第九章数控机床 第一节概述第二节主传动Word文档下载推荐.docx

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传统机床的能力已极大限制了科学技术的发展。

二次世界大战后计算机的高速发展，使数控机床的产生成为可能。

数控机床较好解决了小批量、品种多变化、形状复杂和精度高的零件的加工。

（1948年开始研制，1952年第一台诞生，50年代末进入产业化）

数控机床的诞生和发展，印证了现代计算机的发展轨迹。

数控系统由早期的硬件数控（NC）逐渐发展到现在的CNC系统。

即，数控机床的核心是数字控制，而数字控制（实施）的关键是计算机。

一、数控机床的组成

数控机床是一种由数字程序控制的机床。

即，以数字量作为指令信息形式，通过计算机对这种信息进行处理而实现自动控制的。

数控机床由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体四大部分组成。

1．信息载体

人们将编制好的数控程序加以贮存。

存放数控程序的装置称为信息载体。

2．数控装置

数控装置是将数控程序发出的指令信息及其它相关信息进行处理，并以指令脉冲形式输出，对数控机床进行控制。

3．伺服系统

伺服系统接收数控系统发出的指令脉冲信号，将微小的指令脉冲信号加以处理、放大，并控制伺服驱动装置（一般是伺服电动机）动作。

4．机床本体

机床本体包含电动机以及与传统机床相类似的各种结构装置。

二、数控机床的特点

1．数控机床的特点

（1）高精度

数控机床是一种精度要求较高、运行速度较快的机床。

因此，其结构刚性明显比同类传统机床要求高，而对机床上各种零部件的选用、加工及装配均有较高的要求。

另外，数控系统和伺服系统对高精度起到了间接保证的作用。

（2）高效率

数控机床的高效率主要体现在以下几个方面：

①只要变换数控程序，就能很方便地对不同的加工对象进行加工。

即，机床调整时间很短。

②在一次装夹下，可以加工很多表面，大大节省了装夹和调整时间。

③测量的作用被弱化。

机床在运行过程中的在线检测，以及伺服系统对误差的随机修正，基本保证了加工精度。

（3）高柔性

数控机床的变速、换向均由电动机完成，且变速范围很大；

另外，数控机床绝大多数是半自动化机床，使用的是通用夹具。

因此，其对产品的适应性好，加工范围很广。

数控机床最适合进行的是多品种、小批量生产。

三、数控机床的发展

数控技术

数控机床

数控车床数控铣床数控镗床数控钻床数控磨床…

车削中心加工中心钻削中心

20世纪50年代末，在数控机床基础上开发出了加工中心。

加工中心——具有自动换刀系统，在一次装夹下能完成多道工序加工的数控机床。

（注：

①加工中心的主运动为刀具的旋转运动；

②能够称之为“中心”的数控机床，必有能够做旋转主运动的刀具）

柔性制造系统——FMS（Flexiblemanufacturingsystem）

1967年，第一个柔性制造系统（FMS）诞生。

FMS——由若干台数控机床（或加工中心），以及工件输送装置、夹具转换装置等组成的，能自动完成从上料、加工到下料的生产全过程。

对应于刚性自动线的死板，FMS从工件的尺寸、形状到输送、转换装置等都是可以变更的。

FMS解决了长期以来中小批量和中大批量、多品种产品生产自动化的难题。

但是，其占地面积较大，适应的对象较少仍使其显得较为呆板，另外，FMS的制造成本较高。

柔性制造单元——FMC（Flexiblemanufacturingcell）

在FMS诞生8年之后，出现了柔性制造单元（FMC）。

FMC——由2~3台数控机床（或加工中心），以及工件输送装置、夹具转换装置等组成的，能自动完成从上料、加工到下料的生产全过程。

由于FMC具备FMS绝大部分的特性和功能，因此可以看作是独立的、最小规模的FMS，是FMS向廉价化、小型化，以及实用化方向发展的一种产物。

因而FMC具有非常好的应用前景，深受中小企业的欢迎。

计算机集成制造系统——

CIMS（Computerintegratedmanufacturingsystem）

又称“独立岛”或“无人车间”，它构成了从生产管理、物流、工艺安排到设计、生产加工等的全自动化模式。

CIMS的核心是一个公用数据库，对信息资源进行存贮与管理，并与各个计算机系统进行通讯。

在此基础上，需要有三个计算机系统：

1计算机辅助设计和计算机辅助制造系统（CAD/CAM）；

②计算机辅助生产计划和计算机生产控制系统（CAP/CAC）；

③工厂自动化系统。

由于其昂贵的成本、极高的科技含量，因此，到目前为止，在全世界范围内，CIMS的数量也不是很多（其中以美国的拥有量居多）。

对于CIMS，我国正处于研制之中。

第二节数控机床的主传动系统

主传动系统：

电动机1~2级有级变速主轴

数控机床的主电机采用的是可无级调速可换向的直流或交流电机（所以，主电动机可以直接带动主轴工作）。

由于电动机的变速范围一般不足以满足主运动调速范围（Rn=100~200）的要求，且无法满足与负载功率和转矩的匹配。

所以，一般在电机之后串联1~2级机械有级变速传动（齿轮或同步带传动）。

数控机床的主轴结构形式与对应传统机床的基本相同，但在刚度和精度方面要求更高。

一、主传动方式

图9-4、图9-5、图9-6给出了几种加工中心的主轴箱结构图。

可以看出，其内部结构都是相当简单的。

数控车床的主传动系统（见下面附图）常采用2级变速以加大变速范围。

应注意的是，由于数控车床需要车螺纹，而主轴与进给轴之间没有联系，且主电机又不是伺服电机。

因此，在主轴箱中装了一个脉冲发生器P，脉冲发生器与主轴间由1∶1齿轮传动，脉冲发生器精确记录了主轴每一瞬间的转动，并对应发出脉冲信号，数控系统根据此信号，控制进给轴按车螺纹的要求动作（相当于传统机床的“内联系”）。

图9-7是主电机直接驱动主轴，使结构大为简化，但其转速范围变窄，输出转矩较小，适用于以镗孔为主的数控机床。

图9-8是一种内连电机主轴。

它尤其适用于内圆磨床。

二、主轴组件

数控机床的主轴组件与传统机床的主轴组件相类似。

但数控机床的加工范围更广，精度要求更高，因此在材料选用、主轴刚度、轴承配置等方面也要求更高。

书中图9-9~图9-15列举了一些主轴轴承的配置形式。

三、加工中心主轴

加工中心的最大特点是具有一套自动换刀系统。

因此，安装刀具的主轴应能够对刀具完成自动装卸。

1．自动松夹紧机构

换刀步骤：

液压力松开刀具卸下刀具吹气装入新刀具缸抬起弹簧力夹紧刀具

2．准停装置

（1）利用传感器准停（图9-18）（原理和结构均非常简单）

（2）机械准停（附图4-4）（准确、可靠；

但结构较复杂）

四、数控机床的主电机

数控机床的主电机采用直流或交流调速电机，这种电机调速范围宽、输出转矩大，且具有较大的过载能力。

电机参数中一般有两个功率：

较小的一个是额定功率，机床可在不超过额定功率的情况下长时间连续工作；

较大的一个是过载功率，在额定功率以上、过载功率以下机床可在规定时间范围内工作。

例如：

5.5KW/7.5KW（30min）——即，5.5KW是额定功率；

假如过载，机床可在7.5KW（含）以下连续工作不超过30min。