數(shù)控加工中心機械結(jié)構(gòu)構(gòu)成 典型數(shù)控加工中心的機械結(jié)構(gòu)主要有基礎(chǔ)支承件、加工中心主軸系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、工作臺交換系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、刀庫及n動換刀裝置以及其他機械功能部件組成。圖2-1所示為H400加工中心結(jié)構(gòu)圖. 加丁中心基礎(chǔ)支承件是指床身、立柱、橫梁、工作臺、底座等結(jié)構(gòu)件，它構(gòu)成了機床的基木框架。精礎(chǔ)支承件對加工中心各部件起支承和異向作用.因而要求A礎(chǔ)支承件具有較高的剛性、較高的固有頻率和較大的阻尼。主軸系統(tǒng)為加工中心的主要組成部分，它由主軸電動機、主軸傳動系統(tǒng)以及主軸組件組成.和常規(guī)機床主軸系統(tǒng)相比.加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結(jié)構(gòu)剛性和抗振性。 加工中心進給馭動機械系統(tǒng)直接實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動的進給和定位。對加工的精度和質(zhì)量形響很大，因此對加工中心進給系統(tǒng)的要求是運動精度、運動穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。 根據(jù)工作要求，回轉(zhuǎn)工作臺通常分成兩種類型.即數(shù)控轉(zhuǎn)臺和分度轉(zhuǎn)臺。數(shù)控轉(zhuǎn)臺在加工過程中參與切削，相當于進給運動坐標軸;分度轉(zhuǎn)臺只完成分度運動.主要要求分度精度和在切削力作用下位置保持不變. 為了在一次安裝后能盡可能多地完成同一工件不同部位的加工要求，并盡可能減少加工中心的非故障停機時問，數(shù)控加工中心通常具有自動換刀裝置、刀庫和fl動托盤交換裝置。對自動換刀裝置的基本要求主要是結(jié)構(gòu)簡單、功能可靠、交換迅速。 其他機械功能部件主要指冷卻、潤滑、排屑和監(jiān)控裝置。由于數(shù)控加工中心生產(chǎn)效率極高·并可長時間實現(xiàn)自動化加工，因而冷卻、潤滑、排屑等問題比常規(guī)機床更為突出。大切削量的加工需要強力冷卻和及時排屑.人呈冷卻和潤滑液的作用還對系統(tǒng)的密封和泄翻提出更高的要求，從而導致半封閉、全封閉結(jié)構(gòu)機床的實現(xiàn)。
數(shù)控銑床的相關(guān)指令與知識 1、旋轉(zhuǎn)陣列加工方法 如圖3.2.11所示軍件.其凸起部分是笨本圖形元求繞指定旋轉(zhuǎn)中心井按指定旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定的角度而形成的.這種零件如果用一般的手工編程方法進行編程的話就比較復雜。針對這一現(xiàn)象，通常采用旋轉(zhuǎn)陣列加工，以簡化加工程序的編制。旋轉(zhuǎn)陣列加工指的是針對這類型零件所采取的編程加工方法.通過旋轉(zhuǎn)變換坐標.調(diào)用子程序來進行加工. 2、旋轉(zhuǎn)變換指令G68 ,G69 旋轉(zhuǎn)變換指令可使編程圖形按照指定旋轉(zhuǎn)中心及旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。G68為坐標旋轉(zhuǎn)功能指令，表示開始坐標系旋轉(zhuǎn);G69為取消坐標旋轉(zhuǎn)功能指令，用于撤銷旋轉(zhuǎn)功能， 指令格式為G6A X Y PG6g其中:P.