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项目五 数控机床整机机械装调,任务一 项目教学单元设计 【学习目标】（1）了解数控机床整机机械部分的组成及结构特点。（2）熟悉数控机床各个参数所代表的具体含义。（3）掌握数控机床整机功能布局、典型零部件的结构特点及工艺特点。（4）掌握数控机床整机的装配要点及精度检测要素。,项目五 数控机床整机机械装调,任务一 项目教学单元设计【教学内容】 卧式加工中心整机组成及布局特点、机床主要零部件的设计及工艺特征、整机机械检测的主要几何精度。,项目五 数控机床整机机械装调,知识点1 加工中心整机组成及布局特点 本项目以TH6340型交换台卧式加工中心（见图5-1）为例来说明数控机床整机机械装调程序及步骤。,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,1机床的主要组成及整体布局特点 该机床主要由底座（10部）、立柱（20部）、主轴箱（30部）、工作台（11部）、刀库（40部）、液压系统（50部）、自动排屑系统（60部）、冷却冲屑系统（70部）、液压与气动管路（80部）、整体防护罩（TF部）和电气控制箱（90部）等组成。,项目五 数控机床整机机械装调,1机床的主要组成及整体布局特点 整体布局具有以下特点： （1）机床整体布局采用整体床身、十字滑台、立柱移动的三坐标加工单元以及固定工作台结构的机电一体化布局、结构紧凑、占地面积小，并且这样的整体布局极易组成柔性生产线。 （2）机床具有大流量冷却冲屑和自动排屑装置，排屑口位于机床的后侧，排屑方便。,项目五 数控机床整机机械装调,（3）机床采用整体防护，密封性好，不仅可以满足大流量冷却和冲屑的要求，而且可使机床工作时不污染环境。 （4）凸轮机械手、刀库位于主轴的左侧（面对机床观察）。刀库由伺服电动机结合弧面分度凸轮机构来驱动，机械精确定位，动作可靠并且换刀时间短。,项目五 数控机床整机机械装调,（5）机床采用集中按钮站操作，操作面板位于机床右侧的电气控制箱上，并且配有可移动的手摇脉冲发生器控制盒，操作方便。 （6）主轴箱设有液压平衡装置。 （7）机床三个进给方向的导轨均采用滚动直线导轨，与滑动导轨相比，滚动直线导轨具有精度高，动、静摩擦系数小，精度保持性更高的特点，并且能大大改善机床的低速性能。,项目五 数控机床整机机械装调,（8）机床的三个进给方向的滚珠丝杠均采用进口滚珠丝杠，并且滚珠丝杠的支承方式采用预拉伸结构，提高了机床的运动刚性。 （9）机床的主轴轴承，丝杠支承轴承，均采用世界名牌公司的产品，保证了机床的有关精度和机床的工作可靠性。 （10）机床的液压系统中液压元件、液压工作站均采用性能可靠的整套进口产品，保证了机床液压系统工作的可靠性。,项目五 数控机床整机机械装调,（11）机床所有外露走线、走管精心布局，排列整齐，并且均有良好的防护装置。 （12）机床主要大件均采用树脂砂造型，强度高，不加工表面平整。机械加工采用的是二次时效处理，可消除应力。（13）机床工作台采用鼠牙盘分度，鼠牙盘端面齿数为144。（14）数控系统先进，且性能价格比高。,项目五 数控机床整机机械装调,2机床主要技术参数 工作台面积 400 mmx 400mm 工作台最大承载重量 400kg 工作台最小分度 2.5 工作台分度时间 8s/r 纵向行程 500mm 横向行程 400mm 垂向行程 400mm,项目五 数控机床整机机械装调,主轴中心至工作台面的距离 50500mm 主轴端面至工作台中心的距离 150-600mm 主电动机功率 AC 5.5/7.5(30min)k W 主轴锥孔序号 ISO No.40 主轴转速范围 606000r/min 主轴变速级数 无级,项目五 数控机床整机机械装调,切削进给速度(x、y、z) 110000mm/min 快速进给速度(x、y、z) 24000mm/min 进给电动机功率(x、y、z) 1.8k W 刀库容量 24把 刀柄规格 BT40 换刀方式 任选,项目五 数控机床整机机械装调,平均换刀时间 4s 最大刀具直径 100mm 最大刀具长度 250mm 最大刀具重量 8 kg 空气压力 56 kgf/cm 机床最大轮廓尺寸（宽x长x高） 2500 x 4474 x 2950mm 机床重量 8 t,项目五 数控机床整机机械装调,3机床主要部件结构 机床主要部件结构除了前面介绍过的主轴箱、立柱、工作台和刀库外，还包括以下功能部件。 