加工中心的结构原理专题培训课件.ppt

1、加工中心的结构原理加工中心的结构原理 加工中心的组成随机床的类别、功能、参数的不同而有所不同。机床本身分基本部件和选择部件，数控系统有基本功能和选用功能，机床参数有主参数和其他参数。 加工中心主要由以下部分组成：1）基础部分2）主轴部件（Spindle）3）进给机构4）数控系统（C.N.C.）5）自动换刀系统（A.T.C.）6）辅助装置7）自动托盘更换系统（A.P.C.） 由床身、立柱、横梁、工作台和底座等部件组成。它们主要承受加工中心的静载荷及在加工时产生的切削负载，对加工中心各部件起支撑和导向作用，因此要求基础支撑件必须具有足够的刚度，较高的固有频率和较大的阻尼，这些工件通常是铸铁件或焊接

2、而成的钢结构件，是加工中心中体积和重量最大的基础构件。立柱床身（基座）示例：立柱已安装在床身之上，Z轴直接驱动主轴系统前后运动。工作台未安装，为固定式。快速进给率:X/Y/Z 轴60m /min快速进给加速度:Z 轴1.0G（10m/s2)X,Y 轴0.7G(7m/s2)工作台安装位置大倾角设计，便于冲屑和排屑。排屑方式为后排屑支撑及地脚螺钉立柱床身旋转工作台安装夹具的工作台面 由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停、变速等动作由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴系统为加工中心的主要组成部分，和常规机床主轴系统相比，加工中心主

3、轴系统要具有更高的转速、更高的回转精度以及更高的结构刚性和抗振性。示例1：直联式主轴，后部是主轴电机，前端为机械主轴。电机为空心轴，用于向内冷刀具传送冷却液，其非传动端有轴伸出用于连接注入冷却液的旋转接头。最大转速12000rpm。主轴系统示例2：电主轴为“高频主轴”（High Frequency Spindle）的简称，也称为内装式电机主轴单元，其主要特征是将电机内置于主轴内部直接驱动主轴，实现电机、主轴一体化的功能。它省略了齿轮传动、变速装置（如皮带、联轴节）等中间传动件，转、调速范围大，具有极高的精度和足够的刚度、润滑冷却可靠，还具有体积小、功耗低、标准化程度高的特点。图示电主轴特点及参

4、数：可从前端拆卸的套筒式主轴总成功率(S6-60%)35 kW轴承直径65 mm最大转速20000 rpm或 24000 rpm最大扭矩37 N.m在 9000 rpm刀具接口HSK A-63冷却乳化液主轴内冷润滑空气-油主轴安装座电主轴与机床主机的连接示例主轴垂直度校准工具主轴同心度校准工具带有HSK63适配器的LED测量探针主轴夹紧力传感器近端：0.007mm远端：0.015mm18kN,公差:+5.4/-1.8kN电主轴夹爪(OTT)HSK63及HSK100刀具 由进给伺服电动机、机械传动装置和位移测量元件等组成它驱动工作台等移动部件形成进给运动。加工中心进给驱动机械系统直接实现直线或旋

5、转运动的进给和定位，对加工的精度和质量影响很大，因此对加丁中心进给系统的要求是运动精度、运动稳定性和快速响应能力。Y 轴伺服电机Y 轴滚珠丝杆Y 轴平衡气缸，后面还可见气罐2个示例：示例中Y轴为双轴驱动并带平衡气缸，从运行平稳性和安全性上都进行了充分的考虑。X轴滚珠丝杆及伺服电机安装主轴部件的框架Z轴驱动电机X轴直线导轨直线导轨皮带传动时的结构滚珠丝杆及其各种应用B轴旋转分度台电机B轴旋转分度台，其上将安装机床工作台工作台采用液压夹紧，在夹紧过程中，工作台用4个夹紧圆锥体紧密地固定在转台表面。1 工件装料台2 托盘交换器3 B轴旋转工作台4 主轴部件5 立柱笛卡尔直角坐标系简介：MCS Mac

