毕业设计（论文）- MCP-1000数控仿行铣床改造.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 mcp-1000mcp-1000 数控仿行铣床改造数控仿行铣床改造 【摘要】 进入 21 世纪，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐 形成了一个产业，数控机床的改造形成了机床业发展的趋势。数控龙门铣床的 大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控龙门铣床的改造还 在不断扩大，不断发展以更适应生产加工的需要。 本论文首先阐述了国内、国外数控龙门铣床的发展，展望数控龙门铣床的 未来状态。然后对数控龙门铣床的工作原理进行全面分析研究，解析数控龙门 铣床的结构，了解其性能、运行状态之后将原有数控龙门铣床进行改进。主要 改进了数控龙门铣床的主轴部件包括主传动运动的变速系统、各种轴承以及支 承部件、进给部件包括联轴器和减速机构、数控系统包括标准形数控系统硬件 和软件。其次，分析了在数控龙门铣床的主轴部件、进给部件以及数控系统中 出现的常见故障如何维修，此外，还阐述了数控龙门铣床在改造时应注意的问 题，最后用事实为依据说明了数控龙门铣床具有很高的加工精度和效率。 关键词： 数控改造 龙门铣床 数控系统 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 abstract:abstract: enters for the 21st century, transformed the demand along with the domestic each kind of type engine bed the expansion, the engine bed transforms already gradually forms an industry, the numerical control engine bed transformation has formed the engine bed industry development tendency. the numerical control planer-type milling machine massive demands as well as the computer technology and the modern design technology rapid progress, the numerical control planer-type milling machine transformation also unceasingly is expanding, unceasingly develops to meets the production processing need. the present paper first elaborated the home, the overseas numerical control planer-type milling machine development, and the forecast numerical control planer-type milling machine future condition. then conducts the comprehensive analysis research to the numerical control planer-type milling machine principle of work, the analysis numerical control planer-type milling machine structure, after understood its performance, running status carries on the original numerical control planer-type milling machine the improvement. mainly improved the numerical control planer-type milling machine main axle part including the movement speed change system, each kind of bearing swell as the supporting part, enters to the part including the shaft coupling and the reduction gear, the numerical control system including the numerical control system hardware and software. next, analyzed in the numerical control planer-type milling machine main axle part, how has entered the common breakdown which appeared for in the part as well as the numerical control system to service, in addition, but also elaborated numerical control planer-type milling machine when transformation should pay attention the question, finally used the fact to show for the basis the numerical control planer-type milling machine had the very high processing precision and the efficiency. keykey words:words: numerical control transformation planer-type milling machine 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 numerical control system 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 目 录 1 1 概述概述 4 1.1 国内数控龙门铣床发展4 1.1.1基本生产概况4 1.1.2产品结构形式4 1.1.3产品技术水平5 1.1.4努力创新不断提高5 1.1.5我国数控龙门铣床发展趋势6 1.2 国外数控龙门铣床发展7 1.3 课题研究意义10 1.3.1机床进行改造的必要性10 2 2 宏观看改造的必要性宏观看改造的必要性 11 2 2 数控龙门铣床总体研究数控龙门铣床总体研究 11 2.1 数控龙门铣床总体分析11 2.2 数控龙门铣床的主轴部件12 2.3 数控龙门铣床的进给部件12 2.3.1联轴器12 2.3.2减速机构13 2.4 数控龙门铣床的数控系统介绍14 3 数控龙门铣床的主轴部件数控龙门铣床的主轴部件 16 3.1 数控龙门铣床主轴部件16 3.1.1主传动运动的变速系统16 3.1.2数控机床主轴部件17 3.1.3主轴部件的支承17 3.1.4主轴准停装置18 3.2 主轴伺服系统的故障诊断与维修19 4 4 数控龙门铣床的进给部件数控龙门铣床的进给部件 21 4.1 数控龙门铣床的进给部件21 4.2 进给伺服系统的故障诊断与维修21 5 数控龙门铣床的数控系统数控龙门铣床的数控系统 24 5.1 标准型数控系统的基本组成24 5.2 标准型数控系统的硬件结构25 5.3 标准型数控系统的软件结构27 5.3.1cnc系统软件结构特点27 5.3.2cnc系统软件工作过程33 结结 束束 语语 35 谢谢 辞辞 36 参参 考考 文文 献献 37 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 1 1 概述概述 近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成 了一个产业，其中绝大部分是数控机床的改造。