1）液压系统 （1）整个液压系统采用集中液压站供油，由分立元件组成各种功能模块，油路单独控制，分立安装，调试方便，便于维修。 （2）主轴箱平衡采用平衡阀来控制油路。 （3）工作台托盘回转采用液压马达，快进、工进控制油路。,液压马达,液压马达是将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。输出的是旋转运动。,项目五 数控机床整机机械装调,（4）刀库的拔刀、插刀液压控制油路，工作台分度时的抬起落下控制油路，以及工作台夹紧松开控制油路，均采用减压阀和节流阀来控制油路压力和流量。（5）在不便于从油缸外部拾取液压油缸动作信号的地方均采用压力继电器拾取信号，从而使结构更简单。,项目五 数控机床整机机械装调,（6）所有液压油路标准统一，采用叠加式液压阀，安装调试、维修方便。 （7）所有液压管接头统一采用卡套式，能有效防止液压管接头处的漏油。,项目五 数控机床整机机械装调,叠加阀-是在近10来年在板式阀集成化的基础上发展起来的，是以阀体本身作为连接体，不需要另外的连接体。同一通径的叠加阀。其油口和螺栓孔大小，位置及数量都与相匹配的板式换向阀相同，只要将同一通径的叠加阀按照一定的顺序叠加起来，再加上电磁阀或电液换向阀，然后用螺栓固定，即可组成各种典型的液压系统。,项目五 数控机床整机机械装调,叠加式液压阀,项目五 数控机床整机机械装调,卡套式管接头,叠加式液压阀,卡套式直通管接头(GB/T 3733-2019 ）,卡套式三通管接头(GB/T 3745-2019),各式卡套式管接头,卡套式管接头,接头体,卡套,螺母,项目五 数控机床整机机械装调,卡套式管接头的密封原理，先将螺母及卡套套在紫铜管上，卡套同接头体内锥面相遇，在螺母的推动下，前部径向开始收缩变形，卡套前端外侧卡住接头体，内侧卡住紫铜管，当螺母继续推动时，卡套刃口强迫箍紧切入铜管，启到了紧固密封连接的作用。,项目五 数控机床整机机械装调,卡套式管接头的简介： 卡套式管接头由三部分组成：接头体、卡套、螺母。当卡套和螺母套在钢管上插入接头体后，旋紧螺母时，卡套前端外侧与接头体锥面贴合，内刃均匀地咬入无缝钢管，形成有效密封。 卡套式管接头选取了合理的锥面和卡套切入角，具有双道密封效果。因此，增强了管接头的密封性能，承压能力和抗振能力。除此以外，其卡套的压缩范围较大，不仅能克服管子的固有公差，并能提高重复装拆次数。,项目五 数控机床整机机械装调,电磁阀,电磁阀电磁阀一般用于液压系统，来关闭和开通油路。 电磁阀包括（线圈、磁铁、顶杆）。 电磁阀的工作原理-当线圈接通电流，便产生了磁性，跟磁铁相互吸引，磁铁就会拉动顶杆（打开）。关闭电源，顶杆在弹簧力的作用下就复位了（关闭），这样电磁阀就完成了开关动作。,电磁阀工作原理,电磁阀,电液换向阀,简单来说：通常电磁换向阀用于小流量液压系统，电液换向阀用于大流量液压系统。,项目五 数控机床整机机械装调,2）冷却系统 （1）在结构上和布局上将冷却液箱和排屑装置设计为一体，放置在机床的后侧，排屑装置从机床后侧的底座下部预先留好的空当伸进机床底座前侧的排屑口处。这样的布局处理主要考虑；一是冷却系统占地面积小，有利于安装使用并便于保持区域的清洁，做到文明生产；二是有利于冷却液、冲屑液的回收；三是分别控制冷却液源，冲屑液源和排屑装置，有利于故障检查。,项目五 数控机床整机机械装调,（2）在工作台、交换工作台的周围和底座上部的四周都专门设计了回水槽，并且容积大。在底座的聚屑口处还设计有大斜面，目的是使回水流畅。（3）冷却液出水处设置的机床主轴的下方，共有四个出水口。冲屑液出水口设置在主轴左、右前方的防护罩上。所有出水口均采用可调式卡扣软管，便于调整出水角度。,项目五 数控机床整机机械装调,可调式卡扣软管（塑料、金属）,项目五 数控机床整机机械装调,3）机床的防护部分 机床的防护分三部分：一是整体防护，二是导轨防护，三是工作台交换装置的防护。 