数控原理与数控机课件第六章.ppt

第六章 典型数控机床,机械加工中有数控车、铣、钻、磨；在塑性加工机床中有数控冲床、弯管机等；在特种加工方面则有数控电火花、线切割、激光加工机床等；在其他方面也有很多数控机床的应用实例，如数控缠绕机等等。,本章主要介绍在切削加工中常用的数控车床、数控铣床、数控加工中心机床、数控电火花机床、数控线切割机床的功能、分类、典型结构及调整。,数控车床，形成了产品繁多、规格不一。对它分类可以采用不同的方法。,第一节 数控车床,一、数控车床的功能与分类,数控车床，主要用来加工轴类或盘类回转体零件，例如，车削圆柱，圆锥、圆弧和各种螺纹等。,1。按数控系统的功能分,(1)经济型数控车床 一般是在普通车床基础上进行改进设计的。,(2)全功能型数控车床 一般采用闭环或半闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。,与普通车床相比，数控车床的加工精度高、加工质量稳定、效率高、适应性强、操作劳动强度低，数控车床尤其适合加工形状复杂的轴类或盘类零件，是目前使用较为广泛的一种数控机床。,(2)顶尖式数控车床 设置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。,2。按主轴的配置形式分类,(1)卧式数控车床 主轴轴线处于水平位置的数控车床。,(2)立式数控车床 主轴轴线处于垂直位置的数控车床。,3。按加工零件的基本类型分类,(1)卡盘式数控车床 未设置尾座，适于车削盘类零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。,目前国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。,4。其他分类方法,按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床还可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；,按特殊或专门的工艺性能又可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数车床等。,MJ50全功能数控车床是济南第一机床厂生产的产品，配有日本FANUC、德国SIEMENS等数控系统。它由主机(包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给机构等)、数控装置(其主体是一台计算机，包括CPU、存储器、CRT等)、伺服驱动系统(它由伺服驱动电路和驱动装置组成)、辅助装置(包括液压、气动装置及冷却系统、润滑系统和排屑装置等)等几部分组成。,(一)MJ-50数控车床的组成、使用范围及布局,二、数控车床的典型结构,数控车床品种很多，结构各异，但在许多方面仍有共同之处。下面以MJ-50全功能型数控车床为例，介绍数控车床的典型结构。,1。数控车床的组成、使用范围,主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面。对于盘类零件可以进行钻、扩、铰和镗孔加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。,MJ50数控车床为两坐标连续控制的卧式车床。如图61所示，床身14为平床身，床身导轨面上支承着300倾斜布置的床鞍13，排屑方便。导轨的横截面为矩形，支承刚性好，且导轨上配置有防护罩8。,2。数控车床的布局,床身的左上方安装有主轴箱4，主轴由交流伺服电动机驱动，免去变速传动装置。为了快速而省力地装夹工件，主轴卡盘3的夹紧与松开是由主轴尾端的液压缸来控制的。床身右方安装有尾座12。滑板的倾斜导轨上安装有回转刀架11，其刀盘上有10个工位，最多安装10把刀具。滑板上分别安装有X轴和Z轴的进给传动装置。,主轴箱前端面上可以安装对刀仪2，用于机床的对刀。检测刀具时，对刀仪转臂9摆出，其上端的接触式传感器测头对所用刀具进行检测。检测完成后，对刀仪转臂摆回图61所示的原位，且测头被锁在对刀仪防护罩7中。10是操作面板。5是机床防护门。液压系统的压力由压力表6显示。1是主轴卡盘夹紧与松开的脚踏开关。,MJ-50型数控车床主轴箱结构。交流主轴电动机通过带轮15把运动传动主轴7。主轴采用两支承结构，前支承由一个双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承，用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。,(二)数控车床的结构及调整,1。主轴结构,前支承轴承的间隙用螺母8来调整。螺钉12用来防止螺母8回松；主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和6来调整。