《數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)》電子教案

1、2022-3-151數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)培訓(xùn)教程培訓(xùn)教程2022-3-152內(nèi)容 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 數(shù)控編程基礎(chǔ) 數(shù)控車床編程 數(shù)控銑床編程 數(shù)控加工中心編程 自動編程 數(shù)控機(jī)床的操作2022-3-153課程安排 總學(xué)時(shí)：70學(xué)時(shí)， 理論54學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí) 考核：100分=平時(shí)成績20分+期末考試80分 平時(shí)成績20分：考勤5分+作業(yè)5分+實(shí)驗(yàn)10分 期末考試80分：筆試40分+上機(jī)操作40分 2022-3-154課程基本要求 掌握數(shù)控機(jī)床的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 掌握數(shù)控車床的手工編程 掌握數(shù)控銑床的手工編程 掌握數(shù)控機(jī)床的基本操作，能夠

2、獨(dú)立完成零件的編程與加工 了解加工中心的編程與操作 掌握Master-CAM零件造型及后置處理方法，能通過自動編程獨(dú)立完成零件的編程與加工2022-3-155第一章第一章 概論概論 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理 數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍2022-3-156第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理零件加工程序程序載體輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測反饋裝置機(jī)床本體2022-3-157第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理 機(jī)床I/O電路和裝置測量裝置主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計(jì)算機(jī)數(shù) 控裝

3、置操作面板PLC計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)機(jī) 床床輔助控制機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)鍵盤輸入輸出設(shè)備2022-3-158第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-159第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-1510第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-1511控控制制介介質(zhì)質(zhì) 輸輸入入設(shè)設(shè)備備 輸輸入入設(shè)設(shè)備備 穿孔紙帶 紙帶閱讀機(jī) 紙帶穿孔機(jī) 磁帶 磁帶機(jī)或錄音機(jī) 磁盤 磁盤驅(qū)動器 2022-3-1512第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-

4、1513第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-1514第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-1515第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-1516第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-3-1517第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類 按加工工藝分類 按控制系統(tǒng)的功能水平分類 按伺服裝置的功能水平分類 按數(shù)控機(jī)床的檔次分類 2022-3-1518第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類一一.按加工工藝分類按加工工藝分類 普通數(shù)控機(jī)床： 如：數(shù)

5、控車床、數(shù)控銑床、 數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床等等 加工中心：帶刀庫和自動換刀裝置 如：車削中心、加工中心 其它：三坐標(biāo)測量機(jī)、機(jī)械手（工業(yè)機(jī)器人）、 自動繪圖機(jī)等2022-3-1519第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類二二.按控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)分類按控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)分類點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位-直線控制的數(shù)控機(jī)床輪廓控制的數(shù)控機(jī)床2022-3-1520第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類2022-3-1521第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類2022-3-1522第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類三三.按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分類按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分類 按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)

6、有無位置測量裝置可分為開環(huán)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)全閉環(huán)和半閉環(huán)半閉環(huán)兩種。 開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床2022-3-1523 步 進(jìn) 電 動機(jī) 驅(qū) 動 電 路功 率 步 進(jìn) 電 動 機(jī)指 令 脈 沖機(jī) 床 工 作 臺第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，步進(jìn)驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋2022-3-1524位移反饋速度反饋D.C.(A.C.)伺 服裝 置 及 電 機(jī)機(jī) 床 工 作 臺位 置 檢 測 裝 置位 置 檢 測 裝

7、 置第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：精度較高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有角位移、角速度檢測裝置，結(jié)構(gòu)緊湊2022-3-1525特點(diǎn)：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有直線位移、速度檢測裝置，價(jià)格貴，調(diào)試?yán)щy位移反饋速度反饋D . C . ( A . C . ) 伺 服裝 置 及 電 機(jī)機(jī) 床 工 作 臺位 置 檢 測 裝 置第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床2022-3-1526第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類2022-3-1527五五.按控制系統(tǒng)的功能水平分類按控

8、制系統(tǒng)的功能水平分類控制系統(tǒng)功能高檔中檔低檔（經(jīng)濟(jì)型）主軸功能無級變速、C軸功能機(jī)械變速分辯率0.1m1 m10 m進(jìn)給速度15100m/min1524m/min815m/min伺服驅(qū)動閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)電機(jī)交、直流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動軸數(shù)24軸或25軸23軸通信功能MAP，聯(lián)網(wǎng)功能RS232C、RS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數(shù)碼或CRT字符內(nèi)裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位2022-3-1528第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn) 加工精度高 對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng) 自動化程度高，勞動強(qiáng)度低 生產(chǎn)效率高 良好的經(jīng)濟(jì)效益 有利于現(xiàn)代化管理2022-3-

9、1529第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 多品種小批量生產(chǎn)的零件 形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件 需要頻繁改型的零件 價(jià)值昂貴，不允許報(bào)費(fèi)的關(guān)鍵零件 需要最少周期的急需零件 批量較大精度要求高的零件2022-3-1530第第二二章章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2022-3-1531第二章第二章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求 數(shù)控機(jī)床的主傳動及主軸部件 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動及傳動機(jī)構(gòu) 自動換刀裝置 其它輔助裝置2022-3-1532第一節(jié)第一節(jié) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求 提高機(jī)床的動、靜剛度 減少機(jī)床的熱變

10、形 減少運(yùn)動副的摩擦，提高傳動精度 提高機(jī)床的壽命和精度保持性 自動化的機(jī)構(gòu)，宜人的操作性 安全防護(hù)和宜人的造型2022-3-1533第一節(jié)第一節(jié) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求一一. 提高機(jī)床的靜、動剛度提高機(jī)床的靜、動剛度 合理選擇支承件的結(jié)構(gòu)形式 合理的結(jié)構(gòu)布局 采用補(bǔ)償變形的措施 合理選用構(gòu)件的材料2022-3-1534第一節(jié)第一節(jié) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求二二.減少機(jī)床熱變形的措施減少機(jī)床熱變形的措施 減少機(jī)內(nèi)發(fā)熱 改善散熱和隔熱條件 合理設(shè)計(jì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)與布局 進(jìn)行熱變形補(bǔ)償2022-3-1535第一節(jié)第一節(jié) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求對數(shù)控機(jī)

