機械制造系統(tǒng)自動化培訓(xùn)課件

1機械制造自動化技術(shù)MechanicalManufacturingAutomationTechnology沈陽工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院楊赫然E-mail：283969974@1機械制造自動化技術(shù)沈陽工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院楊赫然E-mail：2本課程的主要內(nèi)容第一章機械制造自動化技術(shù)概述第二章

機械制造系統(tǒng)自動化第三章

制造過程自動化控制系統(tǒng)第四章物料傳輸自動化第五章自動化檢測與監(jiān)控系統(tǒng)第六章裝配自動化第七章轎車換擋器半自動裝配系統(tǒng)的設(shè)計實例2本課程的主要內(nèi)容第一章機械制造自動化技術(shù)概述3機械制造設(shè)備自動化概述

切削加工自動化金屬板材成形加工自動化機械制造自動線第二章機械制造系統(tǒng)自動化3機械制造設(shè)備自動化概述第二章機械制造系統(tǒng)自動化4§2.1制造設(shè)備自動化意義、方法與分類制造設(shè)備自動化的概念：

是指在加工過程中所用的加工設(shè)備能夠高效、精密、可靠地自動進行加工，此外還應(yīng)能進一步集中工序和具有一定的柔性。高效：生產(chǎn)率要達到一定高的水平；精密：加工精度高（精度穩(wěn)定性高），成品可以達到完全互裝配，不必再分組選配；可靠：設(shè)備故障率低，除班間休息之外可以達到常年不停生產(chǎn)，利用班間休息時間計劃換刀；集中工序：在一臺設(shè)備或一個自動化加工系統(tǒng)中完成一個工件由毛坯到總裝前的全部工序；柔性：適應(yīng)產(chǎn)品的更換。4§2.1制造設(shè)備自動化意義、方法與分類制造設(shè)備自動化的5§2.1制造設(shè)備自動化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動化↓↓輔助時間↓↑生產(chǎn)率改善工人的勞動條件減輕工人的勞動強度。1、制造設(shè)備自動化的意義5§2.1制造設(shè)備自動化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動6制造設(shè)備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題之一，是機械制造廠實現(xiàn)零件加工自動化的基礎(chǔ)。

單臺制造設(shè)備的自動化能較好地滿足零件加工過程中某個或幾個工序的加工半自動化和自動化的需要，為多機床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動生產(chǎn)線和過渡到全盤自動化的必要前提，是機械制造業(yè)更進一步向前發(fā)展的基礎(chǔ)。6制造設(shè)備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題7§2-１意義、方法和分類2、制造設(shè)備自動化的方法制造設(shè)備自動化裝卸工件自動化加工過程自動化機床加工循環(huán)自動化其它一些輔助動作自動化7§2-１意義、方法和分類2、制造設(shè)備自動化的方法制造設(shè)備8實現(xiàn)制造設(shè)備自動化的途徑主要有：對于現(xiàn)有設(shè)備（通用）進行自動化改裝，以實現(xiàn)單機自動化條件：被改造的機床必須具有足夠的精度和剛度自動化機構(gòu)和控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠改裝工作量小設(shè)計、制造、采用專用或?qū)ｉT的自動化加工設(shè)備采用數(shù)控加工設(shè)備8實現(xiàn)制造設(shè)備自動化的途徑主要有：對于現(xiàn)有設(shè)備（通用）進行自9§2-１意義、方法和分類全（半）自動單機組合機床自動線CNC（計算機數(shù)控機床）FMC（柔性制造單元）3、自動化加工設(shè)備分類9§2-１意義、方法和分類全（半）自動單機3、自動化加工設(shè)10§2-2 單機工作自動化實現(xiàn)單機自動化的方法采用通用自動化或半自動化機床實現(xiàn)單機自動化采用組合機床實現(xiàn)單機自動化采用通用機床進行自動化改裝實現(xiàn)單機自動化10§2-2 單機工作自動化11

普通機床的工作行程運動是由機床來完成的，但空行程運動的全部或大部分則必須由工人來操作，此外工人還需根據(jù)工件加工工藝的要求，發(fā)出相應(yīng)的操作指令，加工出所需形狀和尺寸的工件，這類機床必須在工人看管操作下才能完成加工過程。11普通機床的工作行程運動是由機床來完成的，但空行程運12

如機床能自動完成所有工作行程和空行程運動，并能根據(jù)加工工藝要求，自動地控制各運動的先后順序，以及控制各運動部件的位移量或運動軌跡，即在沒有工人直接參與的情況下，自動地按規(guī)定的程序進行動作，完成整個加工循環(huán)，這樣的機床，稱為自動化機床。flash12如機床能自動完成所有工作行程和空行程運動，并能根據(jù)132.2.1實現(xiàn)單機自動化的方法采用通用自動化或半自動化機床實現(xiàn)單機自動化采用組合機床實現(xiàn)單機自動化采用專用機床實現(xiàn)單機自動化采用通用機床進行自動化改裝實現(xiàn)單機自動化132.2.1實現(xiàn)單機自動化的方法采用通用自動化或半自動化14自動化機床有自動和半自動之分。兩者的區(qū)別在于：

自動機床——在一個工作循環(huán)結(jié)束后，能自動卸下加工完的工件，裝上待加工的坯件，并繼續(xù)進行同樣的工作循環(huán)，直至裝在機床上的一批坯件加工完為止；半自動機床——能自動地完成除上料和卸工件以外的一切切削和輔助運動的機床?！枞斯ぱb卸自動循環(huán)的實現(xiàn)；2.2.2采用通用自動化或半自動化機床實現(xiàn)單機自動化14自動化機床有自動和半自動之分。2.2.2采用通用自動化15特點：提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，而且還可保證工件質(zhì)量穩(wěn)定，精度一致性好。此外，機床自動化還能減少設(shè)備數(shù)量，縮減生產(chǎn)面積，減少在制品數(shù)量。自動化機床所需機構(gòu)：它具有能代替手工操作的各種自動化空行程機構(gòu)；它具有能代替工人控制機床工作過程的自動控制系統(tǒng)。15特點：提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，而且還可保證工16自動化單機的控制方式及適用范圍凸輪式特點：用專門設(shè)計制造的凸輪或靠模控制刀具的運動軌跡，并利用凸輪軸使多個不同運動能協(xié)同動作。適用范圍：少品種，大批量應(yīng)用機床：單軸縱切自動車床、仿形車床品種變換程度：每月一次到數(shù)次16自動化單機的控制方式及適用范圍凸輪式17自動化單機的控制方式及適用范圍非凸輪式特點：用電氣、電氣伺服、液壓、絲杠副等非凸輪機構(gòu)控制刀具的運動軌跡及多個不同運動的協(xié)同動作。適用范圍：多品種，中批量應(yīng)用機床：臥式多軸自動車床、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床、立式多軸半自動車床、多刀半自動車床品種變換程度：一日一次17自動化單機的控制方式及適用范圍非凸輪式18自動化單機的控制方式及適用范圍數(shù)字控制式特點：用數(shù)字形式控制刀具或機構(gòu)的運動軌跡及多個數(shù)控坐標軸之間的必要聯(lián)動。適用范圍：多品種，中小批量應(yīng)用機床：各種數(shù)控機床品種變換程度：一日數(shù)次18自動化單機的控制方式及適用范圍數(shù)字控制式19車削自動化設(shè)備分類自動化程度：自動 －－加工棒料毛坯半自動 －－加工件料毛坯主軸數(shù)目：多軸－－多個主軸同時夾持多個工件旋轉(zhuǎn)，多把刀具同時加工，生產(chǎn)效率高，但主軸轉(zhuǎn)位時存在定位誤差單軸－－單根主軸

