数控技术实验报告1-机械设计制造及其自动化0.doc

实验一 数控机床组成实验数控技术实验报告专业 班级： 10机制1班 学生 姓名： 学 号： 指导 老师： 实验一 数控机床组成实验一、 实验目的（1）了解数控机床的布局、基本结构及其功用。（2）了解数控机床的结构特点及其发展。（3）了解数控机床的基本运动。（4）了解数控机床的基本操作。（5）了解数控机床的加工过程。（6）了解数控机床的加工对象及其用途。二、 实验内容（1）介绍数控机床的概况。（2）介绍数控机床的布局，基本组成及其功用。（3）观察数控机床的基本操作及加工。三、 实验设备数控钻床一台 本实验主要以ZXK7540数控立式钻床为例，着重介绍该机床的布局，结构及其运动。该机床的主要技术规格：（1） 工作台尺寸 800×290（mm）（2） 最大钻孔直径 40mm（3） 最大立铣直径 25mm（4） 最大端铣直径 80mm （5） 主轴孔锥度 MT4（6） 主轴最大行程 200mm（7） 主轴端面至工作台面最大距离 445mm （8） 三轴快速移动速度 5m/min（9） 主轴转速 67-1780r/min （10） 主电机功率 3Kw四、 数控铣床概述数控铣床是在一般铣床的基础上运用现代计算机技术和自动控制、和吉米测量技术发展而来的,数控铣床与普通铣床的加工工艺基本相同,其结构也有些相似之处,数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,因而其结构也与普通铣床有很大区别.主要是控制和检测方面。如下图为数控铣床的控制系统见图1-1。图1-1 数控机床的组成数控机床的工作过程见图1-2。图1-2 数控系统工作过程主要用来切削回转类零件的数控机床称为数控车床。数控车床集中了普通卧式车床、转塔车床、多刀车床、自动和半自动车床等车削功能，是数控机床中应用最广的品种之一。1 数控机床的性能特点数控机床与普通机床相比，增加了功能，提高了效率，简化了机械结构。其性能对比如表1-1所示。表1-1 数控机床与普通机床的相比主要性能数控机床普通机床对异形复杂零件的加工性适宜不适宜对加工精度的保证性易保证较困难对精度补偿和优化控制能实现不能实现对加工质量的稳定性稳定不稳定对加工对象更改的方便性方便差些加工效率高低对机床操作管理可多机看管只能一人一机经费投资大较小对工人的文化素质要求高较低2 数控机床的结构特点数控机床与同类的普通机床在外形结构上虽然大体相似，但其内部结构却有很大的差异。为了保证稳定的加工质量，提高加工能力和切削效率等，在数控机床的结构设计中，必须具备如下特点：（1）结构刚度高、抗振性好 有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50%。从提高数控机床抗振性角度出发，应减少机床内部振源，提高静态刚度，增加构件或结构的阻尼以达到抑制振动产生的目的。（2）采取消除传动齿轮侧隙的措施 数控机床进给系统的传动齿轮副中若存在侧隙，在开环系统中则会造成进给运动的位移值滞后于指令值；反向运动时，则会出现反向死区，影响加工精度。在闭环系统中，虽然侧隙带来的滞后量可以得到反馈信号的补偿，但反向时会使伺服系统产生振荡而不稳定。为了提高数控机床伺服系统的性能，在设计时必须采取相应措施，使侧隙减小到允许的范围内，图1-3所示为圆柱齿轮传动侧隙消除方法。 （a） （b） （c）图1-3 圆柱齿轮传动侧隙消除方法1）偏心轴套调整法（图1-3（a）利用偏心环2缩小两个啮合齿轮中心距的方法来消除圆柱齿轮正反转时的齿侧隙。2）轴向垫片调整法（图1-3（b）将啮合齿轮的节圆直径沿着齿宽方向制成稍有锥度，这样就可有轴向垫片3使齿轮轴向移位来消除其齿侧隙。3）双片薄齿轮调整法（图1-3（c）两个啮合着的圆柱齿轮，一个制成宽齿轮，另一个有两片能相对转位的薄齿轮组成，再附加某些措施使宽齿轮的齿面两侧分别与两薄片齿轮的不同齿侧贴紧。这样利用错齿消除齿侧隙，反向时就不会出现死区。（3）采用传动效率很高的精密滚珠丝杠螺母副 图1-4所示为滚珠丝杠螺母副。它是回转运动与直线运动相互转换的传动机构，由丝杠a、螺母b和其间的滚珠c组成。在丝杠a和螺母b上都有圆弧形的螺旋槽，这两个圆弧形的螺旋槽对起来就形成螺旋滚道，在滚道内装有许多滚珠c。当丝杠a回转时，滚珠c相对于螺母b上的滚道按箭头d方向滚动。因此，丝杠a于螺母b之间基本上是滚动摩擦。为了防止滚珠从螺母中掉出来，在螺母b的螺旋槽两端应有挡珠器挡住，并有回路管道使它的两端连接起来，使滚珠c从螺旋槽的一端滚出螺母体后，沿着回路管道重新返回到滚道另一端，以进行循环不断的流动。 