本文以数控龙门铣床为例介绍 一下数控机床的改造。 1.11.1 国内数控龙门铣床发展国内数控龙门铣床发展 进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。 机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机， 也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控龙门 铣床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控龙门铣 床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控龙门铣床的应 用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。 1.1.1 基本生产概况基本生产概况 “十五”以来，尤其是最近二、三年，随着国民经济的持续发展和国家对 国产数控技术的大力支持，我国许多重要行业对龙门加工中心和数控龙门铣床 的需求愈来愈大。有需求有市场，就有生产，这是市场经济规律。所以国内不 少从未涉及制造龙门铣床的厂家，都纷纷上阵，通过引进技术、合作生产等形 式，开发研制各种龙门加工中心和数控龙门铣床，满足广大用户的需求。根据 中国机床工具工业协会对重点骨干企业的统计资料和其他有关资料表明，2005 年我国已有 11 个企业批量生产各种龙门加工中心 422 台，生产特种数控龙门铣 床 75 台。其中年产超过 80 台的企业有 3 家：沈阳机床（集团）有限责任公司、 宁波海天精工机械有限公司、威海华东数控股份有限公司。而沈阳机床集团在 2005 年生产包括五轴联动龙门加工中心等各种产品 135 台，占龙门加工中心总 产量的 32%。 1.1.2 产品结构形式产品结构形式 配置自动换刀结构的数控龙门铣床即为龙门加工中心。目前，我国生产的 龙门加工中心和数控龙门铣床产品的主要品种，根据机床结构布局形式划分为： 按龙门架是否移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁是否在 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架式； 按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。目前生 产的主要规格范围是工作台宽度为 800-5000 毫米，长度为 2000-28000 毫米等 各种规格尺寸段。应该指出，在 2005 年国内生产的龙门加工中心和数控龙门铣 床中，90%左右的规格都集中在 1000-2000 毫米尺寸段，而 95%的品种几乎都是 横梁固定工作台移动式。相比之下，工作台宽度在 3 米以上，尤其是宽度为 4000-5000 毫米的动梁式超重型龙门加工中心和数控龙门铣床，技术难度较大， 技术含量较高，目前国内只有一两家能生产。 1.1.3 产品技术水平产品技术水平 “十五”期间，是我国机床工具行业发展最快的五年，通过引进技术合作生 产等形式，在新产品研发方面取得较大进展。在高速、高精、多轴、复合等方 面都有较大突破，尤其是龙门加工中心和数控龙门铣床更为突出。从 1999 年江 苏多棱（原常州机床总厂）带头打破西方封锁，试制成功具有自主知识产权的 我国第一台五轴联动数控龙门铣床以来，已有济南二机、桂林机床、北京一机 等多家公司推出五轴联动龙门加工中心和数控龙门铣床。尤其是今年 2 月份在 上海举办的中国数控机床展览会（ccmt2006）上，实力雄厚的沈阳机床集团， 一次推出 6 台大型龙门加工中心，其中 3 台具有五轴联动功能，1 台具有五面 加工功能，1 台为车铣加工中心，这也突出体现了我国龙门加工中心和数控龙 门铣床在五轴联动功能上，开始走向成熟。近年来，有的厂产品在主轴转速、 快速进给、机床精度等主要技术参数已接近或达到国际先进水平。尤其是北京 一机截止到今年 6 月底，仅一年半的时间就签约生产工作台宽度 4 米、5 米的 超重型动梁龙门加工中心和数控龙门铣床 10 台，说明我国生产中、高档重型和 超重型龙门加工中心和数控龙门铣床的厂家在产量和技术水平上有的已迈进国 际机床大厂的行列。 1.1.4 努力创新不断提高努力创新不断提高 在近几届国内机床展览会上，看到我国龙门加工中心和数控龙门铣床在结 构性能、技术水平、产品质量等方面，都有很大提高。但是，与发达国家同类 产品相比，还有较大差距，首先是自主创新能力不够，当前多以仿制为主，或 引进技术合作生产，缺乏自主知识品牌的高档产品，往往关键的核心技术，关 键的功能部件，还是从国外购买。例如，在今年 ccmt2006 上海机床展会上，共 展出了 8 台五轴联动龙门加工中心，采用的关键部件双摆角铣头，除了济 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 南二机和桂林机床是自己开发的以外，其余 6 台都是购买意大利意萨、菲迪亚 等国外公司产品。其次是产品质量，尤其是整机可靠性，还有较大差距，这也 是用户最关注的问题之一。应该看到，目前除少数企业外，龙门类产品技术含 量普遍较低，数控机床产业化程度不高。这些都是国内主机厂需要下大力气认 真改进、努力提高的地方。 1.1.5 我国数控龙门铣床发展趋势我国数控龙门铣床发展趋势 以数字化为特征数控龙门铣床是柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础 装备，它的总的发展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集 成化，并注重工艺适用性和经济性。具体可归纳为下列八个方面： （1）持续地提高经济加工精度 从 1950 年至 2000 年的 50 年内加工精度提升 100 倍左右，即加工精度平均每 8 年提高 1 倍，当前的普通加工精度已达到上世纪 50 年代的精密加工水平。以 龙门加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度为例对比国内外的水平，国内 大致为 0.0080.010mm，而国际先进水平为 0.0020.003mm，按上述统计规律 分析差距约为 15 年左右。 （2）推进全面高速化实现高效制造 在刀具材料和刀具结构不断发展的支持下，切削速度不断地提高。在实际生 产中，车、铣 45 号钢由 1950 年的 80100m/min，至 2000 年普遍达到 500600m/min，50 年内切削速度提高了 5 倍。高速化加工另一个特点是大多 从单一的高速切削发展至全面高速化，不仅要缩短切削时间，也要力求降低辅 助时间和技术准备时间。 （3）复合加工机床促进新一代高效机床的形成 复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。 复合机床根据其结构特点，可以分为工艺复合型和工序复合型两类。 工艺复合 型为跨加工类别的复合机床，包括不同加工方法和工艺的复合，如车铣中心、 铣车中心、激光铣削加工机床、冲压与激光切割复合、金属烧结与镜面切削复 合等。 工序复合型应用刀具（铣头）自动交换装置、主轴立卧转换头、双摆铣 头、多主轴头和多回转刀架等配置，增加工件在一次安装下的加工工序数，如 多面多轴联动加工的复合机床和主副双主轴车削中心等。 （4）工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现 通过对机床布局和结构的创新，使对不同类型的零件加工具有最佳的适用,避 免一方面出现不能发挥最佳性能,另一方面又存在功能冗余的现象。 