第六章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第六章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

著重介紹數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠螺母副、導(dǎo)軌副、自動(dòng)換刀裝置及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等典型機(jī)械結(jié)構(gòu)。第一節(jié)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

一、對(duì)主傳動(dòng)的要求1)轉(zhuǎn)速高、功率大，能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。2)主軸必須具有較寬的調(diào)速范圍，能迅速可靠地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，使切削始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。3)主軸必須具有較高的回轉(zhuǎn)精度，足夠的剛度和抗振性，較好的熱穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。4)有些數(shù)控機(jī)床還具有自動(dòng)換刀功能、主軸準(zhǔn)停功能等。二、主軸調(diào)速方法1．電動(dòng)機(jī)調(diào)速用于主軸驅(qū)動(dòng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要分為直流和交流兩大類。圖6-1直流主軸電動(dòng)機(jī)特性曲線（1）直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速通常數(shù)控機(jī)床的調(diào)速范圍較大，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速同時(shí)采用調(diào)壓和調(diào)磁兩種方法。如圖6-1（2）交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速目前數(shù)控機(jī)床交流主軸驅(qū)動(dòng)中均采用籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，廣泛采用矢量控制變頻調(diào)速的方法。2．機(jī)械齒輪變速三、主傳動(dòng)的配置方式采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主傳動(dòng)變速系統(tǒng)，通常有以下三種配置方式，如圖6-2所示。圖6-2主傳動(dòng)的配置方式四、主軸軸承的配置方式一般中、小型數(shù)控機(jī)床的主軸部件多數(shù)采用滾動(dòng)軸承作為主軸支承，目前主要有以下三種配置方式，如圖6-3所示。圖6-3數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置方式五、典型主軸部件簡(jiǎn)介

圖6-4MJ-50型數(shù)控車床主軸箱的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖刀具自動(dòng)裝卸及切屑清除裝置主軸前端有7：24的錐孔，端面鍵13既做刀具定位用，又可通過它傳遞扭矩。7：24圖6-5立式加工中心主軸部件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1—活塞2—拉桿3—彈簧4—鋼球5—拉釘6—主軸7、8—行程開關(guān)六、電主軸圖6-6陶瓷軸承高速主軸工作原理圖1．陶瓷軸承高速主軸2．磁浮軸承高速主軸圖6-7磁浮軸承高速主軸工作原理圖七、主軸準(zhǔn)停裝置2)控制準(zhǔn)停裝置

機(jī)械控制準(zhǔn)停裝置電氣控制準(zhǔn)停裝置（見圖6-8所示）1)作用:

使主軸每次都準(zhǔn)確地停止在固定的周向位置上,以保證換刀時(shí)主軸上的端面鍵能對(duì)準(zhǔn)刀夾上的鍵槽,同時(shí)使每次裝刀時(shí)刀夾與主軸的相對(duì)位置不變,提高刀具的重復(fù)安裝精度,從而提高孔加工時(shí)孔徑的一致性.端面鍵圖6-8主軸準(zhǔn)停裝置結(jié)構(gòu)原理圖第二節(jié)進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

一、對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求

1．減小摩擦阻力2．提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙3．減小運(yùn)動(dòng)部件慣量二、電動(dòng)機(jī)與絲杠間的聯(lián)接圖6-9電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)接形式三、進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除

1．剛性調(diào)整法圖6-10偏心軸消隙結(jié)構(gòu)圖6-11軸向墊片消隙結(jié)構(gòu)2．柔性調(diào)整法圖6-12軸向壓簧消隙結(jié)構(gòu)圖6-13周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)第三節(jié)滾珠絲杠螺母副

一、滾珠絲杠螺母副的工作原理、特點(diǎn)及類型

1．滾珠絲杠螺母副的工作原理圖6-14滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)原理圖2．滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)1）滾珠絲杠螺母副中是滾動(dòng)摩擦，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)90%以上；2）絲杠螺母預(yù)緊后，可以很好地消除間隙，傳動(dòng)精度高，軸向剛性好；3）摩擦阻力小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；4）磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好；5）有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；6）不能自鎖，立式使用時(shí)應(yīng)增加制動(dòng)裝置。3．滾珠絲杠螺母副的分類滾珠絲杠螺母副通?？筛鶕?jù)其特征進(jìn)行分類，按制造方法分為：普通滾珠絲杠螺母副和滾軋滾珠絲杠螺母副兩類；按螺紋滾道型面分為：?jiǎn)螆A弧型面和雙圓弧型面兩類；按滾珠的循環(huán)方式分為：外循環(huán)式和內(nèi)循環(huán)式兩類；按螺母型式分為：?jiǎn)蝹?cè)法蘭盤雙螺母型、單側(cè)法蘭盤單螺母型、雙法蘭盤雙螺母型、圓柱雙螺母型、圓柱單螺母型、簡(jiǎn)易螺母型和方螺母型等七類；按預(yù)加負(fù)載形式分為：?jiǎn)温菽笩o預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母齒差預(yù)緊和雙螺母螺紋預(yù)緊等六類。二、滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)

