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加工中心操作基础教程 [复制链接]

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发表于 2007-5-6 14:58:52 |显示全部楼层
第一课 数控技术基础

第 1 章
数控技术基础数字控制机床( Nuinerically Controllcd Maclline Tool )简称数控机床,随电子技术的发展,数控机床采用了计算机数控( Computerized Nuinerically Control )系统,因此也称为计算机数控机床或 CNC 机床。

1.1
数控机床的系统组成及其功能

1.1.1
数控加工的过程

利用数控机床完成零件数控加工的过程如图
l-1
所示.主要内容包括如下


根据零件加工图样进行工艺分析,确定加
l
方案、工艺参数和位移数据,



用规定的程序代码和格式编写零件加上程序单:或用自动编程软件,进行
CAD/CAM
工作,直接生成零件的加工程序文件。


程序的输人或传输。由手工编写的程序,可以通过数控机床的操作,面板输入;由编程软件生成的程序,通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单儿(
MCU
)。


将输人/传输到数控单元的加
1
程序,进行试运行、刀具路径模拟等.


通过对机床的正确操作,运行程序,完成零件的加工。
  


1.1.2
数控机床的组成及其功能


数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成,如图
1-2
所示。




控制介质
控制介质又称信息载体,是人与数控机床之间联系的中间媒介物质,反映了数控加工中全部信息。


数控系统
数控系统是机床实现自动加工的核心,是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人/输出接口等组成。主控制系统主要由
CPU
、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量,以及温度、压力、流量等物理量.其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序,通过译码、编译等处理后,进行相应的刀具轨迹插补运算,并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较,从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器
PI
尤来完成,它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调,按各检测信号进行逻辑判别,从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。


伺服系统
伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节.主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成.伺服电动机是系统的执行元件,驱动控制系统则是伺服电动机的动力源.数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令,再经过驱动系统的功率放大后,驱动电动机运转,通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。


强电控制柜
强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件,除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源,以及各种短路、过载、欠压等电气保护外,主要在
PLC
的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用,控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外.它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成.它与一般普通机床的电气类似,但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性,要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均必须并接
RC
阻容吸收器;对各种检测信号的输人均要求用屏蔽电缆连接。


辅助装置
辅助装置主要包括自动换刀装置
ATC ( Automatlc Tool Changer
)、自动交换工作台机构
APc ( Automatic Pallet changer
)、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。


机床本体
数控机床的本体指其机械结构实体.它与传统的普通机床相比较,同样由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成,但数控机床的整休布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点,归纳起来包括以下几个方面的变化。
①采用高性能主传动及主轴部件。其有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。
②进给传动采用高效传动件。具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点,一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。
③具有完善的刀具自动交换和管理系统。
④在加工中心上一般具有工件自动交换、工件夹紧和放松机构.
⑤机床本身具有很高的动、静刚度。
⑥采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工,为了操作安全等,一般采用移动门结构的全封闭罩壳,对机床的加工部件进行全封闭。

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第二课 数控技术常用术语


第二课 数控技术常用术语
1 , 5 数控技术常用术语



为了方便读者阅读相关数控资料和国外数控产品的相关手册,在此选择了常用的数控词汇及其英语对应单词,所选用的数控术语主要参考国际标准ISO 2806和中华人民共和国国家标准GB 8129—1987 以及近年新出现的一些数控词汇。

1)计算机数值控制 (Computerized Numerical Control, CNC) 用计算机控制加工功能,实现数值控制。

2)轴(Axis)机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。

3)机床坐标系( Machine Coordinate Systern )固定于机床上,以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。

4)机床坐标原点( Machine Coordinate Origin )机床坐标系的原点。

5)工件坐标系( Workpiece Coordinate System )固定于工件上的笛卡尔坐标系。

6)工件坐标原点( Wrok-piexe Coordinate Origin)工件坐标系原点。

7)机床零点( Machine zero )由机床制造商规定的机床原点。

8)参考位置( Reference Position )机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点,它可以用机床坐标原点为参考基准。

9)绝对尺寸(Absolute Dimension)/绝对坐标值(Absolute Coordinates)距一坐标系原点的直线距离或角度。

10)增量尺寸( Incremental Dimension ) /增量坐标值(Incremental Coordinates)在一序列点的增量中,各点距前一点的距离或角度值。

11)最小输人增量(Least Input Increment) 在加工程序中可以输人的最小增量单位。

12)命令增量(Least command Increment)从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。

13)插补 (InterPolation)在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数(例如:直线,圆弧或高阶函数)确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。

14)直线插补(Llne Interpolation)这是一种插补方式,在此方式中,两点间的插补沿着直线的点群来逼近,沿此直线控制刀具的运动。

15)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。

16)顺时针圆弧(Clockwise Arc)刀具参考点围绕轨迹中心,按负角度方向旋转所形成的轨迹.方向旋转所形成的轨迹.

17)逆时针圆弧(Counterclockwise Arc)刀具参考点围绕轨迹中心,按正角度方向旋转所形成的轨迹。

18)手工零件编程(Manual Part Prograrnmiog)手工进行零件加工程序的编制。

19)计算机零件编程(Cornputer Part prograrnrnlng)用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。

20)绝对编程(Absolute Prograrnming)用表示绝对尺寸的控制字进行编程。

21)增量编程(Increment programming)用表示增量尺寸的控制字进行编程。22、

22)宇符(Character)用于表示一组织或控制数据的一组元素符号。

23)控制字符(Control Character)出现于特定的信息文本中,表示某一控制功能的字符。

24)地址(Address)一个控制字开始的字符或一组字符,用以辨认其后的数据。
25)程序段格式(Block Format)字、字符和数据在一个程序段中的安排。

26)指令码(Instruction Code) /机器码(Machine Code)计算机指令代码,机器语言,用来表示指令集中的指令的代码。

27)程序号(Program Number)以号码识别加工程序时,在每一程序的前端指定的编号

28)程序名(Prograo Name)以名称识别加工程序时,为每一程序指定的名称。

29)指令方式(Command Mode)指令的工作方式。

30)程序段(Block)程序中为了实现某种操作的一组指令的集合.