螺钉17和13是防止螺母1和6回松的。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。,前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷切削的需要。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。,图6-3是MJ-50数控车床X轴进给传动装置的结构简图，AC伺服电动机15经同步带轮14和10以及同步带12带动滚珠丝杆6回转，其上螺母7带动刀架21沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动如图63（b）所示。,2。进给系统传动装置结构,(1)X轴进给传动装置结构,电动机轴与同步带轮14用键13连接。滚珠丝杠有前后两个支承。前支承3由三接触球轴承组成，其中二个轴承大口向前，两个轴承大口向后，分别承受双向的轴向载荷。前支承的轴承由螺母2进行预紧。,其后支承9为一对角接触球轴承，由螺母11进行预紧。这种丝杠两端固定的支承形式，其结构和工艺都较复杂，但可以保证和提高丝杠的轴向刚度。脉冲编码器16安装在伺服电动机的尾部。图63中的5和8是缓冲块，在出现意外碰撞时起保护作用。,A-A剖面图表示滚珠丝杠前支承的轴承座4用螺钉20固定在滑板上。滑板导轨如剖视图所示为矩形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨的间隙。,如图63(b)中22为导轨护板，26、27为机床参考点的限位开关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导轨的间隙。,因为滑板顶面导轨与水平面倾斜300，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能以自锁阻止其下滑，故机床依靠AC伺服电动机的电磁制动来实现自锁。,(2)Z轴进给传动装置结构 MJ50数控车床Z轴进给传动装置简图如图64所示。,AC伺服电动机14经同步带轮12和2以及同步带11传动到滚珠丝杠5，由螺母4带动滑板连同刀架沿床身13的矩形导轨移动，实现Z轴的进给运动。,如图64(b)所示。电动机轴与同步带轮12之间用锥环无键连接，如I放大视图所示19和20是锥面相互配合的内外锥环，当拧紧螺钉17时，法兰18的端面压迫外锥环20，使其向外膨胀，内锥环19受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轴与同步带轮连接在一起。这种连接方式无需开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，使连接配合面无间隙，对中性较好。,滚珠丝杠的左支承由三个角接触球轴承15组成。由螺母16进行预紧。,如图64(a)所示，滚珠丝杠的右支承7为一个圆柱滚子轴承，只用于承受径向载荷，轴承间隙用螺母8来调整。滚珠丝杠的支承形式为左端固定，右端浮动，留有丝杠受热膨胀后轴向伸长的余地。3和6为缓冲挡块，起超程保护用。B向视图中的螺钉10将滚珠丝杠的右支承轴承座9固定在床身13上。,如64(b)图所示，Z轴进给装置的脉冲编码器1与滚珠丝杠5相连接，直接检测丝杠的回转角度，从而提高系统对Z向进给的精度控制。,如图65(a)所示，MJ50数控车床液压卡盘固定安装在主轴前端，回转液压缸1与接套5用螺钉7连接，接套通过螺钉与主轴后端面连接，使回转液压缸随主轴一起转动。卡盘的夹紧与松开，由回转液压缸通过一根空心拉杆2来驱动。拉杆后端与液压缸内的活塞6用螺纹连接，连接套3两端的螺纹分别与拉杆2和滑套4连接。,3。液压卡盘结构,图65(b)为卡盘内楔形机构示意图，当液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向卡盘方向移动时，滑套4向右移动，由于滑套上楔形槽的作用，使得卡爪座11带着卡爪12沿径向向外移动，则卡盘松开。反之液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向主轴后端移动时，通过楔形机构使卡盘夹紧工件。卡盘体9用螺钉10固定安装在主轴前端。8为回转液压缸的箱体。,4。自动回转刀架,图6-6为MJ-50数控车床的自动回转刀架结构简图，其转位换刀过程为：当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开-刀盘旋转到指令要求的刀位-刀盘夹紧并发出转位结束信号。,该回转刀架的夹紧与松开、刀盘的转位均由液压系统驱动、PLC顺序控制来实现；11是安装刀具的刀盘，它与轴6固定连接。