6、hine Coordinate System 机床坐标系WCS Workpiece Coordinate System 工件坐标系BZS Basic Zero System 基础零点坐标系SZS Settable Zero System 可设置零点坐标系BCS Basic Coordinate System 基础坐标系机床坐机床坐标标系系简简介：介：伺服和驱动系统 加工中心的数控部分由CNC装置、可编程控制器（PLC）、伺服驱动装置（SERVO DRIVE）以及操作面板（OP）等组成。它是完成加工过程的控制中心。CNC系统一般由中央处理器、存储器和输人、输出接口组成。中央处理器又由存储器、运算

7、器、控制器和总线组成。CNC系统的主要特点是输入存储，数据的加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过计算机软件来完成，能增加许多逻辑电路难以实现的功能。计算机与其他装置之间还可经通用接口进行相互连接。数控装置数控装置PLCPLC操作面板操作面板伺服伺服驱动驱动S5 CPUS5 CPUS7-200 CPUS7-200 CPUS7-300 CPUS7-300 CPUS7-400 CPUS7-400 CPU三菱三菱Q Q系列系列CPUCPU PLC是可编程序控制器的简称，是在60年代末从继电器控制系统上发展起来的。它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程、面向用

8、户的简单编程语句适应工业环境，是简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制器。它拥有丰富的I/O接口，并具有较强的驱动能力。常见的PLC生产厂家有：SIEMENS、MITSUBISHI、OMRON、GE-FANUC、etc. 按有无检测元件和反馈环节，伺服系统可分为开环、全闭环和半闭环系统。1）开开环环系系统统。开环系统的特点是无位置反馈装置，常用步进电机作为伺服系统执行元件，在该类系统中,CNC装置经过控制运算发出脉冲信号，每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，步进电机驱动丝杆推动工作台移动一定距离。 开环系统的优点是结构简单，工作稳定，制造成本低，缺点是各传动过程中的误差得不到消除，

9、从而最终影响加工零件的精度。2）全全闭环闭环系系统统。全闭环系统的特点是机床移动部件上直接安装有直线位移检测装置，检测装置将检测到的实际位移反馈到系统的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，系统用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，从而实际精确定位与运动控制。 全闭环系统的特点是其运动精度仅取决于检测精度。一个优良的全闭环系统能对传动系统的间隙、磨损等进行自动补偿，其加工精度是非常高的。但其缺点是结构复杂，调试维修难度较大。3）半半闭环闭环系系统统。半闭环系统的特点是将角位移传感器装在传动丝杆或伺服电机上，它检测的是转角信号。角位移信号反馈到数控装置的比较器中，与输

10、入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止。 半闭环系统的特点是系统稳定性好，精度控制适中，缺点是所组成的控制环不包括机械传动链，故精度相对于全闭环要低。1PH7主轴电机1FT7进给轴电机直线电机MPP483 PP012 MCP483C MCPMachine Control PanelPP=Pushbutton PanelMPP=Machine oPerator PanelOP=Operator PanelOP012 HT6 PCU50Handheld unit B-MPIHT=Handheld unitsPCU=PC unitsProtool或其它组

11、态软件PCU50+OP12制造商根据机床实际和用户要求制作出人机界面,并传送到PCU中。OP12PCU50/50.3/70Operator Panel(OP)OP27 自自动换动换刀装置刀装置(Automatic Tool Changer(Automatic Tool Changer，ATC)ATC)由刀由刀库库、机、机械手和械手和驱动驱动机构等部件机构等部件组组成。刀成。刀库库是存放加工是存放加工过过程所使用的全部程所使用的全部刀具的装置；刀刀具的装置；刀库库有有盘盘式、鼓式和式、鼓式和链链式等多种形式，容量从几把式等多种形式，容量从几把到几百把，当需到几百把，当需换换刀刀时时，根据数控系，

12、根据数控系统统指令，伸出机械手指令，伸出机械手( (或通或通过别过别的方式的方式) )将刀具从刀将刀具从刀库库取出取出/ /装入主装入主轴轴中，机械手的中，机械手的结结构根据构根据刀刀库库与主与主轴轴的相的相对对位置及位置及结结构的不同也有多种形式，如构的不同也有多种形式，如单单臂式、臂式、双臂式、回双臂式、回转转式和式和轨轨道式等。有的加工中心不用机械手而利用主道式等。有的加工中心不用机械手而利用主轴轴箱或刀箱或刀库库的移的移动动来来实现换实现换刀。尽管刀。尽管换换刀刀过过程、程、选选刀方式、刀刀方式、刀库库结结构、机械手构、机械手类类型等各不相同，但都是在数控装置及可型等各不相同，但都是在