滚珠丝杠螺母副的摩擦损失小，传动效率高，可达0.900.96；可通过预紧来消除间隙，从而提高传动刚度；这种传动副的摩擦阻力小，动静摩擦力极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；传动副的损失小，寿命长，精度保持性好。图1-4 滚珠丝杠螺母副（4）采用了摩擦系数很小的滚动导轨副 如图1-5、图1-6滚动导轨副是在导轨工作面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体，形成滚动摩擦。其摩擦系数小（0.00250.005），动静摩擦力相差很小。运动轻便灵活，所需功率小，摩擦发热少，磨损小，精度保持性好，移动精度和定位精度都较高。图1-5 滚珠导轨副图1-6 滚柱导轨副 目前在数控机床中普遍采用滚动导轨支撑块结构，并且已经做成独立的标准组件。图1-7为滚动导轨支撑块结构。其结构特点是刚度高，承载能力大，便于拆装，可直接装在任意行程长度的运动部件上。图1-7 滚动导轨支撑块（5）采用了性能优良的主轴调速电机 如直流或交流主轴电动机，见图1-8。这类电机有以下特点：输出功率大，恒功率输出的速度范围宽、在大的调速范围内速度稳定，在断续负载下电动机转速波动小，升降速时间短，电机温升低，振动、噪声小，过载能力强，可靠性高，寿命长，安装维护方便等。现代数控机床更是向高速、高精度方向发展，为此，其主轴和电机常采用一体化设计电主轴，见图1-9。（6）采用了增大功率的伺服进给电动机和先进刀具，以满足高速，强力切削的要求。图1-8 交流伺服电动机 图1-9 电主轴3数控机床的发展趋势具有精密、柔性、高效的数控机床，随着社会需求的多样化和其相关技术的进步，将会向更广的领域和更深的层次发展。（1）向高精度发展近十年来已经取得了明显的提高，如普通级中等规格数控机床的定位精度已从80年代初期的±0.012mm/300mm，提高到90年代初期的±0.0020.005mm/全程，加工精度已由原来的±10m提高到±5m；精密级从±5m提高到±1.5m。（2）向高速度发展主轴转速已从10002000r/min提高到50007000r/min，数控车床刀架的转位时间已从过去的13s减少到0.40.6s。（3）向高柔性发展柔性是指机床适应加工对象变化的能力。在提高单机柔性的同时，正努力向单元柔性和系统柔性发展。（4）向高度自动化发展数控机床已从自动编程、自动换刀、自动上下料、自动加工向自动检测、自动诊断、自动监控、自动对刀、自动传输、自动调度等方面发展。（5）向复合化发展一台具有自动换刀装置、自动交换工作台和自动转换主轴头的镗铣加工中心，不仅一次装卡便可以完成镗铣钻铰攻丝和检验等工序，而且还可以完成箱体件五个面粗精加工的全部工序。五 数控铣床结构剖析目前使用的数控铣床分为两大类：数控卧式铣床，数控立式铣床。XK5040A为常用的数控立式铣床。其结构图如图1-10所示。其整体布局见图1-11。1 床身结构 床身内部布局合理，具有良好的刚性，底座上设有4个调节螺栓，便于机床进行水平调整，切削液储液褴设在机床座内部。2 铣头部分铣头部分由有级(或无级)变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精度轴承上保证主轴具有高回转精度和良好的刚性；主轴装有快速换刀螺母，前端锥采用1$0505锥度；主轴采用机械无级变速，其调节范围宽，传动平稳，操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，可节省辅助时间，刹车时通过制动手柄撑开止动环使主轴立即制动。启动主电动机时，应注意松开主轴制动手柄。铣头部件还装有伺服电机、内齿带轮、滚珠丝杠副及主轴套简，它们形成垂直方向(z方向)进给传动链，使主轴作垂向直线运动。刀具的夹紧装置有电动、液动和气动三种：（1）电动的简单、灵活；（2）液动的复杂，夹紧力大；（3）气动的方便、灵活、结构简单。铣床夹具老虎钳 。3 工作台工作台与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装在工作台右端的伺服电机驱动的。通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠剐，从而使工作台获得纵向进给。工作台左端装有手轮和刻度盘，以便进行手动操作。