当刀架主轴6带动刀盘旋转时，其上的鼠牙和固定在力架上鼠牙盘10脱开，旋转到指定刀位后，刀盘的定位由鼠牙盘的啮合来完成。,活塞9支承在一对推力球轴承7和12及双列滚针轴承8上，它可带动刀架主轴移动。到换刀指令时，活塞9及轴6在压力油推动下向左移动，使鼠牙盘13与10脱开，液压马达2启动带动平板共轭分度凸轮1转动，经齿轮5和齿轮4带动刀架主轴及刀盘旋转。转的准确位置，通过开关PRSl、PRS2、PRS3、PRS4的通断组合来检测确认。,当刀盘到指定的刀位后，开关PRS7通电，向数控系统发出信号，指令液压马达停转，这时压力油推动活塞9向右移动，使鼠牙盘10和13啮合，刀盘被定位夹紧。开关PRS6确认夹紧并向数控系统发出信号，于是刀架的转位换刀循环完成。,在机床自动工作状态下，当指定了换刀的刀号后，数控系统可以通过内部的运算实现刀盘就近转位换刀，即刀盘可正转也可反转。但当手动操作机床时，从刀盘方向只允许刀盘顺时针转动换刀。,在调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动。顶尖1与尾座套筒2用锥孔连接，尾座套筒可带动顶尖一起移动。在机床自动工作循环中，可通过加工程序由数控系统控制尾座套筒的移动。当数控系统发出尾座套筒伸出的指令后，液压电磁阀动作。压力油通过活塞杆4的内孔进入尾座套筒2的左腔，推动尾座套筒伸出。,5。机床尾座结构,MJ-50数控车床出厂时配置标准尾座，图6-7为尾座结构简图。尾座体的移动由滑板带动实现。尾座体移动后，由手动控制的液压缸将其锁紧在床身上。,当数控系统指令其退回时，压力油进入套筒液压缸的右腔，从而使尾座筒退回。尾座套筒移动的行程，靠调整套筒外部连接的行程杆10上面的移动挡块6来完成。图中所示移动挡块的位置在右端极限位置时，套筒的行程最长。当套筒伸出到位时，行程杆上的挡块6压下确认开关9，向数控系统发出尾座套筒到位信号。当套简退回时，行程杆上的固定挡块7压下确认开关8，向数控系统发出套筒退回的确认信号。,其主轴垂直于水平面。它主要用于水平面内的型面加工，增加数控分度头后，可在圆柱表面上加工曲线沟糟。立式数控铣床是数控铣床中数量最多的一种，应用范围最广。,第二节 数 控 铣 床,数控铣床的加工精度高、生产效率高，精度稳定性好，操作劳动强度低，用途广泛，能完成各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平面曲线和空间曲线等复杂型面的加工。适合于加工各种模具、凸轮、板类及箱体类的零件。,一、数控铣床功能与分类,数控铣床通常分为以下三类。,1。立式数控铣床,小型数控铣床X、Y、Z方向的移动一般都由工作台完成，主运动由主轴完成，与普通立式升降台铣床相似。,2。卧式数控铣床,它与通用卧式铣床相同，其主轴平行于水平面。它主要用于垂直平面内的各种型面加工，配置万能数控转盘还可以对工件侧面上连连续回转轮廓进行加工，能在一次安装后加工箱体零件的四个表面。,中型数控立铣的纵向和横向移动一般由工作台完成，且工作台还可手动升降，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向伸缩。,大型数控立铣，由于需要考虑扩大行程，缩小占地面积和刚性等技术问题，多采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。,它既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，使用范围更大，功能更强，若采用万能主轴(主轴头可以任意转换向)，就可以加工出与水平面成各种角度的工件表面，若采用数控回转工作台，还能对工件实现除定位面外的五面加工。,3。立、卧两用数控铣床,图6-8表示一台立、卧两用书空铣床主轴的两种使用状态，6-8（a）所示是机床主轴处于立式加工状态。6-8（b）所示是机床主轴处于卧式加工状态。目前三坐标数控铣床占多数，可以进行三个坐标联动加工，还有相当部分的铣床采用两轴半控制（既三个坐标中的任意两个坐标联动加工）。另外附加一个数控回转台（或数控分度头）就增加一个坐标，可扩大加工范围。,二、数控铣床的典型结构,下面以北京第一机床厂生产的XKA5750带有万能铣头的立卧两用数控铣床为例，介绍数控铣床的结构。,（一）机床的组成、使用范围及布局,1。机床的组成、使用范围,XKA5750数控铣采用的是AUTOCON TECH公司的DELTA 40M CNC系统。它由主体（包括万能铣头、工作台纵向传动机构、升降台传动机构、自动平衡机构、数控回转工作台等）、CNC系统、驱动装置（主轴电动机、进给伺服电动机等）、辅助装置（液压和气动装置、冷却系统、排屑装置等）几部分组成。它可以附加坐标轴增至四轴联动，铣削具有复杂曲线轮廓的零件，如凸轮、模具、叶片，弧形槽等零件。,2。