1、第六章加工中心 第六章加工中心 6.1 加工中心概述加工中心概述 6.2 JCS018A型加工中心型加工中心 6.3 卧式加工中心简介卧式加工中心简介 第六章加工中心 6.1加工中心概述加工中心概述 6.1.16.1.1加工中心的特点加工中心的特点加工中心机床的基本特征如下：（1）具有至少三个轴的点位直线切削控制能力。现在已经具有三个轴以上的连续控制能力，能进行轮廓切削。（2）具有自动刀具交换装置(ATC)，这是加工中心机床的典型特征，是进行多工序加工的必要条件。自动刀具交换装置能大大提高加工效率。第六章加工中心（3）具有分度工作台和数控转台。后者能以很小的当量(如5)任意分度。这种转动的工作
2、台与卧式主轴相配合，对于工件的各种垂直加工面有最好的接近程度。主轴外伸少，改善了切削条件，也利于切屑处理。因此，大多数加工中心机床都使用卧式主轴与旋转工作台来相配合，以便在一次装夹后就能完成各垂直面的加工。（4）除自动换刀功能外，加工中心机床还具有选择各种进给速度和主轴转速的能力及各种辅助功能，以保证加工过程的自动化进行，此外还设有刀具补偿、固定加工循环、重复指令等功能以简化程序编制工作。现在有些加工中心机床控制系统能够进行自动编程。第六章加工中心（5）工序高度集中。由于加工中心具有上述特点，因此大大减少了工件的装夹、测量和机床的调整时间，减少了工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削时间利用
3、率高出普通机床的34倍。加工中心同时具有较好的加工一致性，与单机、人工操作方式比较，能排除工艺流程中的人为干扰因素，特别适合加工形状较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的工件。第六章加工中心 6.1.26.1.2加工中心的分类加工中心的分类1 1按加工范围分类按加工范围分类按加工范围可分为：车削加工中心、钻削加工中心、镗铣加工中心、磨削加工中心和电火花加工中心等。一般镗铣加工中心简称加工中心，其余种类的加工中心要有前面的定语。第六章加工中心 2 2按加工中心的布局方式分类按加工中心的布局方式分类1)立式加工中心立式加工中心是指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心，其结构形式多为固定立柱式，工作台为
4、长方形，无分度回转功能，具有3个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)，适合加工盘类零件。如在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，就可用于加工螺旋线类零件。JCS018A立式镗铣加工中心外形如图6-1所示。立式加工中心的结构简单、占地面积小、价格低。第六章加工中心 图6-1JCS018A立式镗铣加工中心外形图 第六章加工中心 2）卧式加工中心卧式加工中心如图6-2所示，它是指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。卧式加工中心一般具有35个运动坐标，常见的是3个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转运动坐标(回转工作台)，它能够使工件在一次装夹后就能
5、完成除安装面和顶面以外的其余4个面的加工，最适合箱体类工件的加工。第六章加工中心 图6-2卧式加工中心 第六章加工中心 卧式加工中心有多种形式，如固定立柱式和固定工作台式。固定立柱式的卧式加工中心的立柱固定不动，主轴箱沿立柱做上下运动，而工作台可在水平面内做前后、左右4个方向的移动；固定工作台式的卧式加工中心，安装工件的工作台是固定不动的(不做直线运动)，沿坐标轴3个方向的直线运动由主轴箱和立柱的移动来实现。与立式加工中心相比，卧式加工中心的结构复杂，占地面积大，重量大，价格也较高。第六章加工中心 图6-3龙门式加工中心 第六章加工中心 3)龙门式加工中心龙门式加工中心如图6-3所示，其形状与
