数控加工中心开题报告 - 图文

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加工中心所采用。

对于大型立式加工中心，为了增加行程，一般采用龙门式。在横梁上装有主轴横向进给和垂向进给的滑台，可以实现主轴的横向进给和垂向进给，纵向进给通过工作台的移动或横梁的移动来实现。

图4 立式加工中心常用的布局形式

2.2 根据设计要求提出要解决的问题

2.2.1 主轴箱设计

主轴箱属箱体类零件，其结构特点是由薄壁围成空腔，用于支撑、连接和承载，包容其他类型的零件，保持各部件间相对位置和相对运动关系。

在主轴箱设计中，针对主轴组件的设计应满足以下几点基本要求：

(1)定向停止：为了将主轴定向停止在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。

(2)回转精度：指机床在空载低速旋转时，主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动值满足要求。目的是保证加工零件的几何精度和表面粗糙度。

(3)刚度：主轴组件的刚度是指主轴组件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。

(4)抗振性：指主轴组件在切削过程中抵抗强迫振动和自激振动保持平稳运转的能力。

(5)温升和热变形：主轴组件在运转中，温升会引起两方面的不良结果：一是主轴组件的箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置发生变化，直接影响加工精度；其次温升会改变轴承等元件的间隙，破坏润滑条件，加速磨损甚至抱轴，影响轴承的正常工作。所以，一般采用恒温主轴箱。

(6)耐磨性：指长期保持其原始精度的能力。主轴组件必须有足够的耐磨性，以便

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能长期保持精度。主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高其硬度增强耐磨性。

准停装置的选择：

(1)磁传感器型主轴准停装置:

图5 磁传感器型主轴准停装置原理图

如图5所示,磁传感器主轴准停装置是利用磁性传感器检测定位的。在主轴上安装一个发磁体,在距离发磁体旋转外轨迹1~2 mm处固定1个磁传感器,它经过放大器并与主轴控制单元相连接。当主轴控制单元接收到数控系统发来的准停信号ORT时,主轴立即变速至主轴准停时的设定速度;当主轴控制单元接收到磁传感器信号后,主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制目标位置即为准停位置。准停完成后,主轴驱动装置向数控系统发出准停完成信号ORE。

(2)编码器型主轴准停装置

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图6 编码器型主轴准停装置原理图

如图6所示,此方法是通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴1∶1同步旋转的位置编码器来实现准停控制,准停角度可任意设定。主轴驱动装置内部可自动转换,使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。

(3)数控系统控制主轴准停装置

图7 数控系统控制主轴准停装置原理图

如图7所示,准停的角度可由数控系统内部设定成任意值,准停由数控代码M19执行。当执行M19或M19 S * *时,数控系统先将M19送至可编程控制器(PLC),可编程控制器经译码送出控制信号是主轴驱动进入伺服状态，同时数控系统控制主轴电动机降速并寻找零位脉冲C,然后进入位置闭环控制状态。若执行M19，无S指令,则主轴准停于相对C脉冲的某一缺省位置;若执行M19 S * *指令,则主轴准停于指令位置,即相对零位脉冲S * *的角度度处。需要说明的是,对于加工中心主轴定向准停的具体控制过程,不同的系统其具体控制执行过程可能略有区别,但大同小异。

综上所述，本次设计的立式加工中心采用磁传感器型主轴准停装置。 2.2.2 床身设计

床身是机床的基础件，要求有足够高的静、动刚度和精度保持性。床身设计手机床

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总体设计的制约，在满足总体设计要求的前提下，应尽可能做到既要结构合理，肋板布置恰当，又要保证良好的冷热加工工艺性。

（1）床身的材料 一般选用HT300铸铁，床身导轨需淬火50—55HRC后磨削，精密加工中心床身导轨的精度要求很高，如果仍采用淬火后磨削的方法，将达不到精度要求，故一般都用手工刮研的方法来保证导轨的高精度，此种床身材料要选用不经淬火而仍有足够耐磨性的材料。

（2）床身的尺寸与结构 床身上的导轨跨距不能太窄，否则工作台在移动到行程两端时容易出现翘曲。一般来说，滑台导轨长度与床身上的导轨跨距之比不能大于1.5，而床身高度与宽度之比小于1。床身内部的肋板布置形式很多（见图8），但是归结起来就可分为纵向、横向和斜向三大类。纵向肋板可加强纵向抗弯刚度；横向肋板对提高抗扭刚度有显著效果；斜向肋板对提高抗弯、抗扭高度有较好的效果。当肋板厚度相同时，米字肋板结构的抗弯刚度接近于井字形肋板结构，而抗扭刚度却是井字形肋板结构的两倍。米字形虽然有这些优点，但制造工时长，而且工艺性差。

图8 床身结构

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