床鞍的纵横向导轨面均采用了TuRcllE B贴塑面，从而提高了导轨的耐磨性耐磨性、运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。 4升降台(横向进路部分) 升降台前方装有交流伺服电机驱动床鞍作横向进给运动，其传动原理与工作台的纵向进给相同。此外在横向滚珠丝杠前端还装有进给手轮，可实现手动进给。升降台左侧装有锁紧手柄，轴的前端装有长手柄可带动锥齿轮及升降台丝杆旋转，从而获得升降台的升降运动。(5)冷却与润滑装置 冷却系统。机床的冷却系统是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，冷却泵将切削液从底座内储液池打至出水管，然后经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。 润滑系统及方式。润滑系统是由手动润捐油泵、分油器、节流阀等组成。机床采用周期润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒、纵横向导轨及三向滚珠丝杆进行润滑，以提高机床的使用寿命。5伺服系统数控车床伺服系统多采用无刷直流电动机或交流电动机，目前调频异步交流电动机已占优势。它与直流电动机相比，由于无电刷，而结构简单，工作可靠。伺服系统见图1-13。图1-13 数控机床伺服传动系统6控制系统 六 思考题（11） 数控机床与普通机床在性能上有什么不同？答：数控机床与普通机床相比，具有以下不同： 1、适合于复杂异形零件的加工 2、加工精度高 3、加工稳定可靠 4、高柔性 5、高生产率 6、劳动条件好 7、有利于管理现代化 8、投资大，使用费用高 9、生产准备工作复杂 10、维修困难（12） 数控机床为保证达到高性能在结构上采取了哪些措施？答：为了保证达到高性能数控机床在结构上采取的措施有： 1、基础部件的结构特点：数控机床的基础件主要包括床身、立柱、工作台等支承件，既要能够承受粗加工时大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能够保证精加工时的高精度。因此，现行生产的数控机床采用的主要措施有：铸件采用全封闭截面，合理布置内部隔板和肋条，含砂造型或填充混凝土等材料，导轨面加宽，车床采用倾斜的床身和导轨还利于排屑，床身、立柱采用钢质焊接结构。 2、 主传动系统的结构特点：主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床能获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采用高性能的直流或交流无级调速主轴电机，较普通机床的机械分级变速传动链大为简化。对加工精度有直接影响的主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用高精度专用轴承加以保证。为提高生产率和自动化程度，主轴应有刀具或工件的自动夹紧、放松、切屑清理及主轴准停机构。最近日本又开发研制了新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。 3、进给系统结构特点：数控机床的进给系统是由伺服电机驱动，通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以“无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度”为原则，具体措施有： 采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨； 采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链；通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙； 对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。（13） 数控机床有那几部分组成？答：编程及程序载体、输入装置、CNC装置及强电控制装置、伺服驱动系统及位置检测系统、机床的床身等机械部件。（14） MDI编程有什么特点？答：数控车床MDI操作就是指命令行形式的程序执行方法，即当场输入一段程序指令后，立即就可令其执行。其一般使用手动模式，其特点是操作简单、方便。- 11 -