6、龙门铣床相似，主轴多为垂直状态设置。它带有自动换刀装置及可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能也较齐全，能够一机多用。龙门型布局具有结构刚性好的特点，容易实现热对称性设计，尤其适用于加工大型或形状复杂的工件，如航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工。第六章加工中心 4)万能加工中心(复合加工中心)万能加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后就能完成除安装面外的所有侧面和顶面(5个面)的加工，也称为五面加工中心。常见的五面加工中心有两种形式：一种是主轴可实现立、卧转换；另一种是主轴不改变方向，工作台带动工件旋转90，来完成对工件5个表面的加工。由于五面加工中心结构复杂、占地面积大、造
7、价高，因此它的使用数量和生产数量远不如其他类型的加工中心。第六章加工中心 3 3按换刀形式分类按换刀形式分类1）带刀库、机械手的加工中心该加工中心的换刀装置(AutomaticToolChanger)是由刀库和机械手组成的，并由机械手来完成换刀工作。这是加工中心最普遍采用的形式，JCS018A型立式加工中心就属于这一类。第六章加工中心 2)无机械手的加工中心无机械手的加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成的，一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或者是整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置的办法。刀库中刀具存放位置方向与主轴装刀方向一致。换刀时，主轴运动到刀位上的换刀位
8、置，由主轴直接取走或放回刀具。采用40号以下刀柄的小型加工中心多为这种无机械手式的，XH754型卧式加工中心就是这一类型。第六章加工中心 3）转塔刀库式加工中心小型立式加工中心一般采用转塔刀库形式，它主要以孔加工为主。ZH5120型立式钻削加工中心就是转塔刀库式加工中心。第六章加工中心 4 4按数控系统分类按数控系统分类按数控系统的不同有两种分类方法：一种可分为两坐标加工中心、三坐标加工中心和多坐标加工中心；另一种可分为半闭环加工中心和全闭环加工中心。第六章加工中心 6.1.36.1.3加工中心的发展加工中心的发展（1）高速化。加工中心的高速化，主要是指主轴转速、进给速度、进给单元的加速度、自
9、动换刀装置和自动托盘交换装置的高速化。目前，日本新泻铁工机床厂生产的USH10型数控铣床主轴的最高转速可达100000r/min。1996年日本还研制出了一台卧式加工中心，其最大进给速度可达80m/min。德国目前也已研制出加速度为2.5g（普通机床的进给加速度只有0.10.3g），主轴转速为60000r/min，进给速度为60m/min的高速机床。第六章加工中心 加工中心的刀具交换时间也大为缩短。例如，德国CHIRON公司生产的型号为FZ08S的加工中心，其换刀时间仅为0.5s。自动托盘装置在交换时的移动速度最高已达40m/min，而且其重复定位精度已达3m。第六章加工中心（2）进一步提高精
10、度。进一步提高精度就是使工件加工精度逐渐接近坐标镗床。例如，瑞士迪克西(DIXI)公司的DIX1280TCA型精密加工中心，其坐标定位精度已达到每500mm行程0.003mm，B坐标(回转工作台)精度已达到3。第六章加工中心（3）功能的完善。加工中心功能的完善首先表现在愈来愈完善的自诊断功能。为了尽可能地减少加工中的故障，现代加工中心大多配备完善的自诊断功能。例如，位置检测传感器、刀具破损检测装置、切削异常检测功能、适应控制功能、备用刀具选择功能、温度传感器、声传感器和电流传感器等。这些功能和传感器使机床具有一定的人工智能。其次，加工中心的性能，在很大程度上取决于数控系统的性能，所以不断开发出
