现代数控机床全过程维修第1章---数控机床的结构课件.ppt

第第1 1章章 数控机床的结构特点数控机床的结构特点数控机床的组成数控机床的组成 1.1数控机床的结构及特点数控机床的结构及特点 1.21.1 1.1 数控机床的组成数控机床的组成1.1.1 数控机床的整体结构数控机床的整体结构 数控机床的组成，从大的方面划分，数控机床的组成，从大的方面划分，主要由信息载体、计算机数控装置、坐标主要由信息载体、计算机数控装置、坐标伺服系统、辅助控制系统、位置和速度检伺服系统、辅助控制系统、位置和速度检测反馈系统以及过程检测的自适应控制系测反馈系统以及过程检测的自适应控制系统等六部分组成。数控机床的组成框图如统等六部分组成。数控机床的组成框图如图图1.1所示。所示。图图1.1 1.1 数控机床的组成框图数控机床的组成框图 1信息载体信息载体 它是把加工零件通过建立数学模型及它是把加工零件通过建立数学模型及数学处理后，按规范编制成工艺流程，形数学处理后，按规范编制成工艺流程，形成程序文件，然后通过计算机存储到软盘成程序文件，然后通过计算机存储到软盘或磁盘上，再将软盘或磁盘的程序输送到或磁盘上，再将软盘或磁盘的程序输送到数控系统中。或者通过键盘将加工程序输数控系统中。或者通过键盘将加工程序输送到数控系统中，也可通过送到数控系统中，也可通过DNC接口用通接口用通用计算机直接将加工程序输送到数控系统用计算机直接将加工程序输送到数控系统中。中。这些软盘、磁盘、键盘或通用计算机这些软盘、磁盘、键盘或通用计算机就是信息载体。我们把可用不同形式将零就是信息载体。我们把可用不同形式将零件的加工程序记录在上面，并可传输给数件的加工程序记录在上面，并可传输给数控装置的这种载体称为信息载体，也可称控装置的这种载体称为信息载体，也可称为控制介质。为控制介质。在早期的数控机床上，常用纸带、穿在早期的数控机床上，常用纸带、穿孔卡片、磁带等作为信息载体。孔卡片、磁带等作为信息载体。2计算机数控装置计算机数控装置 加工程序由输入装置传送到数控系统加工程序由输入装置传送到数控系统中后，经过中央处理单元（中后，经过中央处理单元（CPU）、运算）、运算器、存储器、控制器等，又通过数控系统器、存储器、控制器等，又通过数控系统软件、机床参数等的支持，再经过输出装软件、机床参数等的支持，再经过输出装置，分配到坐标伺服系统和辅助控制系统置，分配到坐标伺服系统和辅助控制系统中去。中去。同时又将坐标伺服系统中的位置检测同时又将坐标伺服系统中的位置检测信号、速度检测信号和自适应控制的温度、信号、速度检测信号和自适应控制的温度、转矩、振动、摩擦、切削力及液压、气压、转矩、振动、摩擦、切削力及液压、气压、中心润滑等系统的压力多因素变化过程检中心润滑等系统的压力多因素变化过程检测的反馈信息，经与给定值和最佳参数反测的反馈信息，经与给定值和最佳参数反复比较、处理后，再输出给坐标伺服系统复比较、处理后，再输出给坐标伺服系统和辅助控制系统。和辅助控制系统。这里的输入这里的输入/输出装置、中央处理单元、输出装置、中央处理单元、运算器、存储器和控制器等组成的装置称运算器、存储器和控制器等组成的装置称为计算机数控装置。为计算机数控装置。3坐标伺服系统坐标伺服系统 由伺服控制电路、功率放大器、交流由伺服控制电路、功率放大器、交流伺服电机或线性电机、位置和速度检测装伺服电机或线性电机、位置和速度检测装置等组成，将数控装置发出的脉冲信号转置等组成，将数控装置发出的脉冲信号转换成机床的各坐标运动，这种系统称为坐换成机床的各坐标运动，这种系统称为坐标伺服系统。标伺服系统。坐标伺服系统中的位置检测装置和速坐标伺服系统中的位置检测装置和速度检测装置，对坐标运行的直线位置、角度检测装置，对坐标运行的直线位置、角向位置的准确性和直线运行速度、角向回向位置的准确性和直线运行速度、角向回转速度进行检测、修正。其中包括主轴转转速度进行检测、修正。其中包括主轴转换成伺服坐标的角向位置检测和回转运行换成伺服坐标的角向位置检测和回转运行的速度检测。坐标伺服系统中的坐标运行的速度检测。坐标伺服系统中的坐标运行位置精度和运行速度将直接影响数控机床位置精度和运行速度将直接影响数控机床的加工精度和生产效率。的加工精度和生产效率。