11、床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求三三. 減少運(yùn)動副的摩擦減少運(yùn)動副的摩擦 采用滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌 采用貼塑滑動導(dǎo)軌 用滾珠絲杠代替滑動絲杠 采用無間隙滾珠絲杠傳動和無間隙齒輪傳動以提高傳動精度2022-3-1536第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)概述 主運(yùn)動系統(tǒng)是指驅(qū)動主軸運(yùn)動的系統(tǒng)，主軸是數(shù)控機(jī)床上帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動的運(yùn)動軸，它往往是數(shù)控機(jī)床上單軸功率消耗最大的運(yùn)動軸。主傳動系統(tǒng)的作用主傳動系統(tǒng)的作用： 傳遞動力，傳遞切削加工所需要的動力 傳遞運(yùn)動，傳遞切削加工所需要的運(yùn)動； 運(yùn)動控制，控制主運(yùn)動運(yùn)行速度的大小、方向和起停。 與

12、進(jìn)給伺服系統(tǒng)相比，它具有轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大等特點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，對它的運(yùn)動精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有較高的要求。2022-3-1537數(shù)控機(jī)床對主運(yùn)動系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床對主運(yùn)動系統(tǒng)的要求動力功率高動力功率高 由于對高效率的要求日益增長，加之刀具材料和技術(shù)的進(jìn)步，大多數(shù)NC機(jī)床均要求有足夠高的功率來滿足高速強(qiáng)力切削。一般NC機(jī)床的主軸驅(qū)動功率在3.7kW250kW之間調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬 除了功率方面的要求外，還應(yīng)使主軸轉(zhuǎn)速具有足夠大的調(diào)整范圍。調(diào)速范圍是指最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，即Rn=nmax/nmin控制功能多樣化控制功能多樣化性能要求高性能要求高2022-3-153

13、8主傳動功率主傳動功率 機(jī)床主傳動的功率N可根據(jù)切削功率Nc與主運(yùn)動傳動鏈的總效率由下式來確定 N=Nc/ 數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，切削功率可以根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削力Pz按下式來確定 2022-3-1539調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬在主運(yùn)動系統(tǒng)中調(diào)速范圍有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分，如圖所示，在基本轉(zhuǎn)速(額定轉(zhuǎn)速nc )以下是恒轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍，通過調(diào)整電樞電壓來實(shí)現(xiàn)，在nc以上是恒功率調(diào)速，通過調(diào)磁調(diào)速。而且現(xiàn)在恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率(在低速時(shí)往往由于電流的限制，只能進(jìn)行恒扭矩調(diào)速。因?yàn)榧庸ひ恍╇y加工材料所需求的轉(zhuǎn)速范圍相差很大，例如，鈦需要

14、低速加工，而鋁合金材料卻需要高速加工，而采用齒輪變速箱擴(kuò)大變速范圍的方法已不能滿足要求。2022-3-1540調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件或刀具的直徑d(mm)來確定對于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件（或刀具）直徑的變化，主軸的最低和最高轉(zhuǎn)速可根據(jù)下式確定2022-3-1541數(shù)控機(jī)床的主傳動變速方式數(shù)控機(jī)床的主傳動變速方式 無級變速 分段無級變速 內(nèi)置電動機(jī)主軸變速（電主軸） 有級變速（機(jī)械變速）2022-3-1542現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床均采用交流主軸電機(jī)及交流變頻驅(qū)動裝置，下圖為主軸輸出特性曲線主 軸 轉(zhuǎn) 速 （ r/min

15、)轉(zhuǎn)矩（N.m)功率（kw)連 續(xù) ）（ 極 限 ）主 軸 輸 出 特 性 曲 線 -轉(zhuǎn) 速 功 率 特 性2022-3-1543主 軸 轉(zhuǎn) 速 （ r/min)轉(zhuǎn)矩（N.m)（ 極 限 ）連 續(xù) ）標(biāo) 準(zhǔn) 型 22.5-2250r/min高 速 型 45-4500r/min主 軸 輸 出 特 性 曲 線 -轉(zhuǎn) 速 轉(zhuǎn) 矩 特 性2022-3-1544控制功能多樣化控制功能多樣化由于由于NC機(jī)床的種類繁多，不同的機(jī)床對主軸功能有不同的要求機(jī)床的種類繁多，不同的機(jī)床對主軸功能有不同的要求。NC車床車螺紋時(shí)要求有同步控制功能；加工中心為了能進(jìn)行自動換刀需要主軸準(zhǔn)停功能；NC車床和NC磨床在進(jìn)行端面

16、加工時(shí)，為了保證端面加工的粗糙度要求，要求接觸點(diǎn)處的線速度為恒值，需要恒線速切削功能；還有些NC機(jī)床有C軸控制功能2022-3-1545性能要求高性能要求高對主軸電機(jī)的性能要求如下：對主軸電機(jī)的性能要求如下：電機(jī)抗過載能力強(qiáng)，要求有較長時(shí)間(130min)和較大倍數(shù)的抗過載能力；在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動要??；速度響應(yīng)要快，升降速時(shí)間要短；電機(jī)溫升低，振動和噪音??；可靠性高，壽命長，維護(hù)容易；體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易2022-3-1546普通電機(jī)普通電機(jī)機(jī)械變速系統(tǒng)機(jī)械變速系統(tǒng)主軸部件配置方式主軸部件配置方式 該配置方式是一種傳統(tǒng)的配置方式，它能夠滿足各種切削運(yùn)動轉(zhuǎn)矩輸出的要求，但變速范

17、圍不大，由于是有級變速使切削速度的選擇受到限制，而且該配置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以現(xiàn)在僅有少數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床采用該配置，其他已很少采用。 2022-3-1547變頻器變頻器交流電機(jī)交流電機(jī)12級級機(jī)械變速機(jī)械變速主軸部件配置方式主軸部件配置方式特點(diǎn)：特點(diǎn)：變頻電機(jī)經(jīng)一對齒輪變速后，再通過二聯(lián)滑移齒輪傳動主軸，使主軸獲得高速段和低速段轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍的速度變化能力；具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，且在傳動上能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求；調(diào)速范圍及動力特性相對于交、直流主軸電機(jī)系統(tǒng)而言要差一些；主要用于經(jīng)濟(jì)型或中低檔數(shù)控機(jī)床上。 2022-3-15482022-3-15

