数控编程第九讲.ppt

数控技术 主讲教师 仇晓黎 东南大学远程教育 第九讲 第二节数控机床主传动系统及主轴部件 第三节数控机床的进给系统 第四节数控机床回转工作台 第五节数控加工使用的刀具及自动换刀系统 第六节数控加工用辅助装置 第二章数控机床的结构 第一节数控机床的结构要求 为了提高数控机床的生产效率 扩大其工艺范围 对于数控机床的进给运动除了沿坐标轴X Y Z三个方向的直线进给运动之外 常常还需要有绕X Y Z轴的圆周进给运动 通常数控机床的圆周进给运动 可以实现精确的自动分度改变工件相对于主轴的位置 以便分别加工各个表面 这对箱体零件的加工带来了便利 对于自动换刀的多工序数控机床来说 回转工作台已成为一个不可缺少的部件 第二章第四节数控机床回转工作台 一 数控回转工作台二 分度工作台 数控机床中常用的回转工作台有数控回转工作台和分度工作台 一 数控回转工作台 数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床 从外形上看它与分度工作台没有多大差别 但在内部结构和功用上则有较大的不同 如图所示数控回转工作台由传动系统 间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成 数控回转工作台 图 是由电液步进电动机1驱动 经齿轮2和4带动蜗轮8 通过蜗杆10使工作台回转 为了尽量消除反向间隙和传动间隙 通过调整偏心环3来消除齿轮2和4啮合侧隙 齿轮4与蜗杆9是靠楔形拉紧圆柱销5 A一A剖面 来连接 这种连接方式能消除轴与套的配合间隙 蜗杆9采用螺距渐厚蜗杆 通过移动蜗杆的轴向位置来调节间隙 图 测蜗杆的左右两侧具有不同的螺距因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚 但由于同一侧的螺距是相同的 所以仍能保持正确的啮合 调整时松开螺母7的锁紧螺钉8使压块6与调整套松开 然后转动调整套11带动蜗杆9作轴向移动 调整后锁紧调整套11和楔形圆柱销5 蜗杆的左右两端都有双列滚针轴承支承 左端为自由端可以伸缩以消除温度变化的影响 右端装有两个推球轴承能轴向定位 图 当工作台静止时 必须处于锁紧状态 为此 在蜗轮底部装有八对夹紧块12及13 散在底座上均布着八个小液压缸14 夹紧液压缸14的上腔通入压力油 使活塞向下运动 通过钢球17撑开夹紧块12及13 将蜗轮夹紧 当工作台需要回转时 数控系统发出指令 夹紧液压缸14上腔的油流回油箱 钢球17在弹簧16的作用下向上抬起 夹紧块12和13松开蜗轮 这时蜗轮和回转工作台可按照控制系统的指令作回转运动 回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承 并由圆锥滚子轴承及圆锥孔双列圆柱滚子轴承保持准确的回转中心 图 数控回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承 并由圆锥滚柱轴承及双列向心圆核滚子轴承保持回转中心的准确 数控回转工作台设有零点 当它作回零运动时首先由安装在蜗轮上的挡块碰撞限位开关 使工作台减速 然后通过感应块和无触点开关的作用使工很自准确的停在零点位置上 数控回转工作台可作任意角度的回转和分度 可由光栅18进行读数控制 因此能够达到较高的分度精度 如图为一个完整的数控回转工作台 二 分度工作台 分度工作台是按照数控系统的指令 在需要分度时工作台连同工件回转规定的角度 有时也可采用手动分度 分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动 并且它的分度运动只能完成一定的回转度数如90 60 或45 等 1 鼠牙盘式分度工作台 鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面底座 夹紧液压缸 分度液压缸和鼠牙盘等零件组成 其结构如图所示 鼠牙盘是保证分度精度的关键零件 在每个齿盘的端面有数目相同的三角形齿 当两个齿盘啮合时 能自动确定周向和径向的相对位置 机床需要进行分度工作时 图 数控装置就发出指令 电磁铁控制液压阀 图中未示出 使压力油经孔23进入到工作台7中央的夹紧液压缸下腔10推动活塞6向上移动 经推力轴承5和13将工作台7抬起 上下两个鼠齿盘4和3脱离啮合 与此同时 在工作台7向上移动过程中带动内齿轮12向上套人齿轮11 完成分度前的准备工作 当工作台7上升时 图 推杆2在弹簧力的作用下向上移动 使推杆1能在弹簧作用下向右移动 离开微动开关S2 使S2复位 