第六章 数 控 机 床

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1、第六章数 控 机 床第一节概述第二节数控机床的分类第三节数控车床和车削中心第四节加 工 中 心第五节数控机床的发展第一节概述一、数控机床的工作原理及插补原理1.数控机床的工作原理2.插补原理图6-1数控机床加工零件的过程第一节概述图6-2插补运算框图(1) 直线插补如图6-3所示，设被加工的直线OA在第象限，其起点为坐标原点O,终点坐标为A(Xe,Ye)，现加工点为P(Xi,Yi)，如果加工点P落在直线OA上，则有第一节概述(2) 圆弧插补如图6-4所示，设逆时针圆弧的中心O为坐标原点，半径为R，起点为A(Xo,Yo)，终点为B(Xe,Ye)，现加工点为P(Xi,Yi)。第一节概述图6-3直线

2、插补第一节概述图6-4圆弧插补二、数控机床的组成第一节概述根据数控机床的工作原理，它一般由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。1.信息载体表6-1数控机床用ISO编码表第一节概述表6-1数控机床用ISO编码表第一节概述2.数控装置图6-5八单位标准穿孔带实例第一节概述3.伺服系统4.机床本体及机械部件图6-6数控装置及其信息处理过程三、数控机床的特点及用途数控机床与其他机床相比较，主要有以下几方面的特点。1.具有良好的柔性第一节概述2.能获得高的加工精度和稳定的加工质量3.能加工形状复杂的零件4.具有较高的生产效率图6-7数控机床的适用范围第一节概述5.能减轻劳动强度6.有利于

3、实现现代化的生产管理四、数控机床编程的基本概念1.数控机床的坐标系图6-8数控车床、铣床和龙门刨床的坐标系第一节概述2.编程实例(1) 根据工艺分析确定零件的加工过程在图6-10中，以最后一次走刀为例，车刀移动的轨迹路线为ABCDEA。图6-9程序编制的一般过程第一节概述图6-10在数控车床上车削阶梯轴(2) 进行坐标计算并选取主轴转速和刀具进给速度数控机床的第一节概述程序编制可采用绝对坐标或增量坐标编程。1) A点，坐标设定为XA=80mm，ZA=120mm。2) AB段，从A点到B点的坐标增量值为X=-45mm,Z=-30mm，由于这段不进行切削，无轨迹要求，故以数控系统预先调定的最大进给

4、速度快速移动，即主轴以S30挡转速起动正转。3) BC段，其坐标增量值为X=，Z=-75mm；这段进行直线切削，进给速度选用F15。4) CD段，坐标增量值为X=15mm,Z=-15mm；这段为圆弧切削，圆心相对于坐标原点(即圆弧起点)C的坐标值，X轴为I=15mm，Z轴为K=0。5) DE段，坐标增量值为X=30mm，Z=0；这段也不进行切削，以最大进给速度快速移动，主轴停止转动。第一节概述6) EA段，坐标增量值为X=0，Z=120mm；这段为刀架返回起始位置，仍以最大进给速度快速移动。(3) 编制加工程序单先将上述坐标增量值换算成计数脉冲数(设机床的脉冲当量为0.01mm/脉冲)，然后连

5、同选定的主轴转速、进给速度等参数一起，按照规定的程序格式，填写在加工程序单上(表6-2)。表6-2程序单(4) 制备信息载体按照ISO规定的代码，第一节概述将程序单的内容记录在信息载体(如穿孔带)上，或直接通过键盘输入数控装置。第二节数控机床的分类一、按工艺用途分类1.一般数控机床2.数控加工中心二、按控制运动的方式分类1.点位控制数控机床图6-11点位控制数控机床的加工方法第二节数控机床的分类2.直线控制数控机床图6-12直线控制数控机床的加工方法第二节数控机床的分类3.连续控制数控机床图6-13连续控制数控机床的加工方法a)两坐标联动加工b)三坐标联动加工c)2坐标加工(三坐标两联动加工)

6、三、按伺服系统的类型分类第二节数控机床的分类由伺服系统控制的机床执行件(工作台或刀架)，接受数控装置的指令运动时，其实际位移量与指令要求值之间必然存在一定的误差。1.开环控制数控机床图6-14开环伺服系统2.闭环控制数控机床第二节数控机床的分类图6-15闭环伺服系统3.半闭环控制数控机床第二节数控机床的分类图6-16半闭环伺服系统四、按数控装置的功能分类1.数控机床2.简易数控机床第二节数控机床的分类3.经济型数控机床第三节数控车床和车削中心一、TND360型数控车床1.机床的组成及用途图6-17TND360型数控车床结构图1底座2床身3主轴箱4刀架5液压系统6润滑系统7电气控制系统8防护罩9

7、尾座10排屑装置11冷却装置2.机床的传动系统第三节数控车床和车削中心(1) 主运动传动链主电动机采用直流伺服电动机，其功率为27kW，额定转速为2000r/min，最高转速为4000r/min，最低转速为35r/min。(2) 进给运动传动链进给运动传动链使刀架实现纵向(Z轴)和横向(X轴)的进给运动，其动力源是各轴的伺服电动机。图6-18TND360型数控车床传动系统第三节数控车床和车削中心(3) 换刀传动链刀架由刀盘和刀盘传动机构组成，刀盘上可同时安装八组刀具，在加工中实现自动换刀。3.转塔刀架图6-19转塔刀架1圆柱凸轮2、3端面齿盘4锥销5转塔盘6转塔轴7碟形弹簧8传动轴9、12、1

