典型数控机床辅导资料1.docx
《典型数控机床辅导资料1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《典型数控机床辅导资料1.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
典型数控机床辅导资料1
典型数控机床辅导资料
（一）目的与要求
掌握典型数控机床的特点、分类和工艺使用范围，掌握典型数控机床的基本构成及布局形式，了解典型数控机床的主要技术参数和精度指标。
（二）重点与难点
重点是数控车床、数控铣床、加工中心的特点、分类、工艺使用范围，基本构成及典型布局形式；难点是数控机床的结构布局原理。
（三）教学内容
1．电火花加工的基本原理、特点和适用范围
2．电火花线切割加工的基本原理和特点
3．数控电火花加工机床的组成
4．数控电火花穿孔成型加工机床的机械装置
5．数控线切割机床的型号与参数
6．数控线切割机床的主要机械装置
7．数控线切割机床的工作液系统
（四）教学要求
掌握电加工的特点及使用范围。
掌握数控电火花加工的基本工作原理、特点和使用范围。
掌握数控线切割加工机床的基本原理。
掌握电火花加工机床的型号、基本组成。
了解典型数控电火花穿孔成型加工机床的机械装置的工作原理。
掌握数控线切割加工机床的型号、基本组成、主要技术参数。
了解典型数控线切割加工机床的机械结构、工作液系统的工作原理。
（五）内容提要和学习指导
（一）内容提要和学习指导
4.5数控电加工机床
4.5.1概述
4.5.1.1电火花加工的基本原理、特点和适用范围
1、电火花加工的基本原理：
基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
2、电火花加工的特点：
（1）电火花加工属不接触加工。
（2）加工过程中没有宏观切削力。
（3）易于实现加工过程自动化。
3、电火花加工的适用范围
（1）适合于难切削材料的加工
（2）可以加工特殊的零件
（3）可以加工复杂形状的零件
（4）可以改进结构设计，改善结构的工艺性
4、电火花加工的局限性
（1）只能用于加工金属等导电材料
（2）加工速度一般较慢
（3）存在电极损耗
（4）最小角部半径有限制
4.5.1.2电火花线切割加工的基本原理和特点
1、电火花线切割加工的基本原理：
利用移动的细金属丝（铜丝或钼丝）作为工具电极（接高频脉冲电源的负极），对工件（接高频脉冲电源的正极）进行脉冲火花放电、切割成形。
根据电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常分为两大类：
（1）高速走丝电火花线切割机床（快走丝）
（2）低速走丝电火花线切割机床（慢走丝）
2、电火花线切割加工的工艺特点（了解）
4.5.2数控电火花加工机床
4.5.2.1电火花加工机床及其组成
1、国产电火花穿孔、成形加工机床的型号与参数
1985年起国家把电火花穿孔成形加工机床定名为D7l系列，其型号表示方法如下：
2、数控电火花穿孔、成形加工机床的组成：
包括
（1）主机、
（2）电源箱、（3）工作液循环过滤系统、（4）伺服进给系统。
4.5.2.2数控电火花穿孔成形加工机床的机械装置（了解）
1、HCD300K电火花加工机床简介
2、数控电火花穿孔成形加工机床的主要机械装置
4.5.3数控电火花线切割机床
组成：
床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等组成。
4.5.3.1数控电火花线切割机床的型号与参数
1、电火花线切割机床的型号与参数
数控电火花线切割机床型号表示方法如下：
例如：
DK7725表示工作台横向行程为250mm的数控电火花线切割机床。
2、数控电火花线切割机床的主要技术参数包括：
1）工作台行程（纵向行程×横向行程）；2）最大切割厚度；3）加工表面粗糙度；4）加工精度；5）切割速度；6）数控系统的控制功能等。
4.5.3.2数控电火花切割机床的主要机械装置（了解）
4.5.3.3线切割机床的工作液系统
在电火花线切割加工过程中，需要稳定地供给有一定绝缘性能的工作介质——工作液，以冷却电极丝和工件，排除电蚀产物等，这样才能保证火花放电持续进行。
一般线切割机床的工作液系统包括：
工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管及过滤器等。
（二）增加内容
4.5.1.2电火花线切割加工的基本原理和特点
2、电火花线切割加工的特点
