数控机床教案.docx
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数控机床教案
数控镗铣床结构与应用
项目任务:
1.数控镗铣床的应用。
2.数控铣床的传动系统及功能部件的结构。
3.加工中心的布局和分类。
4.立式加工中心的传动系统及功能部件的结构。
5.卧式加工中心的传动系统及功能部件的结构。
6.加工中心知识拓展。
第一单元:
模块一数控镗铣床的应用
模块二数控铣床
学习目标:
1.了解数控铣床加工的典型案例。
2.熟悉数控铣床的应用范围。
3.了解加工中心加工的典型实例。
4.熟知加工中心的特点。
5.熟悉立式加工中心和卧式加工中心的应用范围。
6.熟知数控铣床的布局及分类。
7.了解XK5750数控铣床的主要技术参数。
教学重点:
1.数控铣床加工的典型案例和应用范围。
2.加工中心加工的特点和典型加工实例。
3.立式加工中心和卧式加工中心的应用范围。
4.数控铣床的布局及分类。
教学难点:
1.加工中心加工的典型实例。
2.立式加工中心和卧式加工中心的应用范围。
3.立、卧两用数控铣床的布局。
辅助教学:
1.多媒体课件
2.微课
单元学时:
2学时
教学过程:
模块一数控镗铣床的应用
一、数控铣床加工的典型案例
1.加工板类零件
图4-1所示为典型的板类零件,主要加工平面、外轮廓、型腔及连接孔系等,适合采用数控铣床进行加工,先粗加工、后精加工。
2.加工凸轮类零件
如图4-2所示零件为典型的圆盘凸轮零件,其毛坯为铸件,零件定位基准已加工完成,本工序主要加工凸轮槽的内、外轮廓。
该凸轮零件很适合在数控铣床上加工,先粗铣、后精铣。
3.加工模具类零件
图4-3所示的餐盘凸模具为曲面轮廓,适合采用三轴联动的数控铣床加工,先进行粗加工、后进行经精加工。
加工曲面轮廓,其精加工要选用球头铣刀。
二、数控铣床的应用范围
在机械制造业,数控铣床用途广泛,可以加工各种平面、成型表面、螺旋槽、沟槽和孔,也可以加工各种平面曲线轮廓和三维曲面轮廓,例如凸轮、模具、样板等零件。
通常数控铣床所加工的零件,在普通铣床上是难以加工或无法完成的。
数控铣床适合应用于一般机械加工、汽车制造、模具制造及航空航天领域。
三、加工中心加工的典型案例
1.加工箱体类零件
图4-4所示的零件属于箱体类零件,主要加工内容包括用铣刀加工平面、用镗刀加工孔系和加工连接孔。
通常箱体类零件工艺过程复杂且加工精度要求高,适于采用卧式加工中心进行加工。
2.加工模具类零件
图4-5所示的连杆模具零件,加工内容包括铣削平面、分层铣削连杆外轮廓及孔加工等。
先进行粗加工、后进行经精加工,该零件适于采用立式加工中心加工。
3.加工曲面零件
图4-6所示的零件为钛合金材料人工膝关节,是较复杂的曲面类零件,其加工表面为三维曲面,需要采用五轴联动的加工中心进行加工。
图4-5连杆锻造模具图4-6人工关节
4.加工整体叶轮
如图4-7所示的培尔顿式叶轮零件为整体叶轮,各叶片轮廓为三维曲面。
加工过程中,完成一个叶片的轮廓加工之后,工作台需要分度,再加工下一个叶片的轮廓。
该零件适于采用五轴联动的加工中心进行加工。
四、加工中心的特点及应用范围
加工中心又称为多工序自动换刀数控机床。
使用加工中心加工工件,可以缩短工件装夹、测量和机床调整等辅助工序时间,对于形状比较复杂,精度要求较高,品种更换频繁的零件具有良好的加工经济性。
(一)加工中心的特点
1.工序高度集中
加工中心集中了钻床、铣床、镗床等金属切削设备的加工方法,能实现工件一次装夹后的铣、镗、钻、铰、锪、攻丝等多工序加工。
对形状较复杂、精度要求高的单件加工或中小批量生产更为适用。
2.工件一次安装自动完成多面加工
卧式加工中心一般带有自动分度回转工作台,工件一次安装后,可以自动完成多个平面或多个角度位置的加工。
3.具备自动换刀装置
加工中心与数控铣床的主要区别是:
具有储存加工所需刀具的刀库,且可通过刀具交换装置实现自动换刀。
4.有的卧式加工中心配有交换工作台