一一旋轉(zhuǎn)角度，逆時針旋轉(zhuǎn)定義為正方向，順時針旋轉(zhuǎn)定義為負方向。當X、Y省略時。G68指令指定當前的位置為旋轉(zhuǎn)中心.在絕對方式下編程時，G68程序段后的第一個程序段必須使用絕對方式移動指令，才能確定旋轉(zhuǎn)中心。如果這一程序段為增最方式移動指令，那么系統(tǒng)將以當前位置為旋轉(zhuǎn)中心，按G68給定的角度旋轉(zhuǎn)坐標。 數(shù)控銑床操作中，坐標旋轉(zhuǎn)變換功能的實質(zhì)就是旋轉(zhuǎn)變換工件坐標系，調(diào)用子程序.其旋轉(zhuǎn)功能示憊圖如圖3.2. 12所示。坐標系OX1Y1旋轉(zhuǎn)60度后得到坐標系OX2Y2,，旋轉(zhuǎn)120度后得到坐標系OX3Y3、依此類推，旋轉(zhuǎn)5次后完成旋轉(zhuǎn)變換。
利用龍門銑床水平銑頭加工溝箱及臺階 (1)組合式盤銑刀附件及支架結(jié)構(gòu)組合式盤銑刀附件是安裝在龍門銑床水平銑刀頂部。如果重新設(shè)計制造新結(jié)構(gòu)的水平銑頭主軸箱，使附件成為主軸箱一部分，這樣剛性比較大，如果改造現(xiàn)有水平銑頭，只有設(shè)計成附件安裝在水平銑頭頂部。 這種盤銑刀附件具有兩個可伸縮的支承桿，在其上安裝芯軸支架，如同萬能銑床的懸梁和支架。盤銑刀附件結(jié)構(gòu)見圖7所示。 從圖7中看出，附件安裝在水平銑頭主軸箱上，依靠兩個銷子定位及螺釘8(八個)緊固。齒輪軸10利用軸承I、11支承，并用法蘭盤9壓緊;另一端面用堵2堵上。通過搬手插入齒輪軸10端面的方孔內(nèi)，搖動搬手可使其轉(zhuǎn)動。通過齒輪與兩個帶有牙條的支承桿嚙合，使兩支承桿可以伸縮調(diào)距。 當伸出長度滿足需要時，通過擰緊4個專用螺釘6壓緊壓塊5(四個)，擠緊兩個支承桿。當不用時，松開專用螺釘6，在彈簧7的作用下，壓塊5彈回。然后搖回支承桿而不防礙水平銑頭正常使用。 其支架結(jié)構(gòu)見圖8所示。 當支架穿入支承桿8上，通過專用螺釘6擰緊壓塊7擠緊兩支承桿8。如松開專用螺釘6時，靠彈簧9彈回壓塊7，可取下支架本休4。支架本體4兩個孔用堵3堵上，支架上的銅套1用背母2拉緊。 (2)附件的安裝及銑削方法在龍門銑床水平銑頭上采用組合式盤銑刀，相當于是安裝在同一芯軸_仁的幾把盤銑刀，這樣可以同時銑削兒個表面，使工步合并成復合工步，使效率成倍地提高。另外，由于盤銑刀代替了棒銑刀，使進給加大。同時加工尺寸是山銑刀尺寸和安裝尺寸預(yù)先決定的，所以減少了裝卡、試切和測量等輔助時間，保證零件的加工質(zhì)量。 水平銑頭組合盤銑刀附件的安裝(見圖7 },要求附件和主軸箱頂部結(jié)合面，必須刮研，以保證其接觸精度。找好支承桿和水平銑頭主軸中心線的平行后，下好銷子，以保證附件定位，然后用周邊螺釘緊固。將兩支承桿伸出，安裝芯軸支架，并緊固在兩支承桿上，利用水平銑頭主軸箱的主軸及套筒移動，自投成}90D支架孔，以獲得同心精度。在使用時，支架本體內(nèi)加些潤滑油。 龍門銑床銑削前將水平銑頭位置按照被加工工件劃線的上下位置，進行試切，然后將刀退出，進行測量各部分加工面的尺寸，進行調(diào) 整后銑切。對于銑削床身各部分溝槽、空刀、臺階等盤銑刀安裝方法見圖10所示，凡遇到類似加工面銑削，可參考圖10安裝方法。
