刀库 其他与加工中心相似 立式数控铣床 2 数控铣床的分类 立式数控铣床 主轴 完成主运动 轴线与进给Z坐标轴平行 卧式数控铣床 主轴 完成主运动 轴线与进给Z坐标轴垂直 机床坐标系的定义 3 数控铣床的技术参数 工作台面积 宽 长 500mm 1600mm 工作台纵向行程 1200mm
2、工作台横向行程 700mm 工作台垂直行程 500mm 主轴转速 50 2500r min 主轴电动机功率 11KW 进给速度纵向 X向 6 3000mm min 进给速度纵向 Y向 6 3000mm min 进给速度纵向 Z向 3 1500mm min 最在同时控制轴数 3 最小设定单元 0 001mm 0 0001英寸 机床外形尺寸 2393mm 2264mm 2180mm 二 数控车床 经济型数控车床 开环伺服系统 结构简单 无刀尖圆弧半径自动补偿 二 数控车床 全功能型数控车床 闭环或半闭环控制系统 有高强度 高精度和高效率等特点 如配有刀库 换刀装置 分度装置 铣削动力头和机械手等就
3、转变为 车削加工中心 可实现车 铣 钻 铰 攻螺纹多种加工工序 二 数控车床 FMC车床 由数控车削加工中心 机器人等构成的柔性加工单元 FMC FlexibleManufacturingCell 实现工件搬运 装卸自动化和加工调整准备自动化 二 数控车床 卧式数控车床 立式数控车床 类型 布局受工件尺寸 质量和形状 机床生产率 机床精度 操纵方便运行要求和安全与环境保护的要求的影响 数控车床的布局形式 二 数控车床 例 卧式数控车床刀架位置和导轨的位置较大地影响了机床和刀具的调整 工件的装卸 机床操作的方便性 以及机床的加工精度 考虑到排屑性和抗振性 导轨宜采用倾斜式 数控车床的布局形式 数
4、控车床的技术参数 允许最大工件回转直径 500mm 最大车削直径 310mm 最大加工长度 650mm 主轴驱动电动机 AC11 KW 床鞍有效行程 X向182mm Z向675mm 床鞍定位精度 X向 0 015 100 mm Z向 0 025 300 mm 刀架转位数 位 数控装置功能 机床外形尺寸 2393mm 1667mm 1796mm 二 数控车床 三 数控加工中心 加工中心 是在数控镗或数控铣或数控车削的基础上 增加了多把刀具 自动换刀装置的机床 功能 可连续对工件进行钻孔 扩孔 铰孔 攻螺纹 铣削等多工序加工 带有自动分度回转工作台 可实现一次装夹 完成多个平面或多个角度位置的多工
5、序加工 总之 工序高度集中 立式加工中心 三 数控加工中心 加工中心 大大减速少工件装夹 测量和机床的调整时间 减少工件的周转 搬运和存放时间 使机床的切削时间利用率高于普通机床 具有较好的加工一致性 排除工艺流程中人为干扰因素 具有较高的生产率和质量稳定性 尤其加工形状复杂 精度要求高 品种更换频繁的工件 卧式加工中心 三 数控加工中心 工作台面尺寸 1000mm 320mm X Y Z行程 750mm 400mm 470mm 主轴驱动电机 AC12 5 5 7 5 KW 快速移动速度 X Y15 m min Z10 m min 刀库容量 16把 工作台容许负载 500Kg 机床定位精度 0
6、 012 300 mm 控制轴数 轴 最小设定单位 0 001mm 机床外形尺寸 2393mm 1667mm 1796mm 加工中心的技术参数 ES 018 返回课件首页 2数控机床的组成 数控机床的逻辑组成 2数控机床的组成 一 数控机床的组成数控机床的逻辑组成框图 数控机床一般由输入输出设备 数控装置 主轴和进给伺服单元 PLC及其接口电路和机床本体等几部分组成 除了机床本体以外的部分统称为数控系统 数控装置是数控系统的核心 1 输入 输出设备2 数控装置及强电控制装置3 伺服驱动系统4 可编程逻辑控制器 PLC 5 机床本体6 位置检测装置 返回课件首页 3数控机床的机械结构 一 数控机
