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目录
第一章数控机床的产生
第二章数控机床的发展
2.1数控系统的发展5
2.2机床的发展趋势5
第三章自动换刀装置
3.1自动换刀装置的结构原理6
3.1.1自动换刀装置的形式6
3.1.2回转刀架6
3.2自动换刀装置的形式8
3.2.1.回转刀架换刀8
3.2.2.更换主轴头换刀10
3.2.3.带刀库的自动换刀系统11
3.3、高速加工中心的快速自动换刀技术11
3.3.1快速自动换刀技术11
3.3.2快速换刀的一些结构方法13
第四章故障与维修
4.1换刀过程常见的故障14
4.2常见故障的维修16
4.2.1刀架转与不转的故障维修16
4.2.3刀库位置偏移的故障维修16
4.2.3刀库转动中突然停电的故障维修16
4.2.4换刀过程有卡滞的故障维修17
4.2.5换刀不能拔刀的故障维修17
4.2.6换刀卡住的故障维修17
4.2.7换刀时间过长报警的故障维修17
结束语
致谢
参考文献
第一章数控机床的产生
在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量,单件与小批量生产的零件(批量在10~100件)约占机械加工总量的80%以上。
尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。
为了满足多品种,小批量的自动化生产,迫切需要一种灵活的,通用的,能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。
数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。
它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。
根据国家标准GB/T8129-1997,对机床数字控制的定义:
用数字控制的装置(简称数控装置),在运行过程中,不断地引入数字数据,从而对某一生产过程实现自动控制,叫数字控制,简称数控。
用计算机控制加工功能,称计算机数控(computerizednumerical,缩写CNC)。
数控机床即使采用了数控技术的机床,或者说装备了数控系统的机床。
从应用来说,数控机床就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等)和步骤,以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示,通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机,计算机对输入的信息进行处理与运算,发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件,是机床自动加工出所需要的零件。
2.1数控系统的发展
从1952年第一台数控机床问世后,数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展,其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统。
其中前三代为第一阶段,称作为硬件连接数控,简称NC系统;
后三代为第二阶段,乘坐计算机软件数控,简称CNC系统。
2.2机床的发展趋势
数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。
(1)工序集中20世纪50年代末期,在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心,即自备刀具库的自动换刀数控机床。
在加工中心机床上,工件一次装夹后,机床的机械手可以自动更换刀具,连续的对工件进行多种工序加工。
目前,加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具,自动换刀装置的换刀时间仅需0.5~2秒。
加工中心机床使工序集中在一台机床上完成,减少了由于工序分散,工件多次安装引起的定位误差,提高了加工精度,同时也减少了机床的台数与占地面积,压缩了半成品的库存量,减少了工序间的辅助时间,有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。
(2)高速、高效、高精度
高速、高效、高精度是机械加工的目标,数控机床因其价格昂贵,在上述三方面的发展也就更为突出。
(3)方便使用
数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。
1)加工编程方便
手工编程和自动编程已经使用了几十年,有了长足的发展,在手工编程方面,开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能,CAD/CAM的研究发展,从技术上来讲可以替代手工编程。
但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件,投资较大,学习、掌握时间较长,对大多数的简单工件很不经济。
近年来,发展起来的图形交互式编程系统(WOP,又称面向车间编程),很受用户欢迎。
这种编程方式不使用G、M代码,而是借助图形菜单,输入整个图形块以及相应参数作为加工指令,形成加工程序,与传统加工时的思维方式类似。
图形交互编程方法在制定标准后,有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。
2)使用方法
数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。
有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。
3.1自动换刀装置的结构原理
3.1.1自动换刀装置的形式
自动换刀装置是数控机床的重要执行机构,它的形式多种多样,目前常见的有以下几种:
1.回转刀架换刀;
2.排式刀架换刀;
3.更换主轴头换刀;
4.带刀库的自动换刀系统
在这里我对数控机床常见的这几种换刀系统逐一介绍,首先介绍一下回转刀架换刀系统。
3.1.2、回转刀架