机床的布局,机床外形如图6-9所示，图中1为底座，5为床身，13由伺服电动机15带动在升降滑座16上作纵向（X轴）左右移动；伺服电动机2带动升降滑座16作垂直（Z轴）上下移动；滑枕8作横向（Y轴）进给运动。用滑枕实现横向运动，可获得较大的行程。,机床主轴运动由交流无级变速电动机驱动，万能铣头9不仅可以将铣头主轴调整到立式和卧式位置，而且还可以在前半球面内使主轴中心线处于任意空间角度。纵向行程限位挡铁3、14起限位保护作用，6、12为横向、纵向限位开关，4、10为强电柜和数控柜。悬挂按扭站11上集中了机床的全部操作和控制键与开关。,1。万能铣头部件结构,万能铣头部件结构见图6-10所示，主要由前、后壳体12、5，法兰3，传动轴、，主轴及两对弧齿锥齿轮组成。万能铣头用螺栓和定位销安装在滑枕前端。铣削主运动由滑枕上的传动轴（见图6-9）的端面键传到轴，端面键与连接盘2的径向槽相配合，连接盘与轴之间由两个平键1传递运动。,（二）数控铣床的结构和调整,轴右端为弧齿锥齿轮，通过轴上的两个锥齿轮22，21和用花键连接方式装在主轴上的锥齿轮27，将运动传到主轴上。主轴为空心轴，前端有7：24的内锥孔，用于刀具或刀具心轴的定心，通孔用于安装拉紧刀具的拉杆通过。主轴端面有径向槽，并装有两个端面键18，用于主轴向刀具传递扭矩。,万能铣头通过两个互成450的回转面A和B调节主轴的方位，在法兰3的回转面A上开有T形圆环槽a，松开T形螺栓4和24，可使铣头绕水平面转动，调整到要求位置将T形螺栓拧紧即可；在万能铣头后壳体5的回转面B内，也开有T形圆环槽6，松开T形螺栓6和23，可使铣头主轴绕与水平轴线成450夹角的轴转动。绕两个轴线转动组合起来，可使主轴轴线处于前半球面的任意角度。,万能铣头两个传动轴都选用了承载力和旋转精度都较高的D级精度的轴承：即一对圆锥滚子轴承，一对向心滚针轴承20、26，承受径向载荷，轴向载荷由两个推力短圆柱滚子轴承19和25承受。,主轴上前后支承均为C级精度的轴承：即前支承是双列圆柱滚子轴承13，只承受径向载荷；后支承为两个向心推力球轴承9和11，既承受径向载荷，也承受轴向载荷。为了保证旋转精度，主轴前轴承消除和预紧的调整是靠改变轴承内圈在锥形颈上的位置，使内圈外胀实现的。调整时，先拧下四个螺钉16，卸下法兰15，再松开螺母8上的锁紧螺钉7，拧松螺母8将主轴向前(向下)推动2mm左右，然后拧下两个螺钉17，将半圆环垫片14取出，根据间隙大小磨薄垫片，最后将上述零件重新装好。,后支承的两个向心推力球轴承开口向背(轴承9开口朝上，轴承11开口朝下)，作消隙和预紧调整时，两轴承外圈不动，通过控制减小两轴承内圈隔套10的尺寸来实现。调整时取下隔套10，修磨到合适尺寸，重新装好后，用螺母8顶紧轴承内圈及隔套即可。最后要拧紧锁紧螺钉7。,2。工作台纵向传动机构,工作台纵向传动机构如图6-11所示。交流伺服电动机20的轴上装有圆弧齿同步齿形带轮19，通过同步齿形带14和装在丝杠右端的同步齿形带轮带动丝杠旋转，使底部装有螺母1的I工作台4移动。装在伺服电动机中的编码器将检测到的位移量反馈回数控装置，形成半闭环控制。同步齿形带轮与电动机轴，以及与丝杠之间的连接采用锥环无键式连接。,滚珠丝杠两端采用角接触球轴承支撑右端支承采用三个轴承，径向载荷由三个轴承分担。轴承的预紧力，由两个轴承7、8内、外圈轴向尺寸差实现，当用螺母10通过隔套将轴承内圈压紧时，外圈因为比内圈轴向尺寸稍短，仍有微量间隙，用螺钉9通过法兰盘12压紧轴承外圈时，就会产生预紧力。调整时修磨垫片13厚度尺寸即可。丝杠左端的角接触球轴承，除承受径向载荷外，还通过螺母3的调整，使丝杠产生预拉伸，以提高丝杠的刚度和减小丝杠的热变形。5为工作台纵向移动时候的限位挡。,3。升降台传动机构及自动平衡机构,图6-12所示是升降台升降传动部分，交流伺服电动机1经一对齿形带轮2、3将运动传到传动轴，轴右端的弧齿锥齿轮7带动锥齿轮8使垂直滚珠丝杠旋转，升降台上升下降。传动轴有左、中、右三点支承，轴向定位由中间支承的一对角接触球轴承来保证，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厚度来保证。传动轴的轴向定位由螺钉25调节。,垂直轴承支承由深沟球轴承9和角接触球轴承10承受径向载荷；由推力圆柱滚子轴承11承受轴向载荷。图中轴的实际安装位置是在水平面内，与轴的轴线呈900相交(图中为展开画法)。其右端为自动平衡机构。因滚珠丝杠无自锁能力，当垂直放置时，在部件自重作用下，移动部件会自动下移。因此除升降台驱动电动机带有制动器外，还在传动机构中装有自动平衡机构，一方面防止升降台因自重下落，另外还可平衡上升下降时的驱动力。,自动平衡机构工作原理为：丝杠旋转的同时，通过锥齿轮12和轴带动单向超越离合器的星轮21转动。