18、49交、直交、直流流主軸電機(jī)主軸電機(jī) 主軸部件配置方式主軸部件配置方式特點(diǎn)：特點(diǎn)：電機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動主軸電機(jī)是性能更好的交、直流主軸電機(jī)，變速范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 8000 r/min在傳動上能基本能滿足目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的要求，易于實(shí)現(xiàn)豐富的控制功能結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，可滿足現(xiàn)在中高檔數(shù)控機(jī)床的控制要求對于越來越高的速度的需求， 該配置方式已難以滿足2022-3-15502022-3-1551電主軸電主軸這種電機(jī)由三個(gè)基本部分組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測元件?？招妮S轉(zhuǎn)子，它既是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，也是主軸，中間是空心的，用于裝夾刀具或工件；帶繞組的定子，它和其他電機(jī)相似。這種電機(jī)構(gòu)

19、成了較簡單的主運(yùn)動部 件。它不僅可以使轉(zhuǎn)速提高，若在其內(nèi)應(yīng)用較先進(jìn)的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）而且可使主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá)200000 r/min。它的出現(xiàn)大大簡化了主運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動”，因而使傳動精度大大提高，由于它具有上述特點(diǎn)，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。在目前也存在著一些缺點(diǎn)，主要是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主軸電機(jī)的關(guān)鍵問題。 2022-3-1552電主軸結(jié)構(gòu)圖電主軸結(jié)構(gòu)圖2022-3-1553電主軸外觀圖電主軸外觀圖20

20、22-3-1554三位液壓撥叉作用原理圖三位液壓撥叉作用原理圖 三 位 液 壓 撥 叉 作 用 原 理 圖1 、 5 - 液 壓 缸 2 - 活 塞 桿 3 - 撥 叉 4 - 套 筒2022-3-1555嚙合式電磁離合器嚙合式電磁離合器嚙 合 式 電 磁 離 合 器1 - 線 圈2 - 銜 鐵3 - 螺 釘4 - 彈 簧5 - 定 位 環(huán)6 - 隔 離 環(huán)7 - 螺 釘8 - 磁 軛9 - 旋 轉(zhuǎn) 環(huán)2022-3-1556加加工工中中心心典典型型主主軸軸部部件件2022-3-1557數(shù)控機(jī)床的主軸部件數(shù)控機(jī)床的主軸部件組成組成：主軸部件由主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件及裝夾刀具或工件的附

21、件組成。主要作用主要作用：夾持工件或刀具實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動；傳遞運(yùn)動及切削加工所需要的動力。機(jī)床對其主軸部件的主要要求有機(jī)床對其主軸部件的主要要求有： 主軸的精度要高。精度包括運(yùn)動精度(回轉(zhuǎn)精度、軸向竄動)和安裝刀具或夾持工件的夾具的定位精度(軸向、徑向)。 部件的結(jié)構(gòu)剛度和抗振性。 運(yùn)轉(zhuǎn)溫升不能太高以及較好的熱穩(wěn)定性。 部件的耐磨性和精度保持能力。對數(shù)控機(jī)床除上述要求外，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面還應(yīng)有： 刀具的自動夾緊裝置。 主軸的準(zhǔn)停裝置。 主軸孔的清理裝置等2022-3-1558進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置概述概述 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)成形加工運(yùn)動所需的運(yùn)動及動

22、力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由傳動機(jī)構(gòu)、運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件組成。如下圖所示。其中常用的傳動機(jī)構(gòu)有傳動齒輪和同步帶； 運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)有絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、軸承等。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給運(yùn)動的要求數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給運(yùn)動的要求 減少摩擦阻力 提高傳動精度和剛度 消除傳動間隙 減小運(yùn)動件的慣量2022-3-1559進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置2022-3-1560進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置 對進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置的要求： 由于機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等，對執(zhí)行件運(yùn)動特性和運(yùn)動精度有重要影響，因此進(jìn)給伺服系統(tǒng)對機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)提出了較高

23、的要求，主要有： 摩擦力小，尤其是動靜摩擦系數(shù)之差要小，故廣泛采用如滾動摩擦等摩擦力較小的傳動件及導(dǎo)軌； 傳動精度和剛度要高，要求消除傳動間隙，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊。以增加傳動系統(tǒng)剛度； 運(yùn)動慣量要小，盡可能減小運(yùn)動部件質(zhì)量，以提高響應(yīng)速度。2022-3-1561進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置 齒輪傳動及齒輪消隙齒輪傳動及齒輪消隙齒輪傳動在伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的作用是：改變運(yùn)動方向、降速、增大扭矩、適應(yīng)不同絲杠螺距和不同脈沖當(dāng)量的配比等。當(dāng)在伺服電機(jī)和絲杠之間安裝齒輪（直齒、斜齒、錐齒等）時(shí)，必然產(chǎn)生齒側(cè)間隙，造成反向運(yùn)動的死區(qū)，必須設(shè)法消除。目前消除齒側(cè)間隙普遍采用雙片齒輪結(jié)構(gòu)，如下圖（a），將一對

24、齒輪中的大齒輪分成1、2兩部分，并分別與螺釘3、8固定，再將彈簧4與3、8聯(lián)接起來，這樣齒輪的1、2兩部分的齒輪自然錯(cuò)開，達(dá)到自動消除齒側(cè)間隙的目的。圖（b）為斜齒輪傳動消隙結(jié)構(gòu)。它是將一個(gè)斜齒輪分成兩個(gè)薄片3、4，且在其中加一墊片2，改變墊片2的厚度，薄片3、4的螺旋線就會錯(cuò)位，分別與寬齒輪1的齒槽左、右側(cè)面貼緊，消除了間隙。2022-3-15622022-3-1563鍵聯(lián)接消隙鍵聯(lián)接消隙當(dāng)齒輪與軸聯(lián)接時(shí)，鍵兩側(cè)的間隙也必須設(shè)法消除，其措施如下圖。圖（a）為雙鍵消除間隙，用緊定螺釘頂緊。圖（b）將其中一個(gè)鍵灌環(huán)氧樹酯，但不易拆卸維修。2022-3-1564聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié) 由于伺服電機(jī)性能的提高