31)零件程序(P art Program)在自动加工中,为了使自动操作有效按某种语言或某种格式书写的顺序指令集。零件程序是写在输人介质上的加工程序,也可以是为计算机准备的输人,经处理后得到加工程序。

32)加工程序(Machine Program)在自动加工控制系统中,按自动控制语言和格式书写的顺序指令集。这些指令记录在适当的输人介质上,完全能实现直接的操作。

33)程序结束(End of Program)指出工件加工结束的辅助功能

34)数据结束(End of Data)程序段的所有命令执行完后,使主轴功能和其他功能(例如冷却功能)均被删除的辅助功能。

35)程序暂停(Progrom Stop)程序段的所有命令执行完后,删除主轴功能和其他功能,并终止其后的数据处理的辅助功能.

36)准备功能(Preparatory Functton)使机床或控制系统建立加工功能方式的命令.

37)辅助功能(MiscellaneouS Function)控制机床或系统的开关功能的一种命令。

38)刀具功能(Tool Funetion)依据相应的格式规范,识别或调人刀具。

39)进给功能(Feed Function)定义进给速度技术规范的命令。

40)主轴速度功能(Spindle Speed Function)定义主轴速度技术规范的命令。

41)进给保持(Feed Hold)在加工程序执行期问,暂时中断进给的功能。

42)刀具轨迹(Tool Path)切削刀具上规定点所走过的轨迹。

43)零点偏置(Zero Offset)数控系统的一种特征.它容许数控测量系统的原点在指定范围内相对于机床零点移动,但其永久零点则存在数控系统中。

44)刀具偏置(Tool Offset)在一个加工程序的全部或指定部分,施加于机床坐标轴上的相对位移.该轴的位移方向由偏置值的正负来确定.

45)刀具长度偏置(Tool Length Offset)在刀具长度方向卜的偏晋

46)刀具半径偏置(Tool Radlus OffseO)刀具在两个坐标方向的刀具偏置。

47)刀具半径补偿(Cutter Compensation)垂直于刀具轨迹的位移,用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异

48)刀具轨迹进给速度(Tool Path Feedrate)刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度,其单位通常用每分钟或每转的移动量来表示。

49)固定循环(Fixed Cycle , Canned Cycle)预先设定的一些操作命令,根据这些操作命令使机床坐标袖运动,主袖工作,从而完成固定的加工动作。例如,钻孔、铿削、攻丝以及这些加工的复合动作。

50)子程序(Subprogram)加工程序的一部分,子程序可由适当的加工控制命令调用而生效

51)工序单(Planning sheet)在编制零件的加工工序前为其准备的零件加工过程表。

52)执行程序(Executlve Program)在 CNC 系统中,建立运行能力的指令集合

53)倍率(Override)使操作者在加工期间能够修改速度的编程值(例如,进给率、主轴转速等)的手工控制功能。

54)伺服机构(Servo-Mwchanisnt)这是一种伺服系统,其中被控量为机械位置或机械位置对时间的导数.

55)误差(Error)计算值、观察值或实际值与真值、给定值或理论值之差

56)分辨率(Resolution)两个相邻的离散量之间可以分辨的最小间隔.

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第三课 加工中心的特点


第 2 章

加工中心的结构



2.1 加工中心的特点



加工中心(Machining Center)是典型的集高新技术于一体的机械加工设备,它的发展代表了一个国家设计、制造的水平,因此在国内外企业界都受到高度重视。如今,加工中心已成为现代机床发展的主流方向,加工广泛应用于机械制造中。与普通数控机床相比,它具有以下几个突出特点。

(l)工序集中

加工中心备有刀库并能自动更换刀具,对工件进行多工序加工,使得工件在一次装夹后,数控系统能控制机床按不同工序,自动选择和更换刀具,自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹,以及其他辅助功能,现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工,即工序集中.这是加工中心最突出的特点.

(2)对加工对象的适应性强

加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上.而且可以快速实现批量生产,提高市场竞争能力.

(3)加工精度高

加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点,而且加工中心由于加工工序集中,避免了长工艺流程,减少了人为千扰,故加工精度更高,加工质量更加稳定。

(4)加工生产率高

零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。加工中心带有刀库和自动换刀装置,在一台机床上能集中完成多种工序,因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间,减少工件半成品的周转、搬运和存放时间,使机床的切削利用率(切削时间和开动时间之比)

高于普通机床3~4倍。,达80%以上。

(5)操作者的劳动强度减轻

加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的,操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外,不需要进行繁重的重复性手工操作,劳动强度和紧张程度均可大为减轻,劳动条件也得到很大的改善。

(6)经济效益高

使用加工中心加工零件时,分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的,但在单件、小批生产的情况下,可以节省许多其他方面的费用,因此能获得良好的经济效益.例如,在加工之前节省了划线工时,在零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间,减少了直接生产费用。另外,由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具,省去了许多工艺装备,减少了硬件投资.还由于加工中心的加工稳定,减少了废品率,使生产成本进一步下降。

(7)有利于生产管理的现代化

用加工中心加工零件,能够准确地计算零件的加工工时,并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于使生产管理现代化.当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块,实现了计算机辅助生产管理。加工中心的工序集巾加工方式固然有其独特的优点,但也带来不少问题,列举如下。

① 粗加工后直接进人精加工阶段,工件的温升来不及回复,冷却后尺寸变动,影响零件精度。

② 工件由毛坯直接加工为成品,一次装夹中金属切除量大、几何形状变化大,没有释放应力的过程,加工完了一段时间后内应力释放,使工件变形。

③ 切削不断屑,切屑的堆积、缠绕等会影响加工的顺利进行及零件表面质量,甚至使刀具损坏、工件报废。

④ 装夹零件的夹具必须满足既能承受粗加工中大的切削力,又能在精加工中准确定位的要求,而且零件夹紧变形要小。

⑤ 由于 ATC 的应用,使工件尺寸受到一定的限制,钻孔深度、刀具长度、刀具直径及刀具质量也要加以考虑。

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第四课 加工中心的分类


第七课 加工中心的分类


2.2
加工中心的分类

1
)加工中心的型号
目前我国机床型号的编制方法是按
JB 1838

1976
标准,加工中心的型号编制方法,根据通用或专用机床型号的编制方法套用。
加工中心型号示例:


