数控机床结构及应用第章3

本章要点数控机床的压力控制系统数控机床可编程序控制器第7章数控机床的控制技术与辅助系统数控机床的辅助系统数控机床结构及应用7.1

数控机床的压力控制系统Pressurecontrolsystemofncmachinetools第7章数控机床的控制技术与辅助系统Ncmachinetoolcontroltechnologyandauxiliarysystem7.1.1压力控制系统的功能与组成1.压力传动的特点

气压、液压传动属于流体传动的两个分支，它们分别是以压缩空气和液压油为工作介质，来进行能量的传递和控制的传动技术。相对于机械传动、电力传动等传动技术，气、液压传动是新兴的工程技术。由于它们具有许多机械传动所不具有的优点，故其发展速度较快，应用范围也越来越广，目前已广泛应用于工程技术中的各个领域。

7.1.1压力控制系统的功能与组成（1）气压传动的优点：1）工作介质为空气，来源丰富、制取方便、成本低廉。2）较好的工作环境适应性。由于气压传动以空气作为工作介质，故能用在恶劣环境中，一些要求高净化、无污染等的场合也适宜于气动系统的工作，且工作可靠性较好，易于实现过载保护。3）空气粘度很小，故其在传输过程中的能量损失较小，节能、高效，适宜于远距离的供气和气源的集中布置。4）气压传动反应灵敏、动作迅速、易维护和调节，故比较适宜于直接应用到自动控制的场合。5）气动元件结构简单，制造工艺性较好，制造成本低，使用寿命长，易于实现标准化、系列化、通用化。7.1.1压力控制系统的功能与组成（2）液压传动的优点：1）易于实现无级调速和大范围调速（100:1～2000:1）。2）单位功率的传动装置重量轻、体积小、结构紧凑，可产生和传递较大的力和力矩。3）惯性小、反应快、冲击小、工作平稳，易于实现高速起动、制动和换向。4）易控制、易调节、操纵方便，易于与电气控制相结合，用以实现远程控制和复杂顺序控制的自动化，易于实现过载保护。5）液压传动具有自润滑、自冷却作用，可以减少因摩擦和高温产生的液压元件损坏，故工作寿命较长。6）液压元器件易实现系列化、标准化、通用化，故可以降低制造使用成本。7.1.1压力控制系统的功能与组成2.气、液压传动发展概况及应用机床上采用气、液压技术的方面很多，但主要是利用气、液传动在工作中可以实现无级变速、易于实现自动化、可频繁换向等优点。使用方面：1）进给运动传动2）往复直线运动3）回转运动和仿形运动4）辅助装置5）静压支承7.1.2压力控制系统工作原理气、液压系统工作原理相似，但依其各自的特点，在加工中心上的应用方面，它们具有相应的适用范围。液压传动装置以工作压力高的油为工作介质，机械结构紧凑、与其他传动装置相比在同等体积条件下可以产生较大的力或力矩、动作平稳可靠、易于调节和控制、噪声较小，但需配置液压泵和油箱，易产生渗漏和污染，故广泛用于工业型、大中型加工中心中。气动装置结构简单、无污染、工作速度快、动作频率高，适宜于完成频繁起动的辅助动作，且过载时比较安全，不易发生过载损坏机件等事故。故常用于功率要求不大、精度不太高的中小型加工中心。7.1.3数控机床的压力系统1.气、液压系统在数控机床中常用来完成如下的辅助功能：1)数控机床运动部件的制动、离合器的控制、齿轮拨叉挂挡的实现等。2)数控机床中运动部件的平衡。如主轴箱的重力平衡、换刀机械手的平衡等。3)定位面的自动吹屑清理等。4)数控机床防护罩、板、门的自动打开与关闭。5)工作台的松开与夹紧，交换台的自动交换动作。6)夹具的自动松开与夹紧。7)自动换刀所需动作。7.1.3数控机床的压力系统