当升降台上升时，星轮的转向使滚子13与超越离合器的外环14脱开，外环14不随星轮21转动，自锁器不起作用；当升降台下降时，星轮21的转向使滚子楔在星轮与外环之间，使外环随轴一起转动，外环与两端固定不动的摩擦环15、22(由防转销20固定)形成相对运动，在碟形弹簧19的作用下，产生摩擦力，增加升降台下降时的阻力，起自锁作用，并使上下运动的力量平衡。,加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，它是一种集铣床、钻床和镗床三种机床的功能于一体。其特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行铣(车)、钻、扩、铰、攻螺纹等多种工序的加工；适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板、模具等各种复杂型面的零件。,1。按主轴在空间所处的状态分类,(1)立式加工中心 其主轴垂直于水平面，它能完成铣、钻、铰、攻丝和切削螺纹等工序。立式加工中心最少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动，有的可进行五轴、六轴控制，完成复杂零件的加工。立式加工中心最适宜加工高度方向尺寸相对较小的工件，一般情况下，除底部不能加工外，其余五个面都可以用不同的刀具进行轮廓和表面加工。,第三节 数控加工中心机床,一、数控加工中心机床的功能与分类,(2)卧式加工中心 其主轴是水平设置的。一般的卧式加工中心有三个到五个坐标轴。常配有一个回转轴。卧式加工中心刀库容量一般较大，有的刀库存放几百把刀具。卧式加工中心的结构也比立式加工中心复杂，体积和占地面积较大，价格较高。卧式加工中心适宜于加工箱体类零件，并且适合批量工件的生产。,2。按运动坐标数和同时控制的坐标数分类,3。按工作台数量和功能分类,加工中心可分为单工作台加工中心，双工作台加工中心，多工作台加工中心。,加工中心可分为三轴二联动，三轴三联动，四轴三联动，五轴四联动，六轴五联动等。,自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具，自动换刀装置是一套独立、完整的部件。,(一)自动换刀装置的形式,自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围及刀具的种类和数量等。自动换刀装置主要有回转刀架和带刀库的自动换刀装置两种形式。,二、自动换刀装置,1。数控车床和自动换刀装置,数控车床主要采用回转刀盘，刀盘上安装812把刀。有的数控车床采用两个刀盘，少数数控车床也采用刀库形式的自动换刀装置。,图6-14(a)所示为刀盘中心与主轴中心线平行的回转刀盘，刀具与主轴中心平行安装，回转刀盘既有回转运动又有横向进给运动(SH)和纵向进给运动(SZ)。,图614(b)所示为刀盘中心线相对于主轴中心线倾斜的回转刀盘，刀盘上有68个刀位，每个刀位上可装两把刀具，分别加工外圆和内孔。,图614(c)所示为装有两个刀盘的数控车床，刀盘1的回转中心与主轴中心线平行，用于加工外圆。刀盘2的回转中心与主轴中心线垂直，用于加工内表面。,图614(d)所示为安装有刀库的数控车床，刀库可以是图示的链式，也可以是回转式，通过机械手交换刀具。,图614(e)所示为装有鼓轮式刀库的车削中心，回转刀盘3上装有多把刀具，鼓轮式刀库4上可装68把刀具，机械手5可将刀库中的刀具换到刀具转轴6上，由电动机驱动回转轴进行铣削加工，7为回转头，可交换采用回转刀盘3和刀具转轴6，轮番进行加工。,由于加工中心有立式、卧式、龙门式等几种，因此，不同加工中心上的刀库和换刀装置也各不相同。一般加工中心的刀库类型有鼓轮式刀库、链式刀库和直线式刀库等，如图6-15所示。,2。加工中心的自动换刀装置,鼓轮式刀库应用广泛，它包括刀具轴线与鼓轮轴线两者平行、垂直或成锐角三种形式，如图6-15(a)所示。鼓轮式刀库结构简单紧凑。但由于刀具单环排列、定向，刀库利用率低，大容量刀库的外径将较大，选刀运动时间长。因此，这种形式的刀库容量较小，一般不超过32把。,链式刀库是在环形链条上装有许多刀座，刀座的孔中装夹各种刀具。链式刀库适用于容量较大的场合，且多为轴向取刀。链式刀库常用的有单环链式、多环链式、折叠链式，如图615(b)、(c)、(d)所示。当采用多环链式刀库时，刀库外形较紧凑，占用空间较小，适用于作大容量的刀库。,直线式刀库结构简单，刀具在刀库中直线排列，如图615(e)所示，刀库容量较小(812把)，一般应用于数控车床、数控钻床，个别加工中心也有采用。,（二）换刀过程及换刀方式,1、换刀过程,2、换刀方式,自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。