机床的类别用汉语拼音字母表示,
”T”
表示惶床类等.特性代号在类别代号之后也用汉语拼音字母予以表示,加工中心特胜代号一般为
H
(自动换刀):组、型别代号用阿拉伯数字组成,位于类别代号或特性代号之后,第一位数字表示组别,第二位数字表示型别;机床主要参数用系数表示,加工中心用两位数字表示工作台宽度的
1/10
.机床重大改型的顺序号,在原机床型号后用
A

B

C

D
等英文字母表示。

2
)加工中心的类型
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
2

1
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,它一般具有二个直线运动坐标轴,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。


立式加工中心装卡方便,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.
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
22
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,工件在一次装卡后,完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工,它最适合加上箱体类零件。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.价格较高。

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
2-3
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

4
)五轴加
T
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
2

4
所示。五轴加工中心,工件一次安装后能完成除安装面以外的其余五个面的加工。常见的五轴加工中心有两种形式:一种是主轴可以旋转
900
,对工件进行立式和卧式加工;另一种是主轴不改变方向,而由工作台带着工件旋转
900
。,完成对工件五个表面的加工。
5
)虚轴加工中心
如图
2

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,完成对工件复杂曲面的加工。

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第五课 加工中心的构成


2.3
加工中心的结构

2.3.1
加工中心的构成


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。


基础部件
由床身、立柱和工作台等大件组成,它们是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件,也有焊接的钢结构件,它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载,因此必须具备更高的静动刚度,也是加工中心中质量和体积最大的部件。


主轴部件
由主轴箱、主袖电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制,并通过装在主轴上的刀具进行切削。主轴部件是切削加工的功率输出部件,是加工中心的关键部件,其结构的好坏,对加工中心的性能有很大的影响。


数控系统

CNC
装置、可编程序控制器、伺眼驱动装置以及电动机等部分组成.是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心.


自动换刀装置


ATC

加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力,有一套自动换刀装置。
加工中心的结构如图
2

6
所示。

2.3.2
加工中心对结构的要求




具备更高的静动刚度
加工中心价格昂贵,其加工费用比传统机床要高得多,这就要求必须采取措施大幅度地压缩单件加工时间。压缩单件加工时间包括两个方面:一方面是新型刀具材料的发展,使切削速度成倍地提高,大大缩短了切削时回;另一方面,采用自动换刀系统,加快装夹变换等操作,这又大大减少了辅助时间。这些措施大幅度地提高了生产率,获得了好的经济效益,然而,也明显地增加了机床的负载及运转时间。另外,机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等部件的结构刚度将影响它们本身的几何精度及因变形所产生的误差.所有这些因素都要求数控机床具有更高的静刚度。
切削过程中的振动不仅直接影响零件的加工精度和表面质量,还会降低刀具寿命,影响生产率。而加工中.心又是连续作业,不可能在加工中作人为调整(如改变切削用量或改变刀具的几何角度)来消除或减少振动,因此,还必须提高加工中心的动刚度。
在设计加工中心结构时,考虑到这些因素,其基础大件通常采用封闭箱形结构,合理地布且加强筋板以及加强各部件的接触刚度,有效地提高了机床的静刚度。另外,调整构件的质盘可能改变系统的自振频率,增加阻尼可以改善机床的阻尼特性.是提高机床动刚度的有效措施.


有更小的热变形
加工中心在加工中受切削热、摩擦热等内外热源的影响,各部件将发生不同程度的热变形,这将影响工件的加工精度。由于加工中心的主轴转速、进给速度及切削量等都大于传统机床,而且工艺过程自动化,常常是连续加工,因而产生的热里也多于传统机床,这就要求必须采取措施减少热变形对加工精度的影响。主要措施有:对发热源采取有效的液冷、风冷等方法来控制温升;改善机床结构,使构件的热变形发生在非误差敏感方向上。例如卧式加工中心的立柱采用框式双立柱结构.左右对称,热变形对主轴轴线产生垂直方向的平移,它可以由坐标修正量进行补偿,减少发热,尽可能将热源从主机中分离出去。


运动件间的摩擦小并消除传动系统间隙
加工中心工作台的位移最以脉冲当童作为它的最小单位,在对刀、工件找正等情况下,工作台常以极低的速度运动。这就要求工作台能对数控装置发出的指令作出准确响应,它与运动件的摩擦特性有关。加工中心采用滚动导轨和静压导轨,滚动导轨和加压导轨的静摩擦力较小,并且在润滑油的作用下,它们的摩擦力随运动速度的提高而加大,这就有效地避免了低速爬行现象,从而使加工中心的运动平稳性和定位精度都有所提高。进给系统中采用滚珠丝杠代替滑动丝杠,也是基于同样的道理.另外,采用脉冲补偿装置进行螺距补偿,消除了进给传动系统的间隙,也有的机床采用无间隙传动副。


寿命高、精度保持性好
良好的润滑系统保证了加工中心的寿命,导轨、进给丝杠及主轴部件都采用新型的耐磨材料.使加工中心在长期使用过程中能够保持良好的精度.


