数控机床的辅助装置PPT课件

1 第5章数控机床的辅助装置 5 1数控机床用工作台5 2数控机床用附件5 3数控机床的支承件5 4润滑系统5 5自动排屑装置 2 5 1数控机床用工作台 5 1 1数控回转工作台1 开环数控回转工作台如图5 1所示为自动换刀数控立式镗铣床数控回转工作台的结构图 2 闭环数控回转工作台闭环数控回转台的结构和开环数控回转台大致相同 其区别在于闭环数控回转台有转动角度的测量元件 测量结果经反馈与指令值进行比较 按闭环原理进行工作 使转台分度精度更高 如图5 2所示为闭环数控转台的结构图 它由传动系统 间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成 下一页 返回 3 5 1数控机床用工作台 3 双蜗杆回转工作台如图5 3所示为双蜗杆传动结构 用两个蜗杆分别实现对蜗轮的正 反向传动 蜗杆2可作轴向调整 使两个蜗杆分别与蜗轮的左右齿面接触 尽量消除正反传动间隙 调整垫3 5用于调整锥齿轮的啮合和间隙 双蜗杆传动虽然较双寻程蜗杆及颊圆柱齿轮包络蜗杆传动结构复杂 但普通蜗轮 蜗杆制造工艺简单 承载能力比导程蜗杆大 返回 上一页 下一页 4 5 1数控机床用工作台 5 1 2分度工作台1 齿盘定位的分度工作台 1 齿盘定位的分度工作台工作原理齿盘定位的分度工作台能达到很高的分度定位精度 一般可达最高 能随很大的外载 定位刚度高 精度保持性好 实际上 由于齿盘啮合脱开相当于两齿盘对研过程 也用于组合机床和其他专用机床 THK6370型自动换刀数控卧式镗铣床分度工作台的结构 主要由一对分度齿盘 长虹夹液压缸 活塞 液压马达 蜗杆副和减速齿轮副组成 2 多齿盘的特点多齿盘在使用中有很多的优点 返回 上一页 下一页 5 5 1数控机床用工作台 定位精度高 大多数多齿盘采用向心多齿结构 它既可以保证分度精度 同时又可以保证定心精度 而且不受轴承间隙及正反轩的影响 一般定位精度可达 3 而高精度的可在 3 以内 同时重复定位精度既高又稳定 承载能力强 定位刚度好 由于是多齿同时啮合 一般啮合率不低于90 每齿啮合长度不少于60 齿面的磨损对定位精度的影响不大 随着不断的磨合 定位精度不仅不会下降 而且有可能提高 因而使用寿命也较长 适用于多工位分度 由于齿数的所有因数都可以作为分度工位数 因此一种多齿盘可以用于分度数目不同的场合 下一页 返回 上一页 6 5 1数控机床用工作台 多齿盘分度工作台出除了具有上述优点外 也有以下不足之处 其主要零件 多齿端面齿盘的制造比较困难 其齿形及形位公差要求很高 而且成对齿盘的研磨工序很费工时 一般要研磨几十小时以上 因此生产效率低 成本也较高 在工作时动齿盘要下降 转位 定位及夹紧 因此多齿盘分度工作台的结构也相对要复杂些 但是从综合性能来衡量 由于它能使一台加工中心的主要指标得到保证 因此目前在卧式加工中心上仍在采用 多齿盘的分度角度多齿盘的分度可实现分度角度为 3600 Z式中 可实现的分度数 整数 Z 多齿盘齿数 返回 上一页 下一页 7 5 1数控机床用工作台 2 鼠牙盘分度工作台鼠牙盘分度工作台是由工作台面 底座 压紧液压缸 鼠牙盘 伺服电动机 同步带轮和齿轮转动装置等零件组成 如图5 4所示 鼠牙盘是保证分度精度的关键零件 每个齿盘的端面带有数目相同的三角形齿 当两个齿盘啮合时 能够自动确定轴向和径向的相对位置 3 定位销式分度工作台如图5 5所示是自动换刀数控卧式镗铣床的分度工作台 分度工作台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 