,选刀既是刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备；,换刀既是把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。,自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工件可靠性有着直接影响。,刀具的交换方式很多，一般可分为两大类。,（1）无机械手换刀 无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。如图6-16所示。,图6-16（a）：当加工工步结束后执行换刀指令，主轴实现准停，主轴箱沿Y轴上升。这时机床上方刀库的空挡刀位，正好处在交换位置，装夹刀具的卡爪打开。,图6-16（b）：主轴箱上升到极限位置，被更换刀具的刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。,图6-16（c）：刀库伸出，从主轴锥孔中将刀具拔出。,图6-16（d）：刀库转位，按照程序指令要求将选好的刀具转到最下面的位置，同时压缩空气将主轴锥孔吹净。,图6-16（e）：刀库退回，同时将新刀具插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。,图6-16（f）：主轴下降到加工位置后启动，开始下一工步的加工。,这种换刀机构不需要机械手，结构简单、紧凑。由于交换刀具时机床不工作，所以不会影响加工精度，但会影响机床的生产率，其次因刀库尺寸限制，装刀数量不能太多。这种换刀方式常用于小型加工中心。,(2)有机械手换刀 采用机械手进行刀具交换的方式应用最广泛。这是因为机械手换刀灵活，而且可以减少换刀时间。由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。从手臂的类型来分，有单臂机械手，双臂机械手。常用的双臂机械手如图6-17所示的几种结构形式：,图6-17(a)是钩手,图6-17(b)是抱手,图617(c)是伸缩手,图6-17(d)是插手,这几种机械手能够完成抓刀、拔刀、回转、插刀、返回等一系列动作。9由于双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库集中的刀具，因此换刀时间进一步缩短。,图6-18所示是双刀库机械手换刀装置，其特点是两个刀库和两个双臂机械手进行工作，因而机械手的工作行程大为缩短，可有效的节省换刀时间。另外，还由于刀库分两处设立，故使机床整体布局较为合理。,(三)刀具的选择方法,数控机床常用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀。,1、顺序选刀,2、任意选刀,顺序选刀方式是将加工所需要的刀具，按照加工顺序依次安装在刀座中，换刀时，刀库按顺序转位。这种方式的控制及刀库运动简单，但刀库排列的顺序不能错。,任意选刀方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。它可分为刀具编码方式、刀座编码方式、计算机记忆方式等。,(1)刀具的编码方式 利用安装在刀柄上的编码元件预先对刀具编码后，再将刀具放入刀座中；换刀时，通过编码识别装置根据刀具编码选刀。优点：采用这种方式编码的刀具可以放在刀库的任意刀座中；刀库中的刀具不仅可在不同的工序中多次重复使用，而且换下来的刀具也不必放回原来的刀座中。,（2）刀座编码方式 是对刀库刀座预选编码，每把刀具放入相应刀座之后，就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。在编程时，要指出哪一把刀具放在哪一个刀座上。须注意的是，这种编码方式必须将用过的刀具放回原来的刀座内，不然会造成事故。,（3）计算机记忆方式 目前应用最多，特点是刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的储存器或可编程控制器的储存器内，不论刀具存放在哪个地址都始终记忆着它的踪迹，这样刀具可以任意取出，任意送回。,在数控机床上加工复杂形状的零件，往往使用较多的刀具。为了实现自动换刀，迅速装刀和卸刀，以缩短辅助时间，同时也为了使刀具的实际尺寸输入数控系统实现刀具补偿，提高加工精度，一般要使用刀具对刀仪，测出刀具的实际尺寸或与名义尺寸的偏差。,三、对刀仪,对刀仪以检测对象分类，可分为数控车床车刀对刀仪和数控镗床、加工中心用对刀仪，也有综合两种功能的综合对刀仪。由于数控车床刀具夹持标准化水平不高，车刀对刀的精度要求相对低。所以对刀仪产品中，相对来说是以加工中心用对刀仪为主。,对刀 在加工程序执行之前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。