宜人性
加工中心采用多主轴、多刀架及自动换刀装置,一次装央完成名工序的加工,节省了大量装卡换刀时间。由于不需要人工操作,故采用了封闭或半封闭式加工,使人机界面明快、干净、协调。机床各部分的互镇能力强,可防止事故发生,改善了操作者的观察、操作和维护条件,并设有紧急停车装置,以避免发生惫外事故.所有操作都集中在一个操作面板上,一目了然,减少了误操作。

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第六课 加工中心的主轴部件


2.4 加工中心的主轴部件



2.4.1 主轴部件精度



加工中心主轴部件由主轴动力、传动及主轴组件组成,它是加工中心成型运动的重要执行部件之一,因此要求加工中心的主轴部件具有高的运转精度、长久的精度保持性以及长时 fdl 运行的精度稳定性。

加工中心通常作为精密机床使用,主轴部件的运转精度决定了机床加工精度的高低.考核机床的运转精度一般有动态检验和静态检验两种方法。静态检验是指在低速或手动转动主轴情况下,检验主轴部件各个定位面及工作表面的跳动量.动态检验则需使用一定的仪器在机床主轴额定转速下.采用非接触的检测方法检验主轴的回转精度。由于加工中心通常具有自动换刀功能,刀具通过专用刀柄由安装在加工中心主轴内部的拉紧机构紧固.因此主轴的回转精度要考虑由于刀柄定位面的加工误差所引起的误差。

加工中心主轴轴承通常使用C级轴承,在二支承主轴部件中多采用4-1、2-2组合使用,即前支承和后支承分别用四个向心推力轴承和一个向心球轴承,或前、后支承都使用两个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系.对于轻型高精度加工中心,也有前、后支承各使用一个向心推力轴承组成主轴部件的支承体系,该种结构适宜高精度、高速主轴部件的场合.简单的主轴轴承组合,可以大大降低主轴部件的装配误差和热传导引起的主轴隙丧失,但主轴的承载能力会有较大幅度的下降.



2.4.2 主轴部件结构



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

⑴ 主轴

主轴前端有7:24的锥孔.用于装夹BT40刀柄或刀杆.主轴端面有一瑞面键.既可通过它传递刀具的扭矩,又可用于刀具的周向定位.主轴的主要尺寸参数包括:主轴的直径、内孔直径、悬伸长度和支承跨距。评价和考虑主轴主要尺寸参数的依据是主轴的刚度、结构


上艺性和主轴组件的工艺适用范围.主轴材料的选择主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素确定。主轴材料常采用的有 45 钢、 Gcr15 等,需经渗氮和感应加热悴火.

加下中心的主轴支承形式很多.其中立式加工中心的主轴前支承采用四个向心推力球轴承,后支承采用一个向.心球轴承,这种支承结构使主轴的承载能力较高.且能适应高速的要求.主轴支承前端定位,主轴受热向后伸长,能较好地满足精度需要.只是支承结构较为复杂。

⑵ 刀具自动卡紧机构

加工中心可以白动换刀,所以,主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具的功能。刀具的自动夹紧机构安装在主轴的内部,图2一7所示为刀具的夹紧状态.刀柄1由主轴抓刀爪2 央持,碟形弹簧5通过拉杆4、抓刀爪 2 ,在内套 3 的作用下将刀栖的拉钉拉紧,当换刀时,要求松开刀柄.此时将主轴上端气缸的上腔通压缩空气,活塞7带动压杆8及拉4向下移动.同时压缩碟形弹簧5,当拉杆4下移到使抓刀爪2的下端移出内套3时.卡爪张开.同时拉杆4将刀柄顶松,刀其即可由机械手或刀库拔出。待新刀装入后,气缸6的下腔通压缩空气.在碟形弹簧的作用下.活塞带动抓刀爪上移.抓刀爪拉杆贯新进人内套3 ,将刀柄拉紧。活塞7移动的两个极限位置分别设有行程开关10,作为刀具夹紧和松开的信号.

刀杆尾部的拉紧机构,除上述的卡爪式外,常见的还有钢球拉紧机构,其内部结构如图2一8所示。

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第七课 加工中心的伺服与进给系统

2.5 加工中心的伺服与进给系统



2.5.1 主轴伺服系统



随着数控技术的发展,现代数控机床对主传动提出了越来越高的要求。如要求很宽的范围内转速连续可调,恒功率的范围要宽,要有四象限的驱动能力。为满足加工中心自动换刀以及某些加工工艺的需要,要求主轴具有高精度的准停控制等。主轴驱动变速目前主要采用两种形式一是主轴电动机带齿轮分段无级变速;二是主轴电动机通过同步齿形带或皮带驱动主轴,该类主轴电动机又称宽域电动机或强切削电动机,具有恒功率宽的特点。主轴的准停控制分机械准停与电气准停,目前国内外中高档数控系统均采用电气准停控制。

⑴ 直流主轴驱动系统

直流主轴驱动多采用晶闸管调速方式,直流进给伺服系统是由速度环和电流环构成的双环控制系统来控制直流主轴电动机的电枢电压,主轴电动机采用他励式电动机,励磁绕组与电枢绕组相互独立。电动机转速从最小值到额定值,保持励磁电流不变,实现调压调速,属于恒转矩控制;从额定值到最大值,励磁电流减小,实现调磁调速,属恒功率控制

⑵ 交流主轴驱动系统

随着交流调速技术的发展,目前数控机床的主轴驱动多采用主轴电动机配变频器的控制方式。电网端逆变器由六只晶闸管组成的三相桥式全控整流电路组成,该电路可工作在整流状态,向中间电路直接供电,也可工作在逆变状态,完成能量反馈电网的任务负载端逆变器由带反并联续流二极管的六只功率晶体管组成。通过磁场计算机的控制,负载端逆变器输出三相正弦脉宽调制(PWM)电压,使电动机获得所需的转矩电流和励磁电流。输出的三相 PwM 电压幅值范围为。0~430v ,频率调节范围。0~300Hz 。在反馈制动时,电动机能量通过变流器的六只续流二极管向电容器充电,当电容器上的电压超过600V时,通过控制调节器和电网端逆变器把电容器上的能量返回电网。



2.5.2 进给伺服系统



⑴ 脉宽调制方式进给伺服系统

脉宽调制方式(PWM)调速是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制。将速度控制信号转换成一定频率的方波电压,加到直流伺服电动机的电枢两端,通过方波宽度的控制,改变电枢两端的平均电压,达到控制伺服电动机转速的目的。

