数控机床002

共16页第1页烟台工程职业技术学院数控技术系数控维护专业08级毕业设计（论文）题目:宏程序在数控加工中编程与应用姓名林伟学号指导教师（签名）二零一零年十月十五日共16页第2页烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚信承诺书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）《轴类零件的程序设计与数控加工》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。学生(签名)：2010年10月15日共16页第3页目录摘要………………………………………………………………………4一、数控系统与数控机床技术发展趋势……………………………………5㈠数控技术的发展趋势…………………………………………………………5二、数控机床主轴结构…………………………………………………………6㈠高速加工对机床主轴的要求…………………………………………………6㈡主轴的结构……………………………………………………………………7三、数控机床主轴的故障分析与维修………………………………………9四、数控机床运行中主轴的异常及案例…………………………………13㈠主轴发热现象…………………………………………………………………13㈡主轴出现异常噪音或振动……………………………………………………13㈢切削时主轴出现停转或旋转不稳现象………………………………………13结论……………………………………………………………………………………15谢语……………………………………………………………………………………15参考文献………………………………………………………………………………16共16页第4页数控机床主轴部件及其维护林伟摘要随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。数控机床的主轴技术也是相当的重要，但往往也会出现故障,外此给操作人员带来便,为了发挥数控机床的使用效率,本文中介绍了数控机床主轴部件及其对它的故障分析和解决的方法,结合原理图来加以说明。关键词：数控技术，主轴部件，故障诊断。共16页第5页一、数控系统与数控机床技术发展趋势㈠数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：1.高精度、高速度的发展趋势尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料掏空的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。2.轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差共16页第6页距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。3.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。二、数控机床主轴结构㈠高速加工对机床主轴的要求高速加工对机床主轴系统不仅要求转速高，输出的扭矩和功率要大，还要求具有较高的主轴回转精度和在高速运转中保持具有良好的刚度、抗震性及热稳定性。目前，国际上工业发达国家生产的高速加工中心主轴最高转速高达20000～共16页第7页100000r/min，国内中小型加工中心、数控铣床的主轴最高转速也达4000～6000r/min。实际应用中主要有两类高速主轴：一类是具有零传动的高速电主轴，这类主轴因采用电机和机床主轴一体化的结构，并经过精确的动平衡校正，因此具有良好的回转精度和稳定性，但对输出的扭矩和功率有所限制；另一类是以变频主轴电机与机械变速机构相结合的主轴，这类主轴输出的扭矩和功率要大得多，但相对来说回转精度和平稳性要差一点，因此对于这类主轴来说，如何正确地设计机床主轴及其组件对机床加工精度的影响是至关重要的。㈡主轴的结构1.主轴轴承主要有三种形式：⑴前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承组合。后支撑采用成对向心推力球轴承。此配置可提高主轴的综合刚度，并可以满足强力切削的要求。⑵前轴承采用高精度双列向心推力球轴承，向心推力球轴承具有良好的高速性，但它的承载能力小，只适于高速、轻载、精密的数控机床的主轴。⑶双列和单列圆锥滚子轴承，这种轴承径向和轴向的刚度都很高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。