电火花线切割具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响加工速度，常用来加工淬火钢和硬质合金；对于非金属材料的加工，也正在开展研究，当前绝大多数的线切割机，都采用数字程序控制，其工艺特点为：
1）不像电火花成形加工那样制造特定形状的工具电极，而是采用直径不等的细金属丝（铜丝或钼丝等）作工具电极，因此切割用的刀具简单，大大降低生产准备工时。
2）利用计算机辅助制图自动编程软件，可方便地加工复杂形状的直纹表面。
3）电极丝直径较细（Ф0.025～Ф0.3），切缝很窄，这样不仅有利于材料的利用，而且适合加工细小零件。
4）电极丝在加工中是移动的，不断更新（低速走丝）或往复使用（高速走丝），可以完全
或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。
5）依靠计算机对电极丝轨迹的控制和偏移轨迹的计算，可方便地调整凹凸模具的配合间隙，依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成形。
6）对于粗、中、精加工，只需调整电参数即可，操作方便、自动化程度高。
7）加工对象主要是平面形状，对于台阶或盲孔型零件目前还无法进行加工，但是当机床上加上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后，可实现锥面加工。
8）当零件无法从周边切入时，工件上需要钻穿丝孔。
4.5.2数控电火花加工机床
4.5.2.1电火花加工机床及其组成
1．国产电火花穿孔、成形加工机床的型号与参数
20世纪60～70年代，晶体管脉冲电源还没有广泛使用，我国早期生产的电火花穿孔加工机床（采用RC、RLC和电子管、闸流管等窄脉冲电源）和电火花成形加工机床（采用长脉冲发电机电源）分别命名为D61系列，如D6125、D6135、D6140型；D55系列，如D5540、D5570型等。
20世纪80年代开始大量采用晶体管脉冲电源，电火花加工机床既可用作穿孔加工，又可用作成形加工，因此，1985年起国家把电火花穿孔成形加工机床定名为D7l系列，其型号表示方法如下：
表4.10所列为国家标准GB5290—1985中规定的电火花穿孔、成形加工机床主参数标准。
表4.10电火花穿孔、成形加工机床主参数标准
工
作
台
台面
宽度B
200
250
320
400
500
630
800
1000
长度A
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
行程
纵向X
160
250
400
630
横向Y
200
320
500
800
最大承载质量（kg）
50
100
200
400
800
1500
T形槽
槽数
3
5
7
槽宽
10
12
14
18
槽间距离
63
80
100
125
主轴联接板至工作台面最大距离H
300
400
500
600
700
800
900
1000
主
轴
头
伺服行程Z
80
100
125
150
180
200
250
300
滑座行程W
150
200
250
300
350
400
450
500
工
具
电
极
极
最大质量（kg）
Ⅰ型
20
50
100
250
Ⅱ型
25
100
200
500
联接尺寸
工作液槽内壁
长度d
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
宽度c
300
400
500
630
800
1000
1250
1600
高度h
200
250
320
400
500
630
800
1000
电火花穿孔、成形加工机床按其大小可分为小型（D7125以下）、中型（D7125～D7163）和大型（D7163以上）；或按数控程度分为非数控、单轴数控或三轴数控型；也可按精度等级分为标准精度型和高精度型；还可按工具电极的伺服进给系统的类型分为液压进给、步进电机进给、直流或交流伺服电机进给驱动等类型。
随着模具工业的需要，国外已经大批生产微机三坐标数字控制的电火花加工机床，以及带工具电极库能按程序自动更换电极的电火花加工中心。
我国汉川机床厂和少数中外合资厂也已研制、生产出三坐标微机数控电火花加工机床。
目前国产电火花机床的型号命名往往加上本厂厂名拼音代号及其他代号，如汉川机床厂加HC，北京凝华实业公司加NH等，中外合资及外资厂的型号更不统一，采用其自定的型号系列表示方法。
2．数控电火花穿孔、成形加工机床的组成
如图4.41所示的电火花穿孔成形加工机床是最常见的电火花穿孔、成形加工机床。
