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1、 第六章 典型数控机床机械加工中有数控车、铣、钻、磨；在塑性加工机床中有数 控冲床、弯管机等；在特种加工方面则有数控电火花、线切割、 激光加工机床等；在其他方面也有很多数控机床的应用实例，如 数控缠绕机等等。本章主要介绍在切削加工中常用的数控车床、数控铣床、数控 加工中心机床、数控电火花机床、数控线切割机床的功能、分类、 典型结构及调整。数控车床，形成了产品繁多、规格不一。对它分类可以采用不 同的方法。 第一节 数控车床一、数控车床的功能与分类数控车床，主要用来加工轴类或盘类回转体零件，例如，车 削圆柱，圆锥、圆弧和各种螺纹等。1。按数控系统的功能分(1)经济型数控车床 一般是在普通车床基础上
2、进行改进设计 的。 (2)全功能型数控车床 一般采用闭环或半闭环控制系统，具 有高刚度、高精度和高效率等特点。 与普通车床相比，数控车床的加工精度高、加工质量稳定、效 率高、适应性强、操作劳动强度低，数控车床尤其适合加工形状复 杂的轴类或盘类零件，是目前使用较为广泛的一种数控机床。(2)顶尖式数控车床 设置有普通尾座或数控尾座，适合车削 较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。2。按主轴的配置形式分类 (1)卧式数控车床 主轴轴线处于水平位置的数控车床。 (2)立式数控车床 主轴轴线处于垂直位置的数控车床。3。按加工零件的基本类型分类(1)卡盘式数控车床 未设置尾座，适于车削盘类零件。其夹
3、紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。目前国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。4。其他分类方法按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床还可分为直线控 制数控车床、轮廓控制数控车床等；按特殊或专门的工艺性能又可分为螺纹数控车床、活塞数控车床 、曲轴数车床等。MJ50全功能数控车床是济南第一机床厂生产的产品，配有日本 FANUC、德国SIEMENS等数控系统。它由主机(包括床身、主轴箱、刀 架、尾座、进给机构等)、数控装置(其主体是一台计算机，包括CPU 、存储器、CRT等)、伺服驱动系统(它由伺服驱动电路和驱动装置组 成)、辅助装置(包括液压、气动装置及冷却系统、润滑系统
4、和排屑装 置等)等几部分组成。(一)MJ-50数控车床的组成、使用范围及布局二、数控车床的典型结构数控车床品种很多，结构各异，但在许多方面仍有共同之处。 下面以MJ-50全功能型数控车床为例，介绍数控车床的典型结构。1。数控车床的组成、使用范围主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成形 回转体表面。对于盘类零件可以进行钻、扩、铰和镗孔加工。机床还 可以完成车端面、切槽、倒角等加工。MJ50数控 车床为两坐标连 续控制的卧式车 床。如图61所 示，床身14为平 床身，床身导轨 面上支承着300倾 斜布置的床鞍13 ，排屑方便。导 轨的横截面为矩 形，支承刚性好 ，且导轨上配置 有防
5、护罩8。2。数控车床的布局床身的左上方安 装有主轴箱4，主 轴由交流伺服电动 机驱动，免去变速 传动装置。为了快 速而省力地装夹工 件，主轴卡盘3的 夹紧与松开是由主 轴尾端的液压缸来 控制的。床身右方 安装有尾座12。滑 板的倾斜导轨上安 装有回转刀架11， 其刀盘上有10个工 位，最多安装10把 刀具。滑板上分别 安装有X轴和Z轴的 进给传动装置。主轴箱前端面上可以 安装对刀仪2，用于 机床的对刀。检测刀 具时，对刀仪转臂9 摆出，其上端的接触 式传感器测头对所用 刀具进行检测。检测 完成后，对刀仪转臂 摆回图61所示的原 位，且测头被锁在对 刀仪防护罩7中。10 是操作面板。5是机 床防