整体防护的目的是为了防止机床切削过程中产生的切屑、飞溅的冷却液不污染机床操作区域，保障人身安全。 导轨防护和工作交换装置防护的目的是为了防止冷却液的切屑进入导轨和工作台的定位机构，使机床产生故障。,项目五 数控机床整机机械装调,风琴式导轨防护罩,钢板伸缩式防护罩,风琴式导轨防护罩,钢板伸缩式防护罩,钢板伸缩式防护罩,x型伸缩架,项目五 数控机床整机机械装调,4）气动元件 本机床的气动元件系统主要有四个功能。其一，主轴换刀时，提供气源用来清洁刀柄。其二，在工作台分度时，提供气源用来清洁工作台的鼠牙盘。其三，要交换工作台时，提供气源用来开启和关闭整体防护罩前侧的门，以满足工作台交换的要求。其四，在冷却液开启时，提供气源供给主轴前轴承，拼封堵进入主轴前轴承的冷却液。,项目五 数控机床整机机械装调,5）机床的控制系统 本机床可以根据用户需要配备数控系统。为了提高数控系统的性能价格比，减少一些不必要的功能，在满足机床性能的前提下，可对数控系统的选用进行优化，以利于进一步提高机床运动的可靠性，降低用户对机床的使用成本。,项目五 数控机床整机机械装调,（1）根据卧式加工中心的使用功能，选择FANUC OMD型系统为控制主系统。控制机床X、Y、Z三个坐标的运动。选择FANUC两个单轴数控系统为控制子系统，控制刀库的运动和工作台的回转运动。(2) 精心设计PLC（可编程控制器）软件，内容丰富，运行可靠，诊断能力强，可及时将故障信息显示出来，告知操作者。,项目五 数控机床整机机械装调,（3）优选电器元件，合理布置操作面板。,法兰克数控车床面板,西门子数控操作面板,项目五 数控机床整机机械装调,知识点2 主要支承件的加工及工艺特点 镗铣类数控机床的三个基本直线运动轴构成了空间直角坐标系的三个坐标轴，因此三个坐标应相互垂直，其几何精度均围绕着“垂直”和“平行”展开。整机的运动精度取决于功能部件的装配精度，功能部件的装配精度取决于其组成零件的加工精度与几何精度。,项目五 数控机床整机机械装调,1.关键零部件的加工 1）主轴的加工 主轴材料选用38CrMnAL氮化磨削而成。采用二次时效处理：以最大限度地消除内应力。第一次时效处理在锻件成形之后，机加工之前进行；第二次时效处理在粗加工之后精加工之前进行，由于该主轴的前、后轴颈处与主轴锥孔之间的同心度要求较高，达到0.005mm，并且这些部位本身又有较高的圆度、圆柱度要求，因此粗加工并进行氮化处理后，经一次磨削而成。（一次磨削？）,项目五 数控机床整机机械装调,2）机床主要支承大件的加工 TH6340型卧式加工中心的支承大件用来安装滚动直线导轨和滚珠丝杠，具有较高的加工精度要求，因此也采用二次时效处理。导轨安装基面，滚珠丝杠支承座结合面均采用粗精加工，分别精刨和精铣而成。,项目五 数控机床整机机械装调,3）液压油缸和活塞的加工 本机床由于动作复杂，采用了较多的液压油缸和活塞，均采用磨削工艺来保证它们之间的配合。特别注意了密封油槽的加工，它是保证机床液压系统工作稳定的重要基础。,项目五 数控机床整机机械装调,4）刀库刀爪的加工 刀库刀爪是夹持刀具的关键零件之一。除保证其本身的要求之处，还要保证24副刀爪加工的一致性，这样才能保证刀具在刀库中的定位准确。为此，设计了专用工装，车削而成，以保证加工要求。,项目五 数控机床整机机械装调,5）集成油路块的加工集成油路块采用45钢，其油路孔的位置有一定的加工要求。在加工过程中要保证油路正确。为此，集成油路块采用磨削工艺，油路孔均采用数控钻床来保证其加工要求。,项目五 数控机床整机机械装调,叠加阀,集成油路块,项目五 数控机床整机机械装调,集成油路块特点：运用广泛，使得液压系统结构紧凑、便于在工厂组装、调试，极大地减少了安装工作量，利于客户进行维修、保养、更换。,项目五 数控机床整机机械装调,2公差的基础知识与检测方法 1）公差 公差是限制尺寸、形状、位置和位移所不能超过的变动量，包括尺寸公差和形位公差。,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,本项目选取直线度检测、平面度检测、平行度检测及垂直度检测来说明其定义及检测方法，具体见（P100表5-2）。