第1章 數(shù)控機(jī)床的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1、睞第1章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1數(shù)控機(jī)床的組成 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的整體結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床的組成，從大的方面劃分，主要由信息載體、計算機(jī)數(shù)控裝置、坐標(biāo)伺服系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)、位置和速度檢測反饋系統(tǒng)以及過程檢測的自適應(yīng)控制系統(tǒng)等六部分組成。數(shù)控機(jī)床的組成框圖如圖1.1所示。 圖1.1 數(shù)控機(jī)床的組成框圖圖1-5數(shù)控機(jī)床的組成及框圖1信息載體它是把加工零件通過建立數(shù)學(xué)模型及數(shù)學(xué)處理后，按規(guī)范編制成工藝流程，形成程序文件，然后通過計算機(jī)存儲到軟盤或磁盤上，再將軟盤或磁盤的程序輸送到數(shù)控系統(tǒng)中?；蛘咄ㄟ^鍵盤將加工程序輸送到數(shù)控系統(tǒng)中，也可通過DNC接口用通用計算機(jī)直接將加工程序輸送到數(shù)控系統(tǒng)中。這些軟

2、盤、磁盤、鍵盤或通用計算機(jī)就是信息載體。我們把可用不同形式將零件的加工程序記錄在上面，并可傳輸給數(shù)控裝置的這種載體稱為信息載體，也可稱為控制介質(zhì)。在早期的數(shù)控機(jī)床上，常用紙帶、穿孔卡片、磁帶等作為信息載體。2計算機(jī)數(shù)控裝置加工程序由輸入裝置傳送到數(shù)控系統(tǒng)中后，經(jīng)過中央處理單元、運(yùn)算器、存儲器、控制器等，又通過數(shù)控系統(tǒng)軟件、機(jī)床參數(shù)等的支持，再經(jīng)過輸出裝置，分配到坐標(biāo)伺服系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)中去。同時又將坐標(biāo)伺服系統(tǒng)中的位置檢測信號、速度檢測信號和自適應(yīng)控制的溫度、轉(zhuǎn)矩、振動、摩擦、切削力及液壓、氣壓、中心潤滑等系統(tǒng)的壓力多因素變化過程檢測的反饋信息，經(jīng)與給定值和最佳參數(shù)反復(fù)比較、處理后，再輸出給

3、坐標(biāo)伺服系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)。這里的輸入/輸出裝置、中央處理單元（CPU）、運(yùn)算器、存儲器和控制器等組成的裝置稱為計算機(jī)數(shù)控裝置。3坐標(biāo)伺服系統(tǒng)由伺服控制電路、功率放大器、交流伺服電機(jī)或線性電機(jī)、位置和速度檢測裝置等組成，將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床的各坐標(biāo)運(yùn)動，這種系統(tǒng)稱為坐標(biāo)伺服系統(tǒng)。坐標(biāo)伺服系統(tǒng)中的位置檢測裝置和速度檢測裝置，對坐標(biāo)運(yùn)行的直線位置、角向位置的準(zhǔn)確性和直線運(yùn)行速度、角向回轉(zhuǎn)速度進(jìn)行檢測、修正。其中包括主軸轉(zhuǎn)換成伺服坐標(biāo)的角向位置檢測和回轉(zhuǎn)運(yùn)行的速度檢測。坐標(biāo)伺服系統(tǒng)中的坐標(biāo)運(yùn)行位置精度和運(yùn)行速度將直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率。4輔助控制裝置輔助控制裝置的作用，就

4、是通過接收數(shù)控裝置發(fā)出的輔助控制指令，經(jīng)輸入/輸出接口電路轉(zhuǎn)換成強(qiáng)電（動力能源）信號，用來控制機(jī)床主軸的啟動、停止，主軸的無級調(diào)速，機(jī)械手、刀庫、換刀的動作，刀塔的動作，尾座的動作，工作臺的交換、定位、夾緊，冷卻液裝置的動作，排屑器的動作，液壓裝置的動作，氣壓裝置的動作及中心潤滑裝置的動作等。輔助控制裝置用輔助指令來控制數(shù)控機(jī)床各開關(guān)量，能使機(jī)床在運(yùn)行過程中形成一套完整或較完整的邏輯工作狀態(tài)。數(shù)控機(jī)床由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、檢測反饋裝置、和機(jī)床本體四大部分組成。1.1.2 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC）的組成計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）主要由微型計算機(jī)、外圍設(shè)備和機(jī)床控制裝置三大部分組成。1微型計