19車削自動化設(shè)備分類自動化程度：20車削自動化設(shè)備分類主軸放置形式：臥式－－加工棒料毛坯立式－－加工直徑大而重的件料毛坯工藝方法：橫切－－刀具只作橫向進給，加工形狀簡單、尺寸較小的銷軸類零件縱切－－加工盤套類和細長的階梯軸類零件

20車削自動化設(shè)備分類主軸放置形式：21車削自動化設(shè)備分類加工方式：平行－－多把刀具同時加工，加工表面形狀比較簡單的零件順序－－加工形狀復(fù)雜、需要多把刀具輪流進行加工的零件（大多具有內(nèi)孔或螺紋）21車削自動化設(shè)備分類加工方式：22(1)機床的用途、總布局與工作循環(huán)１）用途：主要用于大批大量生產(chǎn)中，加工形狀比較復(fù)雜、需用多把刀具順序地進行加工的工件?？蛇M行車削工作，鉆、擴、鉸孔，攻、套內(nèi)外螺紋以及切斷等。還可通過安裝各種特殊附件，以進行車螺紋、銑槽和鉆橫孔等工作。一般只能加工冷撥棒料。2、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床22(1)機床的用途、總布局與工作循環(huán)2、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床23２）總布局：

前刀架：用于成形車削和滾花等；后刀架：用于切槽、倒角等；

上刀架：用于切斷等；

轉(zhuǎn)塔刀架：用于完成檔料、車內(nèi)外圓、鉆孔、擴孔、鉸孔、攻內(nèi)螺紋、套外螺絲等。23２）總布局：24３）工作循環(huán)：⑴送料和夾料⑵各刀架順序工作，按加工工藝要求依次加工工件各表面。

轉(zhuǎn)塔刀架的運動循環(huán)：

快速趨近工件（快進）—工作進給（工進）—快速退回（快退）—轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位；其在一個自動工作循環(huán)中，轉(zhuǎn)塔刀架可完成六次工作循環(huán)。前、后、上刀架的工作循環(huán)：快進—工進—快退；加工一個工件，它們只能完成一次工作循環(huán)。⑶切斷和接料24３）工作循環(huán)：25４）所需運動工作行程運動——主軸旋轉(zhuǎn)主運動，前、后、上刀架橫向進給運動，轉(zhuǎn)塔刀架縱向進給運動；空行程運動——前、后、上刀架橫向快進和快退運動，轉(zhuǎn)塔刀架縱向快進、快退運動，送料和夾料運動，接料運動，以及操縱控制運動等。25４）所需運動262.2.3采用組合機床實現(xiàn)單機自動化

組合機床—是以已經(jīng)系列化、標準化的通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。

組合機床既保留專用機床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，又像通用機床那樣具有部件通用化、可調(diào)整改裝以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)尺寸的工件加工等特點。262.2.3采用組合機床實現(xiàn)單機自動化組合機床27

組合機床的組成

組合機床的通用部件按其所起作用的不同一般分為下面五類：（1）動力部件是用于傳遞動力實現(xiàn)工作運動、為刀具提供主運動和進給運動。如各種類型的切削頭、滑臺和動力箱等。（2）支承部件如底座、立柱等。（3）輸送部件如多工位的工作臺、回轉(zhuǎn)工作臺和回轉(zhuǎn)鼓輪等。（4）控制部件如液壓元件、控制擋鐵、行程開關(guān)、操縱臺等。（5）輔助部件如冷卻潤滑裝置、排屑裝置、機械板手等。27組合機床的組成組合機床的通用部件按其所起作用的28

根據(jù)加工零件形狀及工藝要求，組合機床還需采用少量的專用部件，如根據(jù)工件孔位、孔距、孔數(shù)不同而設(shè)計制造的多軸箱，以及根據(jù)工件的具體結(jié)構(gòu)和定位基準不同而設(shè)計制造的夾具等。28根據(jù)加工零件形狀及工藝要求，29

組合機床的組成

側(cè)底座立柱底座立柱多軸箱動力箱滑臺中間底座夾具29組合機床的組成側(cè)底座立柱底座立柱多軸箱動力箱滑臺30組合機床加工方式

組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。30組合機床加工方式組合機床一般采用多軸、多刀、31組合機床的配置型式1.

單工位組合機床這類組合機床的特點是工件僅在一個工作位置上加工。

2.多工位組合機床這類組合機床的特點是工件能在幾個工位上進行加工。31組合機床的配置型式1.

單工位組合機床32組合機床的特點及應(yīng)用范圍1.組合機床的特點組合機床與通用機床或一般專用機床相比，主要有如下優(yōu)點：

1)設(shè)計和制造的周期短。

2)對產(chǎn)品變化或更新有較強的適應(yīng)性。

3)具有較高的工作可靠性。

4)工序集中，生產(chǎn)效率高。

5)機床的維護和修理都比較方便。32組合機床的特點及應(yīng)用范圍1.組合機床的特點33組合機床的缺點：

1）在機床改裝時，少量專用部件和零件不能重復(fù)利用，因此有一定的損失。

2）在組成各種類型的組合機床時，所選用的通用部件不一定完全適用。

2.組合機床的應(yīng)用范圍組合機床最適于箱體類零件（如各種變速箱的箱體、氣缸體、電機座、儀器儀表殼體等）的加工。近年來，軸類、盤套類、叉類等零件也越來越多地采用組合機床加工。33組合機床的缺點：34

組合機床未來的發(fā)展：采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和可換主軸箱或轉(zhuǎn)塔式主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；納入柔性制造系統(tǒng)等。34組合機床未來的發(fā)展：35主要用來帶動各種主軸部件進給，也可以帶動夾具和工件，作移動工作臺用。

1－滑臺2－動力箱3－多軸箱4－銑削頭5－鏜車頭6－鉆削頭組合機床的幾種通用部件（一）動力滑臺

1.動力滑臺的功用35主要用來帶動各種主軸部件進給，1－滑臺2－動力箱362.滑臺的典型工作循環(huán)SQ

－快進SW－工進SR－快退a)一次工作進給循環(huán)b)二次工作進給循環(huán)362.滑臺的典型工作循環(huán)SQ－快進372.滑臺的典型工作循環(huán)c)超越工作進給循環(huán)d)雙向工作進給循環(huán)372.滑臺的典型工作循環(huán)c)超越工作進給循環(huán)d)雙382.滑臺的典型工作循環(huán)e)分級工作進給循環(huán)382.滑臺的典型工作循環(huán)e)分級工作進給循環(huán)39

組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)

液壓動力滑臺由液壓缸驅(qū)動，在電氣和機械裝置的配合下可以完成各種自動工作循環(huán)。組合機床液壓動力滑臺可以實現(xiàn)多種不同的工作循環(huán)，其中一種比較典型的工作循環(huán)是：快進→

一工進→二工進→死擋鐵停留→快退→停止。39組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)液壓動力滑臺40

（二）動力箱齒輪傳動動力箱的結(jié)構(gòu)1－動力箱箱體2－驅(qū)動軸3－齒輪動力箱是為主軸箱的刀具提供切削主運動的驅(qū)動裝置,與動力滑臺和主軸箱配套使用由動力滑臺實現(xiàn)進給運動。

40（二）動力箱齒輪傳動動力箱的結(jié)構(gòu)動力箱是為41

（三）單軸頭

頂置式主運動傳動裝置與各種單軸頭頭體配套的情況鉆削頭b)攻螺紋頭c)鏜削頭d)鏜車頭e)銑削頭f)多軸可調(diào)頭1－主運動傳動裝置2－單軸頭頭體41（三）單軸頭頂置式主運動傳動裝置與各種單軸42