4辅助控制装置辅助控制装置 辅助控制装置的作用，就是通过接收辅助控制装置的作用，就是通过接收数控装置发出的辅助控制指令，经输入数控装置发出的辅助控制指令，经输入/输输出接口电路转换成强电信号，用来控制机出接口电路转换成强电信号，用来控制机床主轴的启动、停止，主轴的无级调速，床主轴的启动、停止，主轴的无级调速，机械手、刀库、换刀的动作，刀塔的动作，机械手、刀库、换刀的动作，刀塔的动作，尾座的动作，工作台的交换、定位、夹紧，尾座的动作，工作台的交换、定位、夹紧，冷却液装置的动作，排屑器的动作，液压冷却液装置的动作，排屑器的动作，液压装置的动作，气压装置的动作及中心润滑装置的动作，气压装置的动作及中心润滑装置的动作等。装置的动作等。辅助控制装置用辅助指令来控制数控辅助控制装置用辅助指令来控制数控机床各开关量，能使机床在运行过程中形机床各开关量，能使机床在运行过程中形成一套完整或较完整的逻辑工作状态。成一套完整或较完整的逻辑工作状态。1微型计算机微型计算机 微型计算机是微型计算机是CNC 系统的核心，是系统的核心，是CNC的主体设备，是软件得以施展、完成的主体设备，是软件得以施展、完成各项控制功能的硬件保证。它主要由微处各项控制功能的硬件保证。它主要由微处理器（理器（CPU）、存储器和接口电路组成。）、存储器和接口电路组成。1.1.2 计算机数控系统（计算机数控系统（CNC）的）的组成组成图图1.2 CNC1.2 CNC系统的组成框图系统的组成框图 外围设备（简称外设）由操作面板、外围设备（简称外设）由操作面板、键盘、显示器、磁盘驱动器、可编程控制键盘、显示器、磁盘驱动器、可编程控制器（器（PLC机）以及外部存储器等组成。这机）以及外部存储器等组成。这些外围设备通过些外围设备通过I/O接口与计算机相连，形接口与计算机相连，形成了计算机与外围设备的双向通信，同时成了计算机与外围设备的双向通信，同时在计算机的统一指挥下对机床各部分进行在计算机的统一指挥下对机床各部分进行控制。控制。2外围设备外围设备 CNC系统是通过对伺服系统的机构进系统是通过对伺服系统的机构进行控制，来实现对各线性坐标和旋转坐标行控制，来实现对各线性坐标和旋转坐标的直线位置、角向位置的坐标运动速度控的直线位置、角向位置的坐标运动速度控制的。为了提高这些线性坐标和旋转坐标制的。为了提高这些线性坐标和旋转坐标的位置精度和运行速度的准确性，常常采的位置精度和运行速度的准确性，常常采用半闭环和闭环伺服检测系统来检测机床用半闭环和闭环伺服检测系统来检测机床坐标运行的实际位置，用测速电机来检测坐标运行的实际位置，用测速电机来检测伺服电机的速度，以提高控制精度。伺服电机的速度，以提高控制精度。3机床控制装置机床控制装置 因此，在机床坐标位置和速度控制中因此，在机床坐标位置和速度控制中要具有位置反馈和速度反馈系统。要具有位置反馈和速度反馈系统。机床逻辑状态检测输入接口电路，用机床逻辑状态检测输入接口电路，用于输入机床上安装的与自适应控制相关的于输入机床上安装的与自适应控制相关的传感元器件和液压、气压、检测元件的输传感元器件和液压、气压、检测元件的输出信号。机床逻辑状态控制输出接口电路，出信号。机床逻辑状态控制输出接口电路，用于控制机床的各开关量，包括各辅助装用于控制机床的各开关量，包括各辅助装置的开关量。置的开关量。主机即数控机床的机床部分。当主轴主机即数控机床的机床部分。当主轴驱动系统和坐标伺服系统接收到计算机系驱动系统和坐标伺服系统接收到计算机系统发出的动作信号以后，开始驱动机床的统发出的动作信号以后，开始驱动机床的主轴、工作台和刀具去定位或按程序中所主轴、工作台和刀具去定位或按程序中所指定的轨迹进行动作，并配以必要的机械、指定的轨迹进行动作，并配以必要的机械、液压、气压、冷却液、中心润滑等动作，液压、气压、冷却液、中心润滑等动作，按照要求的形状和尺寸去完成零件的切削按照要求的形状和尺寸去完成零件的切削加工。加工。1.1.3 主机的组成主机的组成图图1.3 1.3 数控机床主机的组成框图数控机床主机的组成框图 数控机床的主传动方式有以下三种。数控机床的主传动方式有以下三种。在大、中型数控机床上常采用变速齿轮在大、中型数控机床上常采用变速齿轮的传动方式，这样可以加大主轴的输出扭的传动方式，这样可以加大主轴的输出扭矩，以满足主轴低速旋转时对大输出扭矩矩，以满足主轴低速旋转时对大输出扭矩特性的要求。特性的要求。在小型数控机床和部分数控机床上采用在小型数控机床和部分数控机床上采用同步齿形带作为主传动，用这种传动方式同步齿形带作为主传动，用这种传动方式可以减少主传动的振动和噪声。但是，它可以减少主传动的振动和噪声。但是，它的输出扭矩要比齿轮传动时的输出扭矩小的输出扭矩要比齿轮传动时的输出扭矩小得多。