11、相对高精度、高速度、高效率要求的数控装置，把控制机器人、测量、上下料等功能纳入到CNC内。例如，德国WERNER公司的TC系列卧式加工中心，它采用了主轴功率监控、切削负荷监控、刀具长度监控和声纳技术检测刀具破损情况等新技术，从而使加工中心的使用更加安全、可靠。第六章加工中心 6.2JCS018A型加工中心型加工中心 6.2.16.2.1JCSJCS018A018A型加工中心的用途、特点及技术参数型加工中心的用途、特点及技术参数1.JCS1.JCS018A018A的用途的用途在JCS018A型加工中心上，工件一次装夹后，可以自动连续地完成镗、铣、钻、铰、扩、锪和攻螺纹等多种工序的加工。因此，它适
12、合于小型板类、盘类、壳体类和模具等零件的多品种小批量加工。使用该机床加工中、小批量的复杂零件，一方面可以节省在普通机床上加工所需的大量的工艺装备，缩短了生产准备周期；另一方面能够确保工件的加工质量，提高生产率。第六章加工中心 2.2.JCSJCS018A018A的特点的特点(1)强力切削。JCS018A采用的是FANUCAC主轴电动机。电动机的运动经一对齿形带轮传到主轴。主轴转速的恒功率范围宽，低转速的转矩大，机床的主要构件刚度高，故可以进行强力切削。因为主轴箱内无齿轮传动，所以主轴运转时噪声低、振动小、热变形小。第六章加工中心(2)高速定位。进给直流伺服电动机的运动经联轴节和滚珠丝杠副，使X
13、轴和Y轴获得14mmin，Z轴获得10mmin的快速移动。由于机床基础件刚度高，且各导轨的滑动面上贴有一层聚四氟乙烯软带，因此，机床在高速移动时振动小，低速移动时无爬行，并有高的精度和稳定性。第六章加工中心(3)随机换刀。驱动刀库的直流伺服电动机经蜗轮副使刀库回转。机械手的回转、取刀和装刀机构均由液压系统驱动。自动换刀装置结构简单，换刀可靠。由于它安装在立柱上，故不影响主轴箱移动精度。随机换刀采用记忆式的任选换刀方式，每次选刀运动时，刀库正转或反转角均不超过180。第六章加工中心(4)机电一体化。机床的总体结构，将控制柜、数控柜和润滑装置都安装在立柱和床身上，减少了占地面积，同时也简化了搬运和
14、安装。机床的操作面板集中安置在机床的右前方，以使操作方便，从而体现出机电一体化的设计特点。（5)计算机控制。机床采用了软件固定型计算机控制的数控系统。控制系统的体积小、故障率低、可靠性高、操作简便。机床外部信号和程序控制器装置内部的运行具有自诊断功能，监控和检查直观、方便。第六章加工中心 3.3.JCSJCS018A018A的主要技术参数的主要技术参数1）主机（1)工作台。工作台外形尺寸(工作面)1200mm450mm(1000mm320mm)工作台T形槽宽槽数18mm3（2)移动范围。工作台左右行程(X轴)750mm工作台前后行程(Y轴)40mm主轴箱上下行程(Z轴)470mm主轴端面距工作
15、台距离 180650mm 第六章加工中心（3)主轴箱。主轴锥孔 锥度724，BT45主轴转速(标准型，高速型)22.52250rmin，454500rmin主轴驱动电动机功率(额定30min)5.5kW7.5kW FANUC交流主轴电机12型（4)进给速度。快速移动速度(X、Y轴)14mmin(Z轴)10mmin进给速度(X、Y、Z轴)14000mmmim进给驱动电动机功率1.4kWFANUCBESK直流伺服电动机15型 第六章加工中心(5)自动换刀装置。刀库容量16把选刀方式任选最大刀具尺寸（直径长度）100mm300mm最大刀具质量 10kg刀库电动机功率 1.4kW FANUCBESK直
16、流伺服电动机15型 第六章加工中心(6)精度。定位精度0.012mm300mm重复定位精度0.006mm（7)承载能力。工作台允许负载500kg滚珠丝杠尺寸(X、Y、Z轴)40mm10mm钻孔能力(一次钻出)32mm攻丝能力 M24mm铣削能力100cm3min 第六章加工中心(8)其他。气源压强4968.6Pa(250L/min)机床质量4.5t占地面积3500mm3060mm 第六章加工中心 2)数控装置（1)规格。控制轴数3轴同时控制轴数任意2轴或3轴轨迹控制方式直线圆弧方式或空间直线螺旋方式纸带代码EIAISO脉冲当量0.001mm或0.0001in最大指令值99999.999mm或9