（四）回轉(zhuǎn)工作臺

回轉(zhuǎn)工作臺是組合機床的一種輸送部件，用于多工位組合機床。

齒盤定位式液壓回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意b)液壓傳動原理1－臺面2－上齒盤3－下齒盤4－底座5－壓緊液壓缸

6－牙嵌離合器7－齒輪8－齒條液壓缸9、10－電磁閥42（四）回轉(zhuǎn)工作臺齒盤定位式液壓回轉(zhuǎn)工作臺43

組合機床自動線某一組合機床自動線的組成示意圖。圖19-12組合機床自動線

1－中央操縱臺

2－工件輸送裝置

3－轉(zhuǎn)位臺

4－翻轉(zhuǎn)臺

5－液壓站

6－排屑裝置

43組合機床自動線圖19-12組合機床自動線44數(shù)控機床運動系統(tǒng)：

主運動系統(tǒng)—實現(xiàn)機床主軸運動；進給運動系統(tǒng)—實現(xiàn)機床工作臺的直線運動與轉(zhuǎn)動；

換刀運動—實現(xiàn)加工中心更換刀具連續(xù)加工所需的運動。2.3數(shù)控機床及加工中心44數(shù)控機床運動系統(tǒng)：主運動系統(tǒng)—實現(xiàn)機床主軸運動；2.3452.3.1數(shù)控機床主運動系統(tǒng)功用：

傳遞動力：傳遞切削加工所需要的動力

傳遞運動：傳遞切削加工所需要的運動

運動控制：控制主運動的大小方向開停組成：

動力源：電機

傳動系統(tǒng)：定比傳動機構(gòu)、變速裝置

運動控制裝置:

離合器、制動器等

執(zhí)行件：主軸452.3.1數(shù)控機床主運動系統(tǒng)功用：46

主軸轉(zhuǎn)速更高；變速范圍更寬；100～10000

提供的動力更強。一般NC機床的主軸驅(qū)動功率在3.7kw~250kw之間。1.數(shù)控機床的主運動系統(tǒng)性能要求：

主運動的自動變速、準停；

C軸控制；同步速度控制。2.數(shù)控機床的主運動系統(tǒng)功能：2.3.1數(shù)控機床主運動系統(tǒng)46主軸轉(zhuǎn)速更高；1.數(shù)控機床的主運動系統(tǒng)性能要求：主47與普通機床相比較，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)具有如下特點：(1)采用直流或交流主軸電動機

現(xiàn)代數(shù)控機床的主傳動電動機一般采用直流或交流主軸電動機。這種電動機調(diào)速范圍廣，可實現(xiàn)無級調(diào)速，因此主軸箱結(jié)構(gòu)簡化。

（2）轉(zhuǎn)速高、功率大、變速范圍廣數(shù)控機床適應(yīng)性強，適合加工單件、小批量和形狀復(fù)雜工件，為了適應(yīng)各種不同材料的加工以及各種不同的加工方法，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)要有較寬的轉(zhuǎn)速范圍及相應(yīng)的輸出力矩，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。（3）主軸變速迅速可靠數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)采用了可實現(xiàn)無級調(diào)速的電動機，機械變檔一般又采用液壓缸推動滑移齒輪實現(xiàn)，因此變速穩(wěn)定可靠。（4）主軸部件性能好

主軸部件直接裝夾刀具對工件進行切削加工，對加工質(zhì)量及刀具壽命有很大影響，并且在加工過程中不進行人工調(diào)整，因此主軸部件必須具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性、耐磨性。3、數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的特點47與普通機床相比較，數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)具有如下特點：3481)．帶有變速齒輪的主傳動系統(tǒng)（分段無級變速）數(shù)控機床在實際生產(chǎn)中，并不需要在整個變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動。為了確保數(shù)控機床主軸低速時有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控機床在交流或直流電動機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，即解決電機驅(qū)動和主軸傳動功率的匹配問題，使之成為分段無級變速?！?/p>

主傳動系統(tǒng)的配置方式根據(jù)數(shù)控機床的類型與大小，其主傳動主要有以下四種形式。481)．帶有變速齒輪的主傳動系統(tǒng)（分段無級變速）§2.3494、主傳動系統(tǒng)的配置方式這種傳動主要應(yīng)用在大、中型數(shù)控機床通過使用雙聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)二級變速。常用的變速操縱方式：

液壓撥叉電磁離合器

494、主傳動系統(tǒng)的配置方式這種50例：TND360型數(shù)控車床作用：慢速對刀和手動調(diào)整機床50例：TND360型數(shù)控車床51電磁離合器變速電磁離合器能簡化變速機構(gòu)，便于實現(xiàn)自動化操作，它是通過安裝在傳動軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動路線，實現(xiàn)主軸變速的。51電磁離合器變速電磁離合器能簡化變速機構(gòu)，便于實現(xiàn)自動化操52電磁離合器種類：摩擦片式牙嵌式兩種無滑環(huán)摩擦片式電磁離合器特點：可在運轉(zhuǎn)中變速、具有過載保護功能，但尺寸大、摩擦發(fā)熱大。52電磁離合器種類：53牙嵌式電磁離合器特點：傳遞扭矩大、尺寸小，傳動比準確，可用于內(nèi)聯(lián)系傳動鏈中。53牙嵌式電磁離合器542)．帶有定比傳動的主傳動系統(tǒng)

主軸電動機經(jīng)過定比傳動傳遞給主軸。定比傳動多采用帶（同步齒形帶和三角帶）傳動，也有采用齒輪傳動的。適用于高速、低轉(zhuǎn)距特性的主軸，電動機本身的調(diào)速就能夠滿足要求，且?guī)鲃悠椒€(wěn)，可避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲。這種傳動主要應(yīng)用在轉(zhuǎn)速高、變速范圍不大的數(shù)控車床和中、小型加工中心。

542)．帶有定比傳動的主傳動系統(tǒng)主軸電動機經(jīng)過定比傳動傳55多楔帶：兼有v帶和平帶的優(yōu)點，既有平帶柔軟、強韌的特點，又有v帶緊湊、高效等優(yōu)點。55多楔帶：兼有v帶和平帶的優(yōu)點，既有平帶柔軟、強韌的特點，56同步帶是利用帶齒與帶輪的嚙合同步傳動力的一種新型傳動帶。不僅具有帶傳動的特點，適用于大中心距傳遞，而且又具有齒輪傳動和鏈傳動的特點，能夠保證準確的傳動比。56同步帶是利用帶齒與帶輪的嚙合同步傳動力的一種新型傳動帶。57

用兩個電動機分別驅(qū)動的主傳動系統(tǒng)

高速時電動機通過帶傳動使主軸旋轉(zhuǎn)，傳動平穩(wěn)。低速時，另一個電動機通過二級齒輪降速，擴大變速范圍，使恒功率區(qū)增大，克服了低速時轉(zhuǎn)距不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。57用兩個電動機分別驅(qū)動的主傳動系統(tǒng)5858593)．調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動

數(shù)控機床采用直流或交流主軸伺服電動機直接驅(qū)動主軸實現(xiàn)無級變速。電動機與主軸通過聯(lián)軸器連接。交流主軸電動機及交流變頻驅(qū)動裝置（籠型感應(yīng)交流電動機配置矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng)），由于沒有電刷不產(chǎn)生火花，所以使用壽命長，且性能已達到直流驅(qū)動系統(tǒng)的水平，甚至在噪聲方面還有所降低。因此，目前應(yīng)用較為廣泛。593)．調(diào)速電機直接驅(qū)動主軸傳動數(shù)控機床采用直60