,刀位点 刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。,由于数控车削有各种不同的对刀方法，故采用的对刀装置也各不相同。一般有光学对刀仪、机外对刀仪、自动对刀装置等。如图6-23为一光学对刀仪，它实际上是一架低倍(一般为10倍左右)刻线显微仪。,1、数控车床用对刀仪,使用时把对刀仪固定安装在车床床身的某一位置，然后将基准刀安装在刀架上，调整对刀仪的镜头位置，使显微仪内的十字线交点对准基准刀的对刀点，以此作为其他刀具安装时的基准。这种对刀仪主要用于手动对刀，其对刀精度主要取决于显微仪上分度刻线的分格读数，故对刀精度不高。,图6-24所示是锥柄类刀具用对刀仪示意图，由锥柄定位机构、测量头、尺寸测量机构和测量数据处理装置四部分组成。为了使刀具定位基准面与对刀仪的锥孔可靠接触，在锥孔的底部有拉紧机构，锥孔主轴还应具有很高回转精度旋转机构，以便转动锥孔主轴找出刀具上刀齿的最高点。测量头有接触式和非接触式两种。,2。数控镗铣床、加工中心用对刀仪,图6-24中是接触式测量用百分表，比较直观，但容易损坏表头和切削刀具的刀刃；非接触式尺寸测量机构带动测量头移动，测得Z轴和X轴方向尺寸，即刀具的轴向尺寸和半径尺寸。测量的数据在加工时可以用手工输入，也可用计算机进行存储、管理，加工时对刀具的长度和半径进行自动补偿。,第四节 电加工机床,一、数控电火花成形加工机床,(一)数控电火花加工的原理和用途,利用放电对导电材料的腐蚀除去余量达到加工的目的，这种方法称为电火花加工。,工件和工具电极分别与脉冲电源的两端相连接，并浸入工作液5中，通过自动进给调节装置3控制工件电极向工件进给，当间隙达到一定值时，两极上施加的脉冲电压将间隙中的工作液击穿，产生火花放电，在放电的微细通道中，瞬时集中大量的热量，温度可达100000C左右，使工件表面的局部金属材料融化和气化。并使融化和气化的金属抛离电极表面并被液体介质冲走。工件上被蚀出一个小的坑穴，随着放电过程多次重复进行，工具电极不断向工件移动，并由自动进给调节装置3维持适当的放电间隙，这样工具电极的轮廓尺寸逐步精确的复印在工件上，达到加工的目的。,由于电火花加工具有传统切削加工无法比拟的优点，可以解决难以加工材料和复杂形状零件的加工问题，因此它已广泛应用于航空、仪器、精密机械、模具制造、汽车拖拉机等行业。电火花加工的范围小到几微米、大到几米。,（二）数控电火花机床,利用电蚀加工原理制成的数控电火花机床主要由主机、脉冲电源和机床电气、数控系统和工作液循环系统等部分组成，如图6-28所示。,附件包括用以实现工件和工具电极的装夹、固定和调整其相对位置的机械装置；工具电极自动交换装置（ATC）等等。,1、脉冲电源（重要组成部分）,用来产生加在放电间隙上的脉冲电压，使液体介质不断被周期重复击穿，而产生脉冲放电。它对工艺指标的影响极大。,2、主机及附件,机床本体包括床身、立柱、主轴头、工作台等。,数控化的脉冲电源与数控系统密切相关，但有其相对的自主性，它一般由微处理器和外围接口、脉冲形成和功率放大部分、加工状态检测和自适应控制装置以及自诊断和保护电路等组成。,主轴头是数控电火花成形机床的关键部件，它上面安装电极(即工具)。主轴DC(或AC)伺服电动机、滚珠丝杠螺母副在立柱上作升降移动，改变工具电极和工件之间的间隙。,当工具电极与工件间短路时，必须使工具电极反向离开，随即再重新进给，调节到所需的放电间隙(0.010.2mm)。,间隙过大时，不会放电，必须驱动工具电极进给靠拢，在放电过程中，工具电极与工件不断被蚀除，间隙逐渐增大，则必须驱动工具电极补偿进给，以维持所需的放电间隙。,数控电火花机床工作台的X、Y坐标由DC(AC)伺服电动机，经滚珠丝杠驱动。轨迹是靠数控系统控制实现的。,电火花加工机床的数控装置即可以是专用的，也可以在通用的数控装置上增加电火加工所需的专用功能，因为控制要求很高，要对位置、轨迹、脉冲参数和辅助动作进行编程或实时控制，一般都采用计算机数控(CNC)方式，其不可缺少的主要功能如下：多轴（X、Y、Z和C)控制，可在空间任意方向上进行加工，便于在一次安装中完成除安装面外的五个面上的所有型腔的加工，保证了各型腔之间的相对位置精度。多轴联动摇动(平动）加工，此功能扩大了电极对工件在空间的运动方式，有可能在多种运动轨迹、回退方式方面针对工艺要求作合理的选择；自动定位，除常见的电极碰端面定位，对孔或圆柱自动找中心外，还可利用球测头和基准球(安置在机床工作台上的一个带底座的高精度球体)来保证多型腔、多工件、多电极加工时的定位精度。,3、数控系统,4、工作液循环过滤系统,电蚀产物的及时排除，一般采用强迫循环，并经过滤，防止因工作液中电蚀产物过多而引起短路和电弧。因此工作液应有一定的绝缘性能，较好的冷却、渗透、灭弧、无毒、不易燃等性能，常用的工作液有煤油、变压器油、去离子水等。