得多。这些年来，在许多数控机床上开始大量这些年来，在许多数控机床上开始大量使用电主轴，即数控机床的主轴直接与交使用电主轴，即数控机床的主轴直接与交流调速电机的转子刚性连接，使主轴与电流调速电机的转子刚性连接，使主轴与电机成为一个整体。这样大大简化了主轴箱机成为一个整体。这样大大简化了主轴箱体与主轴结构，有效地提高了主轴部件的体与主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度。刚度。数控机床闭环控制的进给系统，通常数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及位置检测元件（目前大多采用光动装置及位置检测元件（目前大多采用光栅尺）等几部分组成。图栅尺）等几部分组成。图1.6所示为数控机所示为数控机床闭环控制进给系统的组成框图。床闭环控制进给系统的组成框图。2坐标进给系统坐标进给系统图图1.6 1.6 数控机床闭环控制进给系统的组成框图数控机床闭环控制进给系统的组成框图 工作台可以是固定在某一个加工区间工作台可以是固定在某一个加工区间的位置上，也可以是在这个加工区间的位的位置上，也可以是在这个加工区间的位置上作回转运动，还可以作为一台数控机置上作回转运动，还可以作为一台数控机床的附件，安装在固定工作台上，在有些床的附件，安装在固定工作台上，在有些加工中心上，工作台可以进行交换，可以加工中心上，工作台可以进行交换，可以是两个工作台进行交换，也可以是多个工是两个工作台进行交换，也可以是多个工作台进行交换，如此成为柔性制造单元的作台进行交换，如此成为柔性制造单元的一个组成部分。一个组成部分。3工作台工作台（1）换刀装置）换刀装置 换刀装置由机械手、刀库、主轴定向换刀装置由机械手、刀库、主轴定向机构和主轴拉刀机构组成。在有些加工中机构和主轴拉刀机构组成。在有些加工中心的换刀装置上只有刀库和主轴换刀机构，心的换刀装置上只有刀库和主轴换刀机构，省去了机械手。机械手作为刀库与主轴之省去了机械手。机械手作为刀库与主轴之间取刀、放刀的装置，起着传递作用。在间取刀、放刀的装置，起着传递作用。在没有机械手的加工中心上，是由刀库和主没有机械手的加工中心上，是由刀库和主轴的相互配合完成换刀动作的。轴的相互配合完成换刀动作的。4换刀装置和刀塔换刀装置和刀塔 刀库的形式一般有鼓轮式（或称斗笠刀库的形式一般有鼓轮式（或称斗笠式）、链式和箱体式等几种，也是目前加式）、链式和箱体式等几种，也是目前加工中心上常用的几种形式。工中心上常用的几种形式。刀塔（又称刀架）是数控车床或车削刀塔（又称刀架）是数控车床或车削中心上的重要部件，是在车削过程中，为中心上的重要部件，是在车削过程中，为满足车削工艺的需要进行自动换刀的装置。满足车削工艺的需要进行自动换刀的装置。在车削中心的刀塔上还可安装若干个动力在车削中心的刀塔上还可安装若干个动力装置，以便在车削的同时，又可完成铣削装置，以便在车削的同时，又可完成铣削和钻削工序。常用的刀塔可分为六工位、和钻削工序。常用的刀塔可分为六工位、八工位、十二工位等形式。八工位、十二工位等形式。（2）刀塔）刀塔 刀塔上的动力刀具是由交流伺服电机刀塔上的动力刀具是由交流伺服电机进行驱动的。它通过同步齿形皮带、传动进行驱动的。它通过同步齿形皮带、传动轴、齿轮、离合器等将动力传递到动力刀轴、齿轮、离合器等将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具可夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具可旋转，实现动力刀具的主动切削。旋转，实现动力刀具的主动切削。数控机床的液压系统，常用来控制主数控机床的液压系统，常用来控制主轴的拉刀机构、主轴箱或工作台的平衡装轴的拉刀机构、主轴箱或工作台的平衡装置、主轴的立、卧转换装置，对具有齿轮置、主轴的立、卧转换装置，对具有齿轮调速装置的主传动机构进行速度变挡。液调速装置的主传动机构进行速度变挡。液压系统还对工作台的夹紧、工作台的交换、压系统还对工作台的夹紧、工作台的交换、机械手的动作、刀库的动作、机械定向机机械手的动作、刀库的动作、机械定向机构等进行控制。构等进行控制。