精密聯(lián)軸器連接：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高，但主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩與電機完全一致，低速性能的改善是其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。60精密聯(lián)軸器連接：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高，但主軸的614)、電主軸

主軸與電機制成一體，電動機轉(zhuǎn)子軸即為機床主軸。電主軸組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測元件。614)、電主軸主軸與電機制成一體，電動機轉(zhuǎn)子軸即為機62優(yōu)點：主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止響應(yīng)特性，利于控制振動和噪聲。大大簡化了主運動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所謂“零傳動”，使傳動精度大大提高，在高速數(shù)控機床大量采用。缺點:電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主軸電機的關(guān)鍵問題。62優(yōu)點：主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止63機床主軸的幾種結(jié)構(gòu)形式

機床主軸的端部一般用于安裝刀具、夾持工件或夾具。在結(jié)構(gòu)上，應(yīng)能保證定位準確、安裝可靠、連接牢固、裝卸方便，并能傳遞足夠的扭矩。目前，主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀都已標準化。

63機床主軸的幾種結(jié)構(gòu)形式機床主軸的端部一64

機床主軸的幾種結(jié)構(gòu)形式

（a）數(shù)控車床主軸端部（b）銑、鏜類機床主軸端部（c）外圓磨床砂輪主軸端部（d）內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部（e）鉆床與普通鏜床錘桿端部（f）數(shù)控鏜床主軸端部64機床主軸的幾種結(jié)構(gòu)形式（a）數(shù)控車床主軸端部65

當(dāng)主軸停止時，控制其停于固定位置（定位于圓周上特定角度）稱為“主軸準停”、“主軸定位”、“主軸定向”準停指令：

M19或M06主軸定向的用途加工中心自動換刀精鏜后退刀背鏜車床上工件定位§

主軸典型控制功能1.主軸準停裝置65當(dāng)主軸停止時，控制其停于固定位置（定位于圓周66

在自動換刀的數(shù)控加工中心上，由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的，因此在主軸前端設(shè)置一個端面鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與端面鍵對準，才能順利換刀；這就要求主軸具有準確定位于圓周上特定角度的功能。1）、為什么加工中心要有主軸準停？主軸準停是實現(xiàn)ATC(Autotoolchanging)過程的重要環(huán)節(jié)66在自動換刀的數(shù)控加工中心上，由于刀具裝在主軸上，切672）加工精密坐標孔

在加工精密的坐標孔時，由于每次都能在主軸的固定圓周位置換刀，故能保證刀尖與主軸相對位置的一致性，從而減少被加工孔的尺寸分散度（提高刀具重復(fù)定位精度），這是主軸定向準停裝置帶來的好處之一。672）加工精密坐標孔在加工精密的坐標孔時，由683）、精鏜孔后退刀(Fineboring)

當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必須先讓刀，再退刀。采用主軸準停控制，使刀尖停在一個固定位置（X軸或Y軸上），以便主軸偏移一定尺寸后，使刀尖離開工件表面進行退刀。683）、精鏜孔后退刀(Fineboring)694）、背鏜（Counterboring）

通過小孔鏜大孔，主軸準停控制，使刀尖停在一個固定位置（X軸或Y軸上），以便主軸偏移一定尺寸后，使刀尖能通過前壁小孔進入箱體內(nèi)對大孔進行鏜削。694）、背鏜（Counterboring）通過705)、車床上工件定位

當(dāng)在車削中心上加工工件規(guī)定部位上的槽、孔或要求主軸定向停止后以便裝卸、檢測工件時，必須具有主軸定向停止或C軸功能，即通過位置控制使主軸在不同角度上定位。705)、車床上工件定位當(dāng)在車削中心上加工工件規(guī)71

主軸準?？刂频膶崿F(xiàn)方式機械式準停裝置：1-無觸點開關(guān)

2-感應(yīng)塊3-凸輪定位盤（主軸）4-定位液壓缸5-定向滾輪6-定位活塞

M19→

主軸減速→無觸點開關(guān)發(fā)信號→主電機停轉(zhuǎn)，慣性空轉(zhuǎn)→延時繼電器延時0.2～0.4秒后→活塞在電磁閥作用下，將滾輪推入V型槽，同時行程開關(guān)LS2發(fā)出應(yīng)答信號→準停結(jié)束→可以進行換刀等動作。71主軸準?？刂频膶崿F(xiàn)方式機械式準停裝置：1-無觸點開關(guān)72電氣式準停裝置：1-主軸2-同步帶3-主軸電動機4-永久磁鐵5-磁傳感器磁力傳感器準停裝置1）利用磁力傳感器檢產(chǎn)生準停信號。2）利用主軸上光電脈沖產(chǎn)生準停信號。72電氣式準停裝置：1-主軸2-同步帶3-主軸電73當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動或停止時，接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準停開關(guān)信號量→主軸立即減速或加速至某一準停速度。主軸到達準停速度且準停位置到達時(即磁發(fā)體與磁傳感器對準)→主軸立即減速至某一爬行速度。然后當(dāng)磁傳感器信號出現(xiàn)時，主軸驅(qū)動立即進入磁傳感器作為反饋元件的位置閉環(huán)控制→目標位置為準停位置。準停完成后，主軸驅(qū)動裝置輸出準停完成信號給數(shù)控裝置→從而可進行自動換刀(ATC)或其他動作。磁傳感器準停步驟為：73當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動或停止時，接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準停開關(guān)信號量→74

編碼器準停裝置（Electronicorientation）

利用裝在主軸上的編碼器作為檢測元件，通過它們輸出的反饋信號，使主軸準確地停在規(guī)定的位置上。74編碼器準停裝置（Electronicorienta757576例M03

S1000

//主軸以1000r／min正轉(zhuǎn)

M19

//主軸準停于缺省位置

M19

S100

//主軸準停轉(zhuǎn)至100°處

S1000

//主軸再次以1000r／min正轉(zhuǎn)

M19

S200

//主軸準停至200°處76例M03S1000//主軸以1000r／mi772.C軸控制與同步速度控制對應(yīng)Z軸的回轉(zhuǎn)軸（即繞主軸回轉(zhuǎn)）為C軸。

車削中心的主傳動系統(tǒng)與數(shù)控車床基本相同，只是增加了控制主軸回轉(zhuǎn)角度的C軸坐標功能、以實現(xiàn)主軸定向停車和圓周進給，并在數(shù)控裝置控制下實現(xiàn)C軸與進給軸（Z軸或X軸）聯(lián)動進行插補控制，可以實現(xiàn)任意曲線的加工。

如：實現(xiàn)圓柱面上或端面上任意部位的鉆削、銑削、攻絲及非圓柱或圓錐的異形回轉(zhuǎn)表面等加工。C軸控制與同步速度控制的功能：772.C軸控制與同步速度控制對應(yīng)Z軸的回轉(zhuǎn)軸（即繞主軸78a）在圓柱面或端面上銑槽b)在圓柱面上銑螺旋槽

c）在端面上銑螺旋槽d)銑直線或平面

加工這些表面需要哪些軸運動？聯(lián)動？78a）在圓柱面或端面上銑槽b)在圓79由進給伺服電機控制主軸的回轉(zhuǎn)位置（轉(zhuǎn)角）；由主軸電機實現(xiàn)，此時主軸的位置（角度)由裝于主軸上（不是主軸電機）上的高分辨率編碼器檢測，主軸作為進給伺服軸工作。C軸的控制方式：79由進給伺服電機控制主軸的回轉(zhuǎn)位置（轉(zhuǎn)角）；C軸的控制80C軸回轉(zhuǎn)或分度：采用可嚙合和脫開的精密蝸輪副結(jié)構(gòu)，由伺服電機8驅(qū)動蝸桿4及主軸上的蝸輪9實現(xiàn)分度。當(dāng)機床處于銑削和鉆削狀態(tài)時，即主軸需通過C軸回轉(zhuǎn)或分度時，蝸桿與蝸輪嚙合。該蝸桿－蝸輪副由液壓缸驅(qū)動完成。C軸的分度精度由一個脈沖編碼器來保證，分度精度為0.01度。80C軸回轉(zhuǎn)或分度：采用可嚙合和脫開的精密蝸輪副結(jié)構(gòu)，由伺81