5、算機(jī)微型計算機(jī)是CNC 系統(tǒng)的核心，是CNC的主體設(shè)備，是軟件得以施展、完成各項控制功能的硬件保證。它主要由微處理器（CPU）、存儲器和接口電路組成。圖1.2 CNC系統(tǒng)的組成框圖CPU由運(yùn)算器和控制器組成，任務(wù)完成對數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算和管理。存儲器用于存儲系統(tǒng)軟件和加工程序，在EPROM中存放系統(tǒng)程序，在RAM中存放零件加工程序。輸入/輸出(I/O)接口電路完成CPU與機(jī)床和外圍設(shè)備的聯(lián)系。2外圍設(shè)備外圍設(shè)備（簡稱外設(shè)）由操作面板、鍵盤、顯示器、磁盤驅(qū)動器、可編程控制器（PLC機(jī)）以及外部存儲器等組成。這些外圍設(shè)備通過I/O接口與計算機(jī)相連，形成了計算機(jī)與外圍設(shè)備的雙向通信，同時在計算機(jī)的統(tǒng)一指

6、揮下對機(jī)床各部分進(jìn)行控制。操作面板分兩大部分，一部分用來安裝操作計算機(jī)及數(shù)控裝置的各按鍵、按鈕開關(guān)和標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)鍵盤、固定鼠標(biāo)。另一部分用來安裝操縱機(jī)床的各種控制開關(guān)、按鍵、手搖脈沖發(fā)生器、機(jī)床工作狀態(tài)指示器、各種信號燈。鍵盤輸入各種操作指令，工件的加工程序用手動方式(MDI)直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中存儲起來，還可控制數(shù)控機(jī)床操作。顯示器用來顯示CNC系統(tǒng)的相關(guān)信息。軟盤驅(qū)動器將軟盤上存儲的加工工件程序通過軟盤驅(qū)動器輸入到數(shù)控系統(tǒng)的存儲器中存儲起來?？删幊炭刂破鲗?shù)控機(jī)床的順序動作進(jìn)行邏輯控制，并分為內(nèi)置和外置兩種。3機(jī)床控制裝置CNC系統(tǒng)是通過對伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，來實現(xiàn)對各線性坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)

7、的直線位置、角向位置的坐標(biāo)運(yùn)動速度控制的。為了提高這些線性坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的位置精度和運(yùn)行速度的準(zhǔn)確性，常常采用半閉環(huán)和閉環(huán)伺服檢測系統(tǒng)來檢測機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)行的實際位置，用測速電機(jī)來檢測伺服電機(jī)的速度，以提高控制精度。因此，在機(jī)床坐標(biāo)位置和速度控制中要具有位置反饋和速度反饋系統(tǒng)。機(jī)床邏輯狀態(tài)檢測輸入接口電路，用于輸入機(jī)床上安裝的與自適應(yīng)控制相關(guān)的傳感元器件和液壓、氣壓、檢測元件的輸出信號。機(jī)床邏輯狀態(tài)控制輸出接口電路，用于控制機(jī)床的各開關(guān)量，包括各輔助裝置的開關(guān)量。位置控制一般是指控制機(jī)床的位移軸的移動位置，比如CNC發(fā)出指令，控制軸通過伺服電機(jī)，傳動裝置等移動到指定位置，通過位置檢測裝置（編碼器或