5液压系统液压系统 数控机床的气动系统常用来控制机械数控机床的气动系统常用来控制机械手的动作、刀库的动作、交换工作台的动手的动作、刀库的动作、交换工作台的动作；对有些数控车床来说，还完成主轴卡作；对有些数控车床来说，还完成主轴卡盘的夹紧、尾顶尖的动作；在有些数控坐盘的夹紧、尾顶尖的动作；在有些数控坐标磨床上，气动系统还控制砂轮的高速运标磨床上，气动系统还控制砂轮的高速运转，因为砂轮的高速运转是由气动轴承完转，因为砂轮的高速运转是由气动轴承完成的。气动系统还对主轴锥孔进行吹气清成的。气动系统还对主轴锥孔进行吹气清洁，对各坐标的光栅尺进行吹气清洁。气洁，对各坐标的光栅尺进行吹气清洁。气动系统也用于润滑系统中的喷雾润滑、冷动系统也用于润滑系统中的喷雾润滑、冷却液系统的高压冷却等。却液系统的高压冷却等。6气动系统气动系统图图1.8 1.8 液压系统控制框图液压系统控制框图 润滑系统分中心润滑系统和齿轮箱润润滑系统分中心润滑系统和齿轮箱润滑两部分。中心润滑系统是由计算机通过滑两部分。中心润滑系统是由计算机通过辅助控制装置进行控制的，主要对主轴轴辅助控制装置进行控制的，主要对主轴轴承、各坐标轴承、导轨、滚珠丝杠螺母副、承、各坐标轴承、导轨、滚珠丝杠螺母副、机械手、刀库以及所有滑动、滚动面等部机械手、刀库以及所有滑动、滚动面等部位润滑。位润滑。7润滑系统润滑系统图图1.10 1.10 中心润滑系统润滑部位框图中心润滑系统润滑部位框图 冷却液系统是由计算机通过辅助控制冷却液系统是由计算机通过辅助控制装置进行控制的，主要是在切削时对刀具装置进行控制的，主要是在切削时对刀具和工件进行冷却。同时，冷却液还可由高和工件进行冷却。同时，冷却液还可由高压系统经过主轴中心，再经刀柄的中心、压系统经过主轴中心，再经刀柄的中心、刀具的中心对深孔加工进行有效的冷却。刀具的中心对深孔加工进行有效的冷却。这种冷却方式往往用于加工中心、数控钻这种冷却方式往往用于加工中心、数控钻床的钻削加工。冷却液系统的工作部位框床的钻削加工。冷却液系统的工作部位框图如图图如图1.11所示。所示。8冷却液系统冷却液系统图图1.11 1.11 冷却液系统的工作部位框图冷却液系统的工作部位框图 在一些大中型的数控机床上，冷却液在一些大中型的数控机床上，冷却液还作为清洁装置对工件、工作台、坐标轴、还作为清洁装置对工件、工作台、坐标轴、防护罩及工作室内表面进行冲洗清洁。这防护罩及工作室内表面进行冲洗清洁。这样也可以有效地将切削热量由冷却液及时样也可以有效地将切削热量由冷却液及时带走，减少机床和工件的热变形。在有些带走，减少机床和工件的热变形。在有些数控机床上还利用冷却液经过滤后对主轴数控机床上还利用冷却液经过滤后对主轴进行内冷，这种情况大多用在电主轴上。进行内冷，这种情况大多用在电主轴上。制冷系统是由计算机通过辅助控制装制冷系统是由计算机通过辅助控制装置进行控制的，主要用于对液压系统的液置进行控制的，主要用于对液压系统的液压油进行冷却，或者对用于主轴的冷却液压油进行冷却，或者对用于主轴的冷却液进行冷却。制冷系统的工作部位框图如图进行冷却。制冷系统的工作部位框图如图1.12所示。所示。9制冷系统制冷系统 在有些数控机床上，将被冷却过的液在有些数控机床上，将被冷却过的液压油、冷却液或水通过电器柜，用风扇将压油、冷却液或水通过电器柜，用风扇将冷气吹进电器柜内，达到使电器柜内的控冷气吹进电器柜内，达到使电器柜内的控制单元或模块、电源等散发热量的目的。制单元或模块、电源等散发热量的目的。这些数控机床的电器柜、液压油或冷却液这些数控机床的电器柜、液压油或冷却液都是用压缩机进行制冷的。都是用压缩机进行制冷的。图图1.12 1.12 制冷系统的工作部位框图制冷系统的工作部位框图 自动排屑装置（又称排屑器）也是由自动排屑装置（又称排屑器）也是由计算机通过辅助控制装置进行控制的，主计算机通过辅助控制装置进行控制的，主要用来排出机床在加工过程中的切屑。排要用来排出机床在加工过程中的切屑。排屑分为自动定时排屑和手动不定时排屑两屑分为自动定时排屑和手动不定时排屑两种方式。种方式。10自动排屑装置自动排屑装置 所谓定时自动排屑，即在加工过程中所谓定时自动排屑，即在加工过程中事先设定将排屑指令编入到程序中，使其事先设定将排屑指令编入到程序中，使其定时排屑。所谓手动不定时排屑，即在加定时排屑。所谓手动不定时排屑，即在加工过程中不定时地由操作人员根据排屑情工过程中不定时地由操作人员根据排屑情况进行手工操作（况进行手工操作（MDI方式下）计时排屑。方式下）计时排屑。排屑器有链式、板式、螺旋式等几种排屑器有链式、板式、螺旋式等几种结构形式。结构形式。