工作臺是數(shù)控機床的重要部件，為了提高數(shù)控機床的生產(chǎn)效率，擴大其工藝范圍，對于數(shù)控機床的進給運動除了沿坐標軸X、Y、Z三個方向的直線進給運動之外，還常常需要有分度運動和圓周進給運動?；剞D(zhuǎn)工作臺作用:

回轉(zhuǎn)工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種曲面和曲線等復(fù)雜的形狀?；剞D(zhuǎn)工作臺對于自動換刀多工序的加工中心是必備的部件。2.3.1數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)工作臺81工作臺是數(shù)控機床的重要部件，為了提高數(shù)控機床的822.4刀具自動化

刀具是金屬切削加工中不可缺少的工具之一，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床、加工中心機床以及柔性制造系統(tǒng)，都必須通過刀具才能完成切削加工。

刀具自動化：是加工設(shè)備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、走刀等工作過程。822.4刀具自動化刀具是金屬切削加工中不可832.自動化刀具的類型及選用

類型：分為標準刀具和專用刀具兩大類。在以自動生產(chǎn)線為代表的剛性自動化生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能提高刀具的專用化程度，以取得最佳的效益。在以數(shù)控機床、加工中心為主體構(gòu)成的柔性自動化加工系統(tǒng)中，為了提高加工的適應(yīng)性，同時考慮到加工設(shè)備的刀庫容量有限，應(yīng)盡量減少使用專用刀具，而選用通用標準刀具、刀具標準組合件或模塊式刀具。832.自動化刀具的類型及選用84常用的種類： 可轉(zhuǎn)位車刀、高速鋼麻花鉆、機夾扁鉆、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀、立銑刀、面銑刀、絲錐和各種復(fù)合刀具等84常用的種類：85刀具的選用要考慮的因素有：刀具的使用條件；被加工工件材料與尺寸；刀具的斷屑情況；刀具和刀片的生產(chǎn)供應(yīng)；刀具的結(jié)構(gòu)型式。85刀具的選用要考慮的因素有：86刀具的選用原則如下：

1）為了提高刀具的耐用度和可靠性，應(yīng)盡量選用各種高性能、高效率、長壽命的刀具材料制成的刀具。

2）應(yīng)選用機夾可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)。

3）為了集中工序，提高生產(chǎn)率及保證加工精度，應(yīng)盡可能采用復(fù)合刀具。

4）應(yīng)盡量采用各種高效刀具。86刀具的選用原則如下：87二、自動化刀具裝夾機構(gòu)自動化刀具裝夾機構(gòu)的作用：

充分發(fā)揮自動化加工設(shè)備應(yīng)有的效率，實現(xiàn)快速自動換刀。方法：必須要配備一套標準的裝夾機構(gòu)，建立一套標準的工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)：是針對數(shù)控機床要求與之配套的刀具必須可快換、高效切削而發(fā)展起來的，是刀具與機床的接口。87二、自動化刀具裝夾機構(gòu)自動化刀具裝夾機構(gòu)的作用：88工具系統(tǒng)的分類：鏜銑類數(shù)控機床用工具系統(tǒng)（簡稱”TSG”系統(tǒng)）車床類數(shù)控機床用工具系統(tǒng)（簡稱“BTS”系統(tǒng)）可同時適應(yīng)數(shù)控車削和數(shù)控鏜銑加工的工具系統(tǒng)。88工具系統(tǒng)的分類：89

數(shù)控銑床、加工中心用刀具工具柄部自動化刀具的組成：由與機床主軸孔相適應(yīng)的工具柄部、與工具柄部相聯(lián)接的工具裝夾部分和各種刀具部分組成

在數(shù)控銑床、加工中心類機床上一般都采用7:24圓錐柄工具。不自鎖，換刀比較方便，并且與直柄相比有較高的定心精度和較高的剛性。對于有自動換刀裝置的加工中心類機床，在加工工件時主軸上的工具要頻繁地更換，為了達到較高的換刀精度,

工具柄部必須有較高的制造精度89數(shù)控銑床、加工中心用刀具工具柄部自動化刀具的組成：由與90工具系統(tǒng)的組成：主要由刀具的柄部（刀柄）、接桿（接柄）和夾頭等部分組成。工具系統(tǒng)中規(guī)定了刀具與裝夾工具的結(jié)構(gòu)、尺寸系列及其連接形式。更完善的工具系統(tǒng)還包括自動換刀裝置、刀庫、刀具識別裝置和刀具自動檢測裝置等。90工具系統(tǒng)的組成：主要由刀具的柄部（刀柄）、接桿（接柄）911.數(shù)控車削加工的刀具裝夾結(jié)構(gòu)車削加工的工具系統(tǒng)的組成：

由機床刀架、刀夾基座及其快換刀夾和預(yù)調(diào)刀頭等組成。

911.數(shù)控車削加工的刀具裝夾結(jié)構(gòu)92

柄式夾持(軸向夾持)1-活動爪2-軸3-擋銷4-鎖緊銷5-調(diào)整螺栓6-彈簧柱塞7-固定爪2．?dāng)?shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)

刀具的夾持92柄式夾持(軸向夾持)1-活動爪2-軸3-擋銷4-931-拉桿，2-刀柄3-法蘭盤4-帶洼形肩面

法蘭盤式夾持931-拉桿，2-刀柄3-法蘭盤4-帶洼形肩面法蘭盤式94ISO7388及DIN69871

的A型拉釘

ISO7388及DIN69871

的B型拉釘

MASBT拉釘拉釘：帶螺紋的零件，連接在各種工具柄的尾端，作為鏜銑主軸拉刀固定用。94ISO7388及ISO7388及MASBT拉釘：952．?dāng)?shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)數(shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)有整體和模塊兩種不同的結(jié)構(gòu)型式。整體式結(jié)構(gòu)的特點：是工具的柄部與夾持工具的工作部分連成一體；因此不同品種和規(guī)格的工作部分都必須加工出一個能與機床連接的柄部；缺點：致使工具的規(guī)格、品種繁多，給生產(chǎn)、使用和管理都帶來不便。用途：用于刀具裝配中裝夾不改變，或不宜使用模塊式刀柄的場合。952．?dāng)?shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)數(shù)控鏜銑加工工具系統(tǒng)有整體和模塊96鏜銑類整體式工具系統(tǒng)組成96鏜銑類整體式工具系統(tǒng)組成97

柄桿與刀具的聯(lián)接97柄桿與刀具的聯(lián)接98模塊式工具系統(tǒng)的機構(gòu)特點：把工具的柄部和工作部分分割開來，制成各種系列化的模塊，然后經(jīng)過不同規(guī)格的中間模塊，可組裝成一套套不同規(guī)格的工具。既便于制造、使用與保管，又能以最少工具庫存來滿足不同零件的加工要求，因而它代表了工具系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢。各模塊的聯(lián)接采用短圓錐定位，中心螺釘拉緊。