数控系统的 CPU 发出信号经插补器输出一系列脉冲信号,这些脉冲经过指令倍率器 CMR后,与位置反馈脉冲相比较所得的差值,送到误差寄存器,然后与位置增益和偏移量补偿运算后送PWM进行脉宽调制,随后经D/A转换或模拟电压,作为速度控制信号VCMD送到速度控制单元。脉冲编码器发出的脉冲经断线检查器确认无信号断线后,送到鉴相器,对两组脉冲PA、PB进行鉴相,确定电动机的旋转方向。从鉴相器出来的一路信号经F/V变换,作为速度反馈信号TSA;另一路输出经检测倍频器DMR,作为位置反馈信号。参考点计数器及一转信号PC用于栅格法回参考点的操作。

⑵ 交流进给驱动伺服系统

直流进给伺服系统虽有优良的调速功能,但由于所用电动机有电刷和换向器,易磨损,且换向器换向时会产生火花,从而使电动机的最高转速受到限制。另外,直流电动机结构复杂,制造困难,所用铜铁材料消耗大,制造成本高,而交流电动机却没有这些缺点。近 20 年来,随着新型大功率电力器件的出现,新型变频技术、现代控制理论以及微型计算机数字控制技术等在实际应用中取得了突破胜的进展,促进了交流进给伺服技术的飞速发展,交流进给伺服系统已全面取代了直流进给伺服系统。由于交流伺服电动机采用交流永磁式同步电动机,因此,交流进给驱动装置从本质上说是一个电子换向的直流电动机驱动装置。

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第八课 加工中心的其他装置


2.6  加工中心的其他装置

2.6.1 支撑系统
⑴ 床身
床身是机床的基础件,要求具有足够高的静、动刚度和精度保持性。在满足总体设计要求的前提下,应尽可能做到既要结构合理、筋板布置恰当,又要保证良好的冷、热加工工艺性。
车削加工中心床身,为提高其刚性,一般采用斜床身,斜床身可以改善切削加工时的受力情况,截面可以形成封闭的腔形结构,其内部可以充填泥芯和混凝土等阻尼材料,在振动时利用相对磨损来耗散振动能量。
⑵ 立柱
加工中心立柱主要是对主轴箱起到支承作用,满足主轴的 Z 向运动,立柱应具有较好的刚性和热稳定性。加工中心采用封闭的箱形结构,内部采用斜板提高立柱的抗弯、抗扭能力,整个结构采用铸造实现。
⑶ 导轨
加工中心的导轨大都采用直线滚动导轨,滚动导轨摩擦系数很低、动静摩擦系数差别小,低速运动平稳、无爬行,因此可以获得较高的定位精度。但是这些精度的实现,必须建立在底座处于正确状态的基础上,否则垂直方向的支撑高低误差会造成结构侧向扭曲.进而造成全行程内摩擦阻力的变化.导致产生定位精度的误差。以往采用滑动导轨时,导轨的配合面要刮研精修,在装配过程中可发现导轨扭曲现象,并通过修配实现校正。改用滚动导轨,不存在修正过程,很难避免床身扭曲或安装所造成的轨道扭曲.因此采用三点支撑的底座是治木之道。
2.6.2 刀库及自动换刀装置
加工中心利用刀库实现换刀,这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,并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素.
刀库换刀,按照换刀过程有无机械手参与,分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况在有机械手换刀的过程中,使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出,与此同时,另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出,然后两者交换位置.完成换刀过程.无机械手换刀时,刀库中刀具存放方向与主轴平行,刀具放在主轴可到达位置换刀时,主轴箱移到刀库换刀位置上方,利用主轴Z向运动将加工用毕刀具插人刀库中要求的空位处,然后刀库中待换刀具转到待命位置.主轴 Z 向运动将待用刀具从刀库中取出,并将刀具插人主轴。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。无机械手方式结构简单.只是换刀时间要长.
⑴ 加工中心刀库形式
刀库有多种形式,加工中心常用的有盘式、链式两种刀库。
盘式结构〔见图2-9)中,刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放,刀具轴向安装的结构最为紧凑.但为了换刀时刀具与主轴同向,有的刀库中的刀具需在换刀位置作 900 翻转。在刀库容量较大时,为在存取方便的同时保持结构紧凑,可采取弹仓式结构,目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时,也有安装在单独的地基上,以隔离刀库转动造成的振动,

链式刀库的基本结构如图2一10所示,通常刀具容量比盘式的要大,结构也比较灵活.可以采用加长链带方式加大刀库的容量,也可采用链带折叠回绕的力式提高空间利用率,在要求刀具容量很大时还可以采用多条链带结构。


⑵ 加工中心的自动换刀装置
自动换刀装置可分为五种基本形式,即转塔式、 1800 回转式、回转插人式、二轴转动式和主轴直接式。自动换刀的刀具可靠固紧在专用刀夹内,每次换刀时将刀夹直接装人主轴。
1)  转塔式换刀装置
用转塔实现换刀是最早的自动换刀方式。如图2一11所示,转塔是由若干与铣床动力头(主轴箱)相连接的主轴组成.在运行程序之前将刀具分别装人主轴,需要哪把刀具时,转塔就转到相应的位置。
这种装置的缺点是主轴的数量受到限制。要使用数量多于主轴数的刀具时,操作者必须卸下已用过的刀具,并装上后续程序所需要的刀具。转塔式换刀并不是拆卸刀具,而是将刀具和刀夹一起换下,所以这种换刀方式很快。目前NC钻床等还在使用转塔式刀库。
2)1800回转式换刀装置
最简单的换刀装置是1800回转式换刀装置,如图2一12所示。接到换刀指令后,机床控制系统便将主轴控制到指定换刀位置;与此同时,刀具库运动到适当位置,换刀装置回转并同时与主轴、刀具库的刀具相配合;拉杆从主轴刀具上卸掉,换刀装置将刀具从各自的位置上取下;换刀装置回转