25、，目前許多場合都采用伺服電機(jī)與絲杠直接相聯(lián)，由于伺服系統(tǒng)對傳動精度要求較高，因而對聯(lián)軸節(jié)也提出了較高的要求，主要有無間隙、傳動中彈性變形小、高速傳動平穩(wěn)、穩(wěn)定可靠等。圖是較典型的聯(lián)軸節(jié)的結(jié)構(gòu)形式。圖（a）用錐銷聯(lián)接，為防止振松，用螺母加彈簧墊圈鎖緊。圖（b）將錐銷放在側(cè)邊，故可承受較大的剪切力。圖（c）為套筒中心線上互為90的兩個(gè)錐銷。套筒聯(lián)接尺寸小、轉(zhuǎn)動慣量小。圖（d）為十字滑塊聯(lián)軸節(jié)，接頭槽口需研配，適于負(fù)載較小的傳動。圖（e）是現(xiàn)在廣泛采用的直接聯(lián)接電機(jī)軸和絲杠的彈性無鍵聯(lián)軸節(jié)。這種聯(lián)軸節(jié)的工作原理是：聯(lián)軸節(jié)的左半部裝在電機(jī)軸上，當(dāng)擰緊螺釘2時(shí)，件3和件6相互靠近，擠壓內(nèi)錐環(huán)4、外錐環(huán)5

26、，使外錐環(huán)內(nèi)徑縮小，內(nèi)錐環(huán)外徑脹大，使件6與電機(jī)軸1形成無鍵聯(lián)接。右半部也同樣形成無鍵聯(lián)接。左半部通過彈性鋼片組8兩個(gè)對角孔與螺栓10、球面墊圈7、9相聯(lián)。圖中表明球面墊圈9與右半部件16沒有任何聯(lián)接關(guān)系。同樣，彈簧鋼片組8的另兩個(gè)對角孔，通過球面墊圈17、18、螺栓19與右半部的件16聯(lián)接，墊圈18與件6也沒有任何聯(lián)接關(guān)系。這樣依靠彈性鋼片組對角聯(lián)接（即彈性）傳遞扭矩，且與電機(jī)軸和絲杠都無鍵聯(lián)接。2022-3-15652022-3-1566滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副絲杠螺母副是運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分類：滑動絲杠螺母副，主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化

27、改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等； 滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數(shù)控機(jī)床； 靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。工作原理絲杠（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。2022-3-1567滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副滾珠循環(huán)方式 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。滾珠絲杠螺母副的每個(gè)循環(huán)稱為一列，每個(gè)導(dǎo)程稱為一圈。外循環(huán)下圖為常用的一種外循環(huán)方式，這種結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔2.5圈或3.5圈螺紋處鉆兩個(gè)孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出口。

28、再用弧形銅管插入進(jìn)口和出口內(nèi)，形成滾珠返回通道，由彎管的端部來引導(dǎo)滾珠；這種彎管由兩半合成，采用沖壓件，工藝性好。外循環(huán)方式制造工藝簡單、應(yīng)用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，故剛性差、易磨損，噪音較大。外循環(huán)的工作圈數(shù)是2.5圈或3.5圈 ，12列。2022-3-15682022-3-1569滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副內(nèi)循環(huán) 圖為滾珠內(nèi)循環(huán)方式，它采用圓柱凸鍵反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2，反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位，以保持對準(zhǔn)螺紋滾道方向。在一個(gè)螺母上沿螺紋周向錯(cuò)開120，軸向錯(cuò)開 （t為導(dǎo)程），裝三個(gè)反向器，形成三圈滾珠循環(huán)。

29、內(nèi)循環(huán)螺母結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易產(chǎn)生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較困難。 內(nèi)循環(huán)的工作圈數(shù)是3列。2022-3-1570滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn) 1。傳動效率高達(dá)85%98%，是普通滑動絲杠的24倍，2。摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小，采用它是提高進(jìn)給系統(tǒng)靈敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；3。傳動精度高，可消除傳動間隙，實(shí)現(xiàn)無間隙傳動；4。由于效率高，無自鎖能力，故對于垂直使用的情況，應(yīng)增加自鎖裝置。2022-3-1571滾珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選用 選用要點(diǎn)應(yīng)該根據(jù)機(jī)床的精度要求

30、來選用滾珠絲杠副的精度，根據(jù)機(jī)床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗(yàn)算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度、壓曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命等。 精度等級的選擇滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機(jī)床，一般可選用D級，精密級數(shù)控機(jī)床選用C級精度的滾珠絲杠副。絲杠精度中的導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度影響最明顯。而絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機(jī)床的定位精度。通常需要計(jì)算出絲杠由于溫升產(chǎn)生的伸長量，該伸長量稱為絲杠的方向目標(biāo)。用戶在定購滾珠絲杠時(shí)，必須給出滾珠絲杠的方向目標(biāo)值。2022-3-1572滾珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選用結(jié)構(gòu)尺寸的選擇結(jié)構(gòu)尺寸的選擇滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)尺寸主要有：絲

31、杠的名義直徑D0、螺距t、長度L、滾珠直徑d0等，尤其是名義直徑與剛度直接相關(guān)，直徑大、承載能力和剛度越大，但直徑大轉(zhuǎn)動慣量也隨之增加，使系統(tǒng)的靈敏度降低。所以，一般是在兼顧二者的情況下選取最佳直徑。有關(guān)資料推薦有關(guān)資料推薦：名義直徑D0對于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心選用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滾珠絲杠，但通常應(yīng)大于L/30-L/35；螺距t： t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但傳動效率低，承載能力低，應(yīng)折中考慮；絲桿長度L：一般為工作行程+螺母長度+（510）；滾珠直徑d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0 =0.6t；

32、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)和工作滾珠總數(shù)對絲桿工作特性影響較大；當(dāng)前面三項(xiàng)確定后，后兩項(xiàng)也確定了，一般不用用戶考慮。2022-3-1573滾珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選用 驗(yàn)算驗(yàn)算當(dāng)有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)選定后，還應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度、臨界轉(zhuǎn)速和壽命的驗(yàn)算校核：剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算絲杠屬細(xì)長桿，受扭矩會引起扭轉(zhuǎn)變形，從而“吃掉”若干輸入的位置指令，致使執(zhí)行間的輸出不到位，這些被“吃掉”的輸入稱為失動量。剛度驗(yàn)算就是校驗(yàn)絲杠在額定軸向（扭轉(zhuǎn)）載荷作用下，執(zhí)行件的失動量。失動量的計(jì)算方法如下：2022-3-1574滾珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選用 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算 對于數(shù)控機(jī)床來說，滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速是