控制电磁阀 图中未示出 使压力油经油孔21进入分度油缸左腔19 推动齿条活塞8向右移动 带动与齿条相啮合的齿轮11作逆时针方向转动 由于齿轮11已经与内齿轮12相啮合 分度台也将随着转过相应的角度 回转角度的近似值将由微动开关和档块17控制 开始回转时 挡块14离开推杆15使微动开关S1复位 通过电路互锁 始终保持工作台处于上升位置 当工作台转到预定位置附近 挡块17通过16使微动开关S3工作 图 控制电磁阀开启使压力油经油孔22进入到压紧液压缸上腔9 活塞3带动工作台7下降 上鼠齿盘4与下鼠齿盘3在新的位置重新啮合 并定位压紧 液压缸下腔10的回油经节流间可限制工作台的下降速度 保护齿面不受冲击 当分度工作台下降时 图 通过推杆2及1的作用启动微动开关S2 分度液压缸右腔18通过油孔20进压力油 活塞齿条8退回 齿轮11顺时针方向转动时带动挡块17及14回到原处为下一次分度工作作好准备 此时内齿轮12已同齿轮11脱开 工作台保持静止状态 鼠齿盘式分度工作台的优点是 定位刚度好 重复定位精度高 分度精度可达 0 5 3 结构简单 缺点是 鼠齿盘制造精度要求很高 且不能任意角度分度 它只能分度能除尽鼠齿盘齿数的角度 这种工作台不仅可与数控机床做成一体 也可作为附件使用 广泛应用于各种加工和测量装置中 2 定位销式分度工作台 如图所示是自动换刀数控卧式镜铣床的分度工作台 分度工作台 图 1位于长方形工作台10的中间 在不单独使用分度工作台1时 两个工作台可以作为一个整体工作台来使用 这种工作台的定位分度主要靠定位销和定位孔来实现 在工作台1的底部均匀分布着八个削边圆柱定位销7 在工作台底座21上制有一个定位孔衬套6以及供定位销移动的环形槽 其中只能有一个定位销7进入定位衬套6中 其余七个定位销则都在环形槽中 因为八个定位销在圆周上均匀分布 之间间隔为45度 因此工作台只能作二 四 八等分的分度运动 分度时 图 数控装置发出指令 由电磁阀控制下底座13上的六个均匀分布锁紧液压缸8 图中只示出一个 中的压力油经环形槽流向油箱 活塞11被弹簧12顶起 工作台1处于松开 与此同时 间隙消除液压缸5卸荷 压力油经管道18流入中央液压缸17 使活塞16上升 通过螺柱15由支座4把止推轴承20向上抬起 顶在底座21上 通过螺钉3 锥套2使工作台1抬起 固定在工作台面上的定位销7从定位套6中拔出 作好分度前的准备工作 工作台1抬起之后 数控装置在发出指令使液压马达转动 驱动两对减速齿轮 图中未示出 带动固定在工作台1下面的大齿轮9回转 进行分度 在大齿轮9上每45 间隔设置一挡块 分度时 工作台先快速回转 当定位销即将进入规定位置时 挡块碰撞第一个限位开关货发出信号使工作台减速 当挡块碰撞第二个限位开关时 工作台停上回转 此刻相应的定懂销7正好对准定位孔衬套6 分度工作台的回转速度由液压马达和液压系统中的单向节流间来调节 完成分度后 图 数控装置发出信号使中央液压缸17卸荷 工作台1靠自重下降 相应的定位销专插入定位孔衬套6中 完成定位工作 定位完毕后消除间隙液压缸5通入压力油 活塞向上顶住工作台1消除径向间隙 然后使锁紧液压缸8的上腔通入压力油 推动活塞杆11下降 通过活塞杆上的T形头压紧工作台 至此分度工作全部完成 机床可以进行下面工序的加工 工作台的回转轴支承是滚针轴承19和径向有1 12锥度的加长型圆锥孔双列圆位级子轴承14 图 轴承19装在支座4内 能随支座4作上升或下降移动 当工作台抬起时 支座4所受推力的一部分由推力轴承20承受 这就有效地减少了分度工作台回转时的摩擦力矩 使转动更加灵活 轴承14内环由螺钉3固定在支座4上 并可以带着滚柱在加长的外环内作15mm的轴向移动 当工作台回转时它就是回转中心 第二节数控机床主传动系统及主轴部件 第三节数控机床的进给系统 第四节数控机床回转工作台 第五节数控加工使用的刀具及自动换刀系统 第六节数控加工用辅助装置 第二章数控机床的结构 第一节数控机床的结构要求 一 数控加工使用的刀具二 自动换刀系统 第二章第五节数控加工使用的刀具及自动换刀系统 一 数控加工使用的刀具 数控机床所用刀具的标准化和系列化 编程前刀具的选用以及加工前刀具的预调整等都尤为重要 数控机床能否发挥其最大效益 数控加工用刀具的正确选择和使用成为非常重要的因素 用回转型刀具的数控加工 使用的刀具类型繁多 但通常都是由连接主轴刀柄 中间接杆和适用刀具三部分组成 回转型标准的连接主轴刀柄与主轴孔大多数是锥度为7 24的锥面 如图 为了便于适用的标准化刀具在加工前对其轴向尺寸进行预调整和加工不同零件时便于快速更换 可采用可调整长度的中间接杆 如图 二 