毕业设计（论文） MCP1000数控仿行铣床改造.doc

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1、MCP-1000数控仿行铣床改造【摘要】进入21世纪，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产业，数控机床的改造形成了机床业发展的趋势。数控龙门铣床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控龙门铣床的改造还在不断扩大，不断发展以更适应生产加工的需要。本论文首先阐述了国内、国外数控龙门铣床的发展，展望数控龙门铣床的未来状态。然后对数控龙门铣床的工作原理进行全面分析研究，解析数控龙门铣床的结构，了解其性能、运行状态之后将原有数控龙门铣床进行改进。主要改进了数控龙门铣床的主轴部件包括主传动运动的变速系统、各种轴承以及支承部件、进给部件包括联轴器和减速机构、数控系统

2、包括标准形数控系统硬件和软件。其次，分析了在数控龙门铣床的主轴部件、进给部件以及数控系统中出现的常见故障如何维修，此外，还阐述了数控龙门铣床在改造时应注意的问题，最后用事实为依据说明了数控龙门铣床具有很高的加工精度和效率。关键词： 数控改造 龙门铣床 数控系统Abstract:Enters for the 21st century, transformed the demand along with the domestic each kind of type engine bed the expansion, the engine bed transforms already gradual

3、ly forms an industry, the numerical control engine bed transformation has formed the engine bed industry development tendency. The numerical control planer-type milling machine massive demands as well as the computer technology and the modern design technology rapid progress, the numerical control p

4、laner-type milling machine transformation also unceasingly is expanding, unceasingly develops to meets the production processing need.The present paper first elaborated the home, the overseas numerical control planer-type milling machine development, and the forecast numerical control planer-type mi

5、lling machine future condition. Then conducts the comprehensive analysis research to the numerical control planer-type milling machine principle of work, the analysis numerical control planer-type milling machine structure, after understood its performance, running status carries on the original num

6、erical control planer-type milling machine the improvement. Mainly improved the numerical control planer-type milling machine main axle part including the movement speed change system, each kind of bearing swell as the supporting part, enters to the part including the shaft coupling and the reductio

7、n gear, the numerical control system including the numerical control system hardware and software. Next, analyzed in the numerical control planer-type milling machine main axle part, how has entered the common breakdown which appeared for in the part as well as the numerical control system to servic

8、e, in addition, but also elaborated numerical control planer-type milling machine when transformation should pay attention the question, finally used the fact to show for the basis the numerical control planer-type milling machine had the very high processing precision and the efficiency.Key words:

9、Numerical control transformation Planer-type milling machineNumerical control system目 录1 概述41.1 国内数控龙门铣床发展41.1.1基本生产概况41.1.2产品结构形式41.1.3产品技术水平51.1.4努力创新不断提高51.1.5我国数控龙门铣床发展趋势61.2国外数控龙门铣床发展71.3课题研究意义101.3.1机床进行改造的必要性102 宏观看改造的必要性112 数控龙门铣床总体研究112.1数控龙门铣床总体分析112.2数控龙门铣床的主轴部件122.3数控龙门铣床的进给部件122.3.1联轴器1

10、22.3.2减速机构132.4数控龙门铣床的数控系统介绍143数控龙门铣床的主轴部件163.1数控龙门铣床主轴部件163.1.1主传动运动的变速系统163.1.2数控机床主轴部件173.1.3主轴部件的支承173.1.4主轴准停装置183.2主轴伺服系统的故障诊断与维修194数控龙门铣床的进给部件214.1数控龙门铣床的进给部件214.2进给伺服系统的故障诊断与维修215数控龙门铣床的数控系统245.1标准型数控系统的基本组成245.2标准型数控系统的硬件结构255.3标准型数控系统的软件结构275.3.1CNC系统软件结构特点275.3.2CNC系统软件工作过程33结 束 语35谢 辞36参

11、 考 文 献371 概述近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产业，其中绝大部分是数控机床的改造。本文以数控龙门铣床为例介绍一下数控机床的改造。1.1 国内数控龙门铣床发展 进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控龙门铣床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控龙门铣床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控龙门铣床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。

12、1.1.1基本生产概况“十五”以来，尤其是最近二、三年，随着国民经济的持续发展和国家对国产数控技术的大力支持，我国许多重要行业对龙门加工中心和数控龙门铣床的需求愈来愈大。有需求有市场，就有生产，这是市场经济规律。所以国内不少从未涉及制造龙门铣床的厂家，都纷纷上阵，通过引进技术、合作生产等形式，开发研制各种龙门加工中心和数控龙门铣床，满足广大用户的需求。根据中国机床工具工业协会对重点骨干企业的统计资料和其他有关资料表明，2005年我国已有11个企业批量生产各种龙门加工中心422台，生产特种数控龙门铣床75台。其中年产超过80台的企业有3家：沈阳机床（集团）有限责任公司、宁波海天精工机械有限公司、