33、指快速移動時(shí)的轉(zhuǎn)速。因此，只要此時(shí)的轉(zhuǎn)速不超過臨界轉(zhuǎn)速就可以了。應(yīng)校核絲杠軸的轉(zhuǎn)速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導(dǎo)致強(qiáng)迫共振，影響機(jī)床正常工作。應(yīng)根據(jù)有關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行的校核。 壽命驗(yàn)算壽命驗(yàn)算滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。在工程計(jì)算中，采用額定疲勞壽命這一概念，它指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠，在相同條件下回轉(zhuǎn)時(shí)，其中90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)。也可用總回轉(zhuǎn)時(shí)間或總走行距離來表示?？筛鶕?jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式校核，應(yīng)保證總時(shí)間壽命Lt20 000(h)。如果不能滿足這一條件，而且軸向載荷已由工作要求所決定不能減小，則只有選取直徑較大，即額定動載荷較大的絲杠，以保證

34、Lt20000(h)。2022-3-1575滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要來自于臥式絲杠的自重。由于滾珠絲杠的軸向剛度對位移精度的影響很大，因此，如何從利用支撐結(jié)構(gòu)來提高滾珠絲桿的軸向剛度是至關(guān)重要的。美國CINCINNATI 10HC臥式加工中心的Z坐標(biāo)（立柱水平方向移動）的滾珠絲杠支承采用一端固定，一端自由的結(jié)構(gòu)形式如圖5-19（a），固定端采用四個(gè)接觸角為60的推力角接觸球軸承，兩個(gè)同向、面對面安裝，加上預(yù)緊，軸向剛度和承載能力都很高。該固定端連同伺服電機(jī)都安裝在支架2上。絲杠的另一端自由懸伸，滾珠絲杠螺母4固定在底座3上。可視為一種輔助支

35、承。工作時(shí)，伺服電機(jī)12帶動滾珠絲杠5旋轉(zhuǎn)，并推動支架和重達(dá)5噸的立柱1（包括主軸箱和刀庫）沿Z 方向運(yùn)動。2022-3-15762022-3-15772022-3-1578滾珠絲杠的制動滾珠絲杠的制動 滾珠絲杠副的傳動效率高但不能自鎖，用在垂直傳動或高速大慣量場合時(shí)需要制動裝置。目前常見的有機(jī)械式和電氣式兩種。電氣方式制動是采用電磁制動器，而且這種制動器就做在電機(jī)內(nèi)部。圖為FANUC公司伺服電機(jī)帶制動器的示意圖。機(jī)床工作時(shí)，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當(dāng)停機(jī)或停電時(shí)，電磁鐵失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機(jī)端蓋為一體，故與電機(jī)軸聯(lián)接的

36、絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機(jī)殼內(nèi)，與電機(jī)形成一體化的結(jié)構(gòu)。2022-3-1579滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的安裝滾珠絲杠螺母副的安裝 一般要求滾珠絲杠螺母副在安裝時(shí)首先應(yīng)滿足以下要求： 滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動； 螺母座孔中心應(yīng)與絲杠安裝軸線同心； 滾珠絲杠螺母副中心線應(yīng)平行于相應(yīng)的導(dǎo)軌; 能方便地進(jìn)行間隙調(diào)整、預(yù)緊和預(yù)拉伸。 預(yù)緊預(yù)緊 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊是使兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向位移（相離或靠近），以消除它們之間的間隙并施加預(yù)緊力，預(yù)緊目的是消除運(yùn)動間隙,提高運(yùn)動精度及傳動剛度。2022-3-1580滾珠絲杠副的軸向間隙的消除和預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向間隙的消除

37、和預(yù)緊軸向間隙：軸向間隙：指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時(shí)，絲杠和螺母之間最大軸向竄動。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，還包括在施加軸向載荷之后彈性變形所造成的竄動。預(yù)緊消隙的方法：預(yù)緊消隙的方法： 1 修磨墊片厚度 2 用鎖緊螺母消隙 3 齒差式調(diào)整2022-3-1581 雙螺母消隙雙螺母消隙特點(diǎn)：調(diào)整方便，不能精確調(diào)整2022-3-1582修磨墊片消隙修磨墊片消隙2022-3-1583齒差式調(diào)整齒差式調(diào)整螺距P左螺母齒數(shù)Z1右螺母齒數(shù)Z2同向各轉(zhuǎn)一個(gè)齒調(diào)整量為：=P（1/Z1-1/Z2）特點(diǎn)：能精確調(diào)整間隙2022-3-1584數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌對數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求：對數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求： 摩擦

38、系數(shù)小、運(yùn)動平穩(wěn)、噪聲低、傳動靈活、精度高常用導(dǎo)軌類型：常用導(dǎo)軌類型： 滾動導(dǎo)軌：滾動導(dǎo)軌塊 直線滾動導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌： 滑動導(dǎo)軌：貼塑導(dǎo)軌2022-3-1585數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌 2022-3-1586數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌：貼塑導(dǎo)軌：2022-3-1587數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌2022-3-1588第四節(jié)第四節(jié) 刀具、刀庫及自動換刀裝置刀具、刀庫及自動換刀裝置 數(shù)控機(jī)床對刀具的要求 數(shù)控機(jī)床所用刀具的材料及其選擇 數(shù)控機(jī)床用刀具類型 自動換刀系統(tǒng)的組成原理 刀庫與刀具管理 刀具交換裝置2022-3-1589數(shù)控機(jī)床對刀具的