返回 上一页 下一页 8 5 1数控机床用工作台 5 1 3工作台一般所讲的工作台是不回转的 其形状一般为长方形 如图5 6所示 1 2 4槽为装夹用T形槽 1 工作台纵向传动机构工作台纵向传动机构如图5 7所示 交流伺服电机20的轴上装有圆弧齿同步齿形带轮19 通过同步齿形带14和装在丝杠右关的同步齿形带11带动丝杠旋转 使底部装有螺母的工作台4移动 同步齿形带与电机轴 以及与丝杠之间采用锥环无键式联接 这种联接方法不需要开键槽 而且无间隙 对中性好 滚珠丝杠两端采用角接触球轴承支承 左端为一个7602025TN P4轴承 右端支承采用三个7602030TN P4TFTA轴承 精度等级P4 径向载荷由三个轴承分担 下一页 返回 上一页 9 5 1数控机床用工作台 2 升降台传动机构及自动平衡机构如图5 8所示是升降传动部分 交流伺服电机1经齿形带轮2 3将运动传到轴 轴 右端的弧齿锥齿轮7带动锥齿轮8转动 使垂直滚珠丝杠 旋转 升降台实现上升 下降 传到轴 采用左 中 右三点支承 其轴向定位由中间支承的一对无须接触球轴承来保证 由螺母4锁定轴承与传动轴的轴向位置 并对轴承预紧 预紧量用修磨两轴承的内外圈之间的隔套5 6的厚度来保证 传动轴的轴向定位由螺钉25调节 垂直滚珠丝杠螺母副的螺母24由支承套23固定在机床底座上 丝杠通过锥齿轮8与升降台联接 其支承由深沟球轴承9和角接触球轴承10轴承径向载荷 由D级精度的推力圆柱滚子轴承11承受轴向载荷 返回 上一页 10 5 2数控机床用附件 5 2 1卡盘1 三爪卡盘如图5 9所示为三爪卡盘 它是最常用的车床通用卡具 三爪卡盘最大的优点是可以自动定心 夹持范围大 装夹速度快 但定心精度存在误差 不适于同轴度要求高的工件的二次装夹 2 液压动力卡盘为提高生产效率和减轻劳动强度 数控车床广泛采用液压自定心卡盘 如图5 10所示 当数控装置发出夹紧和松开指令时 直接由电磁阀控制压力油进入缸体的左腔或右腔 使活塞向左或向右移动 并由拉杆2通过主轴通孔拉动主轴前端卡盘上的滑体3 滑体3又与三个可在盘体上T型槽内作径向移动的卡爪滑座4以斜楔连接 下一页 返回 11 5 2数控机床用附件 3 可调卡爪式卡盘可调卡爪式卡盘的结构如图5 11所示 基体卡座2上对应配有不淬火的卡爪1 其径向夹紧所需位置可以通过卡爪上的端齿和螺钉单独进行粗调整 或通过差动螺杆3单独进行细调整 为了便于对较特殊的 批量大的盘类零件进行准确定位及装夹 还可按实际需要 通过简单的加工程序或数控系统的手动功能 用车刀将不淬火卡爪的夹持面车至所需的尺寸 4 高速动力卡盘为了提高数控车床的生产效率 对其主轴提出越来越高的要求 以实现高速甚至超高速切削 现在有的数控车床可达到100000r min 对于这样高的转速 一般的卡盘已不适用 而必须采用高速动力卡盘才能保证安全可靠地进行加工 返回 上一页 下一页 12 5 2数控机床用附件 5 2 2尾座数控车床尾座一般是在加工时对工件起辅助支承作用 它是由尾座体和尾座套筒两部分组成 尾座体可在床身上移动和固定 尾座套筒前端安装顶针 套筒可以自动伸出和缩回 实现顶尖对工件的支撑作用 如图5 13所示为TND360数控车床的尾座结构图 尾座装在床身导轨上 它可以根据工件的长短调整位置 用拉杆加以夹紧定位 顶尖装在套筒的锥孔中 尾座套筒安装在尾座体的圆孔中 并用平键导向 所以套筒只能轴向移动 在尾座套筒尾部的孔中装有一活塞杆 与尾座套筒一起构成一个液压缸 当套微液压缸左腔进压力油时 