13、威海华东数控股份有限公司。而沈阳机床集团在2005年生产包括五轴联动龙门加工中心等各种产品135台，占龙门加工中心总产量的32%。1.1.2产品结构形式配置自动换刀结构的数控龙门铣床即为龙门加工中心。目前，我国生产的龙门加工中心和数控龙门铣床产品的主要品种，根据机床结构布局形式划分为：按龙门架是否移动，分为龙门固定工作台移动式和龙门移动式；按横梁是否在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架式；按机床净重和工作台承载能力，分为轻型、中型和重型（超重型）等。目前生产的主要规格范围是工作台宽度为800-5000毫米，长度为2000-28000毫米等各种规格尺寸段。应该指出，

14、在2005年国内生产的龙门加工中心和数控龙门铣床中，90%左右的规格都集中在1000-2000毫米尺寸段，而95%的品种几乎都是横梁固定工作台移动式。相比之下，工作台宽度在3米以上，尤其是宽度为4000-5000毫米的动梁式超重型龙门加工中心和数控龙门铣床，技术难度较大，技术含量较高，目前国内只有一两家能生产。1.1.3产品技术水平“十五”期间，是我国机床工具行业发展最快的五年，通过引进技术合作生产等形式，在新产品研发方面取得较大进展。在高速、高精、多轴、复合等方面都有较大突破，尤其是龙门加工中心和数控龙门铣床更为突出。从1999年江苏多棱（原常州机床总厂）带头打破西方封锁，试制成功具有自主知

15、识产权的我国第一台五轴联动数控龙门铣床以来，已有济南二机、桂林机床、北京一机等多家公司推出五轴联动龙门加工中心和数控龙门铣床。尤其是今年2月份在上海举办的中国数控机床展览会（CCMT2006）上，实力雄厚的沈阳机床集团，一次推出6台大型龙门加工中心，其中3台具有五轴联动功能，1台具有五面加工功能，1台为车铣加工中心，这也突出体现了我国龙门加工中心和数控龙门铣床在五轴联动功能上，开始走向成熟。近年来，有的厂产品在主轴转速、快速进给、机床精度等主要技术参数已接近或达到国际先进水平。尤其是北京一机截止到今年6月底，仅一年半的时间就签约生产工作台宽度4米、5米的超重型动梁龙门加工中心和数控龙门铣床10

16、台，说明我国生产中、高档重型和超重型龙门加工中心和数控龙门铣床的厂家在产量和技术水平上有的已迈进国际机床大厂的行列。1.1.4努力创新不断提高在近几届国内机床展览会上，看到我国龙门加工中心和数控龙门铣床在结构性能、技术水平、产品质量等方面，都有很大提高。但是，与发达国家同类产品相比，还有较大差距，首先是自主创新能力不够，当前多以仿制为主，或引进技术合作生产，缺乏自主知识品牌的高档产品，往往关键的核心技术，关键的功能部件，还是从国外购买。例如，在今年CCMT2006上海机床展会上，共展出了8台五轴联动龙门加工中心，采用的关键部件双摆角铣头，除了济南二机和桂林机床是自己开发的以外，其余6台都是购买

17、意大利意萨、菲迪亚等国外公司产品。其次是产品质量，尤其是整机可靠性，还有较大差距，这也是用户最关注的问题之一。应该看到，目前除少数企业外，龙门类产品技术含量普遍较低，数控机床产业化程度不高。这些都是国内主机厂需要下大力气认真改进、努力提高的地方。1.1.5我国数控龙门铣床发展趋势以数字化为特征数控龙门铣床是柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备，它的总的发展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。具体可归纳为下列八个方面：（1）持续地提高经济加工精度 从1950年至2000年的50年内加工精度提升100倍左右，即加工精度平均每8年提高1倍，当前的普通

18、加工精度已达到上世纪50年代的精密加工水平。以龙门加工中心加工典型件的尺寸精度和形位精度为例对比国内外的水平，国内大致为0.0080.010mm，而国际先进水平为0.0020.003mm，按上述统计规律分析差距约为15年左右。（2）推进全面高速化实现高效制造 在刀具材料和刀具结构不断发展的支持下，切削速度不断地提高。在实际生产中，车、铣45号钢由1950年的80100m/min，至2000年普遍达到500600m/min，50年内切削速度提高了5倍。高速化加工另一个特点是大多从单一的高速切削发展至全面高速化，不仅要缩短切削时间，也要力求降低辅助时间和技术准备时间。（3）复合加工机床促进新一代高