1.2.1 加工中心的结构和特点加工中心的结构和特点 加工中心即多工序加工机床，它可通加工中心即多工序加工机床，它可通过一次装夹，按工步要求一次完成铣削、过一次装夹，按工步要求一次完成铣削、钻削、镗孔、铰孔、攻丝和轮廓等工序的钻削、镗孔、铰孔、攻丝和轮廓等工序的加工。现以比较典型的宁江机床厂生产的加工。现以比较典型的宁江机床厂生产的THM6350卧式可交换工作台加工中心为例，卧式可交换工作台加工中心为例，分析其结构和特点。分析其结构和特点。1.2 1.2 数控机床的结构及特点数控机床的结构及特点 THM6350卧式加工中心的主体结构如卧式加工中心的主体结构如图图1.13所示。该机床为双工位四轴三联动所示。该机床为双工位四轴三联动或四轴四联动卧式可交换工作台加工中心。或四轴四联动卧式可交换工作台加工中心。刀库容量为刀库容量为32把或把或60把把ISO40型刀具。机型刀具。机电一体化布局，全封闭罩壳结构，采用直电一体化布局，全封闭罩壳结构，采用直线滚动导轨，运动平稳、灵活、刚性好、线滚动导轨，运动平稳、灵活、刚性好、承载能力强、使用寿命长。承载能力强、使用寿命长。1性能性能 线性坐标的定位精度可达线性坐标的定位精度可达0.008mm，重复定位精度可达重复定位精度可达0.004mm。回转坐标的。回转坐标的连续分度定位精度可达连续分度定位精度可达10角秒，重复定位角秒，重复定位精度可达精度可达7.2角秒。主轴采用高精度轴承，角秒。主轴采用高精度轴承，并设有主轴锥孔清洁吹气装置。机械手为并设有主轴锥孔清洁吹气装置。机械手为凸轮式单臂双爪随机交换方式，可满足凸轮式单臂双爪随机交换方式，可满足15kg以下刀具的交换，换刀时间为以下刀具的交换，换刀时间为2.5s。选用选用FANUC 0M控制系统或控制系统或FAGOR 8055M控制系统，具有控制系统，具有X、Y、Z、B四个坐四个坐标轴。坐标采用交流伺服电机和光栅尺闭环标轴。坐标采用交流伺服电机和光栅尺闭环监测系统；主轴驱动采用交流驱动或电主轴监测系统；主轴驱动采用交流驱动或电主轴交流驱动；具有工件检测功能和刀具检测功交流驱动；具有工件检测功能和刀具检测功能，可对工件位置尺寸和工具的磨损或破损能，可对工件位置尺寸和工具的磨损或破损情况进行检测，实现刀具的寿命管理；机床情况进行检测，实现刀具的寿命管理；机床操作面板按人机工程要求设计；控制系统配操作面板按人机工程要求设计；控制系统配有有RS232通信接口，可实现通信接口，可实现DNC连网功能。连网功能。机床配有双工位或六工位可自动交换机床配有双工位或六工位可自动交换工作台，工件装卸方便、操作简单、节约工作台，工件装卸方便、操作简单、节约工件和工装装夹时间，进一步提高了生产工件和工装装夹时间，进一步提高了生产效率。效率。THM6350加工中心的主机主要由机床加工中心的主机主要由机床床体、可交换工作台、机械手换刀系统、床体、可交换工作台、机械手换刀系统、刀库、主轴拉刀机构、排屑器、液压系统、刀库、主轴拉刀机构、排屑器、液压系统、气动系统、冷却液系统和中心润滑系统等气动系统、冷却液系统和中心润滑系统等组成。组成。CNC系统主要由微型计算机、坐标系统主要由微型计算机、坐标伺服系统、主轴驱动系统、辅助控制装置、伺服系统、主轴驱动系统、辅助控制装置、I/O接口电路等组成。接口电路等组成。2结构特点结构特点图图1.13 THM63501.13 THM6350加工中心外形加工中心外形 机床的传动系统如图机床的传动系统如图1.14所示。传动所示。传动系统主要分为坐标轴的伺服进给驱动系统系统主要分为坐标轴的伺服进给驱动系统和回转坐标轴的分度系统。另外，还有双和回转坐标轴的分度系统。另外，还有双工位工作台的交换系统、刀库分度系统和工位工作台的交换系统、刀库分度系统和机械手传动系统。机械手传动系统。图图1.14 THM63501.14 THM6350加工中心的传动系统图加工中心的传动系统图 如图如图1.14所示，主传动系统是由交流所示，主传动系统是由交流主轴驱动电机通过一对圆弧齿轮主轴驱动电机通过一对圆弧齿轮13、15与与圆弧同步齿形带圆弧同步齿形带14直接驱动主轴旋转。主直接驱动主轴旋转。主轴的定向是由交流主轴电机所带编码器来轴的定向是由交流主轴电机所带编码器来实现的。主轴转速可在实现的。主轴转速可在808000r/min范围范围内进行无级调速。内进行无级调速。（1）主轴系统的结构特点）主轴系统的结构特点 主轴箱安装在双立柱的框架之间，由主轴箱安装在双立柱的框架之间，由直线滚动导轨、滚珠丝杠副实现主轴箱（直线滚动导轨、滚珠丝杠副实现主轴箱（y坐标）的上下运动。