2.数控机床气动系统工作原理、结构布置及特点数控机床气动系统的设计及布置与加工中心的类型、结构、要求完成的功能等有关，结合气压传动的特点，一般在要求力或力矩不太大的情况下采用气压传动。H400型卧式加工中心工作功率较小、精度中等。为降低制造成本、提高安全性、减少污染，结合气、液压传动的特点，该加工中心的辅助动作采用以气压驱动装置为主。H400型卧式加工中心气动系统主要包括松刀缸、双工作台交换、工作台与鞍座之间的拉紧、工作台回转分度、分度插销定位、刀库前后移动、主轴锥孔吹气清理等几个动作完成的气动支路。7.1.3数控机床的压力系统

（1）松刀缸支路松刀缸是完成刀具的拉紧和松开的执行机构。为保证机床切削加工过程的稳定、安全、可靠，刀具拉紧拉力应大于12000N，抓刀、松刀动作时间在2s以内。换刀时通过气动系统对刀柄与主轴间的7:24定位锥孔进行清理，使用高速气流清除结合面上的杂物。为达到这些要求，并且尽可能地使其结构紧凑，减轻重量，并且结构上要求工作缸直径不能大于150mm，所以采用复合双作用气缸可达到设计要求。如图7-2。

7.1.3数控机机床的的压力力系统统（2）工作作台交交换支支路交换台台是实实现双双工作作台交交换的的关键键部件件，由由于H400加工中中心交交换台台提升升载荷荷较大大（达达12000N），工工作过过程中中冲击击较大大，设设计上上升、、下降降动作作时间间为3s，且交交换台台位置置空间间较大大，故故采用用大直直径气气缸（（D=350mm），6mm内径的的气管管，可可满足足设计计载荷荷和交交换时时间的的要求求。机机床无无工作作台交交换时时，在在两位位双电电控电电磁阀阀HF3的控制制下交交换台台托升升缸处处于下下位，，感应应开关关LS17有信号号，工工作台台与托托叉分分离，，工作作台可可以进进行自自由的的运动动。7.1.3数控机机床的的压力力系统统（3）工作作台夹夹紧支支路H400加工中中心可可交换换的工工作台台固定定于鞍鞍座上上，由由四个个带定定位锥锥的气气缸夹夹紧，，并且且为了了达到到拉力力大于于12000N的可靠靠工作作要求求，以以及受受位置置结构构的限限制，，该气气缸采采用了了弹簧簧增力力结构构，在在气缸缸内径径仅为为φ63mm的情况况下就就达到到了设设计拉拉力要要求。。7.1.3数控机机床的的压力力系统统（4）鞍座座定位位与锁锁紧支支路H400加工中中心工工作台台具有有回转转分度度功能能。鞍鞍座与与工作作台连连结为为一体体，采采用蜗蜗轮蜗蜗杆机机构使使之回回转，，采用用插销销和可可以变变形的的薄壁壁气缸缸实现现床鞍鞍和鞍鞍座之之间的的定位位与锁锁紧。。当数控控系统统发出出鞍座座回转转指令令并做做好相相应的的准备备后，，两位位单电电控电电磁阀阀HF7得电，，定位位插销销缸活活塞向向下带带动定定位销销从定定位孔孔中拔拔出，，到达达下运运动极极限位位置后后，由由感应应开关关检测测到位位信号号，通通知数数控系系统可可以进进行鞍鞍座与与床鞍鞍的放放松，，此时时两位位单电电控电电磁阀阀HF8得电动动作，，锁紧紧薄壁壁缸中中高压压气体体放出出，锁锁紧活活塞弹弹性变变形回回复，，使鞍鞍座与与床鞍鞍分离离。7.1.3数控机机床的的压力力系统统（5）刀库库移动动支路路H400加工中中心采采用盘盘式刀刀库，，具有有10个刀位位。自自动换换刀时时由气气缸驱驱动刀刀盘前前后移移动，，与主主轴的的上下下左右右方向向的运运动进进行配配合来来实现现刀具具的装装卸，，并要要求在在运行行过程程中稳稳定、、无冲冲击。。在换换刀时时，当当主轴轴到达达相应应位置置后，，通过过对电电磁阀阀HF6得电和和失电电使刀刀盘前前后移移动，，到达达两端端的极极限位位置，，并由由位置置开关关感应应到位位信号号，与与主轴轴运动动、刀刀盘回回转运运动协协调配配合完完成换换刀动动作。。其中中FH6断电时时，刀刀库部部件处处于远远离主主轴的的原位位。DJ7、DJ8为避免免冲击击而设设置的的单向向节流流阀。。7.1.3数控机机床的的压力力系统统3.