试述立式加工中心的支承结构及刀具的装卸过程

试述立式加工中心的支承结构及刀具的装卸过程答：主轴的前端采用7：24锥孔，易于装卸刀柄，又有临界摩擦力矩，标准的拉钉5是拧紧在刀柄内的。当需要卡紧刀具时，活塞1的上油腔无油压，碟行弹簧3的弹簧力使活塞1向上移至图示位置。拉杆2在碟形弹簧3的压力下向上移至图示位置，钢球4被迫收拢，卡紧在拉钉5的环槽中，通过钢球拉杆把拉钉5向上拉紧，使刀杆锥柄的外锥面孔的内锥面相互压紧，这样刀柄被卡紧在主轴上。放松刀柄时，液压油进入活塞1的上油腔，油压使活塞1下移，推动拉杆2向下移动。此时，碟形弹簧3被压缩，钢球4随拉钉5一起向下移动，当钢球移至主轴孔径较大处便松开拉钉5，刀具连同拉钉5可被机械手取下。当机械手将新刀柄装入后，活塞1上油腔液压油卸压将刀柄拉紧。刀柄卡紧机构使用弹簧卡紧，液压放松，可保证在工作中，如遇突然停电，刀杆不会自行松脱。在活塞杆孔的上端接有压缩空气，当机械手把刀具从主轴中拔出后，压缩空气通过活塞杆和拉杆的中心孔把主轴锥孔吹净，使刀柄锥面与主轴锥孔紧密贴合，保证刀具的正确定位。行程开关7和8用于发出卡紧和放松刀杆的信号。（图见教材P135图6—4）试论述数控机床各组成部分额功能、作用及特点。（答题要求1500字以上，条理清楚）一、主要组成数控机床是一种典型的机电一体化产品，是机械和电子技术相结合的产物。数控机床的机械结构主要由以下几个部分组成1.主传动系统包括动力源、传动件及主运动执行件（主轴）等，将驱动装置的运动和动力传给执行机构，以实现主切削运动。2.进给传动系统包括动力源、传动件及主运动执行件（工作台、刀架）等，将驱动装置的运动和动力传给执行机构，以实现进给切削运动。3.基础支撑部件包括机床的床身、立柱、导轨等，是整个机床的基础和框架4.辅助装置实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置。主要介绍数控机床的主传动系统、进给传动系统、导轨、自动换刀装置及其他辅助装置等几个主要的关键部件的结构特点。二、机械机构的主要特点数控机床的机械结构和普通机床的机械结构相比，具有如下特点：1．支承件的高刚度化床身、立柱等采用静刚度、动刚度、热刚度特性都较好的支承构件。2．传动机构简约化主轴转速由主轴的伺服驱动系统来调节和控制，取代了普通机床的多级齿轮传动系统，简化了机械传动结构。3．传动元件精密化采用效率、刚度和精度等各方面都较好的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗轮蜗杆副以及带有塑料层滑动导轨、静压导轨等。4．辅助操作自动化采用多主轴、多刀架结构，刀具与工件的自动夹紧装置，自动换刀装置，自动排屑装置，自动润滑冷却装置，刀具破损检测、精度检测和监控装置等，改善了劳动条件，提高了生产率。二、程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。三、输入装置数控机床的工艺范围很宽，针对不同的机床类型和加工工艺特点，数控机床的主传动系统相对于普通机床而言，尤其突出的特点：1．主轴转速高，输出功率大，能满足数控机床高速切削和大功率切削的需要，实现高效率加工。2.主轴转速的变换迅速可靠，并能实现无级变速，使切削工作始终在最佳状态下进行。3.为了实现道具的快速或自动装卸，主轴还要有自动装卸装置等输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。四、数控装置数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。五、驱动装置和位置检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。六、辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。七、机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床。