JCS-018A立式加工中心一、JCS-018A立式加工中心简介（1）wJCS-108A型小型立式加工中心系由北京机床研究所研制，其外形图如图所示。工件在一次装夹后，可连续地进行铣、钻、镗、饺、锪、攻丝等多种工序的加工。该机床适用于小型板件、盘件、壳体件、模具和箱体件等复杂零件的多品种、小批量加工。一、JCS-018A立式加工中心简介（2）wJCS-018A立立式式加加工工中中心心主主要要部部件件及及主主要要运运动动是是（参见主要构成如图所示）：床身1、立柱15为该机床的基础部件，交流变频调速电动机将运动经主轴箱5内的传动件传给主轴，实现旋转主运动。3个宽调速直流伺服电动机10、17、13分别经滚珠丝杠螺母副将运动传给工作台8、滑座3，实现X、Y坐标的进给运动，传给主轴箱5使其沿立柱导轨作Z坐标的进给运动。立柱左上侧的圆盘形刀库6可容纳16把刀，由机械手7进行自动换刀。立柱的左后部为数控柜16，左下侧为润滑油箱18。JCS-018型立式加工中心主要构成图例二、主要性能指标(1)w主机主机(1)n工作台工作台工作台外形尺寸(工作面)1200450mm（1000320）工作台T形槽宽槽数183（2）n移动范围移动范围工作台左右行程(X轴)750工作台前后行程(Y轴)40主轴箱上下行程(Z轴)470主轴端面距工作台距离180650二、主要性能指标(2)w主机主机(2)n主轴箱主轴箱主轴锥孔锥度7：24，BT-45主 轴 转 速 (标 准 型 /高 速 型 ) 225r/min2250 r/min ，45r/mn4500r/min主轴驱动电动机(额定/30min)5.5KW/7.5KW，FANUC交流主轴电动机12型n进给速度进给速度快速移动速度(X、Y轴)l4m/min进给速度(X、Y、Z轴)1/min4000/min进给驱动电动机1.4KW，FANUC-BESK直流伺服电动机15型二、主要性能指标(3)w主机主机(3)n自动换刀装置自动换刀装置刀库容量16把选刀方式任选最大刀具尺寸l00300最大刀具质量10刀库电动机1.4KW，FANUC-BESK直流伺服电动机15型n精度精度定位精度0.012/300重复定位精度0.006二、主要性能指标(4)w主机主机(4)n承载能力承载能力工作台允许负载500滚珠丝杠尺寸(X、Y、Z轴)40l0钻孔能力(一次钻出)32攻丝能力M24铣削能力1003/minn其他其他气源49Pa68.6Pa（250L/min）机床质量4.5t占地面积35003060二、主要性能指标(5)w数控装置数控装置(FANUC-BESK 7CM CNC 系统系统)n控制轴数3轴n同时控制轴数(X、Y，Y、Z，Z、X)或3轴n轨迹控制方式直线/圆弧方式或空间直线/螺旋方式n纸带代码EIA/ISOn程序格式写地址式可变程序段n脉冲当量0.001/脉冲n最大指令值99999.999mm或9999.9999英寸n纸带存储和编辑30m纸带信息(12KB)三、传动系统（1）wJCS-018A型立式加工中心的传动系统如图所示，共存在五条传动链：主运动传动链，纵向、横向、垂向传动链，刀库的旋转运动传动链，分别用来实现刀具的旋转运动，工作台的纵横向进给运动，主轴箱的升降运动，以及选择刀具时刀库的旋转运动。JCS-018型立式加工中心传动系统图例三、传动系统（2）w主运动传动系统主运动传动系统nJCS-018型立式加工中心的主运动驱动电动机是交流变频调速电动机，连续输出额定功率为为5.5KW；最大输出功率为7.5KW，但工作时间不得超过30min，称为30min过载功率。这种电动机靠改变电源频率无级调速，额定转速为1500r/min，最高转速为4500r/min，在此范围内为恒功率调速。从最高转速开始，随着转速下降，最大输出转矩增加，保持最大输出功率为额定功率不变（如图所示）。最低转速为45r/min，从额定转速至最低转速，为恒转矩调速。电动机的最大输出转矩，维持为额定转速时的转矩不变，不随转速的下降而上升。到最低转速时，最大 输 出 功 率 仅 为 7.5（ 或 5.5） 45/1500 KW=0.025（ 或0.165）KW。功率转矩特性图例三、传动系统（3）w进给传动系统进给传动系统 nX、Y、Z三个轴各有一套基本相同的进给伺服系统。脉宽调速直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠，功率都为1.4KW，无级调速。三个轴的进给速度均为1/min400mm/min。 快 移 速 度 ， X、 Y两 轴 皆 为15m/min，Z轴为10m/min。三个伺服电动机分别由数控指令通过计算机控制，任意两个轴都可以联动。