加工中中心液液压系系统工工作原原理、、结构构布置置及特特点结合液液压传传动的的特点点，一一般在在要求求力或或力矩矩较大大的情情况下下采用用液压压传动动。7.1.3数控机机床的的压力力系统统3.加工中中心液液压系系统工工作原原理、、结构构布置置及特特点（1）刀链链驱动动支路路VPl050加工中中心配配备24刀位的的链式式刀库库，为为节省省换刀刀时间间，选选刀采采用就就近原原则。。换刀刀由双双向液液压马马达4拖动刀链使所所选刀位移动动到机械手抓抓刀位置。液液压马达的转转向控制由双双电控三位电电磁阀HF1完成，转向由由CNC进行运算后，，发信给PLC控制HF1，用FH1不同的得电方方式对液压马马达4的不同转向进进行控制。（2）主轴箱配重重支路VPl050加工中心Z轴进给由主轴轴箱上下移动动实现，并采用两个液压压缸进行配重重。主轴箱向向上移动时，，高压油通过过止回阀9和直动型减压压阀7向配重缸下腔腔供油，向上上配重；当主主轴箱向下移移动时，液压压缸下腔高压压油通过减压压阀7进行适当减压压。压力开关关YK2用于检测配重重支路工作状状态。7.1.3数控机床的压压力系统3.加工中心液压压系统工作原原理、结构布布置及特点（3）松刀缸支路路VPl050加工中心采用用BT40型刀柄。为了了能够可靠的的夹紧与快速速的更换刀具具，采用碟簧簧拉紧机构使使刀柄与主轴轴连结为一体体，采用液压压缸使刀柄与与主轴脱开。。（4）高低速转换换支路VPl050主轴传动链中中，通过一级级双联滑移齿齿轮进行高低低速转换。在在由高速向低低速转换时，，主轴电动机机接收到数控控系统的调速速信号后，降降低电动机的的转速到额定定值，然后进进行齿轮滑移移，完成进行行高低速的转转换。7.1.3数控机床的压压力系统在数控车床上上，卡盘的夹夹紧与松开，，尾架的顶紧紧与退出，防防护罩拉门的的开关等均由由液压系统来来驱动、控制制，其油路见见图7-5。数控机床结构构及应用7.2

数控机床可编程序控制器Numericalcontrolmachinetoolprogrammablecontroller第7章数控机机床的控制技技术与辅助系统Ncmachinetoolcontroltechnologyandauxiliarysystem7.2.1可编程序控制制器的基本概概念与分类1.可编程控制器器的定义可编程控制器器是一种数字字运算操作系系统，专为工工业环境下应应用而设计。。它采用了可可编程序的存存储器，用来来在其内部存存储执行逻辑辑运算、顺序序控制、定时时、技术和算算术运算等操操作的指令，，并通过数字字式或模拟式式的输入和输输出，控制各各种类型机械械的生产过程程。可编程控控制器及其有有关外围设备备，都按易于于与工业系统统连成一个整整体、易于扩扩充其功能的的原则设计。。7.2.1可编程序控制制器的基本概概念与分类2.可编程控制器器的特点(1)控制程序可变变(2)采用面向过程程语言，编程程方便(3)功能完善(4)扩展灵活(5)系统构成简单单，安装调试试工作量少(6)可靠性高另外，其输入入输出采用了了屏蔽、隔离离、滤波、电电源调整与保保护措施，提提高了抗工业业环境干扰的的能力，是PLC适用于工业环环境使用，可可靠性大大提提高。7.2.1可编程序控制制器的基本概概念与分类3.可编程控制器器的分类按容量大致可可分为“小””、“中”、、“大”三种种类型。小型型PLC的I/O点数在256点以下(其中把小于64点的PLC称为超小型机机)；中型PLC的I/O点数在256点以上，2048点以下，内存存在8K以下；大型PLC的I/O点数在2048点以上。大型型PLC可以和计算机机系统结成一一体，并增加加刀具精确定定位，机床速速度和阀门控控制等功能，，可实现管理理和控制一体体化，与办公公自动化系统统联网，成为为工厂自动化化的重要设备备。按硬件结构的的不同，将PLC分为整体式结结构、模块式式PLC和叠装式PLC三类。