7、床的辅助机构1 床身与立柱2 工作台3 高速动力卡盘 尾座与分度头二 数控机床的进给传动机构4 机床导轨5 丝杠螺母传动副6 齿轮传动副7 联轴器三 主传动机构8 主轴部件四 自动换刀装置五 液压与气压装置 返回课件首页 一 中国的数控技术与数控机床2000年的统计数据数控机床厂家 100数控系统厂家 50数控机床配套厂家 300年产量 14053台数控机床品种 1300产量数控化率 8 95年3 6 4数控机床现状及发展 2 十五目标数控机床年增长率 18 到2005年产量 25000 30000台品种 2000种数控化率 20 4数控机床现状及发展 二 数控技术的发展趋势1 高速高精度2
8、智能化数控系统的智能化主要体现在以下几个方面 1 应用自适应控制技术 2 自动编程技术 3 具有故障自动诊断功能 4 应用模式识别技术 4数控机床现状及发展 3 开放式数控系统随着数控技术的发展 数控系统变得越来越复杂 暴露出许多自身固有的缺陷 最大的问题是 这些数控系统都是专门设计的 它们具有不同的编程语言 非标准的人机接口 多种实时操作系统 非标准的硬件接口等 这些缺陷造成了数控系统使用和维护的不便 也限制了数控技术的进一步发展 为了解决这些问题 人们提出了 开放式数控系统 的概念 这个概念最早见于1987年美国的NGC NextGenerationController 计划 NGC控制技
9、术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的 开放式系统体系结构标准规范 SOSAS 找到解决问题的办法 一个开放式的系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统 由于这样一个富有哲理的概念作为NGC计划的奠基石 NGC代表了下一代控制技术 4数控机床现状及发展 1996年 美国HP公司在东京日本国际机床展览会上展出了开放式数控系统OAC500 HP公司对开放式数控系统提出了12个方面的判别准则 1 是否基于工业标准硬件平台和总线结构 2 运动控制软件是否采用工业标准的开放操作系统 3 能否采用流行的硬件和软件与工厂的网络相连接 4 能否运行流行的软件而不降低机床的性能 5 能否安
10、装从不同商家得到的流行硬件 4数控机床现状及发展 6 设计或第三方开发者能否应用标准工具和文件格式 编程接口建立用户实时的应用 7 能否修改所有级别的控制软件 8 控制商家能否提供文件格式的开发工具 允许访问系统的所有级别 9 对于I O接口 控制器是否使用了标准的现场总线 10 是否可以把控制器与不同厂家的伺服装置相连接 11 控制器是否可以与多用户控制的网络相连接 12 所有的编程 GUI 运动 PLC 是否采用了标准的流行的编程工具 4数控机床现状及发展 4 基于网络的数控系统网络的任务主要是进行通讯 共享信息 数控机床作为车间的基本设备 它的通讯范围是 1 数控系统内部的CNC装置与数
11、字伺服间的通信 主要通过SERCOS链式网络传送数字伺服控制信息 2 数控系统与上级主计算机间的通信 3 与车间现场设备及I O装置的通信 主要通过现场总线 如PROFIBUS等进行通讯 4 通过因特网与服务中心的通信 传递维修数据 5 通过因特网与另一个工厂交换制造数据 4数控机床现状及发展 5 提高数控系统的可靠性可靠性是数控机床用户最为关注的问题 提高可靠性通常可采取下列一些措施 1 提高线路的集成度 采用大规模集成电路 专用芯片及混合式集成电路 以减少元器件数量 精简外部连线和降低功耗 2 建立由设计 试制到生产的完整质量保证体系 例如采取防电源干扰 输入输出隔离 使数控系统模块化 通