6、护门。液压系统 的压力由压力表6显 示。1是主轴卡盘夹 紧与松开的脚踏开关 。MJ-50型数控车 床主轴箱结构。交 流主轴电动机通过 带轮15把运动传动 主轴7。主轴采用两 支承结构，前支承 由一个双列圆柱滚 子轴承11和一对角 接触球轴承10组成 ，轴承11用来承受 径向载荷，两个角 接触球轴承，用来 承受双向的轴向载 荷和径向载荷。(二)数控车床的结构及调整1。主轴结构 前支承轴承的间隙 用螺母8来调整。螺 钉12用来防止螺母8 回松；主轴的后支 承为双列圆柱滚子 轴承14，轴承间隙 由螺母1和6来调整 。螺钉17和13是防 止螺母1和6回松的 。主轴的支承形式 为前端定位，主轴 受热膨胀
7、向后伸长 。前后支承所用双 列圆柱滚子轴承的 支承刚性好，允许 的极限转速高。前支承中的角接 触球轴承能承受 较大的轴向载荷 ，且允许的极限 转速高。主轴所 采用的支承结构 适宜高速大载荷 切削的需要。主 轴的运动经过同 步带轮16和3以 及同步带2带动 脉冲编码器4， 使其与主轴同速 运转。脉冲编码 器用螺钉5固定 在主轴箱体9上 。图6-3是MJ-50 数控车床X轴进给传 动装置的结构简图 ，AC伺服电动机15 经同步带轮14和10 以及同步带12带动 滚珠丝杆6回转，其 上螺母7带动刀架21 沿滑板1的导轨移动 ，实现X轴的进给运 动如图63（b）所 示。2。进给系统传动装置 结构 (1
8、)X轴进给传动装置结 构 电动机轴与同步 带轮14用键13连 接。滚珠丝杠有 前后两个支承。 前支承3由三接 触球轴承组成， 其中二个轴承大 口向前，两个轴 承大口向后，分 别承受双向的轴 向载荷。前支承 的轴承由螺母2 进行预紧。其后支承9为一 对角接触球轴承 ，由螺母11进行 预紧。这种丝杠 两端固定的支承 形式，其结构和 工艺都较复杂， 但可以保证和提 高丝杠的轴向刚 度。脉冲编码器 16安装在伺服电 动机的尾部。图 63中的5和8是 缓冲块，在出现 意外碰撞时起保 护作用。A-A剖面 图表示滚珠丝 杠前支承的轴 承座4用螺钉 20固定在滑板 上。滑板导轨 如剖视图所示 为矩形导轨， 镶
9、条17、18、 19用来调整刀 架与滑板导轨 的间隙。如图63(b) 中22为导轨护板 ，26、27为机床 参考点的限位开 关和撞块。镶条 23、24、25用于 调整滑板与床身 导轨的间隙。因为滑板顶面 导轨与水平面倾斜 300，回转刀架的自 身重力使其下滑， 滚珠丝杠和螺母不 能以自锁阻止其下 滑，故机床依靠AC 伺服电动机的电磁 制动来实现自锁。(2)Z轴进给传动装置结构 MJ50数控车床Z轴进给传动 装置简图如图64所示。AC伺服电 动机14经同 步带轮12和 2以及同步 带11传动到 滚珠丝杠5 ，由螺母4 带动滑板连 同刀架沿床 身13的矩形 导轨移动， 实现Z轴的 进给运动。如图6
10、4(b)所示。电 动机轴与同步带轮12之 间用锥环无键连接，如 I放大视图所示19和20 是锥面相互配合的内外 锥环，当拧紧螺钉17时 ，法兰18的端面压迫外 锥环20，使其向外膨胀 ，内锥环19受力后向电 动机轴收缩，从而使电 动机轴与同步带轮连接 在一起。这种连接方式 无需开键槽，而且两锥 环的内外圆锥面压紧后 ，使连接配合面无间隙 ，对中性较好。滚 珠丝杠 的左支 承由三 个角接 触球轴 承15组 成。由 螺母16 进行预 紧。如图64(a)所示，滚珠丝杠的右支承7为一个圆柱滚子轴承 ，只用于承受径向载荷，轴承间隙用螺母8来调整。滚珠丝杠的支 承形式为左端固定，右端浮动，留有丝杠受热膨胀
11、后轴向伸长的 余地。3和6为缓冲挡块，起超程保护用。B向视图中的螺钉10将滚 珠丝杠的右支承轴承座9固定在床身13上。如64(b)图所示，Z轴进给装置的脉冲编码器1与滚珠丝杠5相 连接，直接检测丝杠的回转角度，从而提高系统对Z向进给的精度 控制。如图65(a) 所示，MJ50数控 车床液压卡盘固定 安装在主轴前端， 回转液压缸1与接 套5用螺钉7连接， 接套通过螺钉与主 轴后端面连接，使 回转液压缸随主轴 一起转动。卡盘的 夹紧与松开，由回 转液压缸通过一根 空心拉杆2来驱动 。拉杆后端与液压 缸内的活塞6用螺 纹连接，连接套3 两端的螺纹分别与 拉杆2和滑套4连接 。3。液压卡盘结构图65(