7.2.2可编程序控制制器的基本结结构及编程方方法1.可编程控制器器的基本组成成基本结构如图所示。主要包括括中央处理器器CPU、存储系统输输入/输出接口、存存储器系统ROM和RAM等，系统电源源在CPU模块内，也可可单独视为一一个单元。编编程器一般看看作PLC的外设。PLC内部采用总线线结构，进行行数据和指令令的传输。7.2.2可编程序控制制器的基本结结构及编程方方法2.中央处理器CPUCPU的主要作用是是控制整个系系统协调一致致地运行。它它解释并执行行用户及系统统程序，并通通过运行用户户及系统程序序完成所有控控制、处理、、通信以及所所赋予的其它它功能。PLC中常用的CPU主要采用通用用微处理器、、单片机和双双极型位片机机。3.存储器ROM（EPROM）和RAM常用存储器有有CMOSRAM和EEPROM。RAM存储器是一种种随机存取存存储器，CPU可随时对它进进行读写。EPROM是一种可用紫紫外线擦除的的可编程只读读存储器，只只能从中读出出但不能写入入。4.输入、输出模模块可编程控制器器的控制对象象是工业生产产过程，它与与工业生产过过程的联系是是通过输入输输出（I/O）模块实现的的。7.2.2可编程序控制制器的基本结结构及编程方方法5.编程器（1）编程器的功功能编程器是PLC的重要外部设设备，是PLC必不可少的。。编程器将用用户所希望的的功能通过编编程语言送到到PLC的用户程序存存储器。编程程器不仅能对对程序进行写写入、读出、、修改，还能能对PLC的工作进行监监控，同时也也是用户与PLC之间进行人机机对话的媒体体。编程器有有两种编程方方式：1）在线编程方方式编程器与PLC上的专用插座座相连，或通通过专用接口口相连，程序序可直接写入入到PLC的用户程序存存储器中，也也可先将程序序在编程器的的存储器内存存放，然后再再转送入PLC的存储器中。。2）离线编程方方式编程器先不与与PLC连接，编制的的程序存放在在编程器的存存储器中，程程序编写完毕毕，再与PLC连接，将程序序送入PLC的存储器中。。离线编程不不影响PLC的工作。7.2.2可编程序控制制器的基本结结构及编程方方法（2）编程器结构构编程器按结构构可分为三种种类型。1）手携式编程程器又称为简易编编程器，这种种编程器通常常直接与PLC上的专用插座座相连，由PLC提供电源给编编程器。2）带有显示屏屏的编程器又称图形编程程器，其显示示屏分两种：：液晶显示屏屏和阴极射线线管显示屏。用来显示示编程内容，，也可提供各各种其它必需需信息的占用用情况，程序序容量等。此此外，也能显显示各种信号号、状态、错错误提示等。。3）通用计算机机作为编程器器有的生产厂家家在IBM-PC、Apple等计算机中加加上适当的硬硬件接口和软软件包，使这这些计算机能能进行编程。。通常用这种种方式也可直直接编制梯形形图，监控的的功能也较强强。7.2.3数控机床的可可编程序1.数控机床用可可编程控制器器分类数控机床用可可编程控制器器分为内装型型和外置型两两类。1）内装型PLC安装在数控系系统内部，具具有如下特点点：内装型PLC实际上是数控控系统装置本本身带有PLC功能，内装型型PLC功能通常是作作为可选功能能提供给用户户的；数控装装置内部，内内装型PLC可与数控系统统共用一个CPU，也可以单独独有一个专用用的CPU。硬件电路可可与数控系统统电路制作在在同一块印刷刷电路板上，，也可单独制制成一个附加加板插于数控控系统装置上上，它的电源源可与数控系系统共用，不不需专门配置置；有些内装装型PLC可利用数控系系统的显示器器和键盘进行行梯形图或语语言的编程调调试，无需装装配专门的编编程设备。2)独立型PLC独立型PLC在数控系统外外部，自身具具有完备的硬硬软件功能，，具有如下特特点：(1)独立型PLC本身即是一个个完整的计算算机系统，其其具有CPU、EPROM、RAM、I/O接口以及编程程器等外部设设备的通信接接口、电源等等。