《数控机床故障诊断与维修》-第12章

12.1加工中心的工艺范围加工中心机床（ＭａｃｈｉｎｅＣｅｎｔｅｒ）又称多工序自动换刀数控机床。它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床，能对需要做镗孔、铰孔、攻螺纹、铣削等作业的工件进行多工序的自动加工。有些加工中心机床总是以回转体零件为加工对象，如车削中心。但大多数加工中心机床是以非回转体零件为加工对象，其中较为常见具有代表性的是自动换刀卧式数控镗铣床。下一页返回12.1加工中心的工艺范围加工中心机床适用于加工精密、复杂的零件，周期性重复投产的零件，多工位、多工序集中的零件，具有适当批量的零件等。其主要加工的对象为：箱体类零件，复杂曲面，异形件，盘、套、板类零件。上一页返回12.2加工中心的分类加工中心机床有较多的种类，一般按以下几种方式分类。（１）按加工范围分类，常见的有车削加工中心、钻削加工中心、镗铣加工中心、磨削加工中心和电火花加工中心等。一般镗铣类加工中心简称加工中心。其余种类加工中心要有前面的定语。（２）按数控系统分类，有二坐标加工中心、三坐标加工中心和多坐标加工中心；有半闭环加工中心和全闭环加工中心。（３）按精度分类可分为普通加工中心和精密加工中心。（４）按机床结构分类，有立式加工中心、卧式加工中心、五轴加工中心、龙门式加工中心和虚轴加工中心。下一页返回12.2加工中心的分类１立式加工中心立式加工中心是指主轴为垂直状态的加工中心，如图12-1（ａ）、（ｂ）所示。其结构形式多为固定立柱，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件，它一般具有三个直线运动坐标轴，并可在工作台上安装一个沿水平轴旋转的回转台，用以加工螺旋线类零件。上一页下一页返回12.2加工中心的分类立式加工中心装夹方便，便于操作，易于观察加工情况，调试程序容易，应用广泛。但受立柱高度及换刀装置的限制，不能加工太高的零件，在加工型腔或下凹的型面时，切屑不易排出，严重时会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。立式加工中心结构简单，占地面积小，价格低，配备各种附件后，可进行大部分工件的加工。上一页下一页返回12.2加工中心的分类２卧式加工中心卧式加工中心指主轴为水平状态的加工中心，如图12-2所示。卧式加工中心通常都带有自动分度的回转工作台，它一般具有３～５个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，零件在一次装夹后，能完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工，它最适合加工箱体类零件。与立式加工中心相比较，卧式加工中心加工时排屑容易，对加工有利，但结构复杂，占地面积大，质量大，价格较高。上一页下一页返回12.2加工中心的分类３龙门式加工中心龙门式加工中心的形状与数控龙门铣床相似，如图12-3所示。龙门式加工中心主轴多为垂直设置，除自动换刀装置以外，还带有可更换的主轴头附件，数控装置的功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于加工大型工件和形状复杂的工件，如航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工。上一页下一页返回12.2加工中心的分类４五轴加工中心五轴加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，如图12-4所示。工件一次安装后，五轴加工中心能完成除安装面以外的其余五个面的加工，这种加工方式可以使工件的形状误差降到最低，省去二次装夹工件，从而提高生产效率，降低加工成本。常见的五轴加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转９０°，对零件进行立式和卧式加工；另一种是主轴不改变方向，由工作台带着零件旋转９０°，而主轴不改变方向来完成对工件五个表面的加工。但是，无论哪种形式的五轴加工中心都存在结构复杂、造价高的缺点。上一页下一页返回12.2加工中心的分类但是，无论哪种形式的五轴加工中心都存在结构复杂、造价高的缺点。这类加工中心由于加工方式转换时，受机械结构的限制，使可加工空间受到一定限制，故其加工范围比同规格的加工中心要小，而机床的占地面积大。