三、传动系统（4）w刀库驱动系统刀库驱动系统 n圆盘形刀库亦用直流伺服电动机经蜗杆蜗轮驱动，装在标准刀柄中的刀具，置于圆盘的周边。当需要换刀时，刀库旋转到指定位置准停，机械手换刀。四、结构特点w具有贮存加工所需刀具的刀库刀库用于储存刀具，并根据要求将各工序所用的刀具运送到取刀位置。w具有自动装卸刀具的机械手在加工中心机床上刀具的自动更换，多数借助机械手来进行。w具有主轴准停机构、刀杆自动夹紧松开机构和刀柄切屑自动清除装置这是加工中心机床主轴部件中三个主要组成部分，也是加工中心机床能够顺利地实现自动换刀所需具备的结构保证。w具有自动排屑、自动润滑和自动报警的系统等。五、典型部件结构（1）w主轴箱结构主轴箱结构n在第三章“数控机床的典型部件”这一章中，我们从主要构成、刀具自动夹紧机构工作原理、切屑清除装置和主轴准停装置工作原理等方面详细地讨论了JCS-018A主轴部件的结构和实现的功能，这里不再作叙述。五、典型部件结构（2）w自动换刀装置（自动换刀装置（ATCATC）（）（1 1） n自自动动换换刀刀过过程程如图所示表达了刀库上刀具、主轴上刀具和机械手的相对位置关系。上一工序加工完毕，主轴处于“准停”位置，由自动换刀装置换刀，其过程如下：五、典型部件结构（3）w自动换刀装置（自动换刀装置（ATCATC）（）（2 2） n刀刀套套下下转转90 本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图7-24所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90，使得刀具轴线与主轴轴线平行。n机机械械手手转转75如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂中心线与主轴中心到换刀位置的刀具中心的连线成75,该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。五、典型部件结构（4）w自动换刀装置（自动换刀装置（ATCATC）（）（3 3） n刀刀具具松松开开 机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。n械手拔刀械手拔刀机械手下降，同时拔出两把刀具。n交交换换两两刀刀具具位位置置机械手带着两把刀具逆时针转180（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。n机械手插刀机械手插刀机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。n刀具夹紧刀具夹紧刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。n液液压压缸缸复复位位驱动机械手逆时针转180的液压缸复位，机械手无动作。n机械手逆转机械手逆转75机械手逆转75，回到原始位置。n刀套上转刀套上转90刀套带着刀具向上翻转90，为下一次选刀做准备。自动换刀过程示意图例换刀过程详解图例五、典型部件结构（5）w刀库的结构（刀库的结构（1）n如图所示是机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴器2、蜗杆4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图b所示，拨叉7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴12逆时针向下翻转90，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。JCS-018A刀库结构图例五、典型部件结构（6）w刀库的结构（刀库的结构（2）n刀套下转90后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。刀套的结构如图所示。JCS-018A刀套结构图例五、典型部件结构（7）w机械手结构机械手结构（1 1） n本机床上使用的换刀机械手为回转式单臂双手机械手，其动作全部由液压驱动。如图所示，主要由以下部件构成：l驱驱动动装装置置 分别是机械手回转75的液压缸18，用于拔刀、装刀的液压缸15，交换刀具的（机械手旋转180）液压缸20。l传传动动装装置置齿轮4、11，齿条17、19，连接盘5，传动盘10，机械手臂轴16。其中只有传动盘与轴16为花键连接，并能随轴16上下移动，能够直接随轴16旋转，其余的齿轮或连接盘必须借助于传动盘才能够旋转。l行程控制装置行程控制装置包括挡环2、6、12，行程开关1、3、7、9、13、14。l执行机构执行机构机械手21。