17、999.9999in纸带存储和编辑30m纸带信息(12kB)第六章加工中心(2)机能设置。主轴机能 S4位，rmin直接编程辅助机能 M2位刀具机能 T2位固定循环 G80G90，由用户编入刀具位置偏差G43，G44，G49刀具半径补偿G40G42 第六章加工中心 6.2.26.2.2JCSJCS018A018A型加工中心的传动系统型加工中心的传动系统 JCS018A型加工中心的传动系统如图6-4所示，它存在五条传动链：主运动传动链，纵向、横向、垂直方向传动链，刀库的旋转运动传动链。它们分别用来实现刀具的旋转运动，工作台的纵向、横向进给运动，主轴箱的升降运动以及选择刀具时刀库的旋转运动。第六章
18、加工中心 图6-4JCS018A型加工中心传动系统 第六章加工中心 1 1主运动传动系统主运动传动系统主轴电动机通过一对同步带轮将运动传给主轴，使主轴在22.52250rmin的转速范围内可以实现无级调速。主轴电动机采用了FANUCAC12型交流伺服电动机，该电动机30min超载时的最大输出功率为15kW，连续运转时的最大输出功率为11kW，计算转速为1500rmin。JCS018A型加工中心在主轴电动机的伺服系统中加了功率限制，使电动机的额定输出功率为7.5kW(30min超载)和5.5kW(连续运转)，电动机的计算转速为750rmin，即加大了恒功率区域。第六章加工中心 图6-5为该加工中
19、心的功率、扭矩特性曲线，图中实线为电动机的特性，虚线为主轴的特性。其功率特性曲线如图6-5（a）所示，电动机转速范围为454500rmin，其中在7504500rmin转速范围内为恒功率区域。电动机的运动经过12齿形带轮传给主轴，主轴的转速范围为22.52250rmin，主轴的计算转速为375rmin，转速在3752250rmin的范围内为主轴的恒功率区域，在该区域内，主轴传递电动机的全部功率5.5kW（连续运转）或7.5kW（30min超载）。其扭矩特性曲线如图6-5（b)所示，电动机转速在45750rmin范围内为恒扭矩区域，其连续运转的最大输出扭矩为70NM，电动机30min超载时的最大
20、输出扭矩为95.5NM。主轴恒功率区域的转速范围为22.5375rmin，最大输出扭矩分别为140NM和191NM。第六章加工中心 图6-5JCS018A型加工中心的功率、扭矩特性曲线(a)功率特性曲线；(b)扭矩特性曲线 第六章加工中心 2.2.进给传动系统进给传动系统JCS018A型加工中心沿X、Y、Z三个坐标轴的进给运动分别是由三台功率为1.4kW的FANUCBESKDC15型宽调速直流伺服电机直接带动滚珠丝杠旋转来实现的。其任意两个坐标都可以联动。该立式加工中心X、Y轴的快速移动速度为14mmin，Z轴的快移速度为10mmin。由于主轴箱垂直运动，为防止滚珠丝杠因不能自锁而使主轴箱下滑
21、，Z轴电机带有制动器。由于机床基础件刚度高，且采用贴塑导轨，因此，机床在高速移动时振动小，低速移动时无爬行，并有高的精度和稳定性。第六章加工中心 3 3刀库驱动系统刀库驱动系统圆盘形刀库也用直流伺服电动机经蜗杆蜗轮驱动，装在标准刀柄中的刀具，置于圆盘的周边。当需要换刀时，刀库旋转到指定位置准停，机械手换刀。第六章加工中心 6.2.36.2.3JCSJCS018A018A型加工中心的典型部件型加工中心的典型部件1.1.主轴箱主轴箱主轴箱的结构如图6-6所示，它主要由四个功能部件组成，分别是主轴部件、刀具自动夹紧机构、切屑清除装置和主轴准停装置。第六章加工中心 图6-6主轴箱结构简图 第六章加工中
22、心 1）主轴部件图6-6中，主轴1的前支撑4配置了3个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷，前两个轴承大口朝下，后一个轴承大口朝上。前支撑按预加载荷计算的预紧量由预紧螺母5来调整。后支撑6为一对小口相对配置的角接触球轴承，它们只承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承类型和配置形式满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求。主轴受热变形向后伸长，但不影响加工精度。第六章加工中心 2)刀具的自动夹紧机构如图6-6所示，主轴内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。它主要由拉杆7、拉杆端部的四个钢球3、碟形弹簧8、活塞10和液压缸11等组成。机床执行换刀指令，机械手从主轴拔刀时，主