(2)独立型PLC的I/O模块种类齐全全，其输入输输出点数可通通过增减I/O模块灵活配置置。(3)与内装型PLC相比，独立型型PLC功能更强。7.2.3数控机床的可可编程序7.2.3数控机床的可可编程序2.可编程控制器器与外部的信信息交换可编程控制器器PLC)与数控系统(CNC)及机床(MT)的信息交换包包括如下四个个部分：(1)MT→PLC(2)PLC→MT(3)CNC→PLC(4)PLC→CNC3.数控机床用可可编程控制器器功能可编程控制器器在数控机床床中主要实现现M、S、T等辅助功能。。（1）主轴转速S功能用S二位或S四位代码指定定。（2）刀具功能T由PLC实现，给加工工中心的自动动换刀的管理理带来了很大大的方便。（3）PLC完成的M功能很广泛。。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制1.FANUCPMC——L型PLC指令该PLC为数控机床用用内装型PLC，有基本指令令和功能指令令两种指令。。在设计顺序序程序时使用用最多的是基基本指令。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制7.2.4典型PLC的指令和程序序编制（2）功能指令数控机床用PLC的指令必须满满足数控机床床信息处理和和动作控制的的特殊要求。。例如，由NC输出的M、S、T二进制代码信信号的译码（（DEC），机械运动动状态或液压压系统动作状状态的延时（（TMR）确认，加工工零件的计数数（CTR），刀库、分分度工作台沿沿最短路径旋旋转和现在位位置至目标位位置步数的计计算（ROT），换刀时数数据检索（DSCH）等。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制2）PMC—L部分功能指令令说明7.2.4典型PLC的指令和程序序编制2.顺序程序的编编制（1）编程举例1）基本指令例例1如图7-11，梯形图的编编码表和操作作结果状态见见表7-5。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制2）基本指令例例2见图7-12，梯形图的编编码表和操作作结果状态见见表7-6。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制3）基本指令例例3如图7-13，梯形图的编编码表和操作作结果状态如如表7-7。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制4）控制主轴运运动的顺序程程序编制图7-14是控制主轴运运动的局部梯梯形图。图中中包括主轴旋旋转方向控制制（顺时针旋旋转或逆时针针旋转）和主主轴齿轮换档档控制（低速速档或高速档档）。控制方方式分手动和和自动两种工工作方式。7.2.4典型PLC的指令和程序序编制（2）数控机床顺顺序程序设计计步骤1）确定PLC型号及其硬件件配置不同型型号PLC具有不同的硬硬件组成和性性能指标。2）制作接口信信号文件3）绘制梯形图图4）用编程机编编制顺序程序序5）顺序程序的的调试与确认认6）顺序程序的的固化7）程序的存储储和文件整理理数控机床结构构及应用7.3