19、效机床的形成 复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点，可以分为工艺复合型和工序复合型两类。 工艺复合型为跨加工类别的复合机床，包括不同加工方法和工艺的复合，如车铣中心、铣车中心、激光铣削加工机床、冲压与激光切割复合、金属烧结与镜面切削复合等。 工序复合型应用刀具（铣头）自动交换装置、主轴立卧转换头、双摆铣头、多主轴头和多回转刀架等配置，增加工件在一次安装下的加工工序数，如多面多轴联动加工的复合机床和主副双主轴车削中心等。（4）工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现 通过对机床布局和结构的创新，使对不同类型的零件加工具有最佳的适用,避免一方面出现

20、不能发挥最佳性能,另一方面又存在功能冗余的现象。 要解决品种多样化与经济性的矛盾，这就要对机床的模块化设计提出更高的要求。近年来对并联机构机床和混联机构机床的研究以及对可重构机床（Reconfigurable Machine Tools，简称RMT）技术的探索，反映了对制造装备能更方便地实现个性化、多样化发展的一个追求。（5） 智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术 信息技术的发展及其与传统机床的相融合，使机床朝着数字化、集成化和智能化的方向发展。数字化制造装备、数字化生产线、数字化工厂的应用空间将越来越大；而采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控

21、制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形和加工精度、提高制造效率。（6） 发展适应敏捷制造和网络化分布式的制造系统 回顾近10年来制造系统的发展历程，基本上遵循以下两个方向：增强制造系统的智能化和自治管理功能，以提高FMC/FMS的快速响应能力；发展兼顾柔性、高效、低成本和高质量且便于重构的新型制造系统以适应不确定性的市场环境。( 7 ) 配套装置和功能部件的品种质量日益完善 不仅数控系统（含数控装置和伺服驱动装置）有专业化生产厂，凡关键的通用性功能部件如电主轴、刀具自动交换系统、滚动导轨副、直线滚动丝杠驱动副、双摆主轴头、双摆回转台和自动转位刀

22、塔等在国外均有一些著名的专业化生产厂，这对保证产品质量，增长整机的可靠性和降低成本起着重要的作用。 完善的高集成度的专用电路系统的研发，仍是数控系统可靠性继续增长和结构小型化的一项重要措施。（8）向大型化和微小化两极发展 能源装备的大型化及航空航天事业等的发展，需要重型龙门加工中心超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略高技术，正在形成一个产业。需发展能适应微小型尺寸结构和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。航空航天、IT和国防高新技术的需求推进了超精加工技术及设备的发展。上世纪60年代，美国开发出第一台商品化超精密机床，其加工尺寸精度为0.8m；70年代英国克兰菲尔德精密工程研究所批量生产

23、的超精密车床加工的面形精度优于0.1m；80年代美国LLL实验室和Y-12工厂合作生产的大型超精密金刚石车床的加工平面形度达0.0125m，最大加工直径为2100mm。加工技术总的发展趋势是：加工精度不断提高，加工尺寸不断增加，加工方法多样化。由于晶片和光学镜片等硬脆材料加工的需要，超精密磨削和研抛以及非机械能的特种加工方法使加工精度可优于0.005m。1.2国外数控龙门铣床发展 数控龙门铣床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（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行

24、业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：（1） 高速、高精加工技术及装备的新趋势 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（CIRP）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

25、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。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的Hyper Mach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60

26、 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12000r/mm和1g。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。（2）轴联动加工

27、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

28、）的发展。在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。（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

29、、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、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，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System En

30、vironment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。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

31、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，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak）公司展出的“Cyber Production Center”（智能生产控制中心，简称CPC）；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场）；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场）；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manu

32、facturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.3课题研究意义 数控龙门铣床长时间工作，设备、电器控制元件会老化，整体可靠性差，故障频繁，机械传动偏差大，造成精度不高，速度慢；单轴控制，电路复杂，操作繁琐，性能不稳定，且效率低下。为解决上述问题，也为了适应现代制造工业发展，合理利用资源，针对数控龙门铣床的结构特点，对其进行改造。1.3.1机床进行改造的必要性1 微观看改造的必要性微观上看，数控龙门铣床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。（1） 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、

33、曲面等复杂的零件。（2） 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线和曲面。（3） 可以实现加工的自动化而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3-7倍。（4）由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。（5） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。（6） 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。（7）拥有自动报警、自动