12、用化及标准化 以便组织批量生产和维修 在安装制造时注意严格筛选元器件 对系统可靠性进行全面检查考核等 4数控机床现状及发展 3 增强故障自诊断功能和保护功能 由于元器件失效 编程及人为操作失误等原因 数控系统完全可能出现故障 数控系统一般具有故障预报和自恢复功能 此外 应注意增强监控和保护功能 例如有的系统设有刀具破损检测 行程范围保护和断电保护等功能 以避免损坏机床或报废工件 由于采用了各种有效的增强可靠性的措施 现代数控系统的平均无故障时间可达到MTBF 10000 36000小时 4数控机床现状及发展 6 数字制造1995年12月 美国SME主席G Olling提出 数字制造 digit
13、almanufacturing 将会是我们的主要工作 什么是 数字制造 呢 简单地说 就是用数字的方式来存储 管理和传递制造过程中的所有信息 在计算机世界里 可以产生各种各样的信息 并把物理过程虚拟化 DNC还可以对CAD CAPP CAM以及CNC的程序进行传送和分级管理 DNC技术使CNC与通信网络联系在一起 还可以传送维修数据 使用户与数控生产厂家直接通信 进而把制造厂家联系在一起 构成虚拟制造网络 现在的问题是 如何把这些信息从计算机 下载 到生产线 在生产过程中利用这些信息控制机器 生产出合格产品 这个全过程就是数字制造 返回课件首页 4数控机床现状及发展 3 1床身与立柱 一 机床
14、对支承的基本要求 刚度 抗振性 热变形和内应力 便于排屑 吊运及合理安置液压 电器部件和良好的工艺性 提高局部强度 减少局部变形和薄壁振动 口 字形肋条简单 易制造 用于窄壁和受载较小的床身 纵横肋条直角相交形易制造 但易产生内应力 用于箱形截面的床身 三角形有足够的强度 多用于矩形截面床身的宽壁外 肋条交叉提高强度用于重要床身宽壁上 蜂窝肋条用于平板上 收缩均匀所以内应力小 井 字形用于铸铁床身 米 字形焊接床身 及抗弯以抗扭 二 床身肋条与肋板的作用 下一页 返回 3 1床身与立柱 三 床身结构与材料 T形床身及横置的前床身与垂直的后床身适用于大型机床 中小型采用固定立柱 油溜板和工作台实
15、现平面上的两个坐标移动 床身结构简单 整体式T形床身 可用三点支承法支承 方便调机床水平 纵向肋板加强纵向抗弯强度 横向肋板提高抗扭强度 斜向肋板及抗弯又抗扭 普通精度级采用HT300铸铁 导轨需淬火 磨削 直线滚动导轨不必淬火但要求强度也采用HT300 精密机床采用磷铜钛耐磨铸铁和高磷耐磨铸铁 手工刮研导轨 用不经淬火就有足耐磨性材料 钢板焊接床身 环氧树脂混凝土 硅酸盐混凝土作床身 下一页 上一页 3 1床身与立柱 作用 支承主轴箱 使之沿垂直方向上下移动 就有承受切削力 振动 温度变化条件 要求 其具有足够的构件强度 良好的抗振性和抗热变形性 卧式加工中心立柱目前普遍采用双立柱框架结构
16、小型机床立柱直接固定于床身上 大中型移动式立柱固定在滑座上 四 机床立柱 下一页 上一页 3 1床身与立柱 优点 刚性好 主轴承受切削力时 力的作用点在立柱中央 因此立柱受扭矩力的因素少 立柱对称形 大大加强强度 热对称性好 主轴箱是机床主要热源 其处在双立柱开档中间 可减少了热变形影响 稳定性好 立柱内部肋板 米 字形可抗弯 抗扭 高固有频率避免共振 平衡主轴箱重量的平衡重块 一般设在立柱内腔 随主轴箱的升降 大型加工中心 四 机床立柱 上一页 返回 3 2工作台 其形状一般长方形 1 2 4装夹用T型槽 3为基准T型槽 工作台纵向传动过程 升降台传动机构及自动平衡机构 一 不回转工作台 下一页 返回 3 2工作台 1 实现圆周进给运动 2 可以完成分度运动 二 数控回转工作台 上一页 返回 三 分度工作台 每次转位回转一定角度90 60 45 30 要用专门定位元件 可分为插销定位 反靠定位 齿盘定位和钢球定位分度工作台 3 4机床导轨副 导轨主要用作支承和引导运动部件沿一定的轨道运动 运动的为动导轨 不动的为支承导轨 直线或回转运动 一 机床对导轨的要求 下一页 返回 1 导向精