13、数控装置及可编编程序控程序控制器的控制下，由制器的控制下，由电电机和液机和液压压或气或气动动机构机构驱动驱动刀刀库库和机械手和机械手实实 现现刀具的刀具的选择选择与交与交换换。在机构中装入接触式。在机构中装入接触式传传感感还还可可实现对实现对刀具刀具和工件和工件误误差的差的测测量或者刀具折断的量或者刀具折断的检测检测。圆盘式刀库刀盘旋转驱动电机卧式加工中心换刀示意图链式刀库立式加工中心换刀示意图1Pneumatic cylinder 气缸3Hydraulic swivel cylinder液压旋转缸2Z1 axis Z1轴4Tool clamping cylinder刀具夹紧缸加工中心ATC系

14、统(HELLER)： 硬件方面：由MIKSCH换刀器、Vogel减速器、Siemens变频器、刀具库等构成。 软件方面：HELLER公司专门开发了MTV刀具管理系统来处理刀具交换过程的信息，通过设置，可以快速的装填新刀具。P1P2夹刀臂ATC 包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分，这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。由于加工中心生产效率极高，并可长时间实现自动化加工，因而冷却、润滑、排屑等问题比常规机床更为突出。大切削量的加工需要强力冷却和及时排屑。大量冷却和润滑液的作用还对系统的密封和泄漏提出

15、了更高的要求。从而促进了半封闭、全封闭结构机床的产生。机床安全集成装置圆光栅、光栅尺旋转编码器排屑用电机减速器泵系统电控系统水位检测开关液压站排屑器冷却装置集中润滑单元气动系统油雾收集器COMAU加工中心部分辅助功能介绍：加工中心部分辅助功能介绍：M00无条件程序终止M20打开主轴夹爪M01条件程序终止M21关闭主轴夹爪M02主程序终止M24开始刀具监控M03主轴顺时针旋转M25刀具监控结束M04主轴逆时针旋转M28搜索刀库空位以放置主轴上的刀M05主轴停止旋转M29搜索刀库空位以便主轴抓刀M06换刀M50检查托盘交换台定位M07主轴外部低压冷却M55松开B轴M08主轴内部高压冷却（40bar

16、）M56夹紧B轴M09关闭冷却M64允许进行新的循环M10启动高压冷却泵M65加工完成（Work Done）M11主轴内部高压冷却（60bar）M66工件推出M12检查冷却压力M68加工完成执行刀具检测M13启动托盘清洗托盘抬起、交换装置 有的加工中心为进一步缩短非切削时间，配有两个自动交换工件托盘：一个安装在工作台上进行加工，另一个则位于工作台外进行装卸工件。当完成一个托盘上的工件加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可减少辅助时间，提高加工效率。A轴旋转台B轴旋转台工件更换装置链式刀库Y Y X X Z ZZ轴驱动电机，其上集成了AB轴操作区域主轴液压站冷却水处理系统维修区域五五轴

17、轴数控数控铣铣床床操作面板主轴头排屑机构底座西门子西门子SINUMERIK 840D报警的相关知识报警的相关知识:报警类型及代码1）NC数控系统报警：000000009999为一般报警；010000019999为通道报警；200000029999为进给轴/主轴报警；030000039999为功能报警；060000064999为SIEMENS循环报警；065000069999为用户循环报警；070000079999为机床厂编制的报警。2）611D驱动系统报警：300000399999为驱动报警3）PLC故障报警： 400000499999为一般报警；500000599999为通道报警；60000

