立式加工中心移动工作台设计

1 前言

数控机床是一种装有计算机数字控制系统的机床，数控系统能够处理加工程序，控制机床完成各种动作。与普通机床相比，数控机床能够完成平面曲线和空间曲面的加工，加工精度和生产效率都比较高，因而应用日益广泛。

1.1 数控机床的组成

一般来说，数控机床由机械部分、数字控制计算机、伺服系统、PC控制部分、液压气压传动系统、冷却润滑和排泄装置组成。数控机床是由程序控制的，零件的编程工作是数控机床加工的重要组成部分。伺服系统是数控机床的驱动部分，计算机输出的控制命令是通过伺服系统产生坐标移动的。普通的立式加工中心有三个伺服电机，分别驱动纵向工作台、横向工作台、主轴箱沿X向、Y向、Z向运动。X、Y、Z是互相垂直的坐标轴，因而当机床三坐标联动时可以加工空间曲面。而对于五轴联动的数控机床来说，则多出了B轴和C轴。Y轴的旋转轴为B轴，Z轴的旋转轴为C轴。

1.2 数控机床的加工运动

机械加工是由切削的主运动和进给运动完成的，控制主运动可以得到合理的切削速度，控制进给可得到各种不同的加工表面。数控机床的坐标运动是进给运动，对于三坐标的数控机床，各坐标的运动方向通常是相互垂直的，即各自沿笛卡尔坐标系的X、Y、Z轴的正负方向移动。如何控制这些坐标移动来完成各种不同的空间曲面加工是数字控制的主要任务。大家知道，在三维空间笛卡尔坐标系中，空间任何一点都可以用X、Y、Z坐标值来表示，对一条空间曲线也可以用三维坐标函数来表示。怎样控制各坐标轴的运动才能完成曲面加工呢？现在来介绍一下吧。

曲面加工时刀具的移动轨迹与理论上的曲线不吻合，而是一条逼近线。由于各种插补的计算公式不同，使逼近的折线也不同，通常有下面几种计算方法：逐点比较法，积分法和时间分割法。

1.3 数控机床的优、缺点

数控机床有许多优点，因而发展很快，逐渐成为机械加工的主导机床。

（1）用数控机床加工可以获得很好的加工精度，加工质量稳定

数控机床的传动件，特别是滚珠丝杠精度很高。装配时消除了传动间隙，并采用了提高刚度的措施，因而传动精度很高。机床导轨采用滚动导轨或粘接有摩擦系数很小的合成塑料，因而减小了摩擦阻力，消除了低速爬行。闭环、半闭环伺服系统，装有精度很高的位置检测装置元件，并随时把位置误差反馈给计算机，使之能够及时进行误差校正。因而使数控机床获得很高的加工精度。数控机床的一切操作都是由程序支配的，若电控系统稳定可靠，它的工作是很可靠的，与手工操作相比，数控机床没有人为干扰，因而加工质量稳定。

（2）具有较高的生产效率

在数控机床上使用的刀具通常是不重磨装夹式道具，具有很硬的表面涂层，因而切削速度较高。采用对刀仪进行对刀，加工中心的刀库有足够数量的刀具，自动换刀的速度很快，空行程的速度在15m/min以上，有些达到了240m/min，因而辅助时间很短。

与普通机床相比，数控机床的生产效率可提高2~3倍，有些可达到几十倍。

（3）功能多

许多数控机床具有很多加工功能，在一台机床上可以进行钻孔、镗孔、铣平面、铣槽、铣凸轮曲线及各种轮廓线，甚至刻字。除装卡面可对六面体的五个面进行加工，有时还能对与坐标平面成一定角度的平面加工。在一次装卡下完成各种加工，可以消除因重复装卡带来的误差。也减少了测量和装卡的辅助时间。

（4）对不同零件的适应性强

在同一台数控机床上可适应不同品种及尺寸规格的零件进行加工，只要更换加工程序，就可改变加工零件的品种。

（5）能够完成普通机床不能完成的复杂表面加工

有些空间曲面，例如螺旋浆表面，五坐标联动数控机床加工，使之性能大为改进；数控仿形应用范围更广，具有重复应用、镜像加工功能。

（6）数控机床可大大减轻工人的劳动强度，并有较高的经济效益。

任何事物都有其二重性，数控机床也不是没有缺点，主要是有以下几方面：

1）价格昂贵，一次投资较大。

2）维修和操作比较复杂要求具有较高技术水平和文化程度的工人和维修人员进行操作和维修。数控机床是科学技术发展的结果。高技术产品，一定要求有较高技术水平的人才操作和维修，因而如果说这是一条缺点的话，还不如说它对人们文化技术水平的提高的一种促进。

数控机床适用于多品种中、小批量生产；形状比较复杂、精度要求较高的零件加工；产品更新频繁、生产周期要求短的加工；用数控机床可以组成自动化车间和自动化工厂（FA），目前应用较多的是组成柔性自动化生产线（FML）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）。

1.4 数控机床的分类

目前，数控机床品种齐全，规格繁多，可从不同角度和按照多种原则进行分类。1.4.1. 按工艺用途分类

（1）金属切削类数控机床这类机床和传统的通用机床品种一样，有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心等。加工中心是带有自动换刀装置，在一次装卡后可以进行多种工序加工的数控机床。

（2）金属成型类数控机床如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。

（3）数控特种加工及其他类型数控机床如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床、数控火焰切割机床等。

1.4.

2. 按控制运动的方式分类

（1）点位控制数控机床点位控制（Positioning Control）又称点到点控制（Point to Point Control）。这类数控机床的数控装置只要求精确地控制一个坐标点到另一坐标点的定位精度，见图（1.1）：

图1.1 点位控制切削示意图

而不管一点到另一点是按照什么轨迹运动。在移动过程中不进行任何加工。为了精确定位和提高生产率，首先系统高速运行，然后进行1 级~3 级减速，使之慢速趋近定位点，减小定位误差。这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲剪床和数控测量机等。使用数控钻镗加工零件可以省去钻模、镗模等工装，又能保证加工精度。

（2）直线控制数控机床直线切削控制（Straight Cut Control）又称平行切削控制（ParalklCutControl）。这类数控机床不仅要求具有准确的定位功能，而且还要保证从一点到另一点之间移动的轨迹是一条直线。其路线和移动速度是可以控制的。对于不同的刀具和工件，可以选择不同的切削用量。这一类数控机床包括：数控车床、数控镗铣床、加工中心等，如图1.2所示。

图1.2 直线控制切削示意图

（3）轮廓控制数控机床" 轮廓控制（Contouring Control）又称为连续轨迹控制（Contou-OUS PathControl）。这类数控机床的数控装置能同时控制两个或两个以上坐标轴，并具有插补功能。对位移和速度进行严格的不间断的控制，即可以加工曲线或者曲面零件，如凸轮及叶片等。轮廓控制数控机床有两坐标及两坐标以上的数控铣床、可