安装、调整性能好，但主轴转速受到限制，主轴的精度也受到影响，所以只能用在中等精度、低速、重载的数控主轴上。2.主轴拉杆自动装刀系统在加工中心和高速数控铣床中刀具安装势必采用自动装刀机构。由预紧弹簧控制轴向拉力，再由气压、液压或机械螺杆等执行机构实现松刀和夹刀动作的拉杆机构(如图5)。执行机构有与主轴一同旋转的随动单元，也有不随主轴旋转的分离型结构，前者结构比较紧凑，复杂程度高，后者结构简单，成本低，但占用空间较大。另外，为了提高刀具重复安装精度，减少刀具锥柄和主轴锥孔非正常接合，在自动装刀系统中必须设置主轴准停机构和用以清洁刀具锥柄、主轴锥面的吹气或喷液的机构。共16页第8页图5KX714主轴结构1.压缩空气管2.活塞3.双沟锁紧螺母4.碟形弹簧5.拉杆6.主轴7.主轴套筒8.主轴内冷却环9.刀具拉钉10.挡油法兰3.主轴准停装置在换刀时，刀柄上的键槽要对准主轴的端面键。这就是准确定位功能。由于主轴在固定的圆周位置上换刀，使得刀柄与主轴相对位置的一致性，同时也减少了被加工孔的尺寸的分散度。主轴准停是当主轴要停车换刀时，发出降速信号，主轴箱自动改变传动路线，使主轴转换到最低速运转。经数秒延时后，接通无触电开关，当凸轮上的感应片对准触点开关时，发出准停信号，立即切断主电机电源，脱开与主轴相连的传动链系，以排除传动系统中大部分旋转零件的惯性对主轴准停的影响。使主轴作低速惯性空转，再经过短暂延时，接通压力油，使活塞带着定位滚子向上运动，并压紧凸轮块的外表面。当凸轮的V形缺口对准滚子时，滚子进槽，使主轴准确停止，同时限位开关发出已准停信号。如果在规定时间内没发出已完成准停信号，这时要重新发出定位信号，并重复上述动作。然后活塞退回到释放位置，行程开关发出相应信号。共16页第9页三、数控机床主轴的故障分析与维修㈠开机后，不论输入指令，主轴仅仅出现底速旋转，实际转速无法达到指定值。分析与处理过程：在数控机床上，主轴转速的控制，一般是数控系统根据不同的S代码，输出不同的主轴转速模拟量值，通过主轴驱动器实现主轴变速的。在本机床上，检查主轴驱动器无报警，而主轴出现底速旋转，可以基本确认主轴驱动器无故障。根据故障现象，为了确定故障部位，利用万用表测量系统的主轴模拟量输出，发现在不同的S**指令下，其值改变，由此确认数控系统工作正常。分析主轴驱动器的控制特点，主轴的旋转除需要模拟量输入外，作为最基本的输入信号还需要给定旋转方向。在确认主轴驱动器模拟量输入正确的前提下，进一步检查主轴转向信号，发现其输入模拟量的极性与主轴转向的输入信号不一致；交换模拟量的极性后重新开机，故障排除，主轴可以正常旋转。㈡主轴在高速旋转时,出现异常振动的故障维修。分析与处理过程:数控机床的振动与机械系统的设计、安装、调整以及机械系统的固有频率、主轴系统的固有频率等因数有关，其原因通常比较复杂。但在本机床上，由于故障前交流主轴驱动系统工作正常，可以在高速下旋转：而主轴在超过3000r/min时，在任意转速下振动均存在，可以排除机械共振的原因。检查机床机械传动系统的安装与连接，未发现异常，而在脱开主轴电动机与主轴机床的连接后，从控制面板上观察主轴转速、转矩显示，发现其值有较大的变化，因此初步判定故障在主轴驱动系统的电器部分。通过对主轴驱动部分的电器原理图的分析(如图1-1所示),再仔细检查机床的主轴驱动系统连接，最终发现该机床的主轴驱动器的接地线连接不良，将接地线重新连接后，机床恢复正常。共16页第10页主轴变频器系统复位主轴使能+主轴电机1713主轴指令12屏蔽11公共端子4内部故障输入3外部故障输入2反转1正转故障输出图1-1主轴驱动部分的电器原理图㈢在自动加工时，发现机床不执行螺纹加工程序。分析与处理过程：数控车床加工螺纹，其实质是主轴的转角与Z轴进给之间进行的插补。主轴的角度位移是通过主轴编码器进行测量的。在本机床上，由于主轴能正常旋转与变速，分析故障原因主要有以下几种：(1)主轴编码器与主轴驱动器之间的连接不良。(2)主轴编码器故障。(3)主轴驱动器与数控之间的位置反馈信号电缆连接不良。经检查主轴编码器与主轴驱动器之间的连接正常，故可以排除第一项；且通过CRT的显示，可以正常显示主轴转速，因此说明主轴编码器的A、*A、B、*B信号正常；在利用示波器检查Z、*Z信号，可以确认编码器零脉冲输出信号正确。根据检查，可以确定主轴位置检测系统工作正常。根据数控系统的说明书，进一步分析螺纹加工功能与信号的要求，可以知道螺纹加工时，系统进行的是主轴每转进行动作，因此它与主轴到达的信号有关。在本系统中，主轴的每转进给动作与参数PRM24.4的设定有关，当该位设定为共16页第11页“0”时，Z轴进给时不检测“主轴速度到达”信号；设定为“1”时，Z轴进给时需要检测“主轴速度到达”信