12、b)为卡盘内楔形 机构示意图，当液压缸内 的压力油推动活塞和拉杆 向卡盘方向移动时，滑套 4向右移动，由于滑套上 楔形槽的作用，使得卡爪 座11带着卡爪12沿径向向 外移动，则卡盘松开。反 之液压缸内的压力油推动 活塞和拉杆向主轴后端移 动时，通过楔形机构使卡 盘夹紧工件。卡盘体9用 螺钉10固定安装在主轴前 端。8为回转液压缸的箱 体。4。自动回转刀架图6-6为MJ-50数控车床的自动回转刀架结构简图，其转位换刀 过程为：当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开-刀盘旋转到 指令要求的刀位-刀盘夹紧并发出转位结束信号。该回转刀架 的夹紧与松 开、刀盘的 转位均由液 压系统驱动 、PLC顺序 控
13、制来实现 ；11是安装 刀具的刀盘 ，它与轴6 固定连接。 当刀架主轴 6带动刀盘 旋转时，其 上的鼠牙和 固定在力架 上鼠牙盘10 脱开，旋转 到指定刀位 后，刀盘的 定位由鼠牙 盘的啮合来 完成。活塞9支承在 一对推力球轴 承7和12及双 列滚针轴承8 上，它可带动 刀架主轴移动 。到换刀指令 时，活塞9及 轴6在压力油 推动下向左移 动，使鼠牙盘 13与10脱开， 液压马达2启 动带动平板共 轭分度凸轮1 转动，经齿轮 5和齿轮4带动 刀架主轴及刀 盘旋转。转的 准确位置，通 过开关PRSl、 PRS2、PRS3、 PRS4的通断组 合来检测确认 。当刀盘到指 定的刀位后 ，开关PRS7
14、 通电，向数 控系统发出 信号，指令 液压马达停 转，这时压 力油推动活 塞9向右移 动，使鼠牙 盘10和13啮 合，刀盘被 定位夹紧。 开关PRS6确 认夹紧并向 数控系统发 出信号，于 是刀架的转 位换刀循环 完成。在机 床自动工 作状态下 ，当指定 了换刀的 刀号后， 数控系统 可以通过 内部的运 算实现刀 盘就近转 位换刀， 即刀盘可 正转也可 反转。但 当手动操 作机床时 ，从刀盘 方向只允 许刀盘顺 时针转动 换刀。在调整机床时，可以手 动控制尾座套筒移动。顶尖 1与尾座套筒2用锥孔连接， 尾座套筒可带动顶尖一起移 动。在机床自动工作循环中 ，可通过加工程序由数控系 统控制尾座套筒
15、的移动。当 数控系统发出尾座套筒伸出 的指令后，液压电磁阀动作 。压力油通过活塞杆4 的内孔进入尾座套筒2的左 腔，推动尾座套筒伸出。5。机床尾座结构MJ-50数控车床出厂时配置标准尾座，图6-7为尾座结构简图。 尾座体的移动由滑板带动实现。尾座体移动后，由手动控制的液压 缸将其锁紧在床身上。当数控系统指令其退回时，压 力油进入套筒液压缸的右腔， 从而使尾座筒退回。尾座套筒 移动的行程，靠调整套筒外部 连接的行程杆10上面的移动挡 块6来完成。图中所示移动挡块 的位置在右端极限位置时，套 筒的行程最长。当套筒伸出到 位时，行程杆上的挡块6压下确 认开关9，向数控系统发出尾座 套筒到位信号。当套
16、简退回时 ，行程杆上的固定挡块7压下确 认开关8，向数控系统发出套筒 退回的确认信号。 其主轴垂直于水平面。它主要用于水平面内的型面加工，增加数 控分度头后，可在圆柱表面上加工曲线沟糟。立式数控铣床是数控铣 床中数量最多的一种，应用范围最广。第二节 数 控 铣 床数控铣床的加工精度高、生产效率高，精度稳定性好，操作劳动 强度低，用途广泛，能完成各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平 面曲线和空间曲线等复杂型面的加工。适合于加工各种模具、凸轮、 板类及箱体类的零件。一、数控铣床功能与分类数控铣床通常分为以下三类。 1。立式数控铣床小型数控铣床X、Y、Z方向的移动一般都由工作台完成，主运 动由主轴完成，与普通立式升降台铣床相似。2。卧式数控铣床它与通用卧式铣床相同，其主轴平行于水平面。它主要用 于垂直平面内的各种型面加工，配置万能数控转盘还可以对工 件侧面上连连续回转轮廓进行加工，能在一次安装后加工箱体 零件的四个表面。中型数控立铣的纵向和横向移动一般由工作台完成，且工作 台还可手动升降，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向伸缩。大型数控立铣，