8、者光柵）反饋回CNC，是否準(zhǔn)確到達(dá)，同時進(jìn)行位置的補(bǔ)正。就是CNC通過指令讓它能控制移動的東西移動到了它要求的地方，同時檢查實際到了沒有。1.1.3 主機(jī)的組成主機(jī)即數(shù)控機(jī)床的機(jī)床部分。當(dāng)主軸驅(qū)動系統(tǒng)和坐標(biāo)伺服系統(tǒng)接收到計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的動作信號以后，開始驅(qū)動機(jī)床的主軸、工作臺和刀具去定位或按程序中所指定的軌跡進(jìn)行動作，并配以必要的機(jī)械、液壓、氣壓、冷卻液、中心潤滑等動作，按照要求的形狀和尺寸去完成零件的切削加工。圖1.3 數(shù)控機(jī)床主機(jī)的組成框圖1主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動方式有以下三種。 在大、中型數(shù)控機(jī)床上常采用變速齒輪的傳動方式，這樣可以加大主軸的輸出扭矩，以滿足主軸低速旋轉(zhuǎn)時對大輸出扭矩

9、特性的要求。 在小型數(shù)控機(jī)床和部分?jǐn)?shù)控機(jī)床上采用同步齒形帶作為主傳動，用這種傳動方式可以減少主傳動的振動和噪聲。但是，它的輸出扭矩要比齒輪傳動時的輸出扭矩小得多。 這些年來，在許多數(shù)控機(jī)床上開始大量使用電主軸，即數(shù)控機(jī)床的主軸直接與交流調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子剛性連接，使主軸與電機(jī)成為一個整體。這樣大大簡化了主軸箱體與主軸結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。1. 帶有變速齒輪的主傳動這是大、種型數(shù)控機(jī)床采用較多的一種方式。通過少數(shù)幾對齒輪減速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸對輸出扭矩特性的要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床業(yè)采用此種傳動方式，以獲得強(qiáng)力切屑時所需要的扭矩?；讫X輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓油缸帶

10、動齒輪實現(xiàn)。2. 通過皮帶傳動的主傳動這主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可以避免齒輪傳動是引起的振動與噪聲。但它只能使用與要求的扭矩特性的主軸。3. 由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動的主傳動這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大。2坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常由位置比較放大單元、驅(qū)動單元、機(jī)械傳動裝置及位置檢測元件（目前大多采用光柵尺）等幾部分組成。圖1.6所示為數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)的組成框圖。圖1.6 數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)的組成框圖 1.開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中沒有測量裝置。數(shù)控裝置根據(jù)程序所要求的進(jìn)給速度，方向

11、和位移量輸出一定頻率和數(shù)量的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大后，每一個進(jìn)給指令脈沖驅(qū)動功率步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角。經(jīng)減速齒輪、絲桿螺母付轉(zhuǎn)化成工作臺的當(dāng)量直線位移。如果工作臺的實際位移增多或減少數(shù)控裝置將不予理會，不會補(bǔ)發(fā)指令脈沖加以補(bǔ)償。2.閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測裝置（如光柵尺、直線感應(yīng)同步器等）測得的實際位置反饋信號，隨時進(jìn)行比較。根據(jù)其差值與指令進(jìn)給位移的要求，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換后，隨時對驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正。使得工作臺的實際位移量與指令位移量相一致。 3.半閉環(huán)控系統(tǒng)機(jī)床，將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動電機(jī)的端部或是絲桿的端部，雖然沒有直接測量出工作臺的實際位移，但通過

12、間接測量高精度絲桿的角速度，或驅(qū)動電機(jī)的角速度從而得到工作臺的實際位置。最后對工作臺的實際位移量進(jìn)行補(bǔ)償。3工作臺工作臺可以是固定在某一個加工區(qū)間的位置上，也可以是在這個加工區(qū)間的位置上作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，還可以作為一臺數(shù)控機(jī)床的附件，安裝在固定工作臺上，在有些加工中心上，工作臺可以進(jìn)行交換，可以是兩個工作臺進(jìn)行交換，也可以是多個工作臺進(jìn)行交換，如此成為柔性(適應(yīng)新產(chǎn)品變化的能力)制造單元的一個組成部分。4換刀裝置和刀塔（1）換刀裝置換刀裝置由機(jī)械手、刀庫、主軸定向機(jī)構(gòu)和主軸拉刀機(jī)構(gòu)組成。在有些加工中心的換刀裝置上只有刀庫和主軸換刀機(jī)構(gòu)，省去了機(jī)械手。機(jī)械手作為刀庫與主軸之間取刀、放刀的裝置，起著傳遞

