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1、第7章 常用数控机床,7.1 数控车床 7.2 数控铣床 7.3 加工中心 7.4 特种加工机床,7.1 数控车床,7.1.1 概述 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削加工。 7.1.2 数控车床的分类 1. 按数控系统的功能分类 （1）经济型数控车床 如图7-1所示。 （2）全功能型数控车床 如图7-2所示。 （3）车削中心 如图7-3所示。 （4）FMC车床 如图7-4所示。,下一页,返回,7.1 数控车床,2. 按主轴的配置形式分类 （1）卧式数控车床 即主轴轴线处于水平位置的数控车床，如图7-1和图7-2所示。 （2）立式数控车床 即
2、主轴轴线处于垂直位置的数控车床，如图7-5所示。 此外，还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床，如图7-6所示。 3. 按数控系统控制的轴数分类 （1）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。 （2）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。,返回,上一页,下一页,7.1 数控车床,4. 其他分类方法 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。 7.1.3 数控车床的组成与
3、布局 1. 数控车床的组成 数控车床一般由以下几个部分组成（如图7-7所示） 车床主机 数控系统 伺服驱动系统 辅助装置 机外编程器,返回,上一页,下一页,7.1 数控车床,（1）从主运动与进给运动的联系来看 数控车床 主运动和进给运动之间没有直接的机械联系，主运动、横向进给运动、纵向进给运动分别由独立的电机驱动，每条传动链较短，结构简单；同时也能够加工各种导程的螺纹，数控车床的主轴上安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步齿形带1：1地传到脉冲编码器。 普通车床 主运动和进给运动由一台电机驱动，它们之间存在直接的机械联系，传动链长，结构复杂，变速时需要人工调整；加工米制、模数制、英制等各种导程的
4、螺纹，主要通过配挂轮、基本组、增倍组的配合得到，并要通过查表、计算的方式确定挂轮、基本组、增倍组的齿轮副参数，比较复杂。,下一页,返回,上一页,7.1 数控车床,（2）从驱动、变速方式来看。 数控车床 主轴运动有三种驱动方式，分别是分段无级变速、带传动变速以及电机直接驱动变速；进给运动常采用步进电机、交流或直流电机通过有限级的确传动副传给进给运动机构实现工作台的直线运动或回转运动。 普通车床。 主运动由电机经过皮带传动、离合器及滑移齿轮变速使得主轴获得正反方向的多级转速，而机床纵横向运动的实现是主轴通过交换齿轮架、进给箱、溜板箱传到刀架，而纵横向不同进给量的实现主要通过进给箱中基本组、增倍组的
5、不同组合。 2. 数控车床的布局 （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7-8所示，它有4种布局形式。,返回,上一页,下一页,7.1 数控车床,（2）刀架的布局 数按车床的刀架分为转塔式和排刀式刀架两大类。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。转塔式回转刀架有两种形式一咱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盘类零件和轴类零回转轴与主轴垂直件，其回转轴与主轴平行。两坐标边疆控制的数控车床，一般采用612工位转塔式刀架，如图7-9所示。排刀式刀架主要用于小型数控车床，适用于短轴或套类零
6、件加工，如图7-10所示。 7.1.4 数控车床的特点与工艺范围 1. 数控车床的特点 与普通车床相比，数控车床除了独具数控系统之外，还具有以下特点。 （1）结构特点,返回,上一页,下一页,7.1 数控车床,传动链短。 机床刚度大、转速较高，可实现无级变速。 轻拖动、润滑好、排屑方便，机床寿命较长。 加工冷却充分、防护较严密。 自动换刀。 模块化设计等。 （2）加工特点 高精度 高效率 高柔性和高可靠性 工艺能力强,下一页,返回,上一页,7.1 数控车床,2. 数控车床的工艺范围 数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。其工艺范围较普通机床宽的多，凡是能在数控车床上装夹的回转体零件都能在数