加工中心及其工藝特點 決定零件加工質(zhì)里的重要因素是刀具的正確選擇使用，對成本昂貴的加工中心更著重強調(diào)選用高效刀具，充分發(fā)揮機床的效率，降低加工成本，提高加工精度。加工中心使用的刀具主要有銑削用刀具和孔加工刀具兩大類。 (一)銳刀的種類和工藝特點 1.面銑刀 面銑刀主要用于面積較大的平面銑削和較平坦的立體輪廓的多坐標加工.硬質(zhì)合金面銑刀與高速鋼銑刀相比，銑削速度較高、加工效率高、加工表面質(zhì)量比較好，并可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，故得到廣泛應(yīng)用。硬質(zhì)合金面銑刀按刀片和刀齒安裝方式不同，可分為整體焊接式、機夾一焊接式和可轉(zhuǎn)位式三種.圖1-9所示為常用的硬質(zhì)合金面銑刀。 可轉(zhuǎn)位式面銑刀是將可轉(zhuǎn)位刀片通過夾緊元件夾固在刀體上，當?shù)镀囊粋€切削刃用鈍后，可直接在機床上將刀片轉(zhuǎn)位或更換刀片。因此，這種銑刀在提高產(chǎn)品質(zhì)里及加工效率、降低成本、操作使用方便性等方面都具有明顯的優(yōu)越性，并逐步取代了整體焊接式和機夾一焊接式銑刀，得到了廣泛的應(yīng)用?？赊D(zhuǎn)位式銑刀要求刀片定位精度高、夾緊可靠、排屑容易、更 換刀片迅速等，同時各定位、夾緊元件通用性要好，制造要方便，并且應(yīng)經(jīng)久耐用。 2.立銑刀 立銑刀是加工中心上用得最多的一種銑刀，其結(jié)構(gòu)如圖1-10 所示，立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，它們可同時進行切削，也可單獨進行切削.立銑刀圓柱表面的切削刃為主切削刃，端面上的切削刃為副切削刃。主切削刃一般為螺旋齒，這樣可增加切削平穩(wěn)性，提高加工精度;按端部切削刃的不同可以分為過中心刃和不過中心刃兩種，過中心刃立銑刀可直接軸向進刀，端面刃主要用來加工底平面。 3.模具銑刀 模具銑刀由立銑刀發(fā)展而成，它是加工金屬模具型面的銑刀的通稱.可分為圓錐形立銑刀、圓柱形球頭立銑刀和圓錐形球頭立銑刀三種，其柄部有直柄、削平形直柄、莫氏錐柄三種。它的結(jié)構(gòu)特點是球頭或端面上布滿切削刃，圓周刃與球頭刃圓弧連接，可以作徑向和軸向進給。銑刀工作部分用高速鋼或硬質(zhì)合金制造.國家標準規(guī)定直徑d=4---63mm,圖1-11所示為高速鋼模具銑刀，圖1-12 所示為硬質(zhì)合金制造的模具銑刀。小規(guī)格的硬質(zhì)合金模具銑刀多作成整體結(jié)構(gòu)，價16mm以上直徑的，制成焊接或機夾可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)。 4.鍵槽銑刀 鍵棺銑刀有兩個刀齒，如圖1-13所示，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，也可把它看成是立銑刀的一種。按國家標準規(guī)定，直柄鍵槽銑刀直徑d=2^-22mm，錐柄鍵槽銑刀直徑d=14^-50mm,鍵槽銑刀直徑偏差有e8和d8兩種。鍵槽銑刀的圓周切削刃僅在靠近端面的一小段長度內(nèi)發(fā)生磨損，重磨時，只需刃磨端面切削刃，重磨后銑刀直徑不發(fā)生變化。用鍵槽銑刀加工鍵槽時，一般先軸向進給到槽底，然后沿鍵槽輪廓銑出整個鍵槽.由于切削力引起刀具和工件變形，一次走刀銑出的鍵槽形狀誤差較大，槽底一般不是直角.為此，通常采用兩步法銑削鍵槽，即先用小號銑刀粗加工出鍵槽，然后以逆銑的方式精加工四周，可獲得******的精度，得到真正的直角. (二)孔加工刀具的類型與工藝特點 加工中心加工內(nèi)容多樣性決定了所使用刀具的種類很多，除銑刀以外，加工中心使用比較多的就是孔加工刀具，包括加工各種大小孔徑的麻花鉆、擴孔鉆、惚孔鉆、鉸刀、幢刀、絲錐以及螺紋銑刀等。為了適應(yīng)加工要求，這些孔加工刀具一般都采用硬質(zhì)合金材料且?guī)в懈鞣N涂層，分為整體式鉆頭和機夾可轉(zhuǎn)位式健刀兩種，如圖1-16和圖1-17所示。