右腔内的油回油 套筒向前伸出 当液压缸右腔中进压力油时 左腔中的油回油 套筒向后回缩 下一页 返回 上一页 13 5 2数控机床用附件 5 2 3分度头1 概述等分式的FKNQ系列数控分度头的最终分度定位采用齿数为72牙的端齿盘来完成 万能式的FK14系列数控分度头角精密蜗杆副作为分度定位元件 用于完成任意角度的分度工作 采用双导程式蜗杆消除传动间隙 2 工作原理如图5 14所示的FKNQ160型数控气动等分分度头的工作原理如下 滑动端齿盘4的前腔通入压缩空气后 借助弹簧6和滑动销轴3在镶套内平稳地沿轴向右移 齿盘完全松开后 无触点传感器7发信号给控制装置 这时分度活塞17开始运动 使棘爪15带动棘轮16进行分度 每次分度角度为50 下一页 返回 上一页 14 5 2数控机床用附件 在分度活塞17下方有二个传感器14 用于检测活塞17的到位 返回位置并发出分度信号 当分度信号与控制装置预置信号重合时 分度台刹紧 这时滑动端齿盘4的后腔通入压缩空气 端齿盘啮合 分度过程结束 为了防止棘爪返回时主轴反转 在分度活塞17上安装凸块11 使驱动销10在返回过程中插入定位轮9的槽中 以防转过位 如图5 15所示为FK14160B型数控分度头 其工作原理如下 刹紧液压缸活塞4的后腔通入压缩空气后 主轴松开 松开信号由传感器6发出 伺服电动机旋转至选定的角度后 刹紧液压缸的活塞4的前腔通入压缩空气 刹紧信号由传感器5发出 刹紧完毕后 主机发信号 开始切削加工 当工作台完成一个工作循环后 工作台返回零位 零们信号传感器8发出零位到位信号 下一页 返回 上一页 15 5 2数控机床用附件 5 2 4常用铣削刀柄 1 拉钉拉钉有三个关键参数 角 长度l以及螺纹G 如图5 16所示 根据三个关键参数的不同 不同刀柄配备的拉钉也不同 当然 拉钉还有是否带内冷却孔之分 2 DIN2080型 简称NT或ST DIN2080是德国标准 即国际标准ISO2583 是我们通常所说的NT型刀柄 不能用机床的机械手装刀而用手动装刀 如图5 17所示 3 DIN69871型 简称JT DIN DAT或DV DIN69871型分为两种 即DIN69871A AD型和DIN69871B型 前者是中心内冷 后者是法兰盘内冷 其他尺寸相同 如图5 18所示 下一页 返回 上一页 16 5 2数控机床用附件 4 ISO7388 1型 简称IV或IT 其刀柄安装尺寸与DIN69871型没有区别 但由于ISO7388 1型刀柄的d4值小于DIN69871型刀柄的d4值 所以将ISO7388 1型刀柄安装在DIN69871型锥孔的机床上是没有问题的 但将DIN69871型刀柄安装在ISO7388 1型机床上则有可能会发生干涉 如图5 19所示 5 MASBT型 简称BT BT型是日本标准 安装尺寸与DIN69871 ISO7388 1及ANSI完全不同 不能换用 BT型刀柄的对称性结构使它比其他三种刀柄的高速稳定性要好 如图5 20所示 下一页 返回 上一页 17 5 2数控机床用附件 6 ANSIB5 50型 简称CAT ANSIB5 50型是美国标准 安装尺寸与DIN69871 ISO7388 1类似 但由于少一个楔缺口 所以ANSIB5 50型刀柄不能安装在DIN69871和ISO7388 1机床上 但DIN69871和ISO7388 1刀柄可以安装在ANSIB5 50型机床上 如图5 21所示 5 2 5三坐标测量机1 三坐标测量机的原理三坐标测量机基于坐标测量原理 早期出现的测量机可在一个坐标方向上进行工件长度的测量 