1800并将主轴刀具与刀具库刀具带走;换刀装置回转的同时,刀具库重新调整其位置,以接受从主轴取下的刀具;接下来,换刀装置将要换上的刀具与卸下的刀具分别装人主轴和刀具库;最后,换刀装置转回原“待命”位置。至此,换刀完成,程序继续运行。这种换刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少、换刀快。主要缺点是刀具必须存放在与主轴平行的平面内,与侧置后置刀具库相比,切屑及切削液易进人刀夹,因此必须对刀具另加防护。刀夹锥面上有切屑会造成换刀误差,甚至有损坏刀夹与主轴的可能。有些加工中心使用了传递杆,并将刀具库侧置。当换刀指令被调用时,传递杆将刀具库的刀具取下,转到机床前方,并定位于与换刀装置配合的位置。1800回转式换刀装置既可用于卧式机床,也可用于立式机床。
1)  回转插人式换刀装置
回转插人式换刀装置(最常用的形式之一),是回转式换刀装置的改进形式。回转插人机构是换刀装置与传递杆的组合。图 213 为回转插人式换刀装置的工作原理,其应用在卧式加工中心上。这种换刀装置的结构设计与1800回转式换刀装置基本相同。

当接到换刀指令时,主轴移至换刀点,刀具库转到适当位置,使换刀装置从其槽内取出欲换上的刀具;换刀装置转动并从位于机床一侧的刀具库中取出刀具,换刀装置回转至机床的前方,在该位置将主轴上的刀具取下,回转1800将欲换上的刀具装人主轴;与此同时,刀具库移至适当位置以接受从主轴取下的刀具;换刀装置转到机床的一侧,并将从主轴取下的刀具放入刀具库的槽内。
这种装置的主要优点是刀具存放在机床的一侧,避免了切屑造成主轴或刀夹损坏的可能性。与 1800 回转式换刀装置相比,其缺点是换刀过程中的动作多,换刀所用的时间长。
1)  二轴转动式换刀装置
图2一14所示是二轴转动式换刀装置的工作原理。这种换刀装置可用于侧置或后置式刀具库,其结构特点最适用于立式加工中心。

接到换刀指令,换刀机构从“等待”位置开始运动,夹紧主轴上的刀具并将其取下,转至刀具库,并将刀具放回刀具库;从刀具库中取出欲换上的刀具,转向主轴,并将刀具装人主轴;然后返回“等待”位置,换刀完成。
这种装置的主要优点是刀具库位于机床一侧或后方,能最大限度地保护刀具。其缺点是刀具的传递次数及运动较多。这种装置在立式加工中心中的应用已逐渐被 1800 回转式和主轴直接式换刀装置所取代。
1)  主轴直接式换刀装置
主轴直接式换刀装置不同于其他形式的换刀装置。这种装置中,要么刀具库直接移到主轴位置,要么主轴直接移至刀具库。图2一15为主轴直接式

换刀装置在卧式加工中心中的应用。换刀时,主轴移动到换刀位置,圆盘式刀具库转至所需刀槽的位置,将刀具从“等待”位置移出至换刀位置,并与装在主轴内的刀夹配合;拉杆从刀夹中退出,刀具库前移,卸下刀具;然后刀具库转到所需刀具对准主轴的位置,向后运动,将刀具插入主轴并固紧;最后,刀具库离开主轴向上移动,回到“等待”位置,换刀完成。

对于立式加工中心,小型的一般是刀库移动实现换刀;一些大型床,换刀过程与上述有所不同,由于大型机床的刀具库太大,移动不方便,所以是主轴移动实现卸、装刀具,或使用机械手实现换刀。图2一16所示为机械手臂和手爪的结构,图217为机械手换刀的工作过程。


2.6.3 位置检测装置
⑴ 光栅
光栅的结构 光栅测量装置包括光标尺和光电读数装置两部分。光标尺是一条上面刻有一系列平行等间距密集刻线的透明玻璃片,或是带有全反射等间距密集刻线的长条形金属镜面。前者称为透射式光栅,后者称为反射式光栅。在数控系统中用得比较多的是透射式光栅。常用透射光栅的光标尺的刻线密度有25条/mm,50条/mm,100条/mm和250条/mm等4种。光标尺实际上是一根有着很密刻线的尺子,每根刻线的间隔代表一个准确的微小尺寸。光电读数装置由光源、聚光镜、指示光栅和光电池组成,如图2一18所示。
光栅的读数理论上,用光栅测量位移时,只要数出测量对象上某一个确定点相对于光栅移过的刻线即可。实际上,由于刻线过密,直接对刻线计数很困难,因而目前利用光栅的莫尔条纹或相位干涉条纹进行计数。
图2一19所示为莫尔条纹光栅,此时指示光栅的刻线与光标尺的刻线完全一样,是等距的。安装时光标尺的刻线与指示光栅的刻线有一夹角(图中的θ) ,这样在光标尺的横向方向就产生黑白相间的莫尔干涉条纹。莫尔条