,项目五 数控机床整机机械装调,知识点3 主要组件的装配与检测1机床执行的标准及主要精度 机床执行的主要标准是加工中心-检验条件-第六部分：进给率、速度和插补精度检验(GB/T18400.6-2019)、第七部分：精加工试件精度检验(GB/T18400.7-2019)、第四部分：线性和回转轴线的定位精度及重复定位精度检验 （GB/T18400.4-2019）以及相关的国家标准。,项目五 数控机床整机机械装调,机床的定位精度应达到0.01mm（全行程） 重复定位精度应达到0.005mm（全行程） 圆弧插补精度应达到0.02mm 直线插补精度应达到0.01mm 镗孔精度应达到0.005mm（圆度） 倒头镗精度应达到0.008mm（同轴度） 精铣平面精度应达到0.005mm。,项目五 数控机床整机机械装调,2主要部件的装配 1）主轴组件的装配 采用定向法装配主轴前后轴承，并涂上一定量的高级锂基脂。对主轴组件中的法兰盘端面、隔套的端面、锁紧螺母的端面均应进行了认真选配，使其端面误差降低到最小，并在专用设备上在最高转速下对主轴组件进行温升试验和精度的检查，均达到了要求即可。,项目五 数控机床整机机械装调,2）刀库的装配 刀库的装配分两步走：其一是刀盘上刀爪及夹紧装置的装配，主要是保证各个刀爪和夹紧装置装配的一致性，采用专用工装来检查; 其二是刀库传动键的装配，主要是调整蜗轮、蜗杆之间的间隙到最小。这两步装配调整完成后再通过刀盘中心的液压油缸将两者装配到一起，从而形成一个刀库整体。,项目五 数控机床整机机械装调,3）回转工作台的装配 其一：是回转工作台分度油缸和工作台夹紧油缸的装配。由于这两个油缸在结构上是嵌套在一起的，要特别注意密封圈的装配，不允许将密封圈切环； 其二：是回转工作台的传动链装配，要特别注意调整其中的蜗轮、蜗杆之间的间隙，使之成为最小； 其三：是鼠齿盘的装配，最终要保证工作台平面的回转精度，该平面与x向、z向导轨的平行度以及与y向导轨的垂直度均在允许误差范围之内。,项目五 数控机床整机机械装调,3整机装配要求 1）x、y、z三个方向滚动直线导轨和滚珠丝杠的装配 第一，要保证基准导轨的直线度；第二，要保证第二条导轨与基准导轨的平行度；第三，要保证整个导轨副的直线度。 2）x、y、z三个方向支承大件之间、工作台与各支承大件之间的结合 x、z导轨的相互垂直；y导轨与x、z导轨平面的垂直；工作台平面与x、z导轨平面的平行：工作台平面与Y向导轨的垂直,项目五 数控机床整机机械装调,3）主轴组件与支承大件的结合 一是做完主轴组件的温升试验及有关主轴回转精度的检验。二是主轴锥孔自身的回转精度检验。 4）刀库与主轴部件的结合 一是刀具在刀盘中的分布位置要准确 ；二是刀库在立柱上的位置要准确。 5）液压、气动、管路的装配 一检查各液压元件，气动元件。 二将液压元件、气动元件分别装配到有关的集成油路块上。,项目五 数控机床整机机械装调,4装配中碰到的主要技术问题及解决办法 （1）刀库粗定位不准确，冲程较大。解决的办法是提高蜗杆的轴向刚度，加大对碟形弹簧的预紧力，效果较为明显。 （2）刀库精定位销子行程不够长，导致刀柄拉钉不能准确进入主轴锥孔内刀具拉杠孔内。解决办法是将原来的精定位销由18mm加长到28mm，以解决问题。,项目五 数控机床整机机械装调,（3）主轴窜动达0.40mm。原因是主轴锁紧螺帽未锁紧，通过更换螺帽，可使问题得到解决。 （4）主轴箱没有平衡装置，使y向丝杠在两个方向上的负载不均匀。可增加主轴平衡油缸，用来平衡主轴箱。平衡回路用平衡阀来控制。 （5）x方向的定位精度达不到要求，因为该方向负载惯量最大。增加预拉伸量，可使问题得到解决。,项目五 数控机床整机机械装调,插补 （InterPolation） 在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。 插补（interpolation）定义： 机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”。 数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”机能就称为“插补”。 插补的实质 数控装置向各坐标提供相互协调的进给脉冲，伺服系统根据进给脉冲驱动机床各坐标轴运动。 