數(shù)控銑床相對坐標清零和手動鐵削任務(wù)要求(1)練習相對坐標清零操作.(2)練習手動銑削操作.基本內(nèi)容1.華中數(shù)控銑削系統(tǒng)相對坐標清方法(1)將銑刀移動到需勢清零的位且。(2)按主萊單中的w0.示切換”鏈，將當前屏幕界面顯示為四坐標狀態(tài).如圖1.3.3所示.按主菜單中的“設(shè)狡”鍵.進人設(shè)跪菜單.如圖1. 3. 4所示。分別選擇"F6","F7","F8"健，將相應(yīng)的坐標軸的相對坐標清零。2、數(shù)控銑床手動銑削1)平面銑削采用華中數(shù)控銑削系統(tǒng)進行平面銑削的步孩如下(見圖1.3.6)(1)相對坐標清零.采用婦2立銳刀.主軸正轉(zhuǎn)1200 r/min. 在增量和四坐標界面方式下，軸向選擇為z軸，倍率開關(guān)為"X10"倍率(0. 01 mm),輕碰工件上表面，按"F5"鍵，并將z軸數(shù)據(jù)清零(按“Fa"鍵)，將當前工件相對坐標設(shè)l為zo.(2) z軸銑深0. 5 mm。刀具向x軸正方向移動.移動到工件范圈之外，將刀具沿z軸負方向下降0. 5 mm,當前工件相對坐標為L-0.5,刀具向X軸負方向移動，鐵削工件表面。(3) X,Y方向銑俐工件表面。沿Y軸方向步進，步進距離約為刀具直徑的75%一8090，這里012立銑刀取步進距離為10 mm.沿X軸方向左右鐵All ,直至工件表面銑削平整。2)夾位忱劉 夾位銳削(見圖1. 3.6)時，在Z軸方向上，應(yīng)分別在倪削深度為Z--2,Z-4,Z-5處‘下刀.分3刀3層鐵削。在X軸方向上，粗加工時先銑削到4.8 m。的間距，留0-2 m。的精加工余量.Z軸深度為Z-5時，最后一刀銑掉所留的精加工余量，使得夾位側(cè)面光滑。銑削形狀如圖1.3.‘所示.
1.加工中心常用刀具的種類(1)立銑刀立銑刀主要用于立式銑床上銑削加工平面、臺 階面、溝槽、曲面等。針對不同的加工要素和加工效率，立銑刀的 常用形式有端面立銑刀、球頭立銑刀、環(huán)形銑刀和鍵槽銑刀。①端面立銑刀，其立銑刀的主切削刃分布在銑刀的圓柱面上， 副切削刃分布在銑刀的端面上，且端面中心有頂尖孔（圖1 -22)， 因此，銑削時一般不能沿銑刀軸向做進給運動，只能沿銑刀徑向做 進給運動。端面立銑刀有粗齒和細齒之分，粗齒齒數(shù)3?6個，適 用于粗加工;細齒齒數(shù)5?10個，適用于半精加工。端面立銑刀的 直徑范圍是c/>2?80mm。柄部有直柄、莫氏錐柄、7/24錐柄等多種 形式。為了切削有拔模斜度的輪廓面，還可使用主切削刃帶錐度 的圓錐形立銑刀。端面立銑刀應(yīng)用較廣，但切削效率較低。主要用于平面輪廓 零件的加工。從結(jié)構(gòu)上可分為整體式（小尺寸刀具）和機械夾固 式（尺寸較大刀具）。
加工中心主軸的軸長每個廠家有自己的標準，每個型號不同，按主軸規(guī)格來：BT30 BT40 BT50不同，直接式（聯(lián)軸器連接）、皮帶式，電主軸又不同，只要確定了廠家和型號，就比較好判斷了。 如果是設(shè)計機床機頭用，先確定主軸供應(yīng)商，讓他們提供主軸資料，或者讓他們規(guī)劃機頭的主軸箱部分。設(shè)計時，一般先保證主軸的安裝孔的長度，其余部分可以考慮用轉(zhuǎn)接板調(diào)節(jié)。
數(shù)控銑床一般銑圓的編程，系統(tǒng)以發(fā)那科為例：在手動編輯里面編制程序就行了G02順時針方向圓弧切削G03逆時針方向圓弧切削一般基本都用G03逆時針切削視為順銑切削比如利用直徑30銑刀加工一個直徑為40的圓相對坐標設(shè)置圓心為X0Y0G91G01X-5.F****G03I5.X5.M30有深度的循環(huán)加工可以利用主程序調(diào)用子程序，(M98)主程序O0001M3S*****(M3主軸正轉(zhuǎn))G91G01X-***(X-***：加工圓孔的半徑與刀具半徑的差值)M98P2L***（M98：調(diào)用子程序 P2：被調(diào)用子程序號為O0002 L***：循環(huán)次數(shù)，依圓孔深度與切削量指定）G91G01X***(X***：加工圓孔的半徑與刀具半徑的差值)M30子程序O0002G91G03I***(I***：I是指定半徑，即I后面跟的數(shù)值是加工圓孔的半徑與刀具半徑的差值)M99（M99為重復循環(huán)）