,过滤循环装置一般是由泵、过滤器、阀、油箱及一些管路附件组成独立的循环系统，通过管道与机床本体上的工作液箱相连。,二、数控电火花线切割机床,(一)数控电火花线切割机床的工作原理及用途,数控线切割机床的工作原理与电火花机床相同。数控电火花线切割加工是利用移动着的细金属丝作工具电极，并在金属丝与工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的电腐蚀作用对工件进行切割加工的。其加工原理见图629。,电极丝4穿过工件5上预先钻好的小孔，经导轮3由贮丝筒2带动作往复交替移动。工件通过绝缘板7安装在工作台上，由数控装置1按加工程序发出指令，控制两台步进电动机11，以驱动工作台在水平面上沿X、Y两个坐标方向移动而合成任意平面曲线轨迹。由高频脉冲发生器8对电极丝与工件施加脉冲电压，喷嘴6将工作液以一定的压力喷向加工区，当脉冲电压击穿电极丝和工件之间的间隙时，两者之间随即产生火花放电而切割工件，图629中9、10分别为液压泵和油箱。,电火花线切割加工主要用于加工各种硬质合金和淬火钢的冲模、窄缝等，并可多件叠加起来加工，能获得一致的尺寸。,(二)数控电火花线切割机床,数控电火花线切割机床，根据电极丝运动的方式可以分成快速走丝电火花线切割机床和慢速走丝电火花线切割机床。,联轴节和专门的换向器驱动，作正反向交替运转，走丝速度一般为6lOms，并且保持一定的张力。这类机床的线电极运行速度快(钼丝电极作高速往复运动810ms)而且是双向往返循环地运行，即成千上万次地反复通过加工间隙，一直使用到断线为止。线电极主要是钼丝(0.10.2mm)，工作液通常采用乳化液。,1快速走丝数控电火花线切割机床,床身1是安装工作台2和走丝系统的基础，工作台2的定位精度和灵敏度是影响加工曲线轮廓精度的重要因素。走丝系统的贮丝筒4由单独电动机、,缺点：由于它的运丝速度快、机床的振动较大，线电极的振动也大，导丝导轮耗损也大，给提高加工精度带来较大的困难。另外线电极在反复运行中的放电损耗也是不能忽视的，因而要得到高精度的加工和维持加工精度也是相当困难的。,优点：结构比较简单。,2.慢速走丝数控电火花线切割机床,其运动速度一般为3mmin左右，最高为15mmin。可使用纯铜、黄铜、钨、钼和各种合金以及金属涂覆线作为线电极，其直径为0.030.35mm。这种机床线电极只是单方向通过加工间隙，不重复使用，可避免线电极损耗给加工精度带来的影响。工作液主要用去离子水和煤油。慢速走丝电火花线切割机床，由于解决了能自动卸除加工废料，自动搬运工件，自动穿电极丝和自适应控制技术的应用，因而已能实现无人操作的加工。,数控电火花线切割机床由走丝机构、工作台、脉冲电源、供液系统、控制系统等部分。,(三)数控电火花线切割机床基本组成,1、走丝机构,作用是使电极丝以一定速度连续不断地通过放电区。走丝机构主要由走丝电动机、丝架和导轮等组成。分为快速走丝机构和慢速走丝机构。,电极丝可以连续工作，电极丝做周期性的往复直线移动。其移动速度达每秒数米，故称快走丝。走丝机构由电动机通过弹性联轴节直接带动贮丝筒往复旋转，为了使电极丝排列整齐，整个卷绕机构还沿轴向往复移动。当贮丝筒转动到供丝端的电极丝即将送完时，立即反向转动，使供丝端成为收丝端，电极丝也反向移动。,图6-32为目前应用较广的快速走丝电火花线切割机床走丝机构。这种线切割机床采用较耐电蚀的钼丝作线电极，为了使有限长度的,(1)快速走丝机构,图6-33为慢速走丝机构，新发展的线切割机床大多采用这种走丝机构。它用直径为0.050.25mm的成卷黄铜丝或镀锌黄铜丝(也有用钼、钨等金属丝)作线电极，工作时电极丝以较慢的速度(每秒300mm以下)始终单向运行，经过放电腐蚀后不再重复使用，每卷金属丝重约13kg，可连续使用十几小时。因此这种走丝方式克服了往复高速走丝所引起的种种弊病，使加工质量和生产率得以提高。,(2)慢速走丝机构,如果需要切割有落料角的冲模和某些有锥度(斜度)的内外表面，可通过控制走丝机构中电极丝上、下导向装置在纵横两个方向上的移动，使电极丝倾斜，则可切割出各个方向的斜度。最大倾斜角度可达50，甚至达300。图6-34是切割斜度的原理图。,作用：用来安装夹具和被切割工件，相对线电极进行移动的部分。组成：由工作台驱动电动机(直流或交流电动机和步进电动机)、测速反馈系统、进给丝杠(一般使用滚珠丝杠)、纵向和横向拖板、工作液盛盘等。工作台驱动系统与其他数控机床一样，有开环、半闭环和闭环方式。,2.工作台,3.供液系统,线切割电极丝很细，放电时发生热量和电蚀物如果不迅速及时排出，电极丝会因过热或极间短路造成断丝。因此放电部位电极丝必须用流动的工作液充分包围起来，将电极上的热量及电蚀物随着电极丝移动和工作液的流动而被带出放电部位。供液系统为机床的切割加工提供足够合适的工作液。电火花线切割加工中应用的工作液种类很多，有煤油、乳化液