8、3齿轮10滚子11槽盘14、15滚子16杠杆第三节数控车床和车削中心二、车削中心图6-20车削中心除车削外能完成的工序a)铣端面槽b)铣扁方c)端面钻孔、攻螺纹d)端面分度钻孔、攻螺纹e)横向钻孔f)横向攻螺纹g)斜面上钻孔、铣槽、攻螺纹第三节数控车床和车削中心图6-21自驱动刀具传动装置1中央锥齿轮2传动箱3伺服电动机4空心轴第三节数控车床和车削中心图6-22铣削附件1、6圆柱齿轮2、4传动轴3、5锥齿轮7铣主轴第四节加 工 中 心一、XH715A型立式加工中心天津第一机床总厂生产的XH715A型立式加工中心是一种带有水平刀库和换刀机械手的，以铣削为主的单柱式铣镗类数控机床，属于连续控制(三

9、坐标)型。1.机床的布局及其组成图6-23XH715A型立式加工中心结构图1床身2滑座3工作台4立柱5主轴箱6操作面板7刀库8换刀机械手第四节加 工 中 心2.机床的运动及其传动系统(1) 主运动传动链主运动电动机采用西门子交流伺服电动机，连续额定功率为7.5kW，30min过载功率可达11kW。图6-24XH715A型立式加工中心传动系统图第四节加 工 中 心(2) 伺服进给传动链该加工中心有三条除滚珠丝杠长度不同外，其余结构基本相同的工作台伺服进给传动链，实现工作台在纵向(X轴)、横向(Y轴)和垂直(Z轴)方向的伺服进给运动。图6-25滚珠丝杠螺母1丝杠2螺母3滚珠第四节加 工 中 心图6

10、-26膜片弹性联轴器和锥环1、7压圈2、9联轴套3、5球面垫圈4柔性片6锥环8滚珠丝杠10电动机轴11螺钉第四节加 工 中 心(3) 刀库圆盘旋转传动链伺服电动机的运动经十字滑块联轴器传至双导程蜗杆并驱动蜗轮，带动刀库圆盘及刀套旋转，旋转的角度由数控指令控制。3.主轴部件6Z27.TIF第四节加 工 中 心图6-28刀库1圆盘2刀座3拨叉4滚子5转轴6滚轮7销钉第四节加 工 中 心4.刀库和换刀机械手图6-29机械手臂和手爪1锁紧销2、3弹簧4活动销5固定爪第四节加 工 中 心图6-30自动换刀过程二、TH6340A型卧式加工中心第四节加 工 中 心天津第一机床总厂生产的TH6340A型卧式加

11、工中心机床采用立柱双向移动式结构，它既有加工中心机床的精度高和柔性好的特点，又具有组合机床效率高和模块组合的优势；既可以单机工作，又可以多机组合成柔性制造单元(FMC)或柔性制造系统(FMS)。1.机床的布局及组成图6-31TH6340A型卧式加工中心结构图1床身2基座3横向滑座4横向滑板5主轴箱6立柱7刀库8操作面板9电气柜10支架11排屑装置第四节加 工 中 心2.主轴部件1) 主轴1前端采用了三重密封装置，由图6-32可见。2) 主轴套2后部的外表面加工有螺旋槽，可实现循环冷却，主轴前法兰盘内还有四个方向可调的冷却喷嘴，这些冷却措施可保证主轴部件得到充分冷却，以降低温升；3) 主轴前后轴

12、承装在主轴套2内，主轴部件(包括主轴、轴承、同步带轮和拉杆部件等)可在精度检验及动平衡完毕后整体装入主轴箱内，其装配和调整工作可单独进行而不必在主轴箱体内进行，使安装和维修方便。第四节加 工 中 心图6-32主轴部件1主轴2主轴套3密封套4前端盖第四节加 工 中 心图6-33盘式自动换刀装置1套筒2活塞杆3刀盘4弯板5同步带轮6缸堵头7花键轴8配油套9定位销10、12弹簧11锁销13刀夹14定位键15转轴第四节加 工 中 心3.盘式自动换刀装置第五节数控机床的发展一、加工中心的发展动向近年来加工中心发展的主要目标是提高主轴转速、提高进给速度、缩短辅助时间、提高加工精度和更加完善的功能。1.提高

13、主轴转速2.提高进给速度3.缩短辅助时间4.提高加工精度5.更加完善的功能二、以数控机床为基础的自动化生产系统1.柔性制造单元(FMC)第五节数控机床的发展图6-34柔性制造单元2.柔性制造系统(FMS)第五节数控机床的发展图6-35柔性制造系统的组成(1) 加工系统该系统以数控加工中心为主体，第五节数控机床的发展包括检查站、清洗站等工作单元，其主要任务是完成零件加工等工作。(2) 运输存储系统该系统包括自动仓库、工件暂存库、无人输送小车和工业机器人等，主要用于完成零件、毛坯、刀具及夹具的自动运输和存储任务。(3) 计算机控制系统它对整个柔性制造系统实现控制与监督。3.计算机集成制造系统(CIMS)图6-36计算机集成制造系统的组成