7、控车床上加工特别是形状复杂的轴类或盘类零件，如图7-11所示。 （1）精度要求高的回转体零件 （2）轮廓形状复杂的回转体零件 （3）表面粗糙度好的回转体零件 （4）特殊螺纹的回转体零件。如图7-12所示。 （5）超精密、超低表面粗糙度的零件,返回,上一页,下一页,7.1 数控车床,7.1.5 数控车床的传动系统与机械结构 在数控车床上有三种运动传动系统。这就是数控车床的主运动传动系统、进给运动传动系统和辅助运动传动系统。每种传动系统的组成和特点各不相同，它们一起组成了数控车床的传动系统。下面以MJ-50数控车床为例介绍数控国家主权的传动与主要机械结构，如图7-13所示。 1. 主传动系统 （1
8、）主运动传动系统 如图7-14所示。 （2）主轴部件 如图7-15所示为MJ-50数控车床主轴箱结构。 2. 进给传动系统及传动装置 （1）进给传动系统 如图7-14所示。 （2）进给系统传动装置 如图7-16、7-17所示。,返回,上一页,下一页,7.1 数控车床,3. 数控车床的刀架 刀盘运动是指实现刀架上刀盘的转动和刀盘的开定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动轮换。如图7-18所示为MJ-50数控车床所使用的卧式回转刀架结构简图。 7.1.6 数控车床的卡盘的尾架 （1）数控车床的卡盘 数控车床一般用液压卡盘来夹持工件。如图7-19为MJ-50数控车床所使用的液压自定心卡盘简图。 （
9、2）数控车床的尾架 在数控车床中，尾座是结构较为简单的一个部件。尾座安装在床身导轨上，它可以根据工件的长短调节纵向位置。如图7-20所示为尾座的结构简图。,返回,上一页,7.2 数控铣床,7.2.1 概述 数控铣床，也称作数控铣削机床，是一种用途广泛的机床，如同传统的通用铣床一样，分立式和卧式两种。 7.2.2 数控铣床的分类 1. 按照数控铣床的主轴布置形式分类 （1）立式数控铣床 如图7-21、7-22所示。 （2）卧式数控铣床 如图7-23所示。 （3）立、卧两用数控铣床边 如图7-24所示。,下一页,返回,7.2 数控铣床,2. 按照数控系统控制的坐标轴数量分类 （1）2.5坐标联动数
10、控铣床 机床只能X、Y、Z三个坐标中的任意两个坐标轴联动加工。 （2）3坐标联动数控铣床 机床能X、Y、Z三个坐标轴联动加工。目前3坐标数控立式铣床仍占大多数。 （3）4坐标联动数控铣床 机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其中一个轴作数按摆角运动。 （4）5坐标联动数控铣床 机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其中两个轴作数控摆角运动。,下一页,返回,上一页,7.2 数控铣床,7.2.3 数控铣床的组成与布局 1. 数控铣床的组成 数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成。如图7-25所示为立式数控铣床。 2.数控铣床的布局 加工工件所需要的运动仅仅是相对
11、运动，因此，对部件的运动分配可以有多种方案。如图7-26所示，为数控铣床总体布局示意图，可见同是用于铣削加工的铣床，根据工件的重量和尺寸的不同，可以有四种不同的布局方案。 3. 数控铣床总布局的发展趋势,下一页,返回,上一页,7.2 数控铣床,7.2.4 数控铣床的特点与工艺范围 1. 数控铣床的特点 （1）结构特点 数控铣床在结构上要比普通铣床复杂得多，与其他数控机床相比，数控铣床上有下列特点。 控制机床运动的坐标特征。 数控铣床的主轴特性。 （2）加工特点 加工灵活、通用性强。 加工精度高。 生产效率高。 减轻操作者劳动强度。,下一页,返回,上一页,7.2 数控铣床,2. 数控铣床的工艺范
12、围 （1）平面类零件 加工平行或垂直于水平面或其他加工面与水平面的夹角为定角的零件称为颊类零件。如图7-27所示为典型的平面类零件。它的特点是各个加工单元面是平面或可以展开为平面。 （2）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。如图7-28所示。 （3）曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，又称立体类零件。其特点是加工面不能展开为平面，加工面始终与铣刀点接触。如图7-29所示。,返回,上一页,7.3 加工中心,7.3.1 概述 世界上第一台加工中心是1958年美国卡尼 特雷克公司制造出来的。 7.3.2 加工中心的分类 1. 按照加工中心布局方式分类 （