34、监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上几条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 2 宏观看改造的必要性宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用

35、数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。2 数控龙门铣床总体研究2.1数控龙门铣床总体分

36、析1 数控龙门铣床的结构特点固定式工作台，横梁与两个立柱整体铸出形成龙门框架，龙门框架沿工作台导轨纵向水平移动，滑枕沿横梁导轨横向水平移动，滑台铣头沿滑枕导轨垂直移动。机床具有铣削、镗削、钻削、锪孔、攻丝等功能。2 数控龙门铣床的主要结构性能机床的龙门框架、横梁采用钢板焊接件，床身、工作台、主铣头等部件均采用树脂砂造型、高强度的优质铸铁件，导轨副采用静压导轨，负载大、摩损少、精度高，并能长期保证精度的稳定性。各传动轴采用高精密双齿轮-齿条或进口高精密级预载滚珠丝杠实现无间隙传动，以确保传动精度。各驱动轴及主轴电机采用交流伺服及交流主轴电机。各轴反馈均采用光栅尺实现全闭环位置反馈，也可根据用户的

37、要求，采用光电编码器实现半闭环位置反馈。主铣头采用滑枕-减速箱分离式设计，采用高精度主轴组合轴承，保证了主铣头的高性能、高精度。滑枕铣头及横梁还采用液压油缸进行平衡，运动平稳。 刀具采用碟形弹簧拉紧，液压松刀。该系列产品可配置容量为40把、50把刀具的链式刀库（任由用户选用），进行立卧自动换刀。 可配置附件铣头自动更换装置和自动分度附件铣头。机床的数控系统可分别配置SIEMENS、FANUC、FIDIA、NUM、FAGOR等数控系统。2.2数控龙门铣床的主轴部件 主轴部件是数控龙门铣床的重要部件之一，它带动刀具旋转完成切削，其精度、抗振性和热变形对加工质量有直接的影响。1 主轴数控龙门铣床的主

38、轴为一中空轴，其前端为锥孔，与刀柄相配，在其内部和后端安装有刀具自动夹紧机构，用于刀具装夹。主轴在结构上要保证良好冷却润滑，尤其在高转速场合，通常采用循环式润滑系统。对于电主轴而言，往往设有温控系统，且主轴表面有槽结构，以确保散热冷却。2 刀具自动夹紧机构在数控龙门铣床上多采用气压或液压装夹刀具，常见的刀具自动夹紧机构主要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、气缸等组成。夹紧状态时，蝶形弹簧通过拉杆及夹头，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄与主轴锥孔紧密配合；松刀时，通过气缸活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使夹头松开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，气缸活塞后移，

39、新刀具又被蝶形弹簧拉紧。3 端面键带动铣刀旋转，传动运动与动力。2.3数控龙门铣床的进给部件通常，一个典型的数控机床闭环控制进给系统，由位置比较，放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分组成。其中，机械传动装置是位置控制中的一个重要环节。这里所说的机械传动装置，是指将驱动源的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链，包括齿轮装置、丝杠螺母副等中间传动机构。2.3.1联轴器联轴器是用来连接寄给机构的两根轴使之一起回转移传递扭矩和运动的一种装置。目前联轴器的类型繁多，有液力式、电磁式和机械式。机械式联轴器的应用最为广泛。 套筒联轴器构造简单，径向尺寸小，但装卸困难(轴需作轴向移动

40、)。且要求两轴严格对中，不允许有径向或角度偏差，因此使用时受到一定限制。 绕行联轴器采用锥形夹紧环传递载荷，可使动力传递没有方向间隙。 凸缘式联轴器构造简单、成本的、可传递较大扭矩，常用于转速低、五种及、轴的刚性大及对中性好的场合。他的主要缺点是对两轴的对中性要求很高。若两轴间存在位移与倾斜，救在机件内引起附加载荷，使工作状况恶化。2.3.2减速机构（1）齿轮传动装置齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。一是将高转速的转矩的伺服电机(如步进电机、直流和交流伺服电机等)的输出改变为低转速大转矩的执行件的输

41、入；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。此外，对于开环系统还可以保证所要求的运动精度。 为了尽量减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，经常在结构上采取措施，以减小或消除齿轮副的空程误差。如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。 与采用同步齿形带相比，在数控机床进给传动链中采用齿轮减速装置，更易产生低频振荡，因此减速机构中常配置阻尼器来改善动态性能。（2）同步齿形带同步齿形带传动是一种新型的带传动。他利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次啮合传递运动和动力，因而兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，且无相对滑动，平均传动比较准确，传动精度高