屬于這類工具系統(tǒng)的還有德國的Komet公司的ABS工具系統(tǒng)，瑞典Sandvik公司的Varilock工具系統(tǒng)等。98模塊式工具系統(tǒng)的機構(gòu)特點：各模塊的聯(lián)接采用短圓錐定位，中99鏜銑類模塊式工具系統(tǒng)組成99鏜銑類模塊式工具系統(tǒng)組成100

模塊結(jié)構(gòu)的工具系統(tǒng)主柄聯(lián)接桿工作頭100模塊結(jié)構(gòu)的工具系統(tǒng)主柄聯(lián)接桿工作頭101

通過將基本刀柄、接桿和加長桿(如需要)進行組合，能組成很多種類的刀柄。101通過將基本刀柄、接桿和加長桿(如需要)進行組合，102102103TMG21工具系統(tǒng)103TMG21104第二節(jié)自動化換刀系統(tǒng)為了提高數(shù)控機床的加工效率，除了要提高切削速度，減少非切削時間也非常重要，現(xiàn)代數(shù)控機床正向著工件在一臺機床上一次裝夾可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，這些多工序加工的數(shù)控機床在加工過程中需使用多種刀具，因此必須有自動換刀裝置，以便選用不同的刀具來完成不同工序的加工。能夠自動地更換加工中所用刀具的裝置稱為自動換刀裝置（AutomaticToolChanger,簡稱ATC）。104第二節(jié)自動化換刀系統(tǒng)為了提高數(shù)控機床的加工效率，除了要105

一、換刀裝置的類型和組成

1.主軸與刀庫合為一體的自動換刀裝置

2.主軸與刀庫分離的自動換刀裝置二、刀庫

1.刀庫類型2.刀具的選擇方式3.刀具運送裝置4.刀具的識別三、自動化換刀機構(gòu)

1．回轉(zhuǎn)刀架 2.通過主軸換刀 3.利用機械手換刀105一、換刀裝置的類型和組成106一、換刀裝置的類型和組成常用的自動換刀裝置有如下幾種形式：

1.主軸與刀庫合為一體的自動換刀裝置

———(轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置)若干根主軸安裝在一個可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)塔頭上，每根主軸對應(yīng)裝有一把可以旋轉(zhuǎn)的刀具。

根據(jù)加工要求可以依次將裝有所需刀具的主軸轉(zhuǎn)到加工位置，實現(xiàn)自動換刀，接通主運動，主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)。106一、換刀裝置的類型和組成常用的自動換刀裝置有如下幾種107

水平轉(zhuǎn)軸自動換刀裝置其工序為：1—粗車外圓，2—鉆孔，3—精車外圓，4—鏜孔，5—外圓切槽，6—內(nèi)孔切槽，7—車螺紋，8—精鏜孔

每道工序所使用的是通用刀具。為實現(xiàn)刀具的預(yù)調(diào)和快速裝夾，應(yīng)具有專用刀夾和刀夾與主軸的連接基礎(chǔ)。107水平轉(zhuǎn)軸自動換刀裝置其工序為：每道工序所使108

多主軸轉(zhuǎn)塔頭結(jié)構(gòu)8軸立式轉(zhuǎn)塔頭10工位車削中心轉(zhuǎn)塔頭108多主軸轉(zhuǎn)塔頭結(jié)構(gòu)8軸立式轉(zhuǎn)塔頭10工位車削中心轉(zhuǎn)塔109

特點：主軸轉(zhuǎn)塔頭可看作是一個轉(zhuǎn)塔刀庫，它的結(jié)構(gòu)簡單，換刀時間短，僅為2s左右。但由于受到空間位置的限制，主軸數(shù)目不能太多，主軸部件的結(jié)構(gòu)剛度也有所下降，用途：

只適用與工序較少，精度要求不太高的數(shù)控機床，如數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等。109特點：1102.主軸與刀庫分離的自動換刀裝置

———刀庫式自動換刀裝置組成：刀庫、刀具交換裝置以及主軸等組成。配備有獨立的刀庫，存放較多的刀具，以適應(yīng)復(fù)雜零件的多工序加工；只有一根主軸，全部刀具都應(yīng)具有統(tǒng)一的標準刀柄，由主軸上的刀具自動裝卸機構(gòu)來保證刀具的自動更換；當(dāng)需要某一刀具進行切削加工時，將該刀具自動從刀庫交換到主軸上，切削完畢后又將用過的刀具自動地從主軸上取下放回刀庫裝夾裝置1102.主軸與刀庫分離的自動換刀裝置裝夾裝置111刀庫自動換刀裝置刀具傳送裝置識刀裝置

自動換刀系統(tǒng)的組成：111刀庫自動換刀系統(tǒng)的組成：112刀庫是自動換刀系統(tǒng)中最主要的裝置之一功能：貯存各種加工工序所需的刀具；按程序指令，快速、準確地將刀庫中的空刀位和待用刀具送到預(yù)定位置；接受主軸換下的刀具和便于刀具交換裝置進行換刀。刀庫的容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機床的總體布局和性能有很大影響。二、刀庫主軸換刀112刀庫是自動換刀系統(tǒng)中最主要的裝置之一二、刀庫主軸換刀1131.刀庫類型

常用刀庫有盤式刀庫鏈式刀庫格子式刀庫1131.刀庫類型114

盤形刀庫

盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，在鉆削中心上應(yīng)用較多。一般存放刀具數(shù)目較少。有徑向取刀式和軸向取刀式114盤形刀庫盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，在鉆削中心上應(yīng)用115

各種鏈式刀庫a）單環(huán)鏈式（b）多環(huán)鏈式（c）折疊鏈式

鏈式刀庫115各種鏈式刀庫鏈式刀庫116

鏈式刀庫

鏈式刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，刀座的孔中裝夾各種刀具，鏈條由鏈輪驅(qū)動。鏈式刀庫有單環(huán)鏈式和多環(huán)鏈式等幾種。當(dāng)鏈條較長時，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高空間利用率。

116鏈式刀庫鏈式刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有117格子盒式刀庫

刀具分幾排直線排列，由縱、橫向移動的取刀機械手完成選刀運動，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，有換刀機械手交換刀具。這種形式刀具排列密集，空間利用率高，刀庫容量大。

固定型格子盒式刀庫117格子盒式刀庫刀具分幾排直線排列，由縱、橫向移動的取118

2.刀具的選擇

方式

按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中挑選各工序所需要的刀具的操作稱為自動選刀。常用的選刀方式：

有順序選刀任意選刀1182.刀具的選擇方式119（1）順序選刀

—將刀具按加工工序的順序，一次放入刀庫的每一個刀座內(nèi)，刀具順序不能搞錯。使用時按加工順序指令一一取用。當(dāng)加工工件改變時，刀具在刀庫上的排列順序也要改變。缺點：同一工件上的相同刀具不能重復(fù)使用，因此刀具的數(shù)量增加，降低了刀具和刀庫的利用率，優(yōu)點：它的控制以及刀庫的運動等比較簡單。119（1）順序選刀120（2）任意選刀

——預(yù)先把刀庫中每把刀具（或刀座）都編上代碼，按照編碼選刀。加工時，根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中可以不按加工順序而任意存放，利用控制系統(tǒng)來識別、記憶所有的刀具和刀座。通用性較強，相同的刀具在工件一次裝夾中可重復(fù)使用。120（2）任意選刀1213.刀具運送裝置