23、轴需松开刀具。这时，液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉(拉紧刀具用)2被松开，机械手拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧8和弹簧9的恢复力作用下，拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。第六章加工中心 刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压放松，以保证在工作中突然停电时，刀杆不会自行松脱。夹紧时，活塞10下端的活塞杆端与拉杆7的上端部之间有一定的间隙(约为4mm)，以防止主轴旋转时端面摩
24、擦。其具体受力情况如图6-7所示。第六章加工中心 图6-7刀具夹紧受力情况图 第六章加工中心 机床采用的是724号锥柄刀具，锥柄的尾端安装有拉钉2，拉杆7通过4个钢球拉住拉钉2的凹槽，使刀具在主轴锥孔内定位及夹紧。拉紧力由碟形弹簧8产生。碟形弹簧共有34对68片，组装后压缩20mm时弹力为10kN，压缩28.5mm时弹力为13kN。拉紧刀具的拉紧力等于10kN。换刀时，活塞10推动拉杆7，直到钢球进入主轴锥孔上部的 37mm环槽，这时钢球已不能约束拉钉的头部。拉杆继续下降，拉杆的a面与拉钉的顶端接触，把刀具从主轴锥孔中推出，机械手即可将刀取出。第六章加工中心 3)切屑清除装置自动清除主轴孔内的
25、灰尘和切屑是换刀过程中的一个不容忽视的问题。如果因主轴锥孔小而落入了切屑、灰尘或其他污物，在拉紧刀杆时，锥孔表面和刀杆锥柄会被划伤，甚至会使刀杆发生偏斜，破坏刀杆的正确定位，影响零件的加工精度，致使零件超差报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常采用的方法是使用压缩空气吹屑。图6-7所示的活塞的心部钻有压缩空气通道，当活塞向右移动时，压缩空气经过活塞由孔内的空气嘴喷出，将锥孔清理干净。为了提高吹屑效率，喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀布置。第六章加工中心 4）主轴准停装置机床的切削扭矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位的功
26、能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称为主轴定向装置。本机床采用的是电气式主轴准停装置，即用磁力传感器检测定向。主轴的准停装置如图6-8所示，主轴的尾部安装有发磁体，它随主轴转动，在距发磁体外缘12mm处，固定了一个磁传感器，它与主轴驱动装置相连。主轴定向的指令由数控发出后，主轴便处于定向状态，当发磁体上的判别孔转到对准磁传感器上的基准槽时，主轴立即停止。第六章加工中心 图6-8主轴的准停装置 第六章加工中心 2.2.进给伺服系统进给伺服系统机床有三套(X、Y、Z轴)相同的伺服进给系统。图6-9为工作台的纵向(X向)伺服进给系统，该系统由脉宽调速直流伺服电动机1驱动，采用无键连
27、接方式，用锁紧环将运动传至十字滑块联轴节2的左连接件。联轴节的右连接件与滚珠丝杠3用键相连，由滚珠丝杠3、螺母4和螺母7驱动工作台移动。滚珠螺母由左螺母4和右螺母7组成，并固定在工作台上。十字滑块联轴节2的左连接件与电机轴靠锥形锁紧环摩擦连接。锥形锁紧环(见左下方局部放大图)每套有两环，内环为内柱外锥，外环为外柱内锥，此处共用了两套。采用这种连接办法不用开键槽，没有间隙。电机轴与丝杠可相对转动任意角。第六章加工中心 图6-9工作台的纵向伺服进给系统 第六章加工中心 横向(Y轴)伺服进给系统与纵向伺服进给系统结构相同。滚珠丝杠直径为40mm，导程为10mm。左支撑为成对的向心推力球轴承，其精度为