13、1）立式加工中心 如图7-33所示。 （2）卧式加工中心 如图7-34所示。 （3）龙门式加工中心 如图7-35所示。 （4）万能加工中心 如图7-36所示。 （5）虚轴加工中心 如图7-37所示。,下一页,返回,7.3 加工中心,2. 按换刀形式分类 （1）带刀库、机械手的加工中心 （2）无机械手的加工中心 （3）转塔刀库式加工中心 3. 按加工中心机床的功用分类 （1）镗铣加工中心机床 （2）钻削加工中心机床 （3）车削加工中心机床 4. 按照运动坐标轴数和同时控制的坐标轴数分类 加工中心可分为三轴二联动，三轴三联动，四轴三联动，五轴四联动，六轴五联动等。,返回,上一页,下一页,7.3 加
14、工中心,5. 按工作台数量和功能分类 加工中心可分为单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。 6. 按加工精度分类 加工中心可分为普通加工中心和高精度加工中心。 7.3.3 加工中心的组成与布局 1. 加工中心的组成 加工中心自问世至今已有三十多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各异，但从总体来看主要由以下几大部分组成。如图7-38所示。 （1）基础部件 （2）主轴部件,下一页,返回,上一页,7.3 加工中心,（3）伺服系统 （4）数控系统（CNC） （5）自动换刀系统（ATC） （6）辅助装置 2.机床的布局 主要由进给运动伺服电机、换刀机械手、数控柜、盘形刀库
15、、机床操作面板、工作台、驱动电源柜、床身、滑座、主轴箱等构成。 如图7-38所示，床身10顶面的横向导轨支承着滑座9，滑座沿床身导轨的运动为Y轴。,下一页,返回,上一页,7.3 加工中心,7.3.4 加工中心的特点与工艺范围 1. 加工中心的特点 （1）结构特点 机床的刚度高、抗振性好。 机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快。 主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统。 加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期地保持导轨的精度，在高速切削下，保证运动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度。 设置有刀库和换刀机构。 具有主轴准停机构、刀杆自动夹紧松开机构和刀柄切屑自动清除装置。,
16、返回,上一页,下一页,7.3 加工中心,（2）加工特点 全封闭防护，加工精度高。 能自动进行刀具交换，加工生产率高。 工序集中，加工连续进行。 加工中心能自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能。 操作者的劳动强度减轻。 功能强大，趋向复合加工，对加工对象的适应性强。 经济效益高，有利于生产管理的现代化。,下一页,返回,上一页,7.3 加工中心,7.3.5 加工中心的传动系统与结构 下面以原机械工业部北京机床研究所生产的JCS-018A立式镗铣加工中心为例，如图7-39所示，讲述加工中心的传动及结构。 1. 机床的主传动系统 如图7-40所示，主轴电动机采用的是FAN
17、UC AC12伺服电机。 2. 主轴箱结构 （1）如图7-41所示为JCS-018A和叫箱结构图。 （2）刀具自动夹紧机构 如图7-42所示，主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。,下一页,返回,上一页,7.3 加工中心,（3）主轴准停装置 主轴准停又称为主轴定向功能，即主轴停止时必须准确停于某固定位置，这是自动换刀所必须的功能。 3. 机床的进给系统 JCS-018A机床的X、Y、Z三个轴各有一套进给系统，它们分别由3台功率为1.4kW的FANUC-BESK DC15型脉宽调速直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠旋转实现的。如图7-43所示，电动机轴与轴套3之间采用了锥环4无键连接结构。 4. JCS-018A机床的自动换刀装置（ATC） 如图7-44为自动换刀过程。该机床的自动换刀装置（ATC）由刀库及机械手组成。,
