数控机床机械部件相关知识

数控机床装配、调试与故障诊断,第二单元 数控机床机械部件,孙慧平 陈子珍 翟志永 编著,模块一 数控机床本体,模块二 工作台,模块三 换刀装置与刀库,模块一 数控机床本体,项目一 认识数控机床本体结构,项目二 机床本体的装配与调整,项目三 床身关键尺寸检验,一、数控机床对结构的要求,1、数控机床自身特点,（1）高自动化程度,（2）高速大功率和高精度,（3）多工序和多功能集成,（4）高的可靠性和精度保持性,（,1）数控机床应具备更高的静动刚度,（2）数控机床应有更小的热变形,（3）数控机床运动件之间的摩擦要小，传动系统的间隙要消除,（4）数控机床应有更好的宜人性,2、数控机床对结构的要求,二、数控机床的布局特点,1、数控车床的布局结构特点,数控车床的床身结构和导轨主要有平床身、斜床身以及立式床身三种等。,倾斜床身数控车床,2、加工中心的布局结构特点,（1）卧式加工中心,卧式加工中心通常采用移动式立柱，工作台不升降，T形床身。 卧式加工中心的立柱普遍采用双立柱框架结构形式，主轴箱在两立柱之间，沿导轨上下移动。这种结构刚性大，热对称性好，稳定性高。小型卧式加工中心多数采用固定立柱式结构，其床身不大，且都是整体结构。,卧式加工中心各个坐标的运动可由工作台移动或由主轴移动来完成，也就是说某一方向的运动可以由刀具固定，工件移动来完成，或者是由工件固定，刀具移动来完成。,（2）立式加工中心,立式加工中心与卧式加工中心相比，结构简单，占地面积小，价格也便宜。中小型立式加工中心一般都采用固定立柱式，因为主轴箱吊在立柱一侧，通常采用方形截面框架结构、米字形或井字形筋板，以增强抗扭刚度，而且立柱是中空的，以放置主轴箱的平衡重。,立式加工中心通常也有三个直线运动坐标，由溜板和工作台来实现平面上X、Y两个坐标轴的移动。,龙门式数控铣床,现代数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，用交流调速电机或直流调速电机驱动，它们能方便地实现无级变速，且传动链短，传动件少，提高了变速的可靠性，其制造精度则要求很高。,三、数控机床的主传动系统,1、主传动变速, 减少运动件的磨擦阻力：丝杠和导轨结构的滚动化是减少摩擦的重要措施之一； 提高传动精度和刚度；（油的压缩刚度很低，必须限制油缸的最大行程） 减少运动惯量； 稳定性好、寿命长：低速下不产生爬行，适应外加载荷的变化而不发生共振。 使用维修方便。,2、数控机床对进给运动的要求：,常用工量具的使用,一、,塞尺的使用、维护和保养,塞尺的规格,A型,B型,塞尺片长度/mm,塞尺片数,塞尺的厚度及组装顺序,75A 13,75B13,75,13,0.02;0.02;0.03;0.03;0.04; -0.10,75A14,75B14,75,14,1.00;0.05;0.06;0.07;0.08,75A17,75B17,75,17,0.50;0.02;0.03;0.04;0.05;,水平仪,气泡水平仪,检验机器安装面或平板是否水平，及测知倾斜方向与角度大小的测量仪器，其外形系用高级钢料制造架座，经精密加工后，其架座底座必须平整，座面中央装有纵长圆曲形状的玻璃管，也有在左端附加横向小型水平玻璃管，管内充满醚或酒精，并留有一小气泡，它在管中永远位于最高点。玻璃筒上在气泡两端均有刻度分划。通常，工厂安装机器时，常用气泡水平仪的灵敏度为0.01mm/m、0.02mm/m、0.04mm/m、0.05mm/m、0.1mm/m、0.3mm/m和0.4mm/m等规格，即是将水平仪置于 1 m 长的直规或平板之上，当其中一端点有灵敏度指示大小的差异时，如灵敏度为0.01 mm/m，即是表示直规或平板的两端点有0.01 mm的高低差异 ( 相当于两端点相差2秒 )，当1 m长的有h mm高度差时，气泡会一个刻度的差异。,气泡水平仪,(Sprit levels),激光水平仪,精密水平仪,框式水平仪,电子水平仪 (Electronic levels),红外激光水平仪,用来测量高精度的工具机，如NC车床、铣床、切削加工机、,三次元,量床等床面，其灵敏度非常高，若以测量时可左右偏移25刻度计算，测量工件只在一定的倾斜范围内均可测量。,电子水平仪的主要原理有电感式和电容式等两种。