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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进
2、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。其夹紧方式
3、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、润滑系统和排屑装
4、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，且导轨上配置有防护罩8。,2。数控车床的布局
5、,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-5
6、0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
7、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)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
8、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
9、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64(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
10、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
11、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(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
12、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
13、、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
14、筒的移动。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。当套简退回时，行程杆上的固定
15、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。,
16、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，由于需要考虑扩大行程，缩小占地面积和刚性等技术问题，多采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。,它既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，使用范围更大，功能更强，若采用万能主轴(主轴头可以任意转换向)，就可以加工出与水平面成各种角度的工件表面，若采用数控回转工作台，还能对工件实现除定位面外的五面加工。,3。立、卧两用数控铣床,图6-8表示一台立、卧两用书空铣床主轴的两种使用状态，6-8（a）所示是机床主轴处于立式加工状态。6-8（b）所示是机床主轴处于卧式加工状态。目前三坐标数控铣床占多数，可以进行三个坐标联动加工，还有相当部分的铣床采用两轴半控制（既三个坐标中的任意两个坐标联动加工）。另外附加一个数控回转台（或数控分度头）就增加一个坐标，可扩大加工范围。,