13、作用。在沒有機(jī)械手的加工中心上，是由刀庫和主軸的相互配合完成換刀動作的。刀庫的形式一般有鼓輪式（或稱斗笠式）、鏈?zhǔn)胶拖潴w式等幾種，也是目前加工中心上常用的幾種形式。機(jī)械手在刀庫上準(zhǔn)確選刀，往往采取刀具編號方式、刀座編號方式和計算機(jī)記憶方式。1.換刀過程 (1)裝刀：刀具裝入刀庫 任選刀座裝刀方式。刀具安置在任意的刀座內(nèi)，需將該刀具所在刀座號記下來。 固定刀座裝刀方式。刀具安置在設(shè)定的刀座內(nèi)。 (2)選刀 從刀庫中選出指定刀具的操作。 1)順序選刀：選刀方式要求按工藝過程的順序(即刀具使用順序)將刀具安置在刀座中，使用時按刀具的安置順序逐一取用，用后放回原刀座中。 2)隨意選刀： 刀具編碼方式采

14、用刀套的錐柄和錐柄的尾部編碼兩種方式 刀座編碼選刀：對刀庫各刀座編碼，把與刀座編碼對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，編程時用地址T指出刀具所在刀座編碼。 計算機(jī)記憶選刀 刀具號和存刀位置或刀座號對應(yīng)地記憶在計算機(jī)的存儲器或可編程控制器的存儲器內(nèi)，刀具存放地址改變，計算機(jī)記憶也隨之改變。在刀庫裝有位置檢測裝置，刀具可以任意取出，任意送回。 (3)換刀 1)主軸上的刀具和刀庫中的待換刀具都是任選刀座。 刀庫選刀到換刀位機(jī)械手取出刀具裝入主軸，同時將主軸取下的刀具裝入待換刀具的刀座。 2)主軸上的刀具放在固定的刀座中，待換刀具是任選刀座或固定刀座。 選刀過程同上，換刀時從主軸取下刀具送回刀庫時，刀庫應(yīng)

15、事先轉(zhuǎn)動到接收主軸刀具的位置。 3)主軸上的刀具是任選刀座，待換刀具是固定刀座。 選刀同上，從主軸取下的刀具送到最近的一個空刀位。8421的編碼方式4個位置分別代表數(shù)字8、4、2、1見下表（2）刀塔刀塔（又稱刀架）是數(shù)控車床或車削中心上的重要部件，是在車削過程中，為滿足車削工藝的需要進(jìn)行自動換刀的裝置。在車削中心的刀塔上還可安裝若干個動力裝置，以便在車削的同時，又可完成銑削和鉆削工序。常用的刀塔可分為六工位、八工位、十二工位等形式。刀塔上的動力刀具是由交流伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的。它通過同步齒形皮帶、傳動軸、齒輪、離合器等將動力傳遞到動力刀夾，再通過刀夾內(nèi)部的齒輪傳動，刀具可旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)動力刀具的主動

16、切削。5液壓系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)，常用來控制主軸的拉刀機(jī)構(gòu)、主軸箱或工作臺的平衡裝置、主軸的立、臥轉(zhuǎn)換裝置，對具有齒輪調(diào)速裝置的主傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度變擋。液壓系統(tǒng)還對工作臺的夾緊、工作臺的交換、機(jī)械手的動作、刀庫的動作、機(jī)械定向機(jī)構(gòu)等進(jìn)行控制。在數(shù)控車床上，三爪卡盤的夾緊與放松、高壓夾緊（加工普通零件采用較大夾緊力）與低壓夾緊（加工薄壁零件采用較小夾緊力）之間的轉(zhuǎn)換; 回轉(zhuǎn)刀盤的松開與夾緊、刀盤的轉(zhuǎn)位選刀; 尾架套筒的伸縮等輔助加工動作，均是機(jī)床自動完成的，無需操作者參與。一些數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動傳動系統(tǒng)帶有齒輪變速機(jī)構(gòu)，其滑移齒輪的移位大都采用液壓 撥叉或直接由液壓缸帶動滑移齒輪變換嚙合位置，實現(xiàn)