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当指示光栅相对于光标尺移动时,莫尔条纹沿其垂直方向上、下移动。移过的莫尔条纹数等于移过的光栅的刻线数。沿着莫尔条纹的移动方向放置四杜光电池,其间距为莫尔条纹的1/4,这样就可产生相位差为90。的四个信号。通过细分和辨向电路将这些信号进行处理.即可检测位移量及运动方向。
图2一20所示是反射式相位干涉条纹。主光栅与指示光栅的刻线宽度札同,但刻线的距离不相等。若以主光栅的刻线为基准,指示光栅的四条刻结依次错开00、900、1800、2700,光电池为水平方向排列,当指示光栅相刘于主光栅移动时,光电池各瞬间接受的光通量就不同,产生的电势相位彼此错开900。这些信号经过细分和辨向电路的处理,即可测知移动量和移动丈向。因为指示光栅的刻线是按相位排列的,故称这种光栅为相位光栅。
⑵ 磁栅的结构和工作原理
磁栅(又称磁尺)也是一种电磁监测装置。它利用磁记录原理,将一定波长的矩形波或正弦波由信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上,作为测量基准。检测时,磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号,并通过检测电路将磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输人给数控机床。
磁栅传感器由磁胜标尺、磁头和检测电路三部分组成,其结构原理如图2-21所示。磁性标尺是在不导磁材料(如玻璃、铜或其他合成材料)的基体上,采用涂敷、化学沉淀或电镀等方法覆盖上一层10~20产贝厚的磁性材料,形成一层均匀的磁性薄膜,然后采用录磁的方法在磁胜薄膜上录上等
⑵ 磁栅的结构和工作原理
磁栅(又称磁尺)也是一种电磁监测装置。它利用磁记录原理,将一定波长的矩形波或正弦波由信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上,作为测量基准。检测时,磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号,并通过检测电路将磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输人给数控机床。
磁栅传感器由磁胜标尺、磁头和检测电路三部分组成,其结构原理如图2-21所示。磁性标尺是在不导磁材料(如玻璃、铜或其他合成材料)的基体上,采用涂敷、化学沉淀或电镀等方法覆盖上一层10~20产贝厚的磁性材料,形成一层均匀的磁性薄膜,然后采用录磁的方法在磁胜薄膜上录上等
⑵ 磁栅的结构和工作原理
磁栅(又称磁尺)也是一种电磁监测装置。它利用磁记录原理,将一定波长的矩形波或正弦波由信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上,作为测量基准。检测时,磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号,并通过检测电路将磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输人给数控机床。
磁栅传感器由磁胜标尺、磁头和检测电路三部分组成,其结构原理如图2-21所示。磁性标尺是在不导磁材料(如玻璃、铜或其他合成材料)的基体上,采用涂敷、化学沉淀或电镀等方法覆盖上一层10~20产贝厚的磁性材料,形成一层均匀的磁性薄膜,然后采用录磁的方法在磁胜薄膜上录上等


⑵ 磁栅的结构和工作原理
磁栅(又称磁尺)也是一种电磁监测装置。它利用磁记录原理,将一定波长的矩形波或正弦波由信号用磁头记录在磁性标尺的磁膜上,作为测量基准。检测时,磁头将磁性标尺上的磁化信号转化为电信号,并通过检测电路将磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号输人给数控机床。
磁栅传感器由磁胜标尺、磁头和检测电路三部分组成,其结构原理如图2-21所示。磁性标尺是在不导磁材料(如玻璃、铜或其他合成材料)的基体上,采用涂敷、化学沉淀或电镀等方法覆盖上一层10~20产贝厚的磁性材料,形成一层均匀的磁性薄膜,然后采用录磁的方法在磁胜薄膜上录上等


距离的周期性的磁化信号。磁化信号的周期称为节距人,有0.05mm、0.1mm、0.2mm、1mm等几种,按磁性标尺基体形状的不同,磁性标尺可分为用于直线测量的平面实体性磁尺、带状或同轴线装标尺,用于角度位移测量的回转型磁性标尺。
磁头是进行磁一电转换的转换器,磁头将反映位置变化的磁性信号检测出来,并转换成电信号送给检测电路。
在进行位置检测时,为了在低速甚至静止时也能得到位置信号,必须采用磁通响应型磁头(又叫磁调制式磁头)。磁通响应型磁头由铁芯、励磁绕组W1、输出绕组巩组成。磁通响应型磁头的结构及其输出波形如图2-22所示。



磁通响应型磁头有两组绕组,即绕在磁路截面尺寸较小的横臂上的励磁绕组W1和绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上的输出绕组W2当对W1施加励磁电流ia=i0sinωt时,在ia的瞬时值大于某一个数值以后,横臂的铁心材料饱和,这时磁阻很大,磁路被阻断,磁性标尺的磁通不能通过磁头闭合,输出线圈W1与φ0不交链,当ia的的瞬时值小于某一个数值时,所感生的磁通也随之降低,两根横臂中的磁阻相应减小,磁路开路。输出线圈W2与φ0串联。励磁线圈的作用相当于磁开关,励磁电流在一个周期内两次过零,两次出现峰值,相应磁开关通断各两次。磁路由通到断的时间内,输出线圈中交链的磁通量由φ0降到零,磁路由断到通的时间内,输出线圈中交链的磁通量由零增加到φ0,因此输出线圈中有感生电动势E出现,并且感生电动势的频率比励磁电流高一倍,在励磁电流频率ω0 已经确定的情况下,其峰值取决于Ф0,也即取决于磁性标尺在该点的磁感应强度。因此输出线圈中输出的是一个调幅信号。磁栅的检测方法有鉴幅法和鉴相法两种,在数控机床中通常使用鉴相法。设磁栅工作丁鉴相法,将两组磁头的输出信号相加,得到磁栅总的输出,计算出调制信号θ,根据调制信号,得到对应的位移x的大小。
⑵ 光电式增量编码器
编码器是数控机床中常用的角度检测装置,常与伺服电动机或丝杠同轴安装,以检测伺服电动机或丝杠的转角。按编码器的不同读数方法,可分为绝对编码器和增量编码器两种.按其工作原理不同,可分为接触式、光电式和电磁式等几种。