28、D级，背靠背安装，大口向外，承受径向和轴向双向载荷，预紧力为1kN。右支撑为一向心球轴承，外圈轴向不定位，仅承受径向载荷，丝杠升温后可向右伸长。虽然这种结构较简单，但轴向刚度比两端轴向固定方式低。滚珠丝杠的螺母座固定在工作台下侧，螺母座中安装两个滚珠螺母4和7，两个螺母用连接键5固定它们之间的周向位置，螺母4固定在螺母座8中，螺母7可轴向调整位置。在两个螺母间安装两个适当厚度的半圆垫圈6，以消除丝杠和螺母间的间隙，并适当地预紧，以提高传动刚度。第六章加工中心 在垂直向(Z向)伺服进给系统中，由于滚珠丝杠没有自锁能力，为了保证工作台能够停止在所需要的位置上，在电机上加有制动装置。当电机停转时，切
29、断电磁线圈的电流，由弹簧压紧摩擦片使其制动。图6-10为Z轴进给装置中电机轴与滚珠丝杠的连接结构。电机轴2与轴套3之间采用锥环无键连接结构，4为相互配合的锥环。锥面有相互配合的内外锥环，当拧紧螺钉时，外锥环向外膨胀，内锥环受力后向电机轴收缩，从而使电机轴与轴套连接在一起。这种连接方式无须在连接件上开键槽，两锥环的内、外圆锥面压紧后，可以实现无间隙传动，而且对中性较好，传递动力平稳，加工工艺性好，安装与维修方便。选用锥环对数的多少，取决于所传递扭矩的大小。第六章加工中心 图6-10Z轴进给装置中电机轴与滚珠丝杠的连接结构 第六章加工中心 高精度十字联轴器由三个元件组成，其中与电机轴连接的轴套3的
30、端面有中心对称的凸键，与丝杠连接的轴套6上开有中心对称的端面键槽，中间一件联轴节5的两端上有中心对称且互相垂直的凸键和键槽，它们分别与件3和件6相配合，用来传递运动和转矩。为了保证十字联轴器的传动精度，在装配时，凸键与凹键的径向配合面要经过配研，以便消除反向间隙，使传递动力平稳。第六章加工中心 进给伺服系统为半闭环。电动机轴端安装脉冲编码器作为位置反馈元件，同时也可作为速度环的速度反馈元件。直流伺服电机是可控硅控制的脉宽调速伺服电机，它具有调速范围宽、扭矩大和响应速度快等特点。当采用FANUC7CM系统时，反馈装置采用旋转变压器为位置检测器，采用测速发电机为速度环的速度反馈元件。旋转变压器的分
31、解精度为2000脉冲r，由电机轴到旋转变压器的升速比为51，滚珠丝杠导 程 为 1 0 m m，因 此，位 置 检 测 分 辨 率 为 1 0(20005)=0.001mm。第六章加工中心 图6-11为进给控制系统，从计算机来的位置指令脉冲Pp，在位置偏差检测器内与位置检测器送来的反馈脉冲P1比较，其差值为Pe，经数-模转换器(DA)转换为差值的模拟电压Ue。然后，位置控制放大器把Ue放大为Uc，送至速度误差检测器与速度检测器来的速度(转速)模拟电压Ug比较，其差值Ua经速度放大器放大为Um去控制伺服电机转速。第六章加工中心 图6-11进给控制系统框图 第六章加工中心 3.3.自动换刀装置自动
32、换刀装置自动换刀装置安装在立柱的左侧上部，由刀库和机械手两部分组成。刀库的结构如图6-12所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字滑块联轴节2、蜗杆4、蜗轮3传到刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，来完成选刀工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时，汽缸5的下腔通压缩空气，活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图6-12（b）所示，拨叉7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴12逆时针向下翻转90，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。第六章加工中心 图图6-12刀库的结