17、主軸自動變速。在加工中心的刀具自動交換裝置中，盤式刀庫刀盤的抬起轉(zhuǎn)位選刀定位;鏈?zhǔn)降稁斓囊苿?主軸夾緊與松開刀具、機(jī)械手的抓刀與插刀、機(jī)械手轉(zhuǎn)位等換刀動作，都是按順序自動完成的。 圖1.8 液壓系統(tǒng)控制框圖6氣動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的氣動系統(tǒng)常用來控制機(jī)械手的動作、刀庫的動作、交換工作臺的動作；對有些數(shù)控車床來說，還完成主軸卡盤的夾緊、尾頂尖的動作；在有些數(shù)控坐標(biāo)磨床上，氣動系統(tǒng)還控制砂輪的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因為砂輪的高速運(yùn)轉(zhuǎn)是由氣動軸承完成的。氣動系統(tǒng)還對主軸錐孔進(jìn)行吹氣清潔，對各坐標(biāo)的光柵尺進(jìn)行吹氣清潔。氣動系統(tǒng)也用于潤滑系統(tǒng)中的噴霧潤滑、冷卻液系統(tǒng)的高壓冷卻等。加工中心氣動系統(tǒng)的設(shè)計與加工中心的類型、結(jié)

18、構(gòu)、要求完成的功能等有關(guān)。結(jié)合氣壓傳動的特點(diǎn)，一般在要求力或力矩不太大的情況下采用氣壓傳動。圖1.9 氣動系統(tǒng)控制框圖7潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)分中心潤滑系統(tǒng)和齒輪箱潤滑兩部分。中心潤滑系統(tǒng)是由計算機(jī)通過輔助控制裝置進(jìn)行控制的，主要對主軸軸承、各坐標(biāo)軸承、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副、機(jī)械手、刀庫以及所有滑動、滾動面等部位潤滑。 圖1.10 中心潤滑系統(tǒng)潤滑部位框圖8冷卻液系統(tǒng)冷卻液系統(tǒng)是由計算機(jī)通過輔助控制裝置進(jìn)行控制的，主要是在切削時對刀具和工件進(jìn)行冷卻。同時，冷卻液還可由高壓系統(tǒng)經(jīng)過主軸中心，再經(jīng)刀柄的中心、刀具的中心對深孔加工進(jìn)行有效的冷卻。這種冷卻方式往往用于加工中心、數(shù)控鉆床的鉆削加工。冷卻液系統(tǒng)

19、的工作部位框圖如圖1.11所示。圖1.11 冷卻液系統(tǒng)的工作部位框圖在一些大中型的數(shù)控機(jī)床上，冷卻液還作為清潔裝置對工件、工作臺、坐標(biāo)軸、防護(hù)罩及工作室內(nèi)表面進(jìn)行沖洗清潔。這樣也可以有效地將切削熱量由冷卻液及時帶走，減少機(jī)床和工件的熱變形。在有些數(shù)控機(jī)床上還利用冷卻液經(jīng)過濾后對主軸進(jìn)行內(nèi)冷，這種情況大多用在電主軸上。9制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)是由計算機(jī)通過輔助控制裝置進(jìn)行控制的，主要用于對液壓系統(tǒng)的液壓油進(jìn)行冷卻，或者對用于主軸的冷卻液進(jìn)行冷卻。制冷系統(tǒng)的工作部位框圖如圖1.12所示。在有些數(shù)控機(jī)床上，將被冷卻過的液壓油、冷卻液或水通過電器柜，用風(fēng)扇將冷氣吹進(jìn)電器柜內(nèi)，達(dá)到使電器柜內(nèi)的控制單元或模塊、

20、電源等散發(fā)熱量的目的。這些數(shù)控機(jī)床的電器柜、液壓油或冷卻液都是用壓縮機(jī)進(jìn)行制冷的。圖1.12 制冷系統(tǒng)的工作部位框圖10自動排屑裝置自動排屑裝置（又稱排屑器）也是由計算機(jī)通過輔助控制裝置進(jìn)行控制的，主要用來排出機(jī)床在加工過程中的切屑。排屑分為自動定時排屑和手動不定時排屑兩種方式。所謂定時自動排屑，即在加工過程中事先設(shè)定將排屑指令編入到程序中，使其定時排屑。所謂手動不定時排屑，即在加工過程中不定時地由操作人員根據(jù)排屑情況進(jìn)行手工操作（MDI方式下）計時排屑。排屑器有鏈?zhǔn)?、板式、螺旋式等幾種結(jié)構(gòu)形式。1.2 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1.2.1 加工中心的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)加工中心即多工序加工機(jī)床，它可通過一次