称为单坐标测量机 仅完成一维测量 下一页 返回 上一页 18 5 2数控机床用附件 2 三坐标测量机的组成作为一种测量仪器 三坐标测量机主要是比较被测量与标准量 并将比较结果用数值表示出来 三坐标测量机需要3个方向的标准器 利用导轨实现沿相应方向的运动 还需要三维测头对被测量进行探测和瞄准 此外 测量机还具有数据处理和自动检测等功能 需由相应的电气控制系统与计算机软硬件实现 三坐标测量机可分为主机 测头 电气系统三大部分 如图5 34所示 返回 上一页 下一页 19 5 2数控机床用附件 3 三坐标测量机的类型 1 按自动化程度分类 数字显示及打印型 这种类型主要用于几何尺寸测量 采用数字显示 可用打印机打印出测量结果 原理框图如图5 36所示 数字显示及打印型一般采用手动测量 带有小型计算机的测量机 带有小型计算机的测量机的数据处理系统的原理框图如图5 37所示 它由三部分组成 即数据输入部分 数据处理部分与数据输出部分 计算机数字控制型 对于一些大型零件和一些精度要求较高或对测力有一定要求的零件的测量 手工操作既费力 又不能保证检验精度 因此发展出计算机数字控制坐标测量机 如图5 38所示为其原理组成框图 下一页 返回 上一页 20 5 2数控机床用附件 2 按测量机的测量范围分类 小型坐标测量机 小型坐标测量机主要用于测量小型精密的模具 工具 刀具与集成线路板等 其测量范围一般是X轴方向小于500mm 常见的机构形式有仪器台式 卧镗式 坐标镗式 悬臂式 移动桥式和极坐标式等 中型坐标测量机 中型坐标测量机的测量范围在X轴方向为 500 2000 mm 主要用于对箱体 模具类零件的测量 其精度等级多为中等 也有精密型等 从结构形式看 几乎包括仪器台式和桥式等所有形式 大型坐标测量机 大型坐标测量机的测量范围在X轴方向应大于2000mm 主要用于汽车与飞机外壳 发动机与推进器叶片等大型零件的检测 精度等级一般为中等或低等 结构形式多为龙门式或水平臂式 下一页 返回 上一页 21 5 2数控机床用附件 3 按结构形式分类按结构形式可分为移动桥式 固定桥式 龙门式 悬臂式 水平臂式 坐标镗式 卧镗式和仪器台式等 4 按测量精度分类按照测量精度有低精度 中等精度和高精度的测量机 低精度的主要是具有水平臂的坐标划线机 中等精度及一部分低精度测量机常称为生产型的 高精度的称为精密型或计量型 主要在计量室使用 下一页 返回 上一页 22 5 2数控机床用附件 5 2 6机外对刀仪如图5 39所示是一种比较典型的机外对刀仪 它可适于用各种数控车床 针对某台具体的数控车床 应制作相应的对刀刀具台 将其安装在刀具台安装座上 这个对刀刀具台与刀座的联结结构及尺寸 应与机床刀架相应结构及尺寸相同 甚至制造精度也要求与机床刀架该部位一致 此外 还应制作一个刀座 刀具联合体 把此联合体装在机床刀架上 尽可能精确地对出X向和Z向的长度 并将这两个值刻在联合体表面 对刀仪使用若干时间后就应装上这个联合体作一次调整 下一页 返回 上一页 23 5 2数控机床用附件 机外对刀的大体顺序是 将刀具随同刀座一起紧固在对刀刀具台上 摇动X向和Z向进给手柄 使移动部件载着投影放大镜沿着两个方向移动 甚至假想刀尖点与放大镜中十字线交点重合位置 如图5 40所示 这时通过X向和Z向的微型读数器分别读出X和Z向的长度值 就在于这把刀具的对刀长度 如果这把刀具马上使用 那么将它连同刀座一起装到机床某刀位上之后 将对刀长度输到相应刀具补偿号或程序中就可以了 如果这把刀是备用的 应作好记录 