39、要求數(shù)控機(jī)床對刀具的要求適應(yīng)高速切削要求。高速度、大進(jìn)給是數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床的刀具必須具有良好的切削性能。高的可靠性較高的尺寸耐用度。刀具在兩次調(diào)整之間所能加工出合格零件的數(shù)量，稱為刀具的尺寸耐用度。高精度。為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工的高精度和自動換刀的要求，刀具及其裝夾結(jié)構(gòu)也必須有很高的精度，以保證它在機(jī)床上的安裝精度和重復(fù)定位精度?？煽康臄嘈技芭判即胧┑毒叩恼{(diào)整、更換方便、快速而且精確符合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化及復(fù)合化2022-3-1590數(shù)控機(jī)床刀具材料的性能、種類數(shù)控機(jī)床刀具材料的性能、種類刀具材料的性能刀具材料的性能較高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料

40、的硬度越高耐磨性就越好。足夠的強(qiáng)度和韌性。以抵抗切削過程中的沖擊和振動較高的耐熱性。是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性和強(qiáng)度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志較好的導(dǎo)熱性刀具材料的種類刀具材料的種類高速鋼：通用型高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼硬質(zhì)合金：硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性都很高，其切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍；但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差。涂層刀具：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物。陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基體上重添加各種碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生產(chǎn)工藝制成的。它具有很高的硬度、耐磨

41、性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性等獨(dú)特的優(yōu)越性，在高速切削范圍以及加工某些難加工材料，特別是加熱切削法方面，包括涂層刀具在內(nèi)的任何高速鋼和硬質(zhì)合金刀具都無法與之相比。2022-3-1591數(shù)控車床所用刀具數(shù)控車床所用刀具2022-3-1592數(shù)控車床所用刀具數(shù)控車床所用刀具2022-3-1593數(shù)控鏜銑床所用刀具數(shù)控鏜銑床所用刀具2022-3-1594自動換刀裝置自動換刀裝置概述概述 自動換刀系統(tǒng)應(yīng)該滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，刀具儲存數(shù)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整，應(yīng)有防屑、防塵裝置，布局應(yīng)合理等要求。同時(shí)也應(yīng)具有較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等特點(diǎn)。組成：組成：自動換

42、刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)(如機(jī)械手)、刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等部分組成。2022-3-1595換刀方式：換刀方式：分為兩大類由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換。由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換。用這種形式交換刀具時(shí)，主軸上用過的刀具送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個(gè)動作不能同時(shí)進(jìn)行，選刀和換刀由數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此換刀時(shí)間長，換刀動作也較多。 由機(jī)械手進(jìn)由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換。行刀具交換。 由于刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機(jī)械手也有多種形式。2022-3-1596刀具必須裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄內(nèi)，我國TSG刀具系統(tǒng)規(guī)定了刀柄標(biāo)準(zhǔn)，有直柄及7 24錐度的錐柄兩類。分別用于圓柱形主軸

43、孔及圓錐形主軸孔其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中3為刀柄定位及夾持部位，2為機(jī)械手抓取部位，1為鍵槽 ，用于傳遞切削扭矩，4為螺孔，用以安裝可調(diào)節(jié)拉桿，供拉緊刀柄用。刀具的軸向尺寸和徑向尺寸應(yīng)先在調(diào)刀儀上調(diào)整好，才可裝入刀庫中。絲錐、鉸刀要先裝在浮動夾具內(nèi)，再裝入標(biāo)準(zhǔn)刀柄內(nèi)。圓柱形刀柄在使用時(shí)需在軸向和徑向夾緊，因而主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，圓柱柄安裝精度高，但磨損后不能自動補(bǔ)償。而錐柄稍有磨損也不會過分影響刀具的安裝精度。在換刀過程中，由于機(jī)械手抓住刀柄要作快速回轉(zhuǎn)，拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準(zhǔn)主軸上的驅(qū)動鍵。因此，機(jī)械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當(dāng)?shù)膴A緊力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止

44、刀具在換刀過程中轉(zhuǎn)動或脫落。 2022-3-1597柄式夾持：柄式夾持：刀柄前端有V形槽，供機(jī)械手夾持用，目前我國數(shù)控機(jī)床較多采用這種夾持方式。如圖所示為機(jī)械手手掌結(jié)構(gòu)示意圖。由固定爪7及活動爪1組成，活動爪1可繞軸2回轉(zhuǎn)，其一端在彈簧柱塞6的作用下，支靠在擋銷3上，調(diào)整螺栓5以保持手掌適當(dāng)?shù)膴A緊力，鎖緊銷4使活動爪1牢固夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷4要軸向壓進(jìn)，放松活動爪1，以便抓刀或松刀時(shí)手爪從刀柄V形槽中退出。2022-3-1598法蘭盤式夾持法蘭盤式夾持法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖所示在刀柄的前端有供機(jī)械手夾持用的法蘭盤，圖中所示為采用帶洼形肩面的法蘭盤供機(jī)

45、械手夾持用。圖（a）上圖為松開狀態(tài)，下圖為夾持狀態(tài)。采用法蘭盤式夾持的突出優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)采用中間搬運(yùn)裝置時(shí)，可以很方便地從一個(gè)機(jī)械手過渡到另一個(gè)輔助機(jī)械手上去，如圖（b）所示。法蘭盤式夾持方式、換刀動作較多，不如柄式夾持方式應(yīng)用廣泛。2022-3-1599以EV-810A立式加工中心為例，來說明自動換刀系統(tǒng)的工作原理。該自動換刀系統(tǒng)由盤式刀庫和刀具交換裝置組成。刀庫安裝在機(jī)床立柱的左側(cè)，刀庫容量為24把刀具，換刀機(jī)械手安裝在刀庫和主軸之間。機(jī)械手將刀具從刀庫中取出送至機(jī)床主軸上，然后將用過的刀具送回刀庫。其自動換刀動作過程簡述如下：刀套下轉(zhuǎn)90：如圖所示，刀庫位于立柱左側(cè)，刀具軸線在刀庫中的安裝方

46、向在換刀前與主軸垂直，刀庫將待換刀具5送到換刀位置，刀套4連同刀具5向下翻轉(zhuǎn)90，使刀具軸線與主軸軸線平行。 機(jī)械手轉(zhuǎn)75：下圖所示K向視圖為機(jī)械手的原始位置，換刀時(shí)機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)75，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。 機(jī)械手拔刀：待主軸上自動夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具后，機(jī)械手下降，同時(shí)拔出主軸上和刀庫上的刀具。刀具位置交換：機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)180，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。 機(jī)械手插刀：機(jī)械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中。機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)75：待主軸上自動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具后，機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)75，回到原始位置。刀套上轉(zhuǎn)90：刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn)90，準(zhǔn)備下一次選刀。該機(jī)床使用