圖6-15螺旋滾道型面的形狀1．螺紋滾道型面的形狀2．滾珠的循環(huán)方式圖6-16外循環(huán)方式原理圖a）b）a）插管式b）螺旋槽式a）b）圖6-17內(nèi)循環(huán)方式原理圖a)圓柱凸鍵反向器b）扁圓鑲塊反向器1－凸鍵2、3－反向槽3．滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法6-18雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)圖6-19雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1—左螺母2—右螺母3—內(nèi)齒輪4—外齒輪5—絲杠6—套筒圖6-20雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1—左螺母2—右螺母3—平鍵4—絲杠5—內(nèi)側(cè)圓螺母三、滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)及標(biāo)注方法1．滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)根據(jù)JB3162.2－82標(biāo)準(zhǔn)，滾珠絲杠螺母副的精度分成C、D、E、F、G、H六個(gè)等級(jí)，最高精度為C級(jí)，最低精度為H級(jí)；而JB3162.2－91標(biāo)準(zhǔn)將滾珠絲杠螺母副的精度分成1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級(jí)，最高精度為1級(jí)，最低精度為10級(jí)。2．滾珠絲杠螺母副的標(biāo)注方法第四節(jié)導(dǎo)軌副

一、滾動(dòng)導(dǎo)軌

圖6-22滾動(dòng)導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)示意圖1．滾動(dòng)導(dǎo)軌塊2．直線滾動(dòng)導(dǎo)軌圖6-23直線滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：1）具有自調(diào)整能力，安裝基面允許誤差大；2）制造精度高；3）可高速運(yùn)行，運(yùn)行速度可大于10m/s；4）能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度；5）可預(yù)加負(fù)載以提高剛度。二、靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液通過節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌滑動(dòng)面之間的油腔中，形成壓力油膜，將運(yùn)動(dòng)件浮起，使導(dǎo)軌面間處于純液體摩擦狀態(tài)。根據(jù)承載的要求不同，靜壓導(dǎo)軌分為開式和閉式兩種。開式靜壓導(dǎo)軌只能承受垂直方向的負(fù)載，承受顛覆力矩的能力差；閉式靜壓導(dǎo)軌則具有承受各方面載荷和顛覆力矩的能力。靜壓導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)，因此不產(chǎn)生磨損，精度保持性好，壽命長(zhǎng)，而且導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)?。ㄒ话銥?.0005～0.001），機(jī)械效率高，能長(zhǎng)期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。壓力油膜承載能力大，剛度好，有良好的吸振性，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，低速下不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。三、塑料導(dǎo)軌

塑料導(dǎo)軌就是在與床身導(dǎo)軌相配的滑動(dòng)導(dǎo)軌上粘接上靜、動(dòng)摩擦系數(shù)基本相同，耐磨、吸振的塑料軟帶，或者在定、動(dòng)導(dǎo)軌之間采用注塑的方法制成塑料導(dǎo)軌。這種塑料導(dǎo)軌具有良好的摩擦特性、耐磨性和吸振性，因此在數(shù)控機(jī)床上廣泛使用。塑料軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)并做成軟帶狀，國(guó)內(nèi)已有牌號(hào)為TSF的導(dǎo)軌軟帶生產(chǎn)，以及配套用的DJ膠合劑。導(dǎo)軌軟帶使用的工藝簡(jiǎn)單，只要將導(dǎo)軌粘貼面作半精加工至表面粗糙度Ra1.6～3.2μm，清洗粘貼面后，用膠合劑粘合，加壓固化后，再經(jīng)精加工即可。由于這類導(dǎo)軌軟帶采用了粘接方法，故習(xí)慣上稱為“貼塑導(dǎo)軌”。導(dǎo)軌注塑的材料是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合為膏狀為一組分和固化劑為另一組分的雙組分塑料，國(guó)內(nèi)牌號(hào)為HNT。第五節(jié)自動(dòng)換刀裝置及回轉(zhuǎn)臺(tái)

一、自動(dòng)換刀裝置目前，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置的形式多種多樣，換刀的原理及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也不同，但絕大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都是利用刀庫(kù)進(jìn)行換刀。1．刀庫(kù)的形式圖6-24盤式刀庫(kù)圖6-25鏈?zhǔn)降稁?kù)2．選刀方式常用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種。順序選刀方式是將刀具按加工工序的要求依次放入刀庫(kù)中，其控制及刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)單。任意選刀方式是預(yù)先把刀庫(kù)中每把刀具（刀座）都編上代碼，按照編碼選刀，刀具在刀庫(kù)中不必按工件的加工順序排列。自動(dòng)選刀有三種方式，即：刀具編碼方式、刀座編碼方式和計(jì)算機(jī)記憶方式，其中計(jì)算機(jī)記憶方式目前用最廣。3．刀具交換裝置它是實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具裝置。刀具的交換方式通常分為無機(jī)械手換刀和有機(jī)械手換刀兩大類。圖6-26無機(jī)械手換刀的過程圖6-27常用換刀機(jī)械手形式圖6-28鉤刀機(jī)械手換刀過程a）抓刀b）拔刀c）換刀d）插刀e）復(fù)位二、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

圖6-29鼠牙盤式工作臺(tái)6-30定位銷式分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)二、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)圖6-31數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)習(xí)題1．?dāng)?shù)控機(jī)床對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些要求？2．?dāng)?shù)控機(jī)床的主軸調(diào)速方法有哪幾種？各有何特點(diǎn)？3．?dāng)?shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)有哪些要求？4．?dāng)?shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪有哪些間隙消除的方法？各有何特點(diǎn)？5．滾珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副相比有哪些特點(diǎn)？6．試述滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法，有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？7．?dāng)?shù)控機(jī)床常用導(dǎo)軌有哪些？各有何特點(diǎn)？8．齒輪消除間隙的方法有哪些？各有何特點(diǎn)？9．分度工作臺(tái)和數(shù)控工作臺(tái)的功用如何？數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對(duì)坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號(hào)和若干個(gè)指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復(fù)使用