當(dāng)?shù)稁烊萘枯^大，布置得離機床主軸較遠時，就需要安排兩只機械手和刀具運送裝置來完成新舊刀具的交換工作。一只機械手靠近刀庫，稱后機械手，完成拔刀和插刀的動作；另一只機械手靠近主軸，稱前機械手，也完成拔刀和插刀的動作。

1213.刀具運送裝置1224.刀具的識別 刀具的識別是指自動換刀裝置對刀具的識別，通?？刹捎玫毒呔幋a法和軟件記憶法。（1）刀具編碼法

采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對每把刀具進行編碼。換刀時通過編碼識別裝置，根據(jù)換刀指令代碼，在刀庫中尋找所需要的刀具。1224.刀具的識別123

在刀柄尾部的拉緊螺桿1上套裝著一組等間隔的編碼環(huán)3，并由鎖緊螺母2將它們固定。編碼環(huán)的外徑有大小兩種不同的規(guī)格，每個編碼環(huán)的大小分別表示二進制數(shù)的“1”和“0”。通過對兩種圓環(huán)的不同排列，可以得到一系列的代碼。例如圖中的7個編碼環(huán)，就能夠區(qū)別出127種刀具（27-1）。123

在刀柄尾部的拉緊螺桿1上套裝著一組等間隔的編碼環(huán)124

編碼刀柄示意圖1-編碼環(huán)2-鎖緊螺母3-拉緊螺

每把刀具上都帶有專用的編碼系統(tǒng)，刀具長度加長，制造困難，剛度降低，刀庫和機械手的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。124編碼刀柄示意圖每把刀具上都帶有專用的125125126（2）軟件記憶法

由于計算機技術(shù)的發(fā)展．可以利用軟件選刀．它代替了傳統(tǒng)的編碼環(huán)和識刀器。在這種選刀與換刀的方式中，刀庫上的刀具能與主軸上的刀具任意地直接交換，即隨機換刀。主軸上換來的新刀號及還回刀庫上的刀具號，均在PLC內(nèi)部相應(yīng)地存儲單元記憶。隨機換刀控制方式需要在PLC內(nèi)部設(shè)置一個模擬刀庫的數(shù)據(jù)表，其長度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的位置數(shù)和刀具號相對應(yīng)。126（2）軟件記憶法由于計算機技術(shù)的發(fā)展．可以利用127（2）軟件記憶法

將刀庫上的各個刀座編號，得到各個刀座的地址；將刀庫中的各個刀具再編一個刀具號；然后在控制系統(tǒng)內(nèi)部建立一個刀具數(shù)據(jù)表，將原始狀態(tài)刀具在刀庫中的地址一一填入，并不得再隨意變動。刀庫上裝有檢測裝置，可以讀出刀庫在換刀位置的地址。取刀時，控制系統(tǒng)根據(jù)刀具號在刀具數(shù)據(jù)表中找到該刀具地址，按優(yōu)化原則轉(zhuǎn)動刀庫，當(dāng)?shù)稁斓臋z測裝置讀出地址與取刀地址相一致時，刀具便停在換刀位置，等待換刀；127（2）軟件記憶法將刀庫上的各個刀座編號，得到各個刀座128若欲將換下的刀具送回刀庫，也不必尋找刀具原位，只要按優(yōu)化原則送到任一空位即可，控制系統(tǒng)將根據(jù)此時換刀位置的地址更新刀具數(shù)據(jù)庫，并記住刀具在刀庫中新的位置地址。優(yōu)化原則：在刀庫機構(gòu)中通常設(shè)有刀庫零位，執(zhí)行自動選刀時，刀庫可以正反方向旋轉(zhuǎn)，每次選刀式刀庫轉(zhuǎn)動不會超過一圈的1/2。128若欲將換下的刀具送回刀庫，也不必尋找刀具原位，只要按優(yōu)129

三、自動化換刀機構(gòu)(刀具交換裝置)

數(shù)控機床的自動換刀裝置中，實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間刀具傳遞和刀具裝卸的裝置稱為自動化換刀機構(gòu)(刀具交換裝置)。自動換刀的刀具可固緊在專用刀夾內(nèi)，每次換刀時將刀夾直接裝入主軸。刀具的交換方式通常分為回轉(zhuǎn)刀架、通過主軸換刀、利用機械手換刀。129三、自動化換刀機構(gòu)(刀具交換裝置)1301．回轉(zhuǎn)刀架常用于數(shù)控機床，利用轉(zhuǎn)塔頭各刀座來安裝或夾持各種不同的刀具，通過轉(zhuǎn)塔頭的旋轉(zhuǎn)分度來實現(xiàn)機床自動換刀動作；可分為立軸式（四方或六方刀架）和臥軸式（圓盤式回轉(zhuǎn)刀架）定位可靠、重復(fù)定位精度高、分度準確、轉(zhuǎn)位速度快、夾緊剛性好，能保證數(shù)控機床的高精度和高效率。三、自動化換刀機構(gòu)1301．回轉(zhuǎn)刀架三、自動化換刀機構(gòu)131回轉(zhuǎn)刀架動作：根據(jù)數(shù)控指令進行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，其動作過程分為如下四個步驟：

(1)刀架抬起

(2)刀架轉(zhuǎn)位

(3)刀架壓緊

(4)轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位

131回轉(zhuǎn)刀架動作：根據(jù)數(shù)控指令進行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向132

在如今的小型FMS中，通常利用機床主軸作為過渡裝置，將容納少量刀具（5-10把）的裝載刀架設(shè)計得便于主軸的抓取，先由刀具運載工具將該裝載刀架送到機床工作臺上，然后利用主軸和工作臺的相對移動，將刀具裝入機床主軸，再通過機床自身的自動換刀裝置，將刀具一個個地裝入機床刀庫。這種方法簡單易行，但換刀時間較長，且要占用機床工時。 2.通過主軸換刀主軸裝刀132 在如今的小型FMS中，通常利用機床主軸作為133特點：換刀機械手因具有靈活性大、換刀時間短的，所以應(yīng)用最為廣泛。換刀機械手按刀具夾持器的數(shù)量，又可分：為單臂式機械手和雙臂式機械手。這些機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、換刀以及返回等全部動作過程。

機械手換刀 3.利用機械手換刀133特點：換刀機械手因具有靈活性大、換刀時間短的，所以應(yīng)用134134135

類型特點適用范圍轉(zhuǎn)塔刀架回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀換刀時間短，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，容納刀具較少各種數(shù)控車床，車削中心機床轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆床、鏜床刀庫式刀庫與主軸之間直接換刀換刀運動集中，運動部件少。但刀庫運動多。布局不靈活，適應(yīng)性差各種類型的自動換刀數(shù)控機床，尤其是對使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜銑，鉆鏜類立式、臥式加工中心機床，要根據(jù)工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型，用于加工工藝范圍的立、臥式車削中心機床用機械手配合刀庫換刀刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，比刀庫作換刀運動慣性小，速度快用機械手、運輸裝置配合刀庫換刀換刀運動分散，有多個部件實現(xiàn)，運動部件多，但布局靈活，適應(yīng)性好有刀庫的轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置彌補轉(zhuǎn)換刀數(shù)量不足的缺點，換刀時間短擴大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機床表2-1自動換刀裝置的主要類型、特點及適用范圍135類型特點適用范圍轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀換刀136機械制造自動化技術(shù)MechanicalManufacturingAutomationTechnology沈陽工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院楊赫然E-mail：283969974@1機械制造自動化技術(shù)沈陽工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院楊赫然E-mail：137本課程的主要內(nèi)容第一章機械制造自動化技術(shù)概述第二章