21、裝夾，按工步要求一次完成銑削、鉆削、鏜孔、鉸孔、攻絲和輪廓等工序的加工?，F(xiàn)以比較典型的寧江機(jī)床廠生產(chǎn)的THM(精密)6350 臥式可交換工作臺加工中心為例，分析其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。 1性能THM6350臥式加工中心的主體結(jié)構(gòu)如圖1.13所示。該機(jī)床為雙工位四軸三聯(lián)動或四軸四聯(lián)動臥式可交換工作臺加工中心。刀庫容量為32把或60把ISO40型刀具。機(jī)電一體化布局，全封閉罩殼結(jié)構(gòu)，采用直線滾動導(dǎo)軌，運(yùn)動平穩(wěn)、靈活、剛性好、承載能力強(qiáng)、使用壽命長。線性坐標(biāo)的定位精度可達(dá)0.008mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.004mm。回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的連續(xù)分度定位精度可達(dá)10角秒(角度單位，1度=60=3600角秒)，重復(fù)定位精度可

22、達(dá)7.2角秒。主軸采用高精度軸承，并設(shè)有主軸錐孔清潔吹氣裝置。機(jī)械手為凸輪式單臂雙爪隨機(jī)交換方式，可滿足15kg以下刀具的交換，換刀時間為2.5s。選用FANUC 0M控制系統(tǒng)(日本法蘭克)或FAGOR 8055M控制系統(tǒng)(西班牙法格)，具有X、Y、Z、B四個坐標(biāo)軸。坐標(biāo)采用交流伺服電機(jī)和光柵尺閉環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)；主軸驅(qū)動采用交流驅(qū)動或電主軸交流驅(qū)動；具有工件檢測功能和刀具檢測功能，可對工件位置尺寸和工具的磨損或破損情況進(jìn)行檢測，實現(xiàn)刀具的壽命管理；機(jī)床操作面板按人機(jī)工程要求設(shè)計；控制系統(tǒng)配有RS232通信接口，可實現(xiàn)DNC(群控)連網(wǎng)功能。機(jī)床配有雙工位或六工位可自動交換工作臺，工件裝卸方便、操作

23、簡單、節(jié)約工件和工裝裝夾時間，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)THM6350加工中心的主機(jī)主要由機(jī)床床體、可交換工作臺、機(jī)械手換刀系統(tǒng)、刀庫、主軸拉刀機(jī)構(gòu)、排屑器、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)和中心潤滑系統(tǒng)等組成。CNC系統(tǒng)主要由微型計算機(jī)、坐標(biāo)伺服系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、輔助控制裝置、I/O接口電路等組成。 圖1.13 THM6350加工中心外形機(jī)床的傳動系統(tǒng)如圖1.14所示。傳動系統(tǒng)主要分為坐標(biāo)軸的伺服進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的分度系統(tǒng)。另外，還有雙工位工作臺的交換系統(tǒng)、刀庫分度系統(tǒng)和機(jī)械手傳動系統(tǒng)。（1）主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖1.14所示，主傳動系統(tǒng)是由交流主軸驅(qū)動電機(jī)通過一對圓弧齒輪13

24、、15與圓弧同步齒形帶14直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。主軸的定向是由交流主軸電機(jī)所帶編碼器來實現(xiàn)的。主軸轉(zhuǎn)速可在808000r/min范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速。主軸箱安裝在雙立柱的框架之間，由直線滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠副實現(xiàn)主軸箱（y坐標(biāo)）的上下運(yùn)動。y軸的伺服電機(jī)帶有失電制動器，作為斷點(diǎn)剎車用，以免主軸箱下滑。主軸交流調(diào)速電機(jī)和主軸的拉刀機(jī)構(gòu)安裝在主軸箱后部。主軸箱采用平衡油缸和蓄能器等組成的液壓平衡裝置來完成主軸箱上下運(yùn)行時的平衡，以提高y坐標(biāo)軸的運(yùn)動精度，同時要減輕y軸交流伺服電機(jī)的負(fù)載。主軸組件（如圖1.15所示）由主軸2、主軸前支承軸承組4、主軸后支承軸承組22、主軸卸荷裝置24、主軸拉刀裝置23和主軸