它包括主机、电源箱、工作液循环过滤系统，如果采用液压伺服进给系统，则还包含有液压系统。
图4.41电火花穿孔成形加工机床
1-床身2-液压油箱3-工作液槽4-主轴头5-立柱6-工作液箱7-电源箱
主机用于支撑工具电极及工件，保证它们之间的相对位置，并实现电极在加工过程中稳定的进给运动。
主机主要由床身1、立柱5、主轴头4、液压油箱2、工作液槽3、（槽内安装工作台）及润滑系统等组成。
电源箱7包括脉冲电源、自动进给控制系统和其他电气系统。
工作液箱6和液压系统中包括有液压泵、过滤器，各种控制阀、管道等。
图4.42所示为电火花加工机床主轴伺服进给系统的工作原理图。
该伺服进给系统由DC（或AC）伺服电机，经离合器和滚珠丝杠螺母副，驱动主轴箱沿立柱导轨作垂直方向的升降移动，以改变工具电极和工件之间的间隙。
伺服控制单元主回路通电后，电磁制动器松开，伺服电机旋转，主轴上下移动，从而实现放电加工的伺服过程。
主轴处在任何位置当切断伺服主回路电源时，伺服电机和电磁制动器将同时断电，在弹簧力的作用下，制动器内的摩擦片压紧，使得滚珠丝杠不能自由转动，主轴箱不会因自重而下降。
图4.42电火花加工机床主轴伺服进给系统原理图
从图中可见，主轴伺服进给系统为闭环控制系统。
用光栅尺直接测量主轴的直线移动，将测量到的主轴头实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对主轴头进行控制，最终实现主轴头的精确运动与定位。
该光栅尺的分辨率为0.001mm。
4.5.2.2数控电火花穿孔成形加工机床的机械装置
为了具体讲述上的方便，以汉川机床厂生产的HCD300K电火花加工机床为例进行说明。
（一）HCD300K电火花加工机床简介
1．HCD300K机床的主要用途和使用范围
如图4.43所示为汉川机床厂生产的HCD300K型精密数控电火花工机床外观图。
HCD300K机床是一种中等规格的高精密特种加工机床，该机床兼备国内外同类机床的特点，以用户的实际需要为目的设计开发的一种结构新颖、性能可靠的精密电火花成型机床，具有造型美观、操作方便、附件齐全等特点。
它采用紫铜、石墨、钢、铜钨合金等电极材料，能对碳素钢、工具钢、合金钢、淬火钢、硬质合金及其他高硬度金属材料进行放电加工，可加工冲压模（落料模、复合模、级进模等）、型腔模（精锻模、压注模、压延模、注塑模等）以及各种零件的坐标孔及复杂的异形曲面，还可以加工0.1mm以上的小孔和0.2mm的窄缝。
广泛应用于电机、仪表、仪器、汽车、航空、航天、轻工、军工、模具等行业。
图4.43HCD300K型精密数控电火花工机床
该机床的性能特点如下:
1）该机床具有三轴数控的特点。
2）机床主轴采用方形结构，具有刚性好，抗扭转性能高的特点，主轴用精密直线滚动导轨块，精密滚珠丝杠传动，灵敏度高，伺服性能好，加工稳定。
3）机床伺服坐标采用精密滚珠丝杠副作为坐标定位元件，配以高品质的直线滚动导轨，定位精度高。
4）机床除了具有电极夹头及安装工件用的必备附件外，还备有用户选用附件及用户特殊选用附件，增强了机床的使用功能，扩大了机床的使用范围。
5）机床的工作液槽采用双开门结构，操作空间大，方便工件的装卸；简捷的管路可快速地上油或放油，节约辅助时问，提高工作效率。
2．HCD300K机床的主要规格及技术参数
（1）工作台
工作台面积（长×宽）630mm×350mm
工作台最大行程纵向（X）300mm
横向（Y）200mm
工作台允许承载最大质量300kg
（2）工作液槽
内部尺寸（长×宽×高）1070mm×550mm×340mm
容量200L
（3）主轴
主轴垂直行程（Z）250mm
主轴端面距工作台面最大距离≥510mm
允许最大电极质量50kg
电极连接板尺寸124mm×180mm
（4）坐标定位精度X：
0.014mmY：
0.011mm
（5）油箱
容量30L
液泵流量60L/mm
外形尺寸（长×宽×高）1120mm×800mm×520mm
（6）效率
最大加工电流50A
最大加工生产率400mm3／min
最佳加工表面粗糙度Ra≤0.3μm
最低电极损耗≤0.3％
（7）电气容量
脉冲电源柜输入功率7kW
（8）主机外形尺寸（长×宽×高）1335mm×1110mm×2213mm
（9）机床质量1600kg
（10）整机噪声≤70dB
（二）数控电火花穿孔成形加工机床的主要机械装置
1．床身和立柱
床身和立柱是一个基础结构，由它确保电极与工作台、工件之间的相互位置。
它们精度的高低对加工有直接的影响。
因此，不但床身和立柱的结构应该合理，有较高的刚度，能承受主轴负重和运动部件突然加速运动的惯性力还应能减小温度变化引起的变形，经过时效处理消除内应力，使其日久不会变形。