数控机床使用的回转刀架是比较简单的自动换刀装置,常用的类型有四方刀架、六角刀架,即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度,以承受粗加工的切削力:
同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。
下面我们结合一台四工位的四方刀架了解一下其换刀过程及原理。
并结合换刀原理分析一下四方刀架的常见故障现象及原因。
常见机床四方刀架如图一(左)。
图一
数控机床刀架或刀库是由机床PLC来进行控制,对于普通的四工位刀架来说,控制比较简单,一般用于普通的车床。
我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程,刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算。
实现刀架的顺序控制。
另外为了保证换刀能够正确进行,系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。
下面我们分析PLC控制下的换刀过程。
在分析之前,我们首先了解刀架控制的电气部分。
刀架电气控制部分如图二所示。
图二中的a是刀架控制的强电部分,主要是控制刀架电机的正转和反转,来控制刀架的正转和反转;
图b是刀架控制的交流控制回路,主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a中的强电控制;
图c部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC的输入及输出回路,整个过程的控制最终是由这个模块来完成的。
图中各器件的作用如下:
序号名称含义
1M2刀架电动机
2QF3刀架电动机带过载保护的电源空开
3KM5、KM6刀架电动机正、反转控制交流接触器
4KA1由急停控制的中间继电器
5KA6、KA7刀架电动机正、反转控制中间继电器
6S1~S4刀位检测霍尔开关
7SB11手动刀位选择按钮
8SB12手动换刀启动按钮
9RC3三相灭弧器
10RC9、RC10单相灭弧器
自动刀架控制涉及到的I/O信号如下:
PLC输入信号:
X2.7:
刀架电动机过热报警输入;
X3.0~X3.3:
1~4号刀到位信号输入;
X30.6:
手动刀位选择按钮信号输入;
X30.7:
手动换刀启动按钮信号输入;
PLC输出信号:
Y0.6:
刀架正转继电器控制输出;
Y0.7:
刀架反转
3.2自动换刀装置的形式
自动换刀装置是加工中心的重要执行机构,它的形式多种多样,目前常见的有以下几种。
3.2.1.回转刀架换刀
数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置,有四方刀架、六角刀架,即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
图3为数控车床六角回转刀架,它适用于盘类零件的加工。
在加工轴类零件时,可以用四方回转刀架。
由于两者底部安装尺寸相同,更换刀架十分方便。
图3
数控车床六角回转刀架
1-活塞
2-刀架体
3、7-齿轮
4-齿圈
5-空套齿轮
6-活塞
8-齿条
9-固定插销
10、11-推杆
12-触头
回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制,它的动作分为4个步骤:
(1)刀架抬起
当数控装置发出换刀指令后,压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔,活塞1上升,刀架体2抬起,使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。
同时,活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。
(2)刀架转位
当刀架抬起后,压力油从c孔进入转位液压缸左腔,活塞6向右移动,通过联接板带动齿条8移动,使空套齿轮5作逆时针方向转动。
通过端齿离合器使刀架转过60º
。
活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6,并由限位开关控制。
(3)刀架压紧
刀架转位之后,压力油从b孔进入压紧液压缸上腔,活塞1带动刀架体2下降。
齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9,利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙,实现反靠定位。
刀架体2下降时,定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧,同时齿轮3与齿圈4的锥面接触,刀架在新的位置定位并夹紧。
这时,端齿离合器与空套齿轮5脱开。
(4)转位液压缸复位
刀架压紧之后,压力油从d孔进入转位液压缸的右腔,活塞6带动齿条复位,由于此时端齿离合器已脱开,齿条带动齿轮3在轴上空转。
如果定位和夹紧动作正常,推杆11与相应的触头12接触,发出信号表示换刀过程已经结束,可以继续进行切削加工。
回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外,还可以采用电动机带动离合器定位,以及其他转位和定位机构。
3.2.2.更换主轴头换刀
在带有旋转刀具的数控机床中,更换主轴头是一种简单换刀方式。
主轴头通常有卧式和立式两种,而且常用转塔的转位来更换主轴头,以实现自动换刀。
在转塔的各个主轴头上,预先安装有各工序所需的旋转刀具。
当发出换刀指令时,各主轴头依次地转到加工位置,并接通主轴运动,使相应的主轴带动刀具旋转,而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。
图3为卧式八轴转塔头。
转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴7,主轴的回转运动由齿轮12输入。
当数控装置发出换刀指令时,先通过液压拨叉将移动齿轮3与齿轮12脱离啮合,同时在中心液压缸14的上腔通压力油。
由于活塞杆和活塞15固定在
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