要解决品 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 种多样化与经济性的矛盾，这就要对机床的模块化设计提出更高的要求。近年 来对并联机构机床和混联机构机床的研究以及对可重构机床（reconfigurable machine tools，简称 rmt）技术的探索，反映了对制造装备能更方便地实现个 性化、多样化发展的一个追求。 （5） 智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术 信息技术的发展及其与传统机床的相融合，使机床朝着数字化、集成化和智 能化的方向发展。数字化制造装备、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将 越来越大；而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程 适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断 和智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形和加工精度、提高制造效率。 （6） 发展适应敏捷制造和网络化分布式的制造系统 回顾近 10 年来制造系统的发展历程，基本上遵循以下两个方向：增强制造系 统的智能化和自治管理功能，以提高 fmc/fms 的快速响应能力；发展兼顾柔性、 高效、低成本和高质量且便于重构的新型制造系统以适应不确定性的市场环境。 ( 7 ) 配套装置和功能部件的品种质量日益完善 不仅数控系统（含数控装置和伺服驱动装置）有专业化生产厂，凡关键的通 用性功能部件如电主轴、刀具自动交换系统、滚动导轨副、直线滚动丝杠驱动 副、双摆主轴头、双摆回转台和自动转位刀塔等在国外均有一些著名的专业化 生产厂，这对保证产品质量，增长整机的可靠性和降低成本起着重要的作用。 完善的高集成度的专用电路系统的研发，仍是数控系统可靠性继续增长和结构 小型化的一项重要措施。 （8）向大型化和微小化两极发展 能源装备的大型化及航空航天事业等的发展，需要重型龙门加工中心 超精密加工技术和微纳米技术是 21 世纪的战略高技术，正在形成一个产业。需 发展能适应微小型尺寸结构和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。航空航 天、it 和国防高新技术的需求推进了超精加工技术及设备的发展。上世纪 60 年代，美国开发出第一台商品化超精密机床，其加工尺寸精度为0.8m；70 年代英国克兰菲尔德精密工程研究所批量生产的超精密车床加工的面形精度优 于 0.1m；80 年代美国 lll 实验室和 y-12 工厂合作生产的大型超精密金刚石 车床的加工平面形度达 0.0125m，最大加工直径为 2100mm。加工技术总的发 展趋势是：加工精度不断提高，加工尺寸不断增加，加工方法多样化。由于晶 片和光学镜片等硬脆材料加工的需要，超精密磨削和研抛以及非机械能的特种 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 加工方法使加工精度可优于 0.005m。 1.21.2 国外数控龙门铣床发展国外数控龙门铣床发展 数控龙门铣床的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成 为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计 民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作 用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数 控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面： （1） 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效 率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先 端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（cirp）将 其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是 轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件 多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力 很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料 “掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、 螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对 加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 emo2001 展会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更 高，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海 通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美 国 cincinnati 公司的 hyper mach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/min。加工一薄壁飞机零件， 只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h； 德国 dmg 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12000r/mm 和 1g。在加 工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度 已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的 mtbf 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 mtbf 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工， 与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步 扩大。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 （2）轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅 光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以 等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削 淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数 倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简 化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复 合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。