HCD300K机床的床身为刚性很高的箱形结构，采用三点主支撑，保证导轨精度不受地基的影响，为了提高床身导轨精度的保持性，在床身下还有两个辅助支撑。
床身是整个机床的基础，其上面安装鞍座和工作台，用于支撑着工作台的纵、横运动；立柱固定在床身的结合面上，在立柱的前端面安装着主轴箱（见图4.43）。
2．工作台
工作台主要用来支撑和装夹工件。
在实际加工中，通过转动纵横向丝杆来改变电极与工作台的相对位置。
工作台上还装有工作液箱，用以容纳工作液，使电极和被加工件浸泡在工作液里，起到冷却、排屑作用。
工作台是操作者在装夹找正时经常移动的部件，以手动方式移动上下拖板，改变工作台纵横向位置，达到电极与被加工件间所要求的相对位置。
工作台的种类可分为：
普通工作台、精密工作台。
目前在国内已应用精密滚珠丝杠、滚动直线导轨和高性能伺服电机等结构，以满足精密模具的加工。
HCD300K机床的工作台和鞍座的导轨均采用高品质直线滚动导轨、工作台的纵横向运动采用交流伺服电机通过联轴节直接驱动滚珠丝杠副来完成。
工作台上有三条T形槽，用于夹紧副工作台或工件。
3．主轴头
主轴头是电火花穿孔成形加工机床的一个关键部件，它的结构是由伺服进给机构、导向和防扭机构、辅助机构三部分组成。
它控制工件与工具电极之间的放电间隙。
主轴头的结构和工作性能直接影响加工的工艺指标，如生产率、几何精度以及表面粗糙度，因此主轴头应具备以下条件：
1）有一定的轴向和侧向刚度及精度；
2）有足够的进给和回升速度；
3）主轴运动的直线形和防扭转性能好；
4）灵敏度要高，无爬行现象；
5）不同的机床要具备合理的承载电极质量的能力。
我国早期曾广泛采用液压伺服进给的主轴头如DYT-1型、DYT-2型，目前已普遍采用步进电机、直流伺服电机或交流伺服电机作进给驱动的主轴头。
主轴头移动位置的显示，初级的靠大量程百分表，中级的用数显表，高级的既有数显功能，又有数控功能。
HCD300K机床的主轴伺服系统采用交流伺服电机，通过圆弧同步齿形带减速及滚珠丝杠副传动，驱动主轴作上下伺服运动。
主轴箱整体固定在立柱上，使主轴的精度保持性好，拆装运输方便。
当切断伺服主回路电源时，电磁制动器将同时断电，使得与电磁制动器直联的滚珠丝杠副停转。
图4.44所示为HCD300K机床的主轴重锤平衡系统。
该平衡系统的重锤1经钢丝绳2、滑轮6与主轴3的上端相连接，滑轮轴4和7及单列向心球轴承5是用来安装滑轮的支承件。
主轴重锤平衡系统用于调整主轴的下垂重力，有利于提高主轴的运动精度，克服主轴头重力对进给精度的影响。
图4.44HCD300K机床的主轴重锤平衡系统
1-重锤2-钢丝绳3-主轴4、7-滑轮轴5-单列向心球轴承6-滑轮
4.5.3数控电火花线切割机床
4.5.3.1数控电火花线切割机床的型号与参数
1．电火花线切割机床的型号与参数
数控电火花线切割机床型号表示方法如下：
例如：
DK7725表示工作台横向行程为250mm的数控电火花线切割机床。
为了有计划地开发新的机床品种规格和设备管理上的规范，根据实际生产的需要，我国已颁布了《电火花线切割机床参数》（GB7925—1987）标准，要求各机床生产厂家在设计开发新产品时遵守。
表4.11为《电火花线切割机床参数》（GB7925—1987）给出的具体参数。
表4.11电火花线切割机床参数（GB7925—87）/mm
工作台
横向行程
100
125
160
200
250
320
400
500
630
纵向行程
125
160
160
200
200
250
250
320
320
400
400
500
500
630
630
800
800
1000
最大承载量/kg
10
15
20
25
40
50
60
80
120
160
200
250
320
500
500
630
960
1200
工件尺寸
最大宽度
125
160
200
250
320
400
500
630
800
最大长度
200
250
250
320
320
400
400
500
500
630
630
800
800
1000
1000
1250
1250
1600
最大切割厚度
40、60、80、100、120、180、200、250、300、350、400、450、500、550、600
最大切割锥度
0°、3°、6°、9°、12、15°、18°、（18°以上，每当间隔增加6°）
数控电火花线切割机床的主要技术参数包括：
工作台行程（纵向行程×横向行程）、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度以及数控系统的控制功能等。