下一页 返回 上一页 24 5 2数控机床用附件 5 2 7寻边器与Z轴设定器1 寻边器目前 寻边器在数控铣床或加工中心上应用较多 主要有机械式寻边器和光电式寻边器两种类型 如图5 41的 a 和 b 所示 机械式寻边器价格低 但精度不高 光电式寻边器价格较高 精度比机械式寻边器的高 下一页 返回 上一页 25 5 2数控机床用附件 在数控铣床或加工中心中主要用于X向和Y向的对刀 光电式寻边器的使用方法如图5 42所示 其中 a 为正确使用方法 b 和 c 是错误方法 使用者应特别注意 2 Z轴设定器光电式Z轴设定器主要应用在数控铣床或加工中心的Z向对刀 同时也可用于X向和Y向的对刀 如图5 43所示为光电式Z轴设定器 返回 上一页 26 5 3数控机床的支承件 1 对支承件的基本要求支承件的种类很多 它们的形态 几何尺寸和材料是多种多样的 但它们都应满足下列基本要求 1 刚度 2 搞振性 3 热变形 4 其他2 支承件的自身刚度 抗振性与热变形 1 支承件的自身刚度支承件的自身刚度是指抵抗支承件自身变形的能力 支承件的变形主要有弯曲变形和扭转变形 因此支承件的自身刚度 主要是指支承件的弯曲刚度和扭轩刚度 如图5 45所示 返回 下一页 27 5 3数控机床的支承件 2 支承件的抗振性在设计支承件时 支承件应该具有较高的阻抗性或动强度 使得它在一定幅值周期性激振力作用下 振幅较小 即应该满足静强度和动态特性的需要 并对支承件进行动态分析 3 支承件的热变形机床工作时产生热量 同时又发散热量 一般情况下 开始机床温度较低 与环境之间温差小 散热较少 故温度升高较快 随着机床温度升高 温差加大 散热也增加 温度的升高逐步减慢 最后稳定到某一温度 这时单位时间内的发热量等于散热量 即达到了热平衡 下一页 返回 上一页 28 5 3数控机床的支承件 3 床身支承和材料 1 立式加工中心的床身一般中小型立式加工中心都采用固定立柱式 由溜板和工作台实现平面上的两个坐标移动 故床身结构比较简单 当工作台在溜板上移动时 由于床身导轨跨距比较窄 致使工作台在行程两端时容易出现翘曲 影响加工精度 为了避免工作台翘曲 有些立式加工中心增设了辅助导轨 2 床身的支承通常的支承方式是把床身固定在地基上 并用水平垫铁调整机床的水平 使之达到水平度 0 02 0 04 1000mm 扭曲度 0 005 0 014 1000mm 然后拧紧地脚螺栓 由于调整环节多 调机床水平颇费一些时间 下一页 返回 上一页 29 5 3数控机床的支承件 3 床身材料随着机械加工自动化水平的提高 机床开动率愈来愈高 甚至24h连续运转 这就要求机床导轨即使在恶劣的环境中 其耐磨损和精度保持性均要好 而且床身要有足够的强度 4 立柱 1 对立柱的要求加工中心的立柱主要是用来支承主轴箱 使之沿垂直方向上下移动 并在随切削力 振动 温度变化等恶劣条件下进行工作 因此 加工中心的产柱要求具有足够的构件强度和良好的抗振性以及抗热变形性 下一页 返回 上一页 30 5 3数控机床的支承件 2 立柱的结构 立式加工中心的立柱 立式加工中心的立柱 因为主轴箱吊持在立柱一侧 通常采用如图5 48所示形式 平衡主轴箱重量的平衡重块 一般设在立柱内腔 随主轴箱升降 采取这种平衡方式的加工中心 其产柱内腔是空的 如图5 49所示 另外 在设计产柱时 还要考虑在运输中固定平衡重物的稳妥可靠的方法 卧式加工中心的立柱 目前普遍采用的是如图5 50所示的双立柱框架结构形式 小型卧式加工中心 立柱直接固定于床身上 而大 中型卧式加工中心的移动式立柱 