25、支承套7等零部件組成。主軸的拉刀機(jī)構(gòu)由蝶形彈簧29組成，通過拉桿32、拉桿前端的鋼球拉爪6將刀柄拉釘5夾緊在主軸錐孔內(nèi)，夾緊力約60006400N，拉刀夾緊力的大小是由主軸后端螺母16調(diào)節(jié)的。主軸松刀是由裝在主軸組后端的液壓油缸19向前推動主軸拉 桿實現(xiàn)刀具的松開。主軸拉桿松刀頂出的位置是通過液壓油缸的外螺紋調(diào)節(jié)，并由鎖緊螺母21鎖緊，主軸刀具的夾緊、松開位置是由兩個無觸點(diǎn)開關(guān)發(fā)訊的。主軸錐孔的清潔是由氣動系統(tǒng)通過氣管23從主軸拉桿中心孔吹入主軸錐孔的。主軸刀具冷卻是由冷卻系統(tǒng)通過主軸支承套上的四路冷卻孔9送入主軸前端的冷卻噴嘴3對刀具進(jìn)行冷卻的。（2）直線坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖1.14所示，x、

26、y、z三個直線坐標(biāo)的運(yùn)行分別由三個交流坐標(biāo)伺服電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器12、17和2分別與滾珠絲杠副4、10和16連接，來驅(qū)動這三個直線坐標(biāo)的位移。這三個坐標(biāo)全部采用閉環(huán)檢測伺服系統(tǒng)。x、y、z坐標(biāo)軸的傳動結(jié)構(gòu)如圖1.16所示。三個直線坐標(biāo)軸均采用交流伺服電機(jī)通過彈性聯(lián)軸節(jié)3，對滾珠絲杠9進(jìn)行直接驅(qū)動，這種結(jié)構(gòu)傳動簡單、可靠，傳動效率高。三個坐標(biāo)軸的滾珠絲杠均采用兩端固定，并進(jìn)行絲杠預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)。軸承值為60°角接觸，重預(yù)加負(fù)荷的成組軸承。螺母4用于壓緊左邊支承軸承組，螺母15用于對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，并通過螺母10將右邊支承軸承組固定。（3）回轉(zhuǎn)坐標(biāo)B軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖1.14所示，回轉(zhuǎn)坐標(biāo)B

27、軸為周圍連續(xù)分度系統(tǒng)，此時b坐標(biāo)的運(yùn)行是由交流伺服電機(jī)通過一對圓弧齒輪23、25與圓弧同步齒形帶24再與聯(lián)軸器26相連，然后又與蝸桿、蝸輪27相連，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺b軸的連續(xù)分度。如圖1.17所示，回轉(zhuǎn)連續(xù)分度工作臺安裝在B坐標(biāo)軸的大軸承1上，b軸軸承安裝在右滑臺上，其回轉(zhuǎn)工作臺的精度主要取決于B軸軸系的精度，工作臺的分度定位精度和重復(fù)定位精度由安裝在B軸軸系下的圓光柵尺來檢測。回轉(zhuǎn)分度工作臺周圍有四個浮動式液壓夾緊油缸2，用于B軸分度后的夾緊，以承受工作臺的切削扭矩負(fù)荷。（4）雙工位工作臺托板交換裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙工位工作臺的托板交換傳動系統(tǒng)如圖1.14所示，它是由托板交換裝置中的升降油缸同時將