加工中心高速軸承的技術(shù)分析 完成電主軸高速化和情密化的關(guān)鍵是軸承的使用。當前在大功率高速梢密電主軸中使用的軸承主要是角觸摸陶瓷球軸承和液體動態(tài)壓軸承。空氣軸承不適合于大功率場合。磁懸浮軸承因為價格昂貴、控制系統(tǒng)雜亂，其實用性受到限制。 角接觸陶瓷球軸承 液體動靜壓軸承 角觸摸球軸承是精細數(shù)控機床常用的主軸支承。因為滾球高速工作時會發(fā)生宏大的離心力和陀螺力矩。其所形成的動載兩常常超越機床的切削負荷.為了降低傳統(tǒng)鋼質(zhì)球的離心力和陀螺力矩.選用陶瓷球和鋼質(zhì)套圈混合軸承成為一種選擇。最常用的陶瓷球資料是Si3N., SijN.肉瓷具有密度小、熱膨脹系數(shù)小、彈性模量大和硬度高級長處。用它作為高速主軸軸承的翻滾元件.可大大削減滾球的離心力和陀螺力矩，從而使軸承取得高速度、低沮升和長壽命的功能。除棍合軸承外，日前國內(nèi)已開端在高速梢密主軸上試臉選用全肉瓷球軸承，其內(nèi)外套圈、保持架和陶瓷球選用的資料有ZrO2. Si3N,. A2烏和聚四氛乙烯等。陶瓷球的等靜壓成jr和燒結(jié)是確保陶瓷球強度的基勸，球的加工精度靠加工和檢側(cè)來確保。當前國內(nèi)滾球的加工精度可達G5級以上。關(guān)于全陶瓷球軸承，除陶瓷球外，陶瓷表里圈的梢密加工也是要害，需求描繪專門的工裝固定表里圈坯件才干完成精密加工，表里溝道的加工精度的一致性也要靠恰當?shù)墓ぱb和工序來確保。 雖然當前高速加工中心精密電主軸的支承絕大部分為角觸摸陶瓷球軸承.但由于在極限轉(zhuǎn)速和大負載工況下滾動軸承的功用損失很快，液體動態(tài)壓軸承的研討一向為國表里電主軸公司及教授所注重。動態(tài)壓軸承作為電主軸軸承的首要技能難點是完成高速化.對其要害技能的研討首要有:動態(tài)壓軸承的層流、紊流流體慣性的核算算法研討;動態(tài)壓軸承層油腔布局的研討;軸承沮升及熱變形操控技能的研究及光滑介質(zhì)的研討等。
加工中心高速精密電主軸描繪方針需求主軸剛度高、梢度高、抗振性好、可靠性高。傳統(tǒng)的動力學剖析常常將軸承剛度用假設(shè)的繃簧替代，使用有限元或傳遞矩陣法等數(shù)值核算辦法核算主軸的各階固有頻率和振型，并在描繪時使主軸的一階固有頻率高于描繪的主軸最高轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的頻率。該辦法還能解說跟著主軸速度升高，球軸承離心力改變致使主軸固有頻率改變等動力學表象。但該辦法對球軸承剛度的非線性改變特色沒有充分思考。 依據(jù)電主軸的實踐工作特色，有必要將“軸承—主軸—電動機—軸承座’作為一個體系進行動力學剖析，一起充分思考支承剛度非線性、主軸熱擴敬及熱變形等熱態(tài)功能對主軸動態(tài)功能的影響，并對整個電主軸進行動態(tài)優(yōu)化描繪，而軸承體系的動力學仿真是根底。1971-1982年，”MTI公司的Gupta等研討人員比擬體系地提出了模擬任愈工作條件下翻滾軸承功能的動力學剖析模型。1994年，Nailing公司選用在并行核算機上解微分方程組的辦法進行了軸承動態(tài)仿真研討。1997年NSK公司開發(fā)了翻滾軸承剖析軟件BRAIN ;同年，國內(nèi)科研人員依據(jù)熱路網(wǎng)絡(luò)暖流最平衡原理，選用暖流網(wǎng)絡(luò)交換法對軸承體系的沮度場進行了核算機仿真;洛陽軸承研討所開發(fā)了軸承體系沮度場的剖析軟件，并對根本的軸承傳熱模V和輻射模V做了剖析。