正是由于五轴加工中心的制造技术复杂，成本高，所以它的使用和生产在数量上远不如其他类型的加工中心。５虚轴加工中心如图12-5所示。虚轴加工中心改变了以往传统机床的结构，通过连杆的运动，实现主轴多自由度的运动，完成对零件复杂曲面的加工。上一页返回12.3加工中心的组成和布局１加工中心的组成加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体上是由以下几大部分组成。①主传动系统；②进给系统；③实现工件回转、定位的装置和附件；④实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、防护等装置；⑤刀架或自动换刀装置（ＡＴＣ）；⑥自动托盘交换装置（ＡＰＣ）；⑦特殊功能装置，如刀具破损监控、精度检测和监控装置；⑧为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。下一页返回12.3加工中心的组成和布局２主传动系统的结构主传动系统是加工中心成形运动的重要执行部件之一，它由主轴动力、主轴传动、主轴组件等部分组成。主轴动力常用的主轴电动机为交流调速电动机和交流伺服电动机。交流调速电动机与调速装置配套使用，交流伺服电动机可以实现主轴在任意方向上的定位，并且以很大转矩实现微小位移。用于主轴驱动的交流伺服电动机的电功率通常在十几千瓦至几十千瓦之间，其成本比交流调速电动机高出数倍。上一页下一页返回12.3加工中心的组成和布局主轴部件主要由主轴、轴承、传动件、密封件和刀具自动卡紧机构等组成。３进给传动系统的结构加工中心机床沿Ｘ、Ｙ、Ｚ三个坐标轴的进给运动是采用伺服电动机通过弹性联轴器与滚珠丝杠直连带动工作台、滑鞍和主轴箱体来实现的。为了保证各轴的进给传动系统有较高的传动精度，电动机轴和滚珠丝杠之间均采用锥环无键连接和高精度十字联轴器。上一页下一页返回12.3加工中心的组成和布局４自动换刀系统的结构加工中心有立式、卧式、龙门式等多种，其自动换刀装置的形式更是多种多样。换刀的原理及结构的复杂程度也各不相同，除利用刀库进行换刀外，还有自动更换主轴箱、自动更换刀库等形式。利用刀库实现换刀，是目前加工中心大量使用的换刀方式。由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰。上一页下一页返回12.3加工中心的组成和布局刀库换刀按换刀过程中有无机械手参与分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活，换刀时间短；无机械手组成的自动换刀装置（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｏｏｌＣｈａｎｇｅｒ，ＡＴＣ）是加工中心的重要组成部分。各种加工中心自动换刀装置的结构取决于机床的型式、工艺范围以及刀具的种类和数量等。换刀装置主要可以分为五种基本形式，即转塔式、１８０°回转式、回转插入式、二轴转动式和主轴直接式。自动换刀的刀具可紧固在专用刀夹内，每次换刀时将刀夹直接装入主轴。上一页返回12.4加工中心的电气控制１加工中心控制电路图12-6至图12-13为加工中心主要控制电路图。２加工中心电路分析（１）加工中心的主电路组成：主电路由熔断器、电源总开关ＱＦ１、排屑控制回路、刀库控制回路、冷却电动机控制回路、机械手控制回路、主轴风扇控制回路等组成。（２）加工中心的伺服驱动电路组成：伺服驱动控制电路由电源模块、伺服驱动模块、Ｉ／Ｏ接口模块、伺服电动机、数控系传输线等组成。下一页返回12.4加工中心的电气控制（３）各模块的作用：（ａ）电源模块：电源模块负责把三相３８０Ｖ交流电源变成直流６００Ｖ的直流电源供给伺服驱动模块使用。（ｂ）伺服驱动模块：伺服驱动模块根据数控系统指令，驱动伺服电动机和主轴电动机。（ｃ）Ｉ／Ｏ接口模块：Ｉ／Ｏ接口模块为伺服驱动器提供使能控制等。（ｄ）伺服电动机：伺服电动机在伺服驱动器的驱动下输出规定的转速和扭矩。（ｅ）排屑电动机控制回路：由ＱＭ１、ＫＡ９、ＫＡ１０、ＫＭ１Ｚ、ＫＭ１Ｆ组成。（ｆ）冷却回路：由ＱＭ３、ＫＡ８、ＫＭ３组成。上一页返回图12-1立式加上中心返回图12-2卧式加工中心返回图12-3龙门式加上中心返回图12-4五釉加工中心返回图12-5虚釉加上中心返回图12-6加工中心主电路图下一