在 emo2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂 直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上 实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 dmg 公司展出 dmuvoution 系列加 工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 cnc 系统控制或 cad/cam 直接或间接控制。 （3）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统 中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适 应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前 馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简 化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等； 还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。 目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的 ngc(the next generation work-station/machine control)、欧共体的 osaca(open system architecture for control within automation systems)、日本的 osec(open system environment for controller)，中国的 onc(open numerical control system)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系 统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户， 通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能） ，形成系列化，并可方便地将用户 的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开 放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结 构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能 软件开发工具等是当前研究的核心。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的 网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实 现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著 名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 emo2001 展中，日本山崎马扎克（mazak）公司展出的“cyber production center” （智能生产控制中心，简称 cpc） ；日本大隈（okuma）机床公司展出 “it plaza” （信息技术广场，简称 it 广场） ；日本大隈（okuma）机床公司展 出“it plaza” （信息技术广场，简称 it 广场） ；德国西门子(siemens)公司展 出的 open manufacturing environment（开放制造环境，简称 ome）等，反映 了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.31.3 课题研究意义课题研究意义 数控龙门铣床长时间工作，设备、电器控制元件会老化，整体可靠性差， 故障频繁，机械传动偏差大，造成精度不高，速度慢；单轴控制，电路复杂， 操作繁琐，性能不稳定，且效率低下。为解决上述问题，也为了适应现代制造 工业发展，合理利用资源，针对数控龙门铣床的结构特点，对其进行改造。 1.3.1 机床进行改造的必要性机床进行改造的必要性 1 微观看改造的必要性 微观上看，数控龙门铣床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越 性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 （1） 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 （2） 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标瞬 时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线和曲面。 （3） 可以实现加工的自动化而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床 提高 3-7 倍。 （4）由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来， 然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个 程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化， 故被称为实现了“柔性自动化” 。 （5） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配” 。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 （6） 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 （7）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长 时间无人看管加工。 由以上几条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一 个人可以看管多台机床） ，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可 对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行 fmc（柔性制造单 元） 、fms（柔性制造系统）以及 cims（计算机集成制造系统）等企业信息化改 造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 2 宏观看改造的必要性 宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在 70 年代末、80 年代初已 开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民 机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms 外，还包 括在产品开发中推行 cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行 mis（管 理信息系统） 、cims 等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智 能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为 信息化） ，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而 我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20 年。