JCS-018A机械手传动结构示意图例五、典型部件结构（8）w机械手结构机械手结构（2 2） n在自动换刀过程中，机械手要完成抓刀、拔刀、交换主轴上和刀库上的刀具位置、插刀、复位等动作。如前面介绍刀库结构时所述，当刀套向下转90后，压下上行程位置开关，发出机械手抓刀信号。此时，机械手21的手臂中心线与主轴中心到换刀位置的刀具中心的连线成75位置，液压缸18右腔通压力油，活塞杆推着齿条17向左移动，使得齿轮11转动。 五、典型部件结构（9）w机械手结构机械手结构（3 3） n抓刀动作结束时，齿条17上的挡环12压下位置开关14，发出拔刀信号，于是液压缸15的上腔通压力油，活塞杆推动机械手臂轴16下降拔刀。在轴16下降时，传动盘10随之下降，其下端的销子8插入连接盘5的销孔中，连接盘5和其下面的齿轮4也是用螺钉联接的，它们空套在轴16上。当拔刀动作完成后，轴16上的挡环2压下位置开关1，发出换刀信号。这时液压缸20的右腔通压力油，活塞杆推着齿条19向左移动，使齿轮4和连接盘5转动，通过销子8，由传动盘带动机械手转180，交换主轴上和刀库上的刀具位置。 五、典型部件结构（10）w机械手结构机械手结构（4 4） n换刀动作完成后，齿条19上的挡环6压下位置开关9，发出插刀信号，使油缸15下腔通压力油，活塞杆带着机械手臂轴上升插刀，同时传动盘下面的销子8从连接盘5的销孔中移出。插刀动作完成后，轴16上的挡环压下位置开关3，使液压缸20的左腔通压力油，活塞杆带着齿条19向右移动复位，而齿轮4空转，机械手无动作。齿条19复位后，其上挡环压下位置开关7，使液压缸18左腔通压力油，活塞杆带着齿条17向右移动，通过齿轮11使机械手反转75复位。机械手复位后，齿条17上的挡环压下位置开关13，发出换刀完成信号，使刀套向上翻转90，为下次选刀做好准备。同时机床继续执行后面的操作。五、典型部件结构（11）w机械手结构机械手结构（5 5） n如图所示为机机械械手手抓抓刀刀部部分分的的结结构构，它主要由手臂1和固定其两端的结构完全相同的两个手爪7组成。手爪上握刀的圆弧部分有一个锥销6，机械手抓刀时，该锥销插入刀柄的键槽中。当机械手由原位转75抓住刀具时，两手爪上的长销8分别被主轴前端面和刀库上的挡块压下，使轴向开有长槽的活动销5在弹簧2的作用下右移顶住刀具。机械手拔刀时，长销8与挡块脱离接触，锁紧销3被弹簧4弹起，使活动销顶住刀具不能后返，这样机械手在回转180。时，刀具不会被甩出。当机械手上升插刀时，两长销8又分别被两挡块压下，锁紧销从活动销的孔中退出，松开刀具，机械于便可反转75复位。机械手的手臂和手爪图例五、典型部件结构（12）w进给装置（进给装置（1 1）n如图所示为工作台的纵向（X向）伺服进给系统，该系统由脉宽调速直流伺服电动机1驱动，采用无键连接方式用锁紧环将运动传至十字滑块联轴节2的左连接件。联轴节的右连接件与滚珠丝杠3用键相连，滚珠丝杠螺母副采用双螺母（螺母4、7）结构，并采用垫片消除丝杠与螺母之间的间隙，双螺母安装在螺母座上，并通过螺母座与工作台连接驱动工作台移动。工作台横向（X轴）伺服进给装置图例五、典型部件结构（13）w进给装置（进给装置（2 2）n滚珠丝杠直径为40，导程为10。左支承为成对的向心推力球轴承，精度为D级，背靠背安装，大口向外，承受径向和轴向双向载荷。预紧力为1000N。右支承为一向心球轴承，外圈轴向不定位，仅承受径向载荷，丝杠升温后可向右伸长。这种结构较简单，但轴向刚度比两端轴向固定方式低。n在垂向（Z向）伺服进给系统中，由于滚珠丝杠没有自锁能力，为了保证主轴箱能够停止在所需要的位置上，在电动机上加有制动装置。当电动机停转时，切断电磁线圈的电流，由弹簧压紧摩擦片使其制动。五、典型部件结构（14）w基础部件（基础部件（1）n加工中心的基础包括立柱、床身和工作台。本机床的立柱为封闭的箱型结构，如图所示。立柱承受两个方向的弯矩和扭矩，故其截面形状近似地取为正方形。立柱的截面尺寸较大，内壁设置有较高的竖向筋和横向环形筋，刚度较大。立柱结构图例五、典型部件结构（15）w基础部件（基础部件（2）n该机床是在工作台不升降式铣床的基础上设计的，工作台和滑座如图所示工作台与滑座之。间为燕尾形导轨，丝杠位于两导轨的中间。滑座与床身之间为矩形导轨。工作台与滑座之间、滑座与床身之间，以及立柱与主轴箱间的动导轨面上，皆贴氟化乙烯导轨板。两轴以机床的最低进给速度运动时，皆无爬行现象发生。工作台图例滑座图例六、数控系统wJCS-018A型立式加工中心的数控系统是7CMCNC数控系统，是16位字长的微处理机数控系统，它是以中央处理单元(CPU)为核心，用数据总线方式与存储器以及各种接口组合成一个完整的数控系统，其总框图如图所示。7CMCNC数控系统总方框图例