根据测量方向不同还可分为一维和二维电子水平仪,.,电感式原理：当水平仪的基座因待测工件倾斜而倾斜时，其内部摆锤因移动所造成感应线圈的电压变化。电容式水平仪其测量原理为一圆形摆锤自由悬挂在细在线，摆锤受地心重力所影响，且悬浮于无摩擦状况。摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪受待测工件所影响而造成，两间隙不同距离改变即产生电容不同，形成角度的差异。,激光干涉仪,以激光波长为已知长度利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量.工具激光干涉仪有单频的和双频的两种。,激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。,从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机计算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。,单频激光干涉仪,在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应, 激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2 f的光束，f是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2f）的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有f的电脉冲信号。经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算（乘 1/2激光波长）后即可得出可动反射镜的位移量。,双频激光干涉仪,双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。,双频激光干涉仪,数控车床的种类和检验要点,数控车床检验标准,GB5268-85车床刀架装刀槽高度,JB4138-85精整车床精度,JB3754-84单轴纵切自动车床参数,JB1464-94单轴纵切自动车床精度,JB/T54012-93单轴纵切自动车床技术条件,ZBJ5301089单轴自动车床技术条件,JB3644-84、4321-84卧式多轴自动车床精度、技术条件,GB4683-93、ZBJ53011-89转塔车床精度、技术条件,ZBJ53009-89、ZB/Z123-76立式车床参数与系列型谱,JB4116-96单柱双柱立式车床精度,JB/T2322-93卧式车床精度、技术条件,JB/GQ1125-88、JB/GQ1126-88简式数控卧式车床精度、技术条件,JB4369-86、JBn4368-86数控卧式车床精度、技术条件,JB2670-82金属切削机床检验通则,数控车床检验项目,(1)几何精度，即机床基础件的精度，它是决定加工性能的基本条件。主要包括：床身导轨的直线度、主轴回转精度、溜板、尾座等移动部件的移动方向与导轨、主轴回转轴线的平行度或垂直度等。,(2)传动精度，是指内联系统传动链两端件运动相互关系的准确度，车床主要是指主轴和丝杠间传动链精度。,(3)定位精度，是指机床某运动部件从某一位置到达预定的另一理论位置和运动所达实际位置的差值。数控机床对定位精度要求很高。,(4)工作精度，即机床加工精度，包括：精车外圆的圆度，即在纵截面内直径的一致性、精车端面的平面度和精车螺纹的螺距累积误差等。,对三坐标以上的数控机床，除X、Y、Z三个坐标轴直线进给运动外，还有绕X、Y、Z轴旋转圆周进给运动或分度运动。,数控机床的圆周运动包括分度运动和连续圆周进给运动两种。,通常数控机床的连续圆周进给运动由数控回转工作台来实现，分度运动由分度工作台来实现。,（1）数控回转工作台,数控转台，是在数控系统的控制下，完成工作台的圆周进给运动，并能同其他坐标轴实行联动，以完成复杂零件的加工，还可以作任意角度转位和分度。,数控机床的工作台,工作台的运动大都由伺服电机驱动，经减速齿轮和蜗轮蜗杆传人，其定位精度完全由控制系统和伺服传动系统的间隙大小决定。因此，用于数控机床回转工作台的蜗轮蜗杆必须有较高的制造精度和装配精度，而且还要采取措施来消除蜗轮蜗杆副的传动间隙,。