如我国机床拥有量 中，数控机床的比重（数控化率）到 1995 年只有 1.9，而日本在 1994 年已 达 20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控 化改造的必要性。 2 2 数控龙门铣床总体研究数控龙门铣床总体研究 2.12.1 数控龙门铣床总体分析数控龙门铣床总体分析 1 数控龙门铣床的结构特点 固定式工作台，横梁与两个立柱整体铸出形成龙门框架，龙门框架沿工作 台导轨纵向水平移动，滑枕沿横梁导轨横向水平移动，滑台铣头沿滑枕导轨垂 直移动。机床具有铣削、镗削、钻削、锪孔、攻丝等功能。 2 数控龙门铣床的主要结构性能 机床的龙门框架、横梁采用钢板焊接件，床身、工作台、主铣头等部件均 采用树脂砂造型、高强度的优质铸铁件，导轨副采用静压导轨，负载大、摩损 少、精度高，并能长期保证精度的稳定性。 各传动轴采用高精密双齿轮-齿条或进口高精密级预载滚珠丝杠实现无间隙 传动，以确保传动精度。各驱动轴及主轴电机采用交流伺服及交流主轴电机。 各轴反馈均采用光栅尺实现全闭环位置反馈，也可根据用户的要求，采用光电 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 编码器实现半闭环位置反馈。 主铣头采用滑枕-减速箱分离式设计，采用高精度主轴组合轴承，保证了主 铣头的高性能、高精度。滑枕铣头及横梁还采用液压油缸进行平衡，运动平稳。 刀具采用碟形弹簧拉紧，液压松刀。该系列产品可配置容量为 40 把、50 把刀具的链式刀库（任由用户选用） ，进行立卧自动换刀。 可配置附件铣头自动更换装置和自动分度附件铣头。机床的数控系统可 分别配置 siemens、fanuc、fidia、num、fagor 等数控系统。 2.22.2 数控龙门铣床的主轴部件数控龙门铣床的主轴部件 主轴部件是数控龙门铣床的重要部件之一，它带动刀具旋转完成切削，其 精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。 1 主轴 数控龙门铣床的主轴为一中空轴，其前端为锥孔，与刀柄相配，在其内部 和后端安装有刀具自动夹紧机构，用于刀具装夹。 主轴在结构上要保证良好冷却润滑，尤其在高转速场合，通常采用循环式 润滑系统。对于电主轴而言，往往设有温控系统，且主轴表面有槽结构，以确 保散热冷却。 2 刀具自动夹紧机构 在数控龙门铣床上多采用气压或液压装夹刀具，常见的刀具自动夹紧机构 主要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、气缸等组成。夹紧状态时， 蝶形弹簧通过拉杆及夹头，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄与主轴锥孔紧密配合； 松刀时，通过气缸活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使夹头松开，夹头与刀柄上 的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，气缸活塞 后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。 3 端面键 带动铣刀旋转，传动运动与动力。 2.32.3 数控龙门铣床的进给部件数控龙门铣床的进给部件 通常，一个典型的数控机床闭环控制进给系统，由位置比较，放大元件、 驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分组成。其中，机械传动装置 是位置控制中的一个重要环节。这里所说的机械传动装置，是指将驱动源的旋 转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链，包括齿轮装置、丝杠螺母副 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 等中间传动机构。 2.3.1 联轴器联轴器 联轴器是用来连接寄给机构的两根轴使之一起回转移传递扭矩和运动的一 种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器 的应用最为广泛。 套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难(轴需作轴向移动)。且要 求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。 绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。 凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、 轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若 两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。 2.3.2 减速机构减速机构 （1）齿轮传动装置 齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都 有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一 是将高转速的转矩的伺服电机(如步进电机、直流和交流伺服电机等)的输出改 变为低转速大转矩的执行件的输入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在 系统中专有较小的比重。此外，对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。 为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措 施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调 整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。 与采用同步齿形带相比，在数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置，更 易产生低频振荡，因此减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。 （2）同步齿形带 同步齿形带传动是一种新型的带传动。他利用齿形带的齿形与带轮的轮齿 依次啮合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，且无 相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高，而且齿形带的强度高、厚度小、 重量轻、故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载 荷小，传动效率也高，现已在数控机床上广泛应用。同步齿形带的主要数与规 格如下： 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 齿距 齿距 p 为相邻两齿在节线上的距离。由于强力层在工作时度不变，所 以强力层的中心线被规定为齿形带的节线(中性层)，并以节线的周长 l 作为齿 形带的公称长度。 模数 模数定义为 m=p/,使齿形带尺寸计算的一个主要依据。 其它参数 齿形带的其它参数和尺寸与渐开线齿条基本相同。齿形带齿形的 计算公式与渐开线齿条不同，因为齿形带的节线在强力层上，而不在齿高中部。 齿形带的标注方法是：模数宽度齿数，即 mbz。