数控机床的辅助系统Auxiliarysystemofncmachinetools第7章数控机机床的控制技技术与辅助系统Ncmachinetoolcontroltechnologyandauxiliarysystem7.3.1数控机床的润润滑系统目前，数控机机床已成为机机械制造的重重要机床设备备之一，随着着数控机床朝朝高速度、大大功率、高精精度的方向上上发展，其可可靠性已成为为衡量其性能能的重要指标标。要保证数数控机床可靠靠稳定的工作作，除了在机机械结构和数数控系统等方方面要达到一一定的要求之之外，良好的的冷却、润滑滑也是不可忽忽视的部分，，它们对延长长数控机床的的使用寿命、、提高切削效效率、保证工工作正常具有有十分重要的的作用。7.3.1数控机床的润润滑系统1．润滑的作用用(1)减小摩擦把把润滑油或或者润滑脂加加入到摩擦表表面后，可以以降低摩擦系系数，从而减减小摩擦。(2)减小磨损润润滑油油或润滑脂脂在相对运运动件之间间可以形成成一层油膜膜，避免相相对运动件件的直接接接触，可减减小磨损。。(3)降低温度流流动的的润滑油可可以把摩擦擦产生的大大量热量带带走，从而而起到降低低润滑表面面温度的作作用。(4)防止锈蚀润润滑油油在摩擦表表面形成保保护油膜，，阻挡了氧氧化源直接接与金属接接触，防止止了金属零零件的锈蚀蚀。(5)形成密封润润滑脂脂除具有润润滑作用外外，还具有有防止润滑滑剂流出和和外界尘屑屑进入摩擦擦表面的作作用。7.3.1数控机床的的润滑系统统数控机床的的润滑方式式分类：按照其工作方法一般分为分散润滑和集中润滑两两种。分散润滑滑是指在数数控机床的的各个润滑滑点用独立立、分散的的润滑装置置进行润滑滑；集中润润滑是指利利用一个统统一的润滑滑系统对多多个润滑点点进行润滑滑。按照润滑介质的不同，机机床上的润润滑又可以以分为油润滑和脂润滑两种，其中中油润滑又又分为滴油油润滑、油油浴润滑(包括溅油润润滑和油池池润滑)、油雾润滑滑、循环油油润滑及油油气润滑等等。7.3.1数控机床的的润滑系统统2.数控机床的的润滑系统统数控机床良良好的润滑滑对提高各各相对运动动件的寿命命、保持良良好的动态态性能和运运动精度等等具有较大大的意义。。在数控机机床的运动动部件中，，既有高速速的相对运运动，也有有低速的相相对运动，，既有重载载的部位，，也有轻载载的部位，，所以在数数控机床中中通常采用用分散润滑滑与集中润润滑、油润润滑与脂润润滑相结合合的综合润润滑方式对对数控机床床的各个需需润滑部位位进行润滑滑。数控机机床中润滑滑系统主要要包括主轴轴传动部分分、轴承、、丝杠和导导轨等部件件的润滑。。7.3.1数控机床的的润滑系统统2.数控机床的的润滑系统统在数控机床床的主轴传传动部分中中，齿轮和和主轴轴承承等零件转转速较高、、负载较大大，温升剧剧烈，所以以一般采用用润滑油强强制循环的的方式，对对这些零件件进行润滑滑的同时完完成对主轴轴系统的冷冷却。这些些润滑和冷冷却兼具的的液压系统统对液压油油的过滤要要求较为严严格，否则则容易影响响齿轮、轴轴承等零件件的使用寿寿命。一般般在这部分分液压系统统中采用沉沉淀、过滤滤、磁性精精过滤等手手段保持液液压油的洁洁净，并要要求经过规规定的时间间后进行液液压油的清清理更换。。7.3.1数控机床的的润滑系统统2.数控机床的的润滑系统统轴承、丝杠杠和导轨是是决定加工工中心各个个运动精度度的主要部部件。为了了维持它们们的运动精精度并减少少摩擦及磨磨损，必须须采用适当当的润滑。。对负载不大大、极限转转速或移动动速度不高高的数控机机床一般采采用脂润滑滑，对一些负载载较大、极极限转速或或移动速度度较高的数数控机床一一般采用油油润滑，采采用油润滑滑既能起到到对相对运运动件之间间的润滑作作用，又可可以起到一一定的冷却却作用。在在数控机床床的轴承、、丝杠和导导轨部位，，无论是采采用油润滑滑还是脂润润滑，都必必须保持润润滑介质的的洁净无污污染，按照照相应润滑滑介质要求求和工况定定期的清理理润滑元件件，更换或或补充润滑滑介质。7.3.1数控机床的的润滑系统统3.主轴轴承润润滑方式数控机床主主轴轴承润润滑方式有有：(1)油脂润滑方方式(2)油液循环润润滑方式装装有GA、MET轴承的主轴轴，即可使使用这种方方式。对一一般主轴来来说，后支支撑上采用用这种润滑滑方式比较较常见。(3)油雾润滑油油雾润润滑是将油油液经高压压气体雾化化后从喷嘴嘴成雾状喷喷到须润滑