,通常消除间隙有两种方法：一是采用双蜗杆传动这种方法可以保证正确的啮合关系和完全的齿面接触，但制造成本高，传动效率低。二是采用双螺距变齿厚蜗杆，它能够始终保持正确的啮合关系，且结构简单，调整方便。,（2）分度工作台,数控机床的分度工作台与数控回转工作台不同，它只能完成分度运动。它不能实现圆周进给，也就是说在切削过程中不能转动，只是非切削状态下将工件进行转位换面，以实现在一次装卡下完成多个面的多工序加工。,为了充分发挥数控机床的作用，加工中心要完成对工件的多工序加工，必须具备自动更换刀具的功能。为此而设置的更换刀具和刀具储备的系统称为自动换刀系统。自动换刀系统应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储备足够和换刀安全可靠等功能。,换刀装置与刀库,自动换刀系统的结构形式,随加工中心的类型不同而不同。,（1）,回转刀架式,：,回转刀架是一种最简单的自动换刀系统，用于数控车床。,（2）,更换主轴头式,在带有旋转刀具的数控机床中，如数控钻床，更换主轴头是一种比较简单的换刀方式，常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。,（3）,刀库一机械手式,目前大量使用的是带有刀库一机械手的自动换刀系统。,这种结构形式主轴的刚度高，有利于提高加工精度和效率。刀具的存储量大，有利于加工复杂零件。,刀库形式,常用于数控车床：,四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架。,数控车床六方刀架工作原理：,1）刀架抬起,2）刀架转位,3）刀架压紧,4）转位油缸复位,1、回转刀架换刀,1升降活塞 2刀架 3固定件 4配合件 5端齿离合器 6转位活塞 7空套齿轮 8齿条 9固定插销 10活动插销,1）刀架抬起 3）刀架压紧,1升降活塞 2刀架 3固定件 4配合件 5端齿离合器 6转位活塞 7空套齿轮 8齿条 9固定插销 10活动插销,刀架转位,1升降活塞 2刀架 3固定件 4配合件 5端齿离合器 6转位活塞 7空套齿轮 8齿条 9固定插销 10活动插销 11推杆 12触头,转位油缸复位,10与9 反靠周向定位，3与4锥面轴向定位,二、更换主轴换刀,机床的主轴头就是一个转塔刀库。,工作原理,：,将所需刀具的主轴转到工作位置（由行程开关组实现主轴号的选定），同时接通主传动。转位动作：脱开主传动；转塔头抬起；转塔头转位；转塔头定位夹紧；主轴传动重新接通。,TK-5525型数控转塔式镗铣床,二、更换主轴换刀,特点:,缩短换刀时间；提高了换刀可靠性；,主轴数目会影响主轴系统的刚度。,适用机床,：,工序较少、精度要求不高的数控钻床、铣床等,TK-5525型数控转塔式镗铣床,类似组合机床，采用多主轴的主轴箱 。,工作原理：,主轴箱库存若干备用主轴箱，由两小车运输。,适用场合：,加工箱体类零件，可提高生产率。,三、更换主轴箱换刀,四、带刀库的自动换刀系统,组成,：刀库、选刀机构、刀具交换机构、刀具在主轴上的自动装卸机构。,工作原理,：,特点：,主轴刚性增强，有利于精密加工和重切削加工。,应用广泛,图 95,四、带刀库的自动换刀系统,刀库是自动换刀装置中主要部件之一，其容量及具体结构对数控机床的设计有很大影响。,根据刀库所需要的容量、选刀及取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。,1盘形刀库,2链式刀库,3格子式刀库,二 刀库形式,1盘形刀库,盘形刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可存放一把刀具。盘形刀库的储存量一般为1540把。,2链式刀库,这种刀库是在环形链条上装有许多刀座，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支撑链轮数目，使链条折叠回饶，提高空间利用率。一般刀具数量在30120把。,3格子式刀库,这种刀库具有纵横排列十分整齐的很多格子，每个格子中均有一个刀座，可储存一把刀具，这种刀库可将其单独安置于机床外，由机械手进行选刀及换刀。这种刀库选刀及取刀动作复杂，应用最少。,