坐标）的上下运动。y轴的伺服电机带有失轴的伺服电机带有失电制动器，作为断点刹车用，以免主轴箱电制动器，作为断点刹车用，以免主轴箱下滑。下滑。主轴交流调速电机和主轴的拉刀机构主轴交流调速电机和主轴的拉刀机构安装在主轴箱后部。主轴箱采用平衡油缸安装在主轴箱后部。主轴箱采用平衡油缸和蓄能器等组成的液压平衡装置来完成主和蓄能器等组成的液压平衡装置来完成主轴箱上下运行时的平衡，以提高轴箱上下运行时的平衡，以提高y坐标轴的坐标轴的运动精度，同时要减轻运动精度，同时要减轻y轴交流伺服电机的轴交流伺服电机的负载。负载。主轴组件（如图主轴组件（如图1.15所示）由主轴所示）由主轴2、主轴前支承轴承组主轴前支承轴承组4、主轴后支承轴承组、主轴后支承轴承组22、主轴卸荷装置主轴卸荷装置24、主轴拉刀装置、主轴拉刀装置23和主轴和主轴支承套支承套7等零部件组成。等零部件组成。图图1.15 THM63501.15 THM6350加工中心主轴组结构图加工中心主轴组结构图 主轴的拉刀机构由蝶形弹簧主轴的拉刀机构由蝶形弹簧29组成，组成，通过拉杆通过拉杆32、拉杆前端的钢球拉爪、拉杆前端的钢球拉爪6将刀柄将刀柄拉钉拉钉5夹紧在主轴锥孔内，夹紧力约夹紧在主轴锥孔内，夹紧力约60006400N，拉刀夹紧力的大小是由主轴后端，拉刀夹紧力的大小是由主轴后端螺母螺母16调节的。主轴松刀是由装在主轴组调节的。主轴松刀是由装在主轴组后端的液压油缸后端的液压油缸19向前推动主轴拉杆实现向前推动主轴拉杆实现刀具的松开。刀具的松开。主轴拉杆松刀顶出的位置是通过液压主轴拉杆松刀顶出的位置是通过液压油缸的外螺纹调节，并由锁紧螺母油缸的外螺纹调节，并由锁紧螺母21锁紧，锁紧，主轴刀具的夹紧、松开位置是由两个无触主轴刀具的夹紧、松开位置是由两个无触点开关发讯的。点开关发讯的。主轴锥孔的清洁是由气动系统通过气主轴锥孔的清洁是由气动系统通过气管管23从主轴拉杆中心孔吹入主轴锥孔的。从主轴拉杆中心孔吹入主轴锥孔的。主轴刀具冷却是由冷却系统通过主轴支承主轴刀具冷却是由冷却系统通过主轴支承套上的四路冷却孔套上的四路冷却孔9送入主轴前端的冷却喷送入主轴前端的冷却喷嘴嘴3对刀具进行冷却的。对刀具进行冷却的。如图如图1.14所示，所示，x、y、z三个直线坐标三个直线坐标的运行分别由三个交流坐标伺服电机通过的运行分别由三个交流坐标伺服电机通过弹性联轴器弹性联轴器12、17和和2分别与滚珠丝杠副分别与滚珠丝杠副4、10和和16连接，来驱动这三个直线坐标的位连接，来驱动这三个直线坐标的位移。这三个坐标全部采用闭环检测伺服系移。这三个坐标全部采用闭环检测伺服系统。统。（2）直线坐标的结构特点）直线坐标的结构特点 x、y、z坐标轴的传动结构如图坐标轴的传动结构如图1.16所所示。三个直线坐标轴均采用交流伺服电机示。三个直线坐标轴均采用交流伺服电机通过弹性联轴节通过弹性联轴节3，对滚珠丝杠，对滚珠丝杠9进行直接进行直接驱动，这种结构传动简单、可靠，传动效驱动，这种结构传动简单、可靠，传动效率高。率高。三个坐标轴的滚珠丝杠均采用两端固三个坐标轴的滚珠丝杠均采用两端固定，并进行丝杠预拉伸的结构。轴承值为定，并进行丝杠预拉伸的结构。轴承值为60角接触，重预加负荷的成组轴承。螺母角接触，重预加负荷的成组轴承。螺母4用于压紧左边支承轴承组，螺母用于压紧左边支承轴承组，螺母15用于对用于对丝杠进行预拉伸，并通过螺母丝杠进行预拉伸，并通过螺母10将右边支将右边支承轴承组固定。承轴承组固定。图图1.16 THM63501.16 THM6350加工中心加工中心x x、y y、z z坐标轴传动结构图坐标轴传动结构图 如图如图1.14所示，回转坐标所示，回转坐标B轴为周围连轴为周围连续分度系统，此时续分度系统，此时b坐标的运行是由交流伺坐标的运行是由交流伺服电机通过一对圆弧齿轮服电机通过一对圆弧齿轮23、25与圆弧同与圆弧同步齿形带步齿形带24再与联轴器再与联轴器26相连，然后又与相连，然后又与蜗杆、蜗轮蜗杆、蜗轮27相连，实现旋转工作台相连，实现旋转工作台b轴的轴的连续分度。连续分度。（3）回转坐标）回转坐标B轴的结构特点轴的结构特点 如图如图1.17所示，回转连续分度工作台所示，回转连续分度工作台安装在安装在B坐标轴的大轴承坐标轴的大轴承1上，上，b轴轴承安装轴轴承安装在右滑台上，其回转工作台的精度主要取在右滑台上，其回转工作台的精度主要取决于决于B轴轴系的精度，工作台的分度定位精轴轴系的精度，工作台的分度定位精度和重复定位精度由安装在度和重复定位精度由安装在B轴轴系下的圆轴轴系下的圆光栅尺来检测。