表4.12为DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数。
实际上，由于历史的原因和目前国内生产厂家包括合资、外资企业，还有引进的外国设备等，因此线切割机床的型号、命名、规格很不统一，在选用时一定要参考机床使用说明书。
表4.12DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数
机床型号
Dk7716
7720
7725
7732
7740
7750
7763
77120
工作台行程/mm
200×160
250×200
320×250
500×320
500400
800×500
800×630
2000×1200
厚度/mm
100
200
140
300（可调）
400（可调）
300
150
500（可调）
加工表面粗糙度Ra/µm
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
加工精度
/mm
0.01
0.015
0.012
0.015
0.025
0.01
0.02
切割速度/mm2·mm-1
70
80
80
100
120
120
120
加工锥度
3°~60°各厂家的型号不同
控制方式
各种型号均有单板（或单片）机或微机控制
各厂家生产的机床的切割速度有所不同
2．DK7725数控线切割机床的技术参数
图4.45所示为DK7725数控电火花线切割机床的外形图，该机床属于快速走丝中型电火花线切割加工设备。
主要由机床、高频电源控制柜、计算机、驱动电源等组成。
本机床适用切割120mm厚以内的各种淬火金属材料制作的通孔模具，以及用其他手段无法加工的形状复杂的精密金属零件。
本设备利用电蚀加工原理由高频电源控制柜提供电蚀电源（可调），用金属丝（钼丝）作为工具电极，零件作为另一极作电蚀加工。
机床工作台的运动是按预先编制的程序由PC-586型微机控制，因此本设备可以自动割出任意角度的直线和半径在9.999m以内圆弧所组成复杂平面图形。
图4.45DK7725数控电火花线切割机床的外形
该机床主要技术规格和参数如下。
主要规格：
工作台面尺寸（长×宽）500mm×320mm
切割工件最大厚度4120mm
工作台最大行程（纵×横）320mm×250mm
切割零件总质量≤125kg
主要技术参数：
切割用钼丝直径0.12～0.25mm
T形槽尺寸（槽宽×槽距）10mm×63mm
储丝筒直径Ф120mm
步进电机步距角1.5°
钼丝移动速度约8.8m／s
步进电机最大静转距9kg·cm
储丝筒回转速度1400r／min
工作台移动脉冲当量0.001mm
储丝筒最大往复行程150mm
储钼丝筒电机功率250W
手转刻度盘每一格0.01mm
张紧机构可逆电机功率10W
手转每转一周工作台移动lmm
冷却泵电机功率60w
上下拖板标尺每一格lmm
冷却泵流量25dm3／min
工作台面T形槽槽数5条
设备总功耗1.5kW
外形尺寸及质量：
机床最大外形尺寸（长×宽×高）1585mm×1120mm×1326mm
机床质量约1.2t
设备总质量约1.25t
4.5.3.2数控电火花切割机床的主要机械装置
（一）工作台的结构
DK7725机床的工作台结构如图44.46所示。
工作台分上下拖板，上拖板3的顶面为工作台面，上拖板的纵向移动为X坐标运动，下拖板21的横向移动为Y坐标运动，上下拖板同时运动可形成任意复杂图形。
工作台移动由步进电机16带动无间隙齿轮副14、23，通过精密丝杠7转动而得到。
为了保证工作台移动精度，本机床采用复合螺母自动消除丝杆与螺母间隙，使其失动量小于0.004mm，8是螺母座，9为调整螺母。
4为丝杠左端支承的轴承座，6为一对轴承，5是内外隔环，13为丝杠右端支承的轴承，15为端盖。
工作台运动精度由中间放有高精度滚柱的V形导轨获得，17为支承X轴移动的上V形导轨，11和20分别为支承Y轴移动的V形导轨和平
导轨。
1是控制工作台手动的手轮，2是刻度盘，10是限位开关档块，12为Y轴限位开关，18为X轴限位开关，19是接线柱，22为电机座。
图4.46DK7725工作台结构
切割工件前需使手轮刻度盘对“0”，对“0”时可松开手轮端面前的滚花螺钉，转动刻度盘使“0”线对准定刻度盘的标记，再拧紧滚花螺钉即可。
1．工作台的纵、横向移动
该机床步进电机和工作台丝杠之间的减速齿轮比为24／100，丝杠螺距为1mm，因此可以求得：
机动时：
步进电机每转工作台移动量=（24／100）×1mm=0.24mm
升级会员 