则固定于滑座上 返回 上一页 下一页 31 5 3数控机床的支承件 主轴箱装在双立柱的开挡间 如图5 51所示 沿立柱导轨上下运动 双立柱框架结构的优点是刚性好 主轴随切削力时 力的作用点在立柱中央 因此立柱受扭矩力的因素少 加之立柱的对称形状 大大加强了强度 热对称性好 主轴箱是加工中心的主要热源 而它正好处在双立柱的开挡间 使立柱结构成为热对称形态 这就减少了热变形的影响 稳定性好 由于立柱内部肋板采用框架结构箱式布置 使立柱的抗弯 抗扭刚性以及构件的固有频率都得到提高 避免立柱发生共振 3 立柱与床身 或滑座 联结立柱与床身 或滑座 的联结 一般都采用螺栓紧固和圆铃铛定位方式 返回 上一页 下一页 32 5 4润滑系统 1 机床润滑系统的特点机床润滑系统在机床整机中占有十分重要的位置 其设计 调试和维修保养 对于提高机床加工精度 延长机床使用寿命等都有阗十分重要的作用 现代机床导轨 丝杆等滑动副的润滑 基本上都是采用集中润滑系统 2 机床润滑系统的分类 1 递进式润滑系统递进式润滑系统主要由泵站 递进片式分流器组成 并可附加控制装置加以监控 其特点是能对任一润滑点的堵塞进行报警并终止运行 以保护设备 定量准确 压力高 不但可以使用稀汕 而且还适用油脂润滑的情况 润滑点可达100个 压强可达21Mpa 返回 上一页 下一页 33 5 4润滑系统 递进式分流器由一块底板 一块端板及最少三块中间板组成 一组阀最多可有8块中间板 可润滑18个点 其工作原理是由中间板中的柱塞从一定位置起依次动作供油 若某一点产生堵塞 则下一个出油口就不会动作 因而整个分流器停止供油 堵塞指示器可以指示堵塞位置 便于维修 如图5 52所示为递进式润滑系统 2 单线组尼式润滑系统此系统适合于机床润滑点需油量相对较少 并需周期供油的场合 它是利用阻尼式滑点 一般用于循环系统 也可以用于开放系统 可通过时间的控制 以控制润滑点的油量 该润滑系统非常灵活 多一个润滑点或少一个都可以 并可由用户安装 且当某一点发生阻塞时 不影响其他点的使用 故应用十分广泛 如图5 53所示为单线阻尼式润滑系统 返回 上一页 下一页 34 5 4润滑系统 3 容积式润滑系统该系统以定量夜工为分配器向润滑点供油 在系统中配有压力继电器 使得系统油压达到预定值后发讯 使电动机延时停止 润滑油从定量分配器供给 系统通过换向阀卸荷 并保持一个最低压力 使定量阀分配器补充润滑油 电动机再次启动 重复这一过程 直到彀规定润滑时间 该压力一般在50Mpa以下 润滑点可达几百个 其应用范围广 性能可靠 但不能作为连续润滑系统 定量阀的结构原理是 由上下两个油腔组成 在系统的高压下将油打到润滑点 在低压时 靠自身弹簧复位和碗形密封将存于下腔的油压入位于上腔的排油腔 排量为 0 1 1 6 ml 并可按实际需要进行组合 如图5 54所示为窖式润滑系统 返回 上一页 35 5 5自动排屑装置 1 平板链式排屑装置 图5 55 a 该装置以滚动链轮牵引钢制平板链带在封闭箱中运转 加工中的切屑落到链带上 经过提升废屑中的世削液分离出来 切屑排出机床 落入存屑箱 这种装置能排除各种形状的切屑 适应性强 各类机床都能采用 在车床上使用时多与机床切削液箱全为一体 以简化机床结构 2 刮板式排悄装置 图5 55 b 该装置传动原理与平板链式的基本相同 只是链板不同 它带有刮板链板 这种装置常用于输送各种材料的短小切屑 排屑能力较强 因其负载大 故需采用较大功率的驱动电动机 返回 下一页 36 5 5自动排屑装置 3螺旋式排屑装置 图5 55