回转分度工作台周围有四光栅尺来检测。回转分度工作台周围有四个浮动式液压夹紧油缸个浮动式液压夹紧油缸2，用于，用于B轴分度后轴分度后的夹紧，以承受工作台的切削扭矩负荷。的夹紧，以承受工作台的切削扭矩负荷。图图1.17 THM63501.17 THM6350加工中心连续回转分度工作台结构图加工中心连续回转分度工作台结构图 双工位工作台的托板交换传动系统如双工位工作台的托板交换传动系统如图图1.14所示，它是由托板交换装置中的升所示，它是由托板交换装置中的升降油缸同时将双工位工作台的托板抬起，降油缸同时将双工位工作台的托板抬起，使两托板与锥形定位销使两托板与锥形定位销6脱开，再由托板交脱开，再由托板交换装置中的回转油缸将两托板交换装置回换装置中的回转油缸将两托板交换装置回转转180，使两托板交换，最后托板交换装，使两托板交换，最后托板交换装置中的升降油缸落下到位，实现了工作台置中的升降油缸落下到位，实现了工作台两托板的自动交换。两托板的自动交换。（4）双工位工作台托板交换装置的结构）双工位工作台托板交换装置的结构特点特点 双工位托板交换装置提供了一个手动装双工位托板交换装置提供了一个手动装卸工位，如图卸工位，如图1.13所示。托板交换后，一个所示。托板交换后，一个托板放置在回转工作台上，并在加工区进行托板放置在回转工作台上，并在加工区进行加工；另一个托板放置在手动装卸工位上，加工；另一个托板放置在手动装卸工位上，用于工件的装卸。装卸工位是一个可回转用于工件的装卸。装卸工位是一个可回转360的托架，以便工件的装卸。在装卸工件的托架，以便工件的装卸。在装卸工件和调整工件的同时，机床可加工另一个工件，和调整工件的同时，机床可加工另一个工件，这样既可以进一步提高机床的效率，又可以这样既可以进一步提高机床的效率，又可以方便、安全地进行工件或夹具的装卸工作。方便、安全地进行工件或夹具的装卸工作。刀库刀库 机械手机械手（5）自动换刀系统的结构特点）自动换刀系统的结构特点 下面以卧式数控车床为例（以下简称下面以卧式数控车床为例（以下简称数控车床），分析其结构和特点。数控车床），分析其结构和特点。1.2.2 数控车床的结构及特点数控车床的结构及特点 数控车床具有数控车床具有x坐标和坐标和z坐标二联动功坐标二联动功能，并配备有多工位的转塔刀架，实现加能，并配备有多工位的转塔刀架，实现加工过程的自动换刀。导轨有滑动导轨和滚工过程的自动换刀。导轨有滑动导轨和滚动导轨两种形式，再配备上滚珠丝杠副可动导轨两种形式，再配备上滚珠丝杠副可提高机床坐标轴的位置精度，从而提高零提高机床坐标轴的位置精度，从而提高零件的加工精度。件的加工精度。1性能性能 主轴卡盘可实现加工零件的自动装夹，主轴卡盘可实现加工零件的自动装夹，并可根据需要调整夹紧力。尾座的运动分并可根据需要调整夹紧力。尾座的运动分两种方式：一种为人工调整其与主轴或被两种方式：一种为人工调整其与主轴或被加工零件的距离；另一种是用手动操作或加工零件的距离；另一种是用手动操作或编程的方法移动尾座到所需要的距离。尾编程的方法移动尾座到所需要的距离。尾顶尖伸出的距离可由在顶尖伸出的距离可由在MDI方式下操作脚方式下操作脚踏开关来控制。踏开关来控制。目前，数控车床的目前，数控车床的CNC 系统大都选用系统大都选用FANUC OTD系列、系列、SIMENS 810TD系列、系列、SINUMERIK 840DT系列和系列和FAGOR 8025T系列等。坐标采用交流伺服电机和光栅尺系列等。坐标采用交流伺服电机和光栅尺闭环检测系统，或编码器半闭环检测系统。闭环检测系统，或编码器半闭环检测系统。主轴驱动采用交流驱动或电主轴交流驱动。主轴驱动采用交流驱动或电主轴交流驱动。机床操作面板达到人机工程的要求。控制机床操作面板达到人机工程的要求。控制系统配有系统配有RS232通信接口，可实现通信接口，可实现DNC连连网网 功能。功能。数控车床主要由机床床体、主轴装置、数控车床主要由机床床体、主轴装置、刀塔、尾座、刀塔、尾座、x和和z坐标传动装置、排屑器坐标传动装置、排屑器以及液压系统、气动系统、冷却液系统和以及液压系统、气动系统、冷却液系统和中心润滑系统等组成。中心润滑系统等组成。CNC系统主要由微系统主要由微型计算机、坐标伺服系统、主轴驱动系统、型计算机、坐标伺服系统、主轴驱动系统、辅助控制装置及辅助控制装置及I/O接口电路等组成。