33、构图刀库的结构图第六章加工中心 刀套下转90后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过螺杆8，可以调整拨叉的行程。拨叉的行程决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。刀套的结构如图6-13所示，FF剖视图中的件7即为图6-12中的滚子11，EE剖视图中的件6即为图6-12中的销轴12。刀套4的锥孔尾部有两个球头销钉3。在螺纹套2与球头销之间装有弹簧1，当刀具插入刀套后，由于弹簧力的作用，使刀柄被夹紧。拧动螺纹套，可以调整夹紧力的大小，当刀套在刀库中处于水平位置时，靠刀套上部的滚子5来支撑。第六章加工中心 图6-13刀套结构图 第六章加工中心 图6-14机械手的传动结构图 第六章加
34、工中心 图6-14为机械手的传动结构图。本机床上使用的换刀机械手为回转式单臂双手机械手。如前述刀库结构，刀套下转90后，压下行程开关，发出机械手抓刀信号。此时，机械手21正处在图中所示的上面位置，液压缸18右腔通压力油，活塞杆推动齿条17向左移动，带动齿轮11转动。如图6-15所示，8为升降液压缸的活塞杆，齿轮1、齿条7和机械手臂轴2分别为图6-14中的齿轮11，齿条17和机械手臂轴16。连接盘3与齿轮1用螺栓连接，它们空套在机械手臂轴2上，传动盘5与机械手臂轴2用花键连接，它上端的销子4插入连接盘3的销孔中，故齿轮转动时便带动机械手臂轴转动，使机械手回转75抓刀。第六章加工中心 如图6-14
35、所示，抓刀动作结束时，齿条17上的挡环12压下行下程开关14，发出拔刀信号，于是升降液压缸15的上腔通压力油，活塞杆推动机械手臂轴16下降拔刀。在轴16下降时，传动盘10也随之下降，其下端的销子8(图6-15中的销子6)插入连接盘5的销孔中，连接盘5和其下面的齿轮4也是用螺栓连接的，它们空套在轴16上。当拔刀动作完成后，轴16上的挡环2压下行程开关1，发出换刀信号。这时转位液压缸20的右腔通压力油，活塞杆推动齿条19向左移动，带动齿轮和连接盘5转动，通过销子8由传动盘带动机械手转动180，交换主轴上和刀库上的刀具位置。第六章加工中心 换刀动作完成后，齿条19上的挡环6压下位置开关9，发出插刀信
36、号，使升降油缸下腔通压力油，活塞杆带着机械手臂轴上升插刀，同时传动下面的销子8从连接盘5的销孔中移出。插刀动作完成后，轴16上的挡环压下行程开关3，使转位油缸20的左腔通压力油，活塞杆带着齿条19向右移动复位，齿轮4空转，机械手无动作。齿条19复位后，其上挡环压下行程开关7，使液压缸18的左腔通压力油，活塞杆带着齿条17向右移动，通过齿轮11使机械手反转75后复位。机械手复位后，齿条17上的挡环压下行程开关13，发出换刀完成信号，使刀套向上翻转90，为下次选刀做好准备，同时机床继续执行后面的操作。换刀过程如图6-16所示。第六章加工中心 图6-15机械手的传动结构局部示意图 第六章加工中心 图
37、6-16换刀过程示意图(a)步骤一；(b)步骤二；(c)步骤三；(d)步骤四；(e)步骤五；(f)步骤六；(g)步骤七；(h)步骤八 第六章加工中心 图6-17机械手臂和手爪结构图 第六章加工中心 4.4.立柱、床身和工作台立柱、床身和工作台本机床的立柱为封闭的箱型结构，见图6-18。立柱承受两个方向的弯矩和扭矩，故其截面形状近似地取为正方形。立柱的截面尺寸较大，内壁设置有较高的竖向筋和横向环形筋，刚度较大。第六章加工中心 图6-18立柱结构 第六章加工中心 该机床是在工作台不升降式铣床的基础上设计的，工作台见图6-19，滑座见图6-20。工作台与滑座之间为燕尾形导轨，丝杠位于两导轨的中间。滑