42、，而且齿形带的强度高、厚度小、重量轻、故可用于高速传动。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承上的载荷小，传动效率也高，现已在数控机床上广泛应用。同步齿形带的主要数与规格如下： 齿距 齿距p为相邻两齿在节线上的距离。由于强力层在工作时度不变，所以强力层的中心线被规定为齿形带的节线(中性层)，并以节线的周长L作为齿形带的公称长度。 模数 模数定义为m=p/,使齿形带尺寸计算的一个主要依据。 其它参数 齿形带的其它参数和尺寸与渐开线齿条基本相同。齿形带齿形的计算公式与渐开线齿条不同，因为齿形带的节线在强力层上，而不在齿高中部。 齿形带的标注方法是：模数宽度齿数，即mbz。 （3）珠丝杠螺母副为了提高

43、进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行，必须降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，形成不太长的直线运动机构常用滚珠丝杠副。 滚珠丝杠副的传动效率高达85%-98%，是普通滑动丝杠副的2-4倍。滚珠丝杠副的摩擦角小于1，因此不自锁。如果滚珠丝杠副驱动升降运动(如主轴箱或升降台的升降)，则必须有制动装置。 滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么差别。它可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。滚珠丝杠由专门工厂制造。2.4数控龙门铣床的数控系统介绍数控龙门铣床的核心部分是数控系统，其发展过程经历了硬件数控系统（NC）和计算机数控系统（CNC）阶段。目前数控龙门铣床

44、所采用的数控系统均为CNC系统。根据CNC功能水平的不同，往往将数控系统分为高、中、低三档；而从价格、功能、使用等综合指标考虑，又将CNC分为经济型数控系统和标准型数控系统。（本文主要研究标准型数控系统） 数控系统现在普遍采用了微处理器，通常软件可以实现很多功能。数控系统的功能通常包括基本功能和选择功。基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。CNC系统的功能主要反映在准备功能G、指令代码和辅助功能M指令代码上。下面介绍其主要功能。1 控制功能CNC系统能控制的轴数和能同时控制（联动）的轴数是其主要性能之一。控制轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。通过轴

45、可以完成轮廓轨迹的加工。2 准备功能准备功能用来指定机床运动方式的功能，包括基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环等指令。3 插补功能CNC系统是通过软件插补来实现刀具运动轨迹控制的。由于轮廓控制的实时性很强，软件插补的计算速度难以满足数控机床对进给速度和分辨率的要求，同时由于CNC不断扩展其他方面的功能也要求减少插补计算所用的CPU时间。因此，CNC的插补功能实际上分为粗插补和精插补。4 进给功能CNC的进给功能用F指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。包括切削进给速度、同步进给速度、进给倍率。5 主轴功能主轴功能就是指定主轴转速的功能。 转速的编码方式一般用S指令代码指定。一般

46、用地址符S后加两位数字或四位数字表示。 指定恒定线速度 主轴定向准停该功能使主轴在径向的某一位置准确停止，有自动换刀功能的机床必须选取有这一功能的CNC装置。6 辅助功能辅助功能用来指定主轴的启、停和转向；切削液的开和关；刀库的启和停等。7 刀具功能刀具功能用来选择所需的刀具，刀具功能字以地址符T为首，后面跟两位或四位数字代表刀具的编号。8 补偿功能补偿功能是通过输入到CNC系统存储器的补偿量，根据编程轨迹重新计算刀具磨损以及换刀时对准正确位置，简化编程。9 字符、图形显示功能CNC控制器可以配置单色或彩色CRT或LCD，通过软件和硬件接口实现字符和图形的显示。10 自诊断功能为了防止故障的发

47、生或在发生故障后可以迅速查明故障的类型和部位，以减少停机时间，CNC系统中设置了各种诊断程序。11 通信功能为了适应柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）的需求，CNC装置通常具有RS232C通信接口，有的还备有DNC接口，也有的CNC还可以通过制造自动化协议（MAP）接入工厂的通信网络。12 人机交互图形编程功能为了进一步提高数控机床的编程效率，对于NC程序的编制，特别是较为复杂零件的NC程序都要通过计算机辅助编程，尤其是利用图形进行自动编程，以提高编程效率。因此，对于现代CNC系统一般要求具有人机交互图形编程功能。3数控龙门铣床的主轴部件3.1数控龙门铣床主轴部件数控龙门铣

48、床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组件。与普通铣床的主传动系统相比在结构上比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构。3.1.1主传动运动的变速系统 目前，数控机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，多恭喜自动换刀的数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一步扩大。数控机床的变速时按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。 由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床