28、雙工位工作臺的托板抬起，使兩托板與錐形定位銷6脫開，再由托板交換裝置中的回轉(zhuǎn)油缸將兩托板交換裝置回轉(zhuǎn)180°，使兩托板交換，最后托板交換裝置中的升降油缸落下到位，實現(xiàn)了工作臺兩托板的自動交換。雙工位托板交換裝置提供了一個手動裝卸工位，如圖1.13所示。托板交換后，一個托板放置在回轉(zhuǎn)工作臺上，并在加工區(qū)進(jìn)行加工；另一個托板放置在手動裝卸工位上，用于工件的裝卸。裝卸工位是一個可回轉(zhuǎn)360°的托架，以便工件的裝卸。在裝卸工件和調(diào)整工件的同時，機(jī)床可加工另一個工件，這樣既可以進(jìn)一步提高機(jī)床的效率，又可以方便、安全地進(jìn)行工件或夾具的裝卸工作。（5）自動換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 刀庫 機(jī)械手

29、T1 T2兩位五通：換向、兩種回油方式。1.2.2 數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)下面以臥式數(shù)控車床為例（以下簡稱數(shù)控車床），分析其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。1性能數(shù)控車床具有x坐標(biāo)和z坐標(biāo)二聯(lián)動功能，并配備有多工位的轉(zhuǎn)塔刀架，實現(xiàn)加工過程的自動換刀。導(dǎo)軌有滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種形式，再配備上滾珠絲杠副可提高機(jī)床坐標(biāo)軸的位置精度，從而提高零件的加工精度。主軸卡盤可實現(xiàn)加工零件的自動裝夾，并可根據(jù)需要調(diào)整夾緊力。尾座的運(yùn)動分兩種方式：一種為人工調(diào)整其與主軸或被加工零件的距離；另一種是用手動操作或編程的方法移動尾座到所需要的距離。尾頂尖伸出的距離可由在MDI方式下操作腳踏開關(guān)來控制。目前，數(shù)控車床的CNC 系統(tǒng)大都選用F

30、ANUC OTD（日本法蘭克）系列、SIMENS 810TD(德國西門子)系列、SINUMERIK 840DT(德國西門子)系列和FAGOR 8025T(西班牙法格)系列等。坐標(biāo)采用交流伺服電機(jī)和光柵尺閉環(huán)檢測系統(tǒng)，或編碼器半閉環(huán)檢測系統(tǒng)。主軸驅(qū)動采用交流驅(qū)動或電主軸交流驅(qū)動。機(jī)床操作面板達(dá)到人機(jī)工程的要求?？刂葡到y(tǒng)配有RS232通信接口，可實現(xiàn)DNC連網(wǎng)功能。2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控車床主要由機(jī)床床體、主軸裝置、刀塔、尾座、x和z坐標(biāo)傳動裝置、排屑器以及液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)和中心潤滑系統(tǒng)等組成。CNC系統(tǒng)主要由微型計算機(jī)、坐標(biāo)伺服系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、輔助控制裝置及I/O接口電路等組成。典型的

31、數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)如圖1.22所示。傳動系統(tǒng)主要分主傳動系統(tǒng)和坐標(biāo)傳動系統(tǒng)兩部分。數(shù)控車床大都采用45°和30°兩種斜床身，以便達(dá)到足夠的剛性和熱穩(wěn)定性。45度斜床身這種結(jié)構(gòu)的機(jī)床，起碼有二個優(yōu)點(diǎn)：1：加工精度高。數(shù)控機(jī)床的拖板傳動絲桿都是高精度的滾珠絲桿，絲桿與螺母之間的傳動間隙很小，但也不是說沒有間隙，而只要有間隙，當(dāng)絲桿向著一個方向運(yùn)動后再反向傳動時，難免會產(chǎn)生反向間隙，有反向間隙就會影響加工精度，而這種45度床身的機(jī)床由于有重力的作用，重力直接作用于絲桿的軸向，傳動時的反向間隙幾乎為零。如果你還不明白，你可以找一個普通螺母與螺絲，豎直向上，擰動螺絲，再反向退回，就會明白螺母始終往一邊壓著絲桿，所以就不會有反向間隙，假如讓螺母與螺絲平放，就不會有這種效果了。2：機(jī)床剛性好，切削時不易引起振動。因為這種機(jī)床的刀具是在工件的斜上方切削，切削力與主軸工件產(chǎn)生的重力相一致，所以主軸運(yùn)轉(zhuǎn)相對平穩(wěn)，不易引起切削振動，而