图2一23是一种光电式增量编码器的结构示意。工作时,玻璃刻线盘3随被测轴一同回转,刻线盘3上均匀地刻有许多径向直线,刻线的宽度和两根刻线之间的间隔宽度基本相同,刻线是不透明的。扫描刻线板4上沿着径向有4个小的刻线区,每个小刻线区内的情况与刻线盘3相同。每个小刻线区之间错开1/2刻线宽度,即1/4刻线周期。光源1发出的光线经过柱面透镜2投射到刻线盘3上,当刻线盘3上的刻线正好转到与扫描刻线板4上的间隙相对时,光线被全部遮住,没有光线投射到光电池5上。从此位置,刻线盘再转过半个刻线周期,则刻线盘3上的刻线正好大。当刻线盘转动时,投射到光电池上的光线将产生明暗交替的变化,相应光电池的输出信号也将产生强、弱交替的变化。由于4个小刻线区顺序错开1/4刻线周期,所以4个光电池的输出信号也顺序滞后1/4周期。其变化规律与光栅输出信号相同,所以可将4个输出信号进行与光栅输出信号同样的方法进行处理。
为了得到转轴的转数,在刻线盘和扫描刻线板上再加刻一个刻线清况相同的参考标志刻线区。此刻线区可以是一根粗线,也可以是一组细线。转轴旋转一圈,它发出一个脉冲信号,可用来计数轴转过的圈数。
将上述编码器称为增量编码器是因为它的输出不能反映转轴的绝对位置,只能反映两次读数之间转轴角位移的增量。由光栅读数方法的叙述中,不难理解这种编码器的最小可分辨角度(又称测量步幅)是两个方波系列相邻的两个前沿或后沿之间所对应的角度,即 1 / 4 刻线周期。例如,刻线盘的刻线数为900。配合电子四等分电路,则其测量步幅是3600/4×900,如果刻线数再提高,细分程度再增加,则测量步幅可进一步减小。
⑷ 电式绝对编码器
光电式绝对编码器的结构与光电式增量编码器相似,所不同的是在玻璃刻线盘3(又称码盘)上的刻线不是径向直线,而是许多同心码道,如图2-24所示。码道上刻有按一定规律分布的透明区和不透明区。扫描刻线板4上没有小刻线组而是有一条径向狭缝。光电池 5 的排列与4上的狭缝平行对齐且与码道一一对应。光源发出的光经过柱面镜2聚光后投射到码盘3上,通过透明区的光线经过狭缝形成一束很窄的光束投射到光电池5上。此处所说的码盘称为光电式绝对编码盘。光电式绝对编码盘按其码制可分为二进制码、循环码、十进制码、进制码等。

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第九课 加工中心的工艺特点


第十二课 加工中心的工艺特点



第 3 章

加工巾心的加工工艺

3.1 加工中心的工艺特点

与普通机床加工相比,加工中心具有许多显著的工艺特点。

⑴ 工艺范围宽,能加工复杂曲面

与数控铣床一样,加工中心也能实现多坐标轴联动而容易实现许多普通机床难以完成或无法加工的空间曲线、曲面的加工,大大增加了机床的工艺范围。

⑵ 具有高度柔性,便于研制、开发新产品

所谓柔性即“灵活”、“可变”,是相对“刚性”而言的。过去,许多企业采用组合机床、专用机床进行高效、自动化生产,但这些组合机床、专用机床是专门针对某种零件的某道工序而设计的,适用于产品稳定的大批量生产,无法适应多品种、小批量生产。现在,即便是大批量生产的产品,品种多年一成不变的历史也已一去不复返,一旦品种发生变化,这些组合机床、专用机床基本就无法继续使用,组合机床、专用机床的应用越来越少,正在被数控设备所取代。一般的机械仿形加工机床能加工一些较复杂的零件,但产品变型后,必须重新设计和制造凸轮、靠模、样板或钻惶模等,生产准备周期较长。而加工中心当加工对象改变后,只需变换加工程序、调整刀具参数等即可进行新零件加工,生产准备周期大大缩短,给新产品的研制开发产品的改进、改型提供了捷径。同时,由于加工中心具有自动换刀功能,右加工各种不同种类的零件、各种各样的表面方面比数控铣床更有优势。

⑶ 加工精度高,表面质量好

加工的零件一致哇好,质量稳定,加工中心的脉冲当量一般为lµm,高精度的加工中心可达。1µm其运动分辨率远高于普通机床。加工中心多采用半闭环甚至全闭环的位置补偿功能,有较高的定位精度和重复定位精度,在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿,能获得较高的尺寸精度;加工中心采用插补原理确定加工轨迹,加工的零件形状精度高;在加 工中心上加工,工序高度集中,一次装夹即可加工出零件上大部分表面,精度要求高、表面质量要求好的零件宜选用加工中心加工。

另外,加工中心的整个加工过程由程序自动控制,不受操作者人为因素的影响,同时,没有凸轮、靠模等硬件,省去了制造和使用中磨损等所造成的的误差,加上机床的位置补偿功能、较高的定位精度和重复定位精度,加工出的零件尺寸一致性好。这对于批量和大量生产特别有利。

⑷ 生产率高

零件的加工时间包括机动时间和辅助时间,加工中心能有效地减少这两部分时间。加工中心刚度大、功率大,主轴转速和进给速度范围大且为无级变速,所以每道工序都可选择较大而合理的切削用量,减少了机动时间,加工中心加工时能在一次装夹中加工出很多待加工的部位,省去了通用机床加工时原有的不少中间工序(如划线、检验等)。加工中心具有自动变速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能,使辅助时间大为缩短。所以,它比普通机床的生产效率高3~4倍甚至更高,对复杂型面零件的加工,其生产效率可提高十几倍甚至几十倍。此外,加工中心加工出的零件也为后续工序(如装配等)带来了许多方便,其综合效率更高。

⑸ 减轻了工人的体力劳动强度

一般情况下,操作者只要在机床旁边观察和监督机床的运行情况,此外再做一些装卸零件及更换刀具的工作。当然,加工中心操作者的脑力劳动强度相应增大,要处理许多在普通机床加工时很少见的数学问题、数控加工程序问题、微电子问题、信息问题、自动控制技术应用问题等。

⑹ 一机多用

加工中心具备了多台普通机床的功能,可自动换刀,一次装夹后,几乎可完成全部加工部位的加工

⑺ 便于实现计算机辅助制造

计算机辅助设计与制造,(CAD/CAM)已成为航空航天、汽车、船舶及各种机械工业实现现代化的必由之路。而将用计算机辅助设计出来的产品图纸及数据变为实际产品的最有效途径,就是采取计算机辅助制造技术直接制造出零部件。加工中心等数控设备及其加工技术正是计算机辅助制造系统的基础。

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