38、座与床身之间为矩形导轨。工作台与滑座之间、滑座与床身之间，以及立柱与主轴箱间的动导轨面上，都贴有氟化乙烯导轨板。X、Y轴以机床的最低进给速度运动时，皆无爬行现象发生。第六章加工中心 图6-19工作台 第六章加工中心 图6-20滑座 第六章加工中心 由于氟化乙烯导轨板的润滑性良好，而且对润滑油的供油量要求不高，因此，机床只用了间隙式润滑泵供油。每7.5min泵油一次，每次泵油量为1.52.5mL。润滑油由油泵通过油管送到各润滑点。润滑点的管接头内有单向阀和节流小孔，节流小孔的直径只有零点几毫米。管接头有几种节流小孔直径不同的规格。单向阀用于当油泵停止泵油时防止导轨间的润滑油被挤回油管。根据润滑点
39、到油泵的距离不同(管路中阻力不同)，导轨位置不同(水平和竖直)，形状不同(平面和圆柱面等)，可适当选择不同规格的管接头，以保证各润滑点的供油量基本一致。第六章加工中心 5 5气液控制系统气液控制系统机床刀具交换系统中的机械手动作及刀套上、下，主轴松刀等动作，都是依靠气液转换系统实现的。图6-21为气液转换原理图，压力为4968MPa的压缩空气通过空气过滤装置后，一部分压缩空气通过电磁阀，送至汽缸等执行元件中去；一部分压缩空气通过电磁阀和管路，送至执行元件前的气液转换器中实现气液转换，然后液压油驱动液压缸使动作平稳；另一部分压缩空气经电磁阀和管路，送至立柱上部的增压器内，转换输出53MPa的液压
40、油，驱动液压缸实现松刀动作。这种气液交换系统的优点是：反应速度快，可实现快速换刀。第六章加工中心 图6-21气液转换原理图 第六章加工中心 6.3卧式加工中心简介卧式加工中心简介 6.3.16.3.1卧式加工中心的布局卧式加工中心的布局1 1立柱不动式立柱不动式立柱不动式布局的工作台能实现两个方向的进给，刚性差，往往用于小型、经济型卧式加工中心，其布局如图6-22所示。第六章加工中心 图6-22立柱不动式布局第六章加工中心 2 2立柱移动式立柱移动式立柱移动式卧式加工中心大体又可分为两类。一类是立柱Z向进给运动，X向运动由工作台或交换工作台进行，利于提高床身和工作台的刚性，立柱进给时，有利于保
41、证对加工孔的直线性和平行性。当采用双立柱时，主轴中心线位于两立柱之间，受力时不影响精度，主轴中心线能避免因发热而产生的变形。这种布局形式近年来采用得比较多。另一类是立柱双向移动式，即立柱安装在十字拖板上，进行Z向及X向运动，适用于大型工件加工。立柱移动式卧式加工中心的最大优点就是工作台能够适应不同的工件进行柔性组合，它可以用长工作台和圆工作台，也可用交换工作台，由于机床的前、后床身可以分离，故在加工大型工件时，不安置工作台也可以，特别适合组成柔性制造系统和柔性制造单元。第六章加工中心 3 3滑枕式滑枕式滑枕式卧式加工中心的主轴箱大多数均采用侧挂式，滑枕带动刀具前、后运动，如图6-23所示。这类
42、机床最大的优点是滑枕运动代替了立柱工作的运动，从而使工件以良好的固定状态接受切削加工。解决好滑枕悬臂的自重平衡是保证切削精度的关键。第六章加工中心 图6-23滑枕式布局 第六章加工中心 6.3.2SOLON3-1型卧式镗铣加工中心简介型卧式镗铣加工中心简介SOLON3-1型卧式镗铣加工中心如图6-24所示。床身6呈T字形(刨台式)。立柱4在床身上进行横向移动。工作台3在床身上进行纵向移动。立柱呈龙门式(或称为框式)，主轴箱5在龙门间上、下移动。立柱和主轴箱的这种布局形式有利于改善机床的热态性能和动态性能，可较好地保证箱体类工件要求镗孔时的孔的同轴度。主轴箱用两个铸铁重锤平衡，重锤分别位于龙门的
43、两个立柱内。重锤与立柱的导向部位粘上一层硬橡胶，再在外面蒙一层0.5mm厚的薄钢板，以吸收重锤在快速移动时与立柱产生的撞击能。第六章加工中心 机床有两个交换工作台站1和2，每个交换工作台站上可安放一个交换工作台，两个交换工作台轮换使用。当其中一个交换工作台被送到机床上对其上的工件进行加工时，另一个交换工作台则送回到其工作站上装卸工件，以节省辅助时间，从而提高机床的使用率。该机床有链式刀库7，刀库可容纳60把刀。刀库是一个独立组件，安装在立柱侧边的基础上。机床所有的直线运动导轨都采用单元滚动体导轨支撑，用封闭密封性好的拉板防护。整个工作区用防护板和门窗密封，以防止切屑和冷却液向外飞溅。切屑与冷却液由排屑装置搜集，切屑经处理后排出。冷却液回收后经过滤可循环使用。第六章加工中心 图6-24SOLON3-1型卧式镗铣加工中心