47、回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手換刀。在自動換刀過程中，機(jī)械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫上的刀具、插刀和復(fù)位等動作，這些動作由氣壓系統(tǒng)來控制完成。這種自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，換刀可靠，換刀動作也少，得到了廣泛應(yīng)用。2022-3-15100刀套下轉(zhuǎn)90機(jī)械手轉(zhuǎn)75 機(jī)械手拔刀刀具位置交換機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)75刀套上轉(zhuǎn)90主軸Z向定位、準(zhǔn)停刀臂式換刀動作流程刀臂式換刀動作流程2022-3-15101刀庫和刀具管理刀庫和刀具管理刀庫類型刀庫類型：數(shù)控機(jī)床上普遍采用盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁?。密集型的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)的限制，很少用于單機(jī)加工中心。密集型的固定刀庫目前多用于FMS中的集中供刀系

48、統(tǒng)。盤式刀庫盤式刀庫：盤式刀庫一般用于刀具容量較少的刀庫鏈?zhǔn)降稁欤烘準(zhǔn)降稁欤阂话愕毒邤?shù)量在30120把時(shí)，多采用鏈?zhǔn)降稁?022-3-15102盤盤式式刀刀庫庫2022-3-15103鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁?022-3-15104自動換刀的選刀方式自動換刀的選刀方式順序選刀順序選刀 將刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外

49、，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這種方式現(xiàn)在已很少采用。刀具編碼方式刀具編碼方式：采用特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，對每把刀進(jìn)行編碼刀座編碼方式刀座編碼方式：永久性編碼、臨時(shí)性編碼（鑰匙編碼）方式任意選刀任意選刀：軟件選刀2022-3-15105軟件選刀方式軟件選刀方式ATC（自動換刀）控制和刀號數(shù)據(jù)表（自動換刀）控制和刀號數(shù)據(jù)表2022-3-15106刀具識別與換刀刀具識別與換刀1。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號可任意設(shè)定2。刀具表中刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)始終與刀具在刀庫中的實(shí)際位置對應(yīng)3。計(jì)算機(jī)通過查刀具表識別刀具4。換刀時(shí)，通過軟件修改刀具表，使相應(yīng)刀具表中的

50、刀號與交換后的刀號一致。2022-3-151072022-3-15108刀具交換裝置的形式刀具交換裝置的形式 回轉(zhuǎn)刀架換刀 回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？稍O(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，并相應(yīng)地安裝四把、六把或更多的刀具。 換刀流程如下：換刀流程如下： 更換主軸換刀 更換主軸箱換刀 更換刀庫換刀 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)刀架抬起刀架轉(zhuǎn)位刀架壓緊轉(zhuǎn)位油缸復(fù)位2022-3-151092022-3-15110更換主軸換刀更換主軸換刀特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸剛性差，適應(yīng)切削力不大的場合。2022-3-15111更更換換主主軸軸箱箱換換刀刀2022-3-15112更換刀庫換刀更換刀庫換刀2022

51、-3-15113帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，應(yīng)用最廣泛。 刀庫可裝在機(jī)床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一機(jī)床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個(gè)獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外個(gè)獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。特點(diǎn)：特點(diǎn)：帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)，整個(gè)換刀過程比較復(fù)雜。換刀時(shí)，根據(jù)選刀指令先在刀庫上選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進(jìn)行刀具交換。這種換刀裝置和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比，由于機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以增強(qiáng)主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀庫，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的多工

52、序加工，從而提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。但換刀過程的動作較多，換刀時(shí)間較長。2022-3-15114工作臺快速向右移動刀庫空刀座對準(zhǔn)主軸主軸箱下降、主軸松刀主軸箱上升、刀庫回轉(zhuǎn)主軸箱下降，主軸插刀主軸箱上升機(jī)床工作臺快速向左返回工件復(fù)位1。刀庫裝在工作臺上刀庫裝在工作臺上2022-3-151152。刀庫裝在立柱上。刀庫裝在立柱上 工件上某一工序加工完，主軸準(zhǔn)停，主軸箱返回?fù)Q刀點(diǎn)準(zhǔn)備換刀，刀庫上的“新刀”按預(yù)定指令轉(zhuǎn)到換刀位置上。 機(jī)械手由圖 (a)的原始位置逆時(shí)針回轉(zhuǎn)90，到圖（b）的位置，機(jī)械手的兩卡爪同時(shí)抓住刀庫中的“新刀”4與主軸中的“舊刀”3。 機(jī)械手沿軸向同時(shí)將刀具從主軸與刀庫中拔

53、出，圖（c）。 機(jī)械手順時(shí)針回轉(zhuǎn)180,把新刀轉(zhuǎn)到主軸處，舊刀轉(zhuǎn)到刀庫的換刀位置，圖（d）。 機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r(shí)裝入主軸及刀庫中，圖（e）。 機(jī)械手順時(shí)針回轉(zhuǎn)90，恢復(fù)原始水平位置，圖（f）。 這種換刀裝置換刀時(shí)間較短，刀庫可儲存較多的刀具，適用于加工較復(fù)雜的工件。2022-3-151162022-3-151173。刀庫裝在主軸箱上。刀庫裝在主軸箱上如圖所示為刀庫2裝在主軸箱上方，刀庫中刀具軸線與機(jī)床主軸軸線相差90，不能用一個(gè)機(jī)械手1直接換刀。需通過刀具回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3先將刀具翻轉(zhuǎn)90，使其軸線與主軸軸線平行，再由機(jī)械手一端卡爪抓取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的刀具，另一端卡爪抓取主軸4上的刀具5，實(shí)現(xiàn)刀具的相