接口电路等组成。2结构特点结构特点 典型的数控车床的传动系统如图典型的数控车床的传动系统如图1.22所示。传动系统主要分主传动系统和坐标所示。传动系统主要分主传动系统和坐标传动系统两部分。数控车床大都采用传动系统两部分。数控车床大都采用45和和30两种斜床身，以便达到足够的刚性和热两种斜床身，以便达到足够的刚性和热稳定性。稳定性。图图1.22 1.22 数控车床的典型传动系统数控车床的典型传动系统 图图1.27所示为某进口数控车床主轴卡所示为某进口数控车床主轴卡盘夹紧、放松的液压原理图。盘夹紧、放松的液压原理图。3液压系统的原理特点液压系统的原理特点图图1.27 1.27 某进口数控车床主轴卡盘夹紧、放松的液压原理图某进口数控车床主轴卡盘夹紧、放松的液压原理图 主轴卡盘夹紧、放松液压油路由一个主轴卡盘夹紧、放松液压油路由一个三位四通电磁换向阀三位四通电磁换向阀1来控制油缸来控制油缸6，以达，以达到主轴卡盘的夹紧和放松。当液压油通过到主轴卡盘的夹紧和放松。当液压油通过可调节可调节540bar压力的减压阀压力的减压阀2和压力表和压力表3后，经过三位四通电磁换向阀（左边吸合后，经过三位四通电磁换向阀（左边吸合工作），液压油进入卡盘夹紧、放松油缸工作），液压油进入卡盘夹紧、放松油缸的右腔，推动活塞向左移动，使卡盘夹紧的右腔，推动活塞向左移动，使卡盘夹紧工件。工件。当液压油经过三位四通电磁换向阀当液压油经过三位四通电磁换向阀（右边吸合工作）时，液压油进入卡盘夹（右边吸合工作）时，液压油进入卡盘夹紧、放松油缸的左腔，推动活塞向右移动，紧、放松油缸的左腔，推动活塞向右移动，从而使卡盘放松。压力继电器从而使卡盘放松。压力继电器4和和5用来检用来检测油缸活塞左移或者右移时液压油路的压测油缸活塞左移或者右移时液压油路的压力。力。当油压小于可调节范围当油压小于可调节范围540bar的压的压力时，将给力时，将给CNC系统回答信号，显示器上系统回答信号，显示器上将提示报警。如果油压符合要求，系统将将提示报警。如果油压符合要求，系统将正常工作。单向阀正常工作。单向阀7的作用是当机床突然断的作用是当机床突然断电时产生背压，对油路起保护作用。电时产生背压，对油路起保护作用。数控车床的中心润滑系统比较简单，数控车床的中心润滑系统比较简单，当中心润滑装置的电机、油泵经定时启动当中心润滑装置的电机、油泵经定时启动后，主要对后，主要对x坐标轴和坐标轴和z坐标轴的滑动导轨坐标轴的滑动导轨或滚动导轨进行润滑，同时还对这两个坐或滚动导轨进行润滑，同时还对这两个坐标轴的滚珠丝杠螺母及支承点的轴承进行标轴的滚珠丝杠螺母及支承点的轴承进行润滑。转塔刀架的各运动部位、尾座的各润滑。转塔刀架的各运动部位、尾座的各运动部位也由中心润滑系统供油进行润滑。运动部位也由中心润滑系统供油进行润滑。4中心润滑系统的原理特点中心润滑系统的原理特点 数控车床的自动排屑装置（也称自动数控车床的自动排屑装置（也称自动排屑器），一般都是落地安装在机床的正排屑器），一般都是落地安装在机床的正面，常常选用链式结构和板式结构，并具面，常常选用链式结构和板式结构，并具有正反转功能。排屑时可手动操作，也可有正反转功能。排屑时可手动操作，也可在机床加工零件时一直运动，以达到及时在机床加工零件时一直运动，以达到及时排屑的目的。排屑的目的。5自动排屑装置及冷却液系统的原理自动排屑装置及冷却液系统的原理特点特点 数控车床与加工中心一样，排屑装置数控车床与加工中心一样，排屑装置和冷却装置配合使用，是密不可分的。冷和冷却装置配合使用，是密不可分的。冷却系统将冷却液打入刀塔管路，从刀盘的却系统将冷却液打入刀塔管路，从刀盘的各刀位附近喷出，以达到冷却刀具和工件各刀位附近喷出，以达到冷却刀具和工件的目的。同时也可提高被加工工件的表面的目的。同时也可提高被加工工件的表面质量和切削效率。可通过质量和切削效率。可通过MDI方式手动进方式手动进行冷却液的开启，也可通过加工程序来设行冷却液的开启，也可通过加工程序来设定冷却液的自动开启。定冷却液的自动开启。数控坐标镗床属于精密型机床，主要数控坐标镗床属于精密型机床，主要用于各类孔系的钻孔、镗孔，同时又可进用于各类孔系的钻孔、镗孔，同时又可进行轻铣削加工。现代数控坐标镗床多数又行轻铣削加工。现代数控坐标镗床多数又配有刀库和机械手，可以进行自动换刀。配有刀库和机械手，可以进行自动换刀。同时，在以加工孔系为主的基础上实现钻同时，在