数控装置的关键问题：根据控制指令和数据进行脉冲数目分配的运算（即插补计算），产生机床各坐标的进给脉冲。 插补计算就是数控装置根据输入的基本数据，通过计算，把工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给脉冲，对应每个脉冲，机 床在响应的坐标方向上移动一个脉冲当量的距离，从而将工件加工出所需要轮廓的形状。 插补的实质：在一个线段的起点和终点之间进行数据点的密化。,项目五 数控机床整机机械装调,圆弧插补的定义是给出两端点间的插补数字信息，借此信息控制刀具与工件的相对运动，使其按规定的圆弧加工出理想曲面的一种插补方式。圆弧插补（Circula : Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。 直线插补：就是用直线运动的两个轴X和Y共同确定一个点，X直线运动，控制Y的坐标画圆 。数控机床中圆弧插补只能在某平面进行，因此若要在某平面内进行圆弧插补加工，必须用G17、G18、G19指令将该平面设置为当前加工平面，否则将会产生错误警告，空间圆弧曲面的加工，事实上都是转化为一段段的空间直线后平面圆弧而进行的。,项目五 数控机床整机机械装调,数控车床的检测实际操作操作仪器：平尺、方尺、直验棒、莫氏锥度验棒、顶尖、百分表、磁力表座、水平仪、等高块、可调量块。,项目五 数控机床整机机械装调,莫氏锥度为19世纪美国机械师莫氏（Stephen A. Morse）为了解决麻花钻的夹持问题而发明（莫氏同时也是世界最早商业化麻花钻头（1864年）的发明者）。马上就推广为美国标准，并且发展成为全球标准。,项目五 数控机床整机机械装调,莫氏锥度是一个锥度的国际标准，用于静配合以精确定位。由于锥度很小，利用摩擦力的原理，可以传递一定的扭矩，又因为是锥度配合，所以可以方便的拆卸。在同一锥度的一定范围内,工件可以自由的拆装,同时在工作时又不会影响到使用效果,比如钻孔的锥柄钻，如果使用中需要拆卸钻头磨削，拆卸后重新装上不会影响钻头的中心位置。,公称直径,项目五 数控机床整机机械装调,莫氏锥度，共有0，1，2，3，4，5，6七个号，锥度值有一定的变化，每一型号公称直径大小分别为9.045，12.065，17.78，23.825，31.267，44.399，63.348。主要用于各种刀具（如钻头、铣刀)各种刀杆及机床主轴孔锥度。,项目五 数控机床整机机械装调,莫氏锥度又分为长锥和短锥,长锥多用于机床的主轴孔,短锥用于机床附件和机床连接孔,莫氏短锥有B10,B12,B16,B18,B22,B24六个型号,他们是根据莫氏长锥1,2,3号缩短而来,例如B10和B12是莫氏长锥1号的大小两端,一般机床附件根据大小和所需传动扭矩选择使用的短锥,如常用的钻夹头1-13毫米通常都是采用B16的短锥孔.,项目五 数控机床整机机械装调,莫氏锥度： 号数 锥度C 标准锥度 0 1：19.212=0.0520508158 12927 1 1：20.047=0.0498827754 12543 2 1：20.020=0.0499500500 12550 3 1：19.922=0.0501957634 12616“ 4 1：19.254=0.0519372598 12915“ 5 1：19.002=0.0526260394 12026 6 1：19.180=0.0521376434 12936 锥度C与圆锥角的关系为： C2tg（/2,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,项目五 数控机床整机机械装调,（2）加工中心的精度检测见（数控机床精度检验操作规程P109）,作业,1. TH6340型交换台卧式加工中心工作台的最小分度是多少？这个数字是如何得来？2.刀柄规格BT40是什么意思？3.主轴中心至工作台面的距离50500mm，那么选用直径为100mm刀具加工零件，是否能伤及工作台表面？为什么？4. TH6340型交换台卧式加工中心的防护有几部分？它们是？,作业,5. TH6340型交换台卧式加工中心的主轴、滚珠丝杆和导轨加工时均采取了二次时效处理，其目的是什么？,刀柄BT40零件图纸,xiexie!,谢谢！,