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。