18、0699999为进给轴/主轴报警；700000799999为用户自定义报警；800000899999为顺序控制报警。数控加工程序举例1（COMAU）：N31600 N31700 H7=16 H8=200 ;* EL. SPINDLE POWER (%) CONT. TIME (MS) *主轴功率检查N31800 G0 G9 X=23.3 Y=356 S1000 H1=QU(0) M=QU(07) M=QU(10) M=QU(08) M=QU(13) *X、Y移动到23.3 Y移动到356位置，主轴转速1000RPM，M7，M10，M08，M13打开N31900 M80 ;* ENABLE CO

19、NTROL SPINDLE * 主轴控制使能打开N32000 WAITP(B) ;wait position axe B *等候B轴位置信号N32100 STOPRE *块搜索停止N32200 IF $TC_TPC4$TC_MPP69998,1 = 1 ;check tool *检查刀具状态N32300 M68 ;check tool after finish work *加工完成后检查刀具N32400 ENDIF *结束条件语句N32500 G64 G0 Z=46 M59 M56 M12 D1 ;check spindle and table *检查主轴及工作台N32600 G1 G9 Z=

20、33 F500 ;ax P11 *加工P11孔N32700 S6000 *主轴转速6000rpmN32800 G1 G9 Z=-132.5 F500 M59 *Z轴以F500的进给率移动到-132.5位置，M59N32900 G0 Z=300 S1000 * Z轴快速移动到300位置，主轴转速1000rpmN33000 N670 N680 MSG (“ Drill Hole 134, B0 ”) *B0面，钻134孔N690 CS_TOOL(“20”) *更换20#刀具N700 CS_TP(“31”) * 31#刀具准备N710 G0 G54 X-73 Y31 Z205 D1 B=DC(0)

21、F2210 S7368 M3 M8 M21 M125* X轴移动到-73，Y轴移动到205位置，B轴0度，倍率2210，主轴转速7368，正转，M8（主轴冷却打开），M21（内冷打开），M125（内冷压力检测）N720 R0=173.3 R1=94+1.29 R5=30 R6=3 R8=26 *给R0，R1，R5，R6，R8赋值N730 R71=7368 R72=127 *给R71，R72赋值N740 L102 *调用子程序L102N750 G0 SUPA Z=$AA_SOFTENDPMA_Z-100 D0 SPOS=180 M20*快速移动，Z轴退回安全位置，主轴定位角度180度，M20（吹

22、气）N760 SIEMENSSIEMENS部分电机系列：部分电机系列：电机系列类型冷却方式备注1FK进给轴电机风冷1FK5、1FK6、1FK71FT进给轴电机风冷/水冷1FT5、1FT6、1FT71FN直线电机，用于进给轴水冷1FN1、1FN31FE内置电机，用于电主轴水冷1FE11PH主轴电机风冷/水冷1PH4（水冷）、1PH7（风冷）1FK系列伺服电机特点：转动精度高（正弦交流电输入），可获得最佳的工件表面质量动态特性高，因此非生产时间较短功率部件和信号部件可在污染严重的环境中使用电缆高架敷设，安装容易侧面压力的高抵抗力。1FT7系列伺服电机特点：结构紧凑，空间要求低可旋转的接头，机床设计

23、灵活电缆高架敷设，安装容易轴和法兰与1FT同系列电机兼容。特点：省略了如连接器、传送带、减速器和轴编码器等机械元件，实现了紧凑型设计。转速高，最大转速为40000rpm，最大转矩820Nm。（相同体积时比1PH2系列转矩大60%）。具有极短的加速和制动时间功率损失小，轴承发热与主轴膨胀小。刚性高，维修方便。1FE系列内装式电机及其应用1PH系列主轴异步电机特点：电机长度较短噪声小最高转速达9000rpm(甚至12000rpm)。1FN系列直线电机特点：简单的机构结构，无需滚珠丝杆、联轴器或皮带等传动部件，可显著提高传动部件的可靠性。产生的热量通过集成的液体冷却系统消耗掉。电机和机器间可经济地实现热隔离。采用不锈钢封装，可保证在机床上应用时较高的机构刚性和耐污性能及耐腐蚀性。突出的动态响应和极快的移动速度（目前CC生产线中快移速度已达到100m/min）非接触驱动力传递，传动部件无磨损，精度高（CC精度：定位精度0.004，重复定位精度0.002）。谢谢大家!