中、大型卧式加工中心通常配置交换工作台,这样使得在机床进行加工的同时,在非工作位置的工作台上可进行工件的装卸,可缩短辅助加工时间,提高生产率。
5.数控系统的控制功能强
加工中心可实现两轴以上的多轴联动控制,完成复杂曲面的加工;还具有工件与加工过程图形显示、刀具破损报警、刀具寿命管理、故障自诊断、工件在线检测等各种辅助控制功能,可保证产品的加工精度和质量。
(二)加工中心的应用范围
加工中心在机械制造领域承担着精密、复杂的多任务加工,按给定的工艺指令自动加工出所需几何形状的工件,完成大量人工直接操作普通设备所不能胜任的加工任务,在现代化机械制造工厂,加工中心的应用日益广泛。
1.立式加工中心的应用范围
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,主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。
2.卧式加工中心的应用范围
卧式加工中心适用于零件形状比较复杂和精度要求高的产品的批量生产,特别是箱体类和复杂结构件的加工。
在汽车、航空航天、船舶和发电等行业被大量用于复杂零件的精密和高效加工。
3.万能加工中心的应用范围
万能加工中心又称多轴联动型加工中心,是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度控制联动变化,完成复杂空间曲面加工的加工中心。
例如五轴联动加工中心。
万能加工中心适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。
模块二数控铣床
一、数控铣床的布局及分类
(一)数控铣床的布局
1.数控铣床的布局与结构特点
数控铣床与加工中心相比较,在布局与结构上有以下四个特点:
(1)机床外防护装置采用半封闭或全封闭防护。
(2)手动操作实现换刀功能,机床无自动换刀装置。
(3)具有三个移动坐标轴,当使用数控回转工作台附件时,可增加一个回转坐标轴。
(4)数控系统的控制功能多为三轴两联动或三轴三联动。
2.数控铣床的布局
图4-8所示为XK5040A数控铣床的布局,
图4-8XK5040A数控铣床的布局
(二)数控铣床的分类
数控铣床是一种用途广泛的数控镗铣机床,常见的数控铣床有立式、卧式和立、卧两用式三种布局。
1.立式数控铣床
(1)立式数控铣床的布局
立式数控铣床的结构特征是主轴轴线垂直于工作台面安装,它是数控铣床中数量最多的一种,应用范围也最为广泛。
小型立式数控铣床一般都采用如图4-9所示的升降台式布局;中型立式数控铣床通常采用主轴头升降式布局,也称作数控床身铣床,如图4-10所示。
一般三坐标立式数控铣床可控制三坐标联动加工,但也有部分机床只能进行三坐标中的任意两个坐标联动加工,也称为两轴半加工。
(2)立式数控铣床的坐标系
在数控机床坐标和运动方向命名时,为了统一坐标轴的正方向,假定:
在判定机床坐标系时,机床上的工件是不动的,只有刀具相对工件做进给运动,以刀具运动的正方向来确定机床坐标系的正方向。
立式数控铣床有X、Y、Z三个坐标,其坐标系如图4-11所示。
图4-11立式数控铣床坐标系
2.卧式数控铣床
(1)卧式数控铣床的布局
卧式数控铣床的结构特征是主轴轴线平行于工作台面安装。
图4-12(a)所示为升降台式卧式数控铣床;图4-12(b)所示为主轴升降式卧式数控铣床。
为了扩大加工范围和扩充功能,卧式数控铣床上可以增加数控转盘或万能数控转盘来实现四坐标或五坐标加工。
(2)卧式数控铣床的坐标系
图4-13所示为卧式数控铣床的坐标系,主轴Z轴是水平的,从刀具(主轴)向工件看时,X坐标的正方向指向右边,Y坐标正方向指向上方,Z坐标正方向指向后方。
图4-13卧式数控铣床坐标系
3.立、卧两用数控铣床
立、卧两用数控铣床的主轴轴线方向可以转换,实现在一台机床上同时具备立式数控铣床和卧式数控铣床的加工功能,但是主轴单元相对立式和卧式数控铣床主轴单元的结构要复杂。