54、互交換，從主軸上卸下的刀具只能由機(jī)械手送至刀具的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，然后反轉(zhuǎn)90送回刀庫。2022-3-151184。刀庫獨(dú)立裝在。刀庫獨(dú)立裝在機(jī)床之外機(jī)床之外 刀庫的容量大、刀具較重或機(jī)床總體布局等原因，刀庫也可作為一個(gè)獨(dú)立部件，裝在機(jī)床之外。如圖所示，鏈?zhǔn)降稁熘糜跈C(jī)床左側(cè)，通過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的交換。2022-3-15119刀庫遠(yuǎn)離機(jī)床刀庫遠(yuǎn)離機(jī)床 這種換刀系統(tǒng)常常要附加運(yùn)輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運(yùn)輸。機(jī)床左側(cè)的鏈?zhǔn)降稁煊伤呐诺舵溄M成，雙臂式交叉機(jī)械手要在四排刀鏈的任一排刀鏈上選擇所需的刀具，所以機(jī)械手必需上下移動，并可停在四個(gè)換刀位置上取刀。為了能在刀庫及主軸上裝卸刀具，機(jī)械手回轉(zhuǎn)架可回

55、轉(zhuǎn)180，裝刀手與卸刀手還必沿本身導(dǎo)軌作直線往復(fù)運(yùn)動，以裝卸刀具。2022-3-15120第三章第三章 數(shù)控加工編程數(shù)控加工編程 什么是數(shù)控加工編程 數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識 數(shù)控加工的工藝特點(diǎn) 數(shù)控銑床編程 數(shù)控車床編程 數(shù)控加工中心編程2022-3-15121什么是數(shù)控加工編程什么是數(shù)控加工編程這是一個(gè)鉆孔程序的實(shí)例，程序如下：P0001； 程序名N10 T01 M06 S1000 M03； 選擇刀具，啟動主軸N20 G54 G90 G00 Z10； 建立工件原點(diǎn)，快移N30 G81 G99 X20 Y40 Z2 I-15 F80 ；鉆孔循環(huán)N40 X40 Y60； 鉆第二孔 N50 X60 Y

56、40； 鉆第三孔N60 X40 Y20； 鉆第四孔N70 G80 G00 Z50 M05 M30；結(jié)束鉆孔，程序結(jié)束2022-3-15122程序格式：P N 10 T M 06 S F M03N 20 G54 G90 G00 X- Y- Z- M08N30 N100 M09N110 M30/M02注：程序段由若干個(gè)指令字組成，如M03，X10等每個(gè)指令字由地址符和數(shù)字組成如G54，G地址符 2022-3-15123程序內(nèi)容：程序內(nèi)容： 程序的編號；如：P0001 工件的原點(diǎn)（編程原點(diǎn)）；如：G54 FST指令，即：進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、刀具指令 主軸啟動、換刀；如：M03，M06 刀具的引進(jìn)、退

57、出（快進(jìn)、快退）；如：G00 Z10 刀具的運(yùn)動軌跡；如：G01，G02 冷卻液的開停；如：M08，M09 程序結(jié)束；如M02，M302022-3-15124編程步驟編程步驟確定加工工藝節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算熟悉零件圖用機(jī)床識別的代碼編程圖形模擬首件試切修改，完成2022-3-15125工藝分析與數(shù)值計(jì)算工藝分析與數(shù)值計(jì)算分析零件加工工藝：分析零件加工工藝：確定加工機(jī)床、刀具與夾具；確定零件加工的工藝線路、工步順序；切削用量（f、s、t）等工藝參數(shù)；數(shù)值計(jì)算：數(shù)值計(jì)算： 根據(jù)圖紙尺寸及工藝線路的要求：選定工件坐標(biāo)系計(jì)算零件輪廓和刀具運(yùn)動軌跡的坐標(biāo)值；將坐標(biāo)值按NC機(jī)床規(guī)定編程單位（脈沖當(dāng)量）換算為相應(yīng)的

58、編程尺寸。 2022-3-15126坐標(biāo)系建立的原則坐標(biāo)系建立的原則刀具相對于靜止的工件而運(yùn)動的原則標(biāo)準(zhǔn)右手直角坐標(biāo)系，用X、Y、Z表示直線運(yùn)動的三個(gè)方向Z軸正方向?yàn)榈毒哌h(yuǎn)離工件的方向用A、B、C表示分別繞X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，符合右手螺旋定則平行于X、Y、Z坐標(biāo)軸的符加軸為U、V、W及P、Q、R2022-3-15127如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系1.先確定先確定Z軸：軸： .主運(yùn)動軸為Z軸 . 多個(gè)主軸時(shí)，垂直于工件裝夾平面的為主要主軸，平行于該軸方向的為Z軸 . 無主軸時(shí)，垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆軸 .刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸正方向2.再確定再確定X軸軸：主軸（Z軸）

59、帶工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如車床 1. X軸分布在徑向，平行于橫向滑座 2. 刀具遠(yuǎn)離主軸中心線的方向?yàn)檎蛑鬏S（Z軸）帶刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如銑、鉆、鏜床 1. X軸是水平的，平行于工件的裝夾平面 2. 立式：主軸垂直布置, 由主軸向立柱看，X軸的正方向指向右 3. 臥式：主軸水平布置, 由主軸向工件看，X軸的正方向指向右3.最后按右手定則確定最后按右手定則確定Y軸軸2022-3-15128銑床坐標(biāo)軸的分布銑床坐標(biāo)軸的分布2022-3-15129車床坐標(biāo)軸的分布車床坐標(biāo)軸的分布2022-3-15130雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系 對ZZ 軸軸線在豎直方向且為雙立柱的數(shù)控機(jī)床(如：龍門機(jī)床

60、)，規(guī)定由刀具向左立柱看時(shí)，X 坐標(biāo)的正方向指向右邊。參見右圖。2022-3-15131機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)在機(jī)床經(jīng)過設(shè)計(jì)制造和調(diào)整后這個(gè)原點(diǎn)便被確定下來,它是固定的點(diǎn)。數(shù)控裝置上電時(shí)并不知道機(jī)床零點(diǎn)每個(gè)坐標(biāo)軸的機(jī)械行程是由最大和最小限位開關(guān)來限定的。機(jī)床參考點(diǎn)：機(jī)床參考點(diǎn)：機(jī)床上已知的確定的點(diǎn)。為了正確地在機(jī)床工作時(shí)建立機(jī)床坐標(biāo)系通常在每個(gè)坐標(biāo)軸的移動范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)作為測量起點(diǎn)，機(jī)床起動時(shí)通常要進(jìn)行機(jī)動或手動回參考點(diǎn)以建立機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床參考點(diǎn)可以與機(jī)床零點(diǎn)重