自动换刀系统 为了进一步减少非切削时间 数控机床正朝着在一台数控机床的一次装夹中完成多工序加工的方向发展 这类机床必须带有自动换刀系统 通常称为数控加工中心机床 简称加工中心 自动换刀系统应当满足换刀时间短 刀具重复定位精度高 足够的刀具储存量 刀库占地面积小以及安全可靠等基本要求 1 自动换刀装置的形式 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的型式 工艺范围及刀具的种类和数量等 这种装置主要可以分为以下几种形式 1 回转刀架换刀这是一种最简单的自动换刀装置 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性 以承受粗加工时的切削抗力 且更有必要选择可靠的刀具定位方案和合理的定位结构 以保证回转刀架在每次转位之后 具有尽可能高的重复定位精度 回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制 它的动作分为四个步骤 如图 1 刀架抬起 2 刀架转位 3 刀架压紧 4 转位油缸复位 2 主轴头转位换刀在带有旋转刀具的数控机床中 使主轴头转位是一种比较简单的换刀方式 如图 车削加工中心要求在已完成加工的回转表面上再加工出一些小平面 凹槽 钻孔和螺纹等 在一次装夹中全部加工 要求转塔头能在各个工位提供多种轴线的回转运动 如图为十工位转塔头 较先进的转塔头的转位时间可以小于1s 重复定位精度为0 002mm 3 带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成 目前它是加工中心机床上应用最广泛的换刀方法 为了缩短换刀时间 还出现了另一种带刀库的多主轴换刀系统 如图 2 刀库及刀具的选择方式 1 刀库刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一 其容量 布局及具体结构对数控机床的设计有很大的影响 根据刀库所需要的容量和取刀方式 可以将刀库设计成多种形式 如图 在设计多工序自动换刀数控机床时 应当合理地确定刀库的容量 如图 2 刀具的选择方式1 顺序选择方式 2 刀具编码方式 如图 3 刀座编码方式 可分为永久性编码和临时性编码两种 如图 3 刀具交换装置刀具的交换方式通常分为由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类 由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的换刀时间比较长 但该自动换刀方式的最大优点是省去了结构复杂的换刀机械手 提高了换刀的可靠性 采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛 这是因为机械手换刀有很大的灵活性 而且可以减少换刀时间 双臂机械手中最常见的几种结构如图 如图为双刀库机械手换刀装置 特点是用两个单臂机械手进行工作 因而机械手的工作行程缩短 节省了换刀时间 而且刀库布局合理 第二节数控机床主传动系统及主轴部件 第三节数控机床的进给系统 第四节数控机床回转工作台 第五节数控加工使用的刀具及自动换刀系统 第六节数控加工用辅助装置 第二章数控机床的结构 第一节数控机床的结构要求 一 数控加工用夹具二 刀具预调仪 在数控加工中 工艺装备是不可缺少的重要辅助装置 包括夹具和预调仪 第二章第六节数控加工用辅助装置 一 数控加工用夹具 数控加工中的夹具除了一般要求外 还必须注意一些特殊要求 1 由于数控加工中的零件多为多品种小批量生产 不宜用专用夹具 而尽可能适用标准化的通用或组合夹具 以减少生产准备时间 降低生产成本 2 夹具的定位和夹紧必须可靠 以满足数控加工的精度要求和安全生产 3 尽可能在一次装夹中进行多个表面的多工序加工 减少零件的重新安装次数 4 夹紧件的位置必须考虑避让与刀具的碰撞 组合夹具是数控加工中较常用的工具装备 它是用标准化 系列化的元件拼装而成的 还可以用标准模块来组装夹具 标准模块是一些四周带T形槽或网格孔系的平板 长方体或立方体 在由数控加工中心机床组成的自动生产线或柔性制造系统 FMS 中 普遍使用随行夹具 也称工件托盘 操作者将零件装夹到随行夹具之后 自动传送系统便将带有工件的随行夹具依次送入每一个加工工位 加工完毕之后 由操作者拆卸工件 清理随行夹具之后重新装上新的待加工零件 二 刀具预调仪 刀具预调仪可以把加工前刀具的准备工作尽量不占用机床的工时 即把测定和调整刀具相对于刀架或刀柄基准尺寸的工作预先在刀具预调仪