该机床的使用范围更广、加工的适应性更强、选择加工对象的余地更大。
图4-14所示的XKA5750数控铣床就具备了立、卧两用功能。
立、卧两用数控铣床主轴方向的转换有手动和自动两种,对于具备数控万能主轴头的立、卧两用数控铣床,其主轴头可以任意转换方向,能加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。
立式、卧式和立、卧两用式数控铣床在加工制造领域被应用广泛,除此之外还有数控仿形铣床、数控工具铣床等。
5.数控龙门铣床
数控龙门铣床属于大型数控设备,可用于大中等尺寸、大中等质量的黑色金属和有色金属的各种平面、曲面和孔的加工。
图4-15所示为北京第一机床厂生产的数控龙门铣床。
数控龙门铣床适用于汽车、模具、航空航天、机床、印刷、轻纺等制造行业。
二、XKA5750数控铣床
(一)XKA5750数控铣床的用途、布局及技术参数
XKA5750型数控铣床又称为滑枕式数控铣床,它与一般的数控铣床的区别在于横向移动由床身顶部的滑枕来完成,工作台只做纵向移动和升降台的垂向移动,滑枕前端装有万能铣头。
1.XKA5750数控铣床的用途
XKA5750数控铣床是带有万能铣头且具备立、卧两用功能的数控铣床,可以实现三坐标联动,滑枕前端的铣头具有互呈45°的两个回转面,主轴可在前半个球体范围调整到立式位置、卧式位置或其他倾斜位置。
因此,能够铣削具有复杂曲线轮廓的零件,例如样板、凸轮、模具和叶片等零件。
2.XKA5750数控铣床的布局
XKA5750数控铣床的组成与布局如图4-16所示。
3.XKA5750数控铣床的主要技术参数
XKA5750数控铣床的主要技术参数见表4-1。
第二单元:
模块二数控铣床
模块三加工中心布局和分类
学习目标:
1.掌握数控铣床主传动系统的组成及万能铣头结构。
2.掌握数控铣床进给传动系统的组成和X轴、Y轴传动结构。
3.熟知数控铣床升降台自动平衡装置的功用和工作过程。
4.掌握组成加工中心的主要部件。
5.掌握立式加工中心布局的结构特征。
6.掌握卧式加工中心布局的结构特征。
7.熟知加工中心的五种分类方式。
教学重点:
1.数控铣床万能铣头结构。
2.数控铣床进给传动系统的组成和X轴、Y轴传动结构。
3.数控铣床升降台自动平衡装置的功用和工作过程。
4.立式加工中心、卧式加工中心的布局的结构特征。
5.加工中心的五种分类方式。
教学难点:
1.数控铣床万能铣头结构。
2.数控铣床升降台自动平衡装置的功用和工作过程。
3.加工中心刀库的布局。
辅助教学:
1.多媒体课件
2.微课
单元学时:
2学时
教学过程:
模块二数控铣床
二、XKA5750数控铣床
(二)主传动系统与传动结构
1.主运动传动系统
XKA5750数控铣床的传动系统如图4-17所示。
数控铣床的主运动是主轴的旋转运动,交流主轴伺服电动机安装在滑枕的后部,通过传动比为1∶2.4的一对弧齿同步齿形带轮传到滑枕的水平轴Ⅰ上,再经过万能铣头内33/34和26/25两对弧齿锥齿轮副,将运动传到主轴Ⅳ。
主轴的实际转速范围为50~2500r/min。
主轴转速低于625r/min时为恒转矩输出;主轴转速为625~1875r/min时为恒功率输出。
2.万能铣头结构
图4-18所示为万能铣头的结构,图示状态主轴(IV)轴线垂直于工作台面。
结合图4-18,介绍:
(1)驱动主轴旋转
(2)主轴及传动轴的结构
(3)万能铣头立、卧位置的转换
万能铣头的主轴Ⅳ可以分别绕传动轴Ⅱ和传动轴Ⅲ转动0°~45°,以调节主轴的方位。
主轴绕水平轴线和45°轴线转动的综合结果,使铣头主轴在前半个球体范围内可处于立、卧或其他倾斜位置。
(三)进给传动系统及传动装置
1.进给传动系统
如图4-17所示,XKA5750数控铣床的进给运动包括工作台的X轴移动、滑枕的Y轴移动和升降台的Z轴移动。
X轴和Y轴的进
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