機械制造系統(tǒng)自動化第三章

制造過程自動化控制系統(tǒng)第四章物料傳輸自動化第五章自動化檢測與監(jiān)控系統(tǒng)第六章裝配自動化第七章轎車換擋器半自動裝配系統(tǒng)的設(shè)計實例2本課程的主要內(nèi)容第一章機械制造自動化技術(shù)概述138機械制造設(shè)備自動化概述

切削加工自動化金屬板材成形加工自動化機械制造自動線第二章機械制造系統(tǒng)自動化3機械制造設(shè)備自動化概述第二章機械制造系統(tǒng)自動化139§2.1制造設(shè)備自動化意義、方法與分類制造設(shè)備自動化的概念：

是指在加工過程中所用的加工設(shè)備能夠高效、精密、可靠地自動進行加工，此外還應(yīng)能進一步集中工序和具有一定的柔性。高效：生產(chǎn)率要達到一定高的水平；精密：加工精度高（精度穩(wěn)定性高），成品可以達到完全互裝配，不必再分組選配；可靠：設(shè)備故障率低，除班間休息之外可以達到常年不停生產(chǎn)，利用班間休息時間計劃換刀；集中工序：在一臺設(shè)備或一個自動化加工系統(tǒng)中完成一個工件由毛坯到總裝前的全部工序；柔性：適應(yīng)產(chǎn)品的更換。4§2.1制造設(shè)備自動化意義、方法與分類制造設(shè)備自動化的140§2.1制造設(shè)備自動化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動化↓↓輔助時間↓↑生產(chǎn)率改善工人的勞動條件減輕工人的勞動強度。1、制造設(shè)備自動化的意義5§2.1制造設(shè)備自動化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動141制造設(shè)備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題之一，是機械制造廠實現(xiàn)零件加工自動化的基礎(chǔ)。

單臺制造設(shè)備的自動化能較好地滿足零件加工過程中某個或幾個工序的加工半自動化和自動化的需要，為多機床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動生產(chǎn)線和過渡到全盤自動化的必要前提，是機械制造業(yè)更進一步向前發(fā)展的基礎(chǔ)。6制造設(shè)備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題142§2-１意義、方法和分類2、制造設(shè)備自動化的方法制造設(shè)備自動化裝卸工件自動化加工過程自動化機床加工循環(huán)自動化其它一些輔助動作自動化7§2-１意義、方法和分類2、制造設(shè)備自動化的方法制造設(shè)備143實現(xiàn)制造設(shè)備自動化的途徑主要有：對于現(xiàn)有設(shè)備（通用）進行自動化改裝，以實現(xiàn)單機自動化條件：被改造的機床必須具有足夠的精度和剛度自動化機構(gòu)和控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠改裝工作量小設(shè)計、制造、采用專用或?qū)ｉT的自動化加工設(shè)備采用數(shù)控加工設(shè)備8實現(xiàn)制造設(shè)備自動化的途徑主要有：對于現(xiàn)有設(shè)備（通用）進行自144§2-１意義、方法和分類全（半）自動單機組合機床自動線CNC（計算機數(shù)控機床）FMC（柔性制造單元）3、自動化加工設(shè)備分類9§2-１意義、方法和分類全（半）自動單機3、自動化加工設(shè)145§2-2 單機工作自動化實現(xiàn)單機自動化的方法采用通用自動化或半自動化機床實現(xiàn)單機自動化采用組合機床實現(xiàn)單機自動化采用通用機床進行自動化改裝實現(xiàn)單機自動化10§2-2 單機工作自動化146

普通機床的工作行程運動是由機床來完成的，但空行程運動的全部或大部分則必須由工人來操作，此外工人還需根據(jù)工件加工工藝的要求，發(fā)出相應(yīng)的操作指令，加工出所需形狀和尺寸的工件，這類機床必須在工人看管操作下才能完成加工過程。11普通機床的工作行程運動是由機床來完成的，但空行程運147

如機床能自動完成所有工作行程和空行程運動，并能根據(jù)加工工藝要求，自動地控制各運動的先后順序，以及控制各運動部件的位移量或運動軌跡，即在沒有工人直接參與的情況下，自動地按規(guī)定的程序進行動作，完成整個加工循環(huán)，這樣的機床，稱為自動化機床。flash12如機床能自動完成所有工作行程和空行程運動，并能根據(jù)1482.2.1實現(xiàn)單機自動化的方法采用通用自動化或半自動化機床實現(xiàn)單機自動化采用組合機床實現(xiàn)單機自動化采用專用機床實現(xiàn)單機自動化采用通用機床進行自動化改裝實現(xiàn)單機自動化132.2.1實現(xiàn)單機自動化的方法采用通用自動化或半自動化149自動化機床有自動和半自動之分。兩者的區(qū)別在于：

自動機床——在一個工作循環(huán)結(jié)束后，能自動卸下加工完的工件，裝上待加工的坯件，并繼續(xù)進行同樣的工作循環(huán)，直至裝在機床上的一批坯件加工完為止；半自動機床——能自動地完成除上料和卸工件以外的一切切削和輔助運動的機床?！枞斯ぱb卸自動循環(huán)的實現(xiàn)；2.2.2采用通用自動化或半自動化機床實現(xiàn)單機自動化14自動化機床有自動和半自動之分。2.2.2采用通用自動化150特點：提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，而且還可保證工件質(zhì)量穩(wěn)定，精度一致性好。此外，機床自動化還能減少設(shè)備數(shù)量，縮減生產(chǎn)面積，減少在制品數(shù)量。自動化機床所需機構(gòu)：它具有能代替手工操作的各種自動化空行程機構(gòu)；它具有能代替工人控制機床工作過程的自動控制系統(tǒng)。15特點：提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，而且還可保證工151自動化單機的控制方式及適用范圍凸輪式特點：用專門設(shè)計制造的凸輪或靠?？刂频毒叩倪\動軌跡，并利用凸輪軸使多個不同運動能協(xié)同動作。適用范圍：少品種，大批量應(yīng)用機床：單軸縱切自動車床、仿形車床品種變換程度：每月一次到數(shù)次16自動化單機的控制方式及適用范圍凸輪式152自動化單機的控制方式及適用范圍非凸輪式特點：用電氣、電氣伺服、液壓、絲杠副等非凸輪機構(gòu)控制刀具的運動軌跡及多個不同運動的協(xié)同動作。適用范圍：多品種，中批量應(yīng)用機床：臥式多軸自動車床、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床、立式多軸半自動車床、多刀半自動車床品種變換程度：一日一次17自動化單機的控制方式及適用范圍非凸輪式153自動化單機的控制方式及適用范圍數(shù)字控制式特點：用數(shù)字形式控制刀具或機構(gòu)的運動軌跡及多個數(shù)控坐標軸之間的必要聯(lián)動。適用范圍：多品種，中小批量應(yīng)用機床：各種數(shù)控機床品種變換程度：一日數(shù)次18自動化單機的控制方式及適用范圍數(shù)字控制式154車削自動化設(shè)備分類自動化程度：自動 －－加工棒料毛坯半自動 －－加工件料毛坯主軸數(shù)目：多軸－－多個主軸同時夾持多個工件旋轉(zhuǎn)，多把刀具同時加工，生產(chǎn)效率高，但主軸轉(zhuǎn)位時存在定位誤差單軸－－單根主軸

19車削自動化設(shè)備分類自動化程度：155車削自動化設(shè)備分類主軸放置形式：臥式－－加工棒料毛坯立式－－加工直徑大而重的件料毛坯工藝方法：橫切－－刀具只作橫向進給，加工形狀簡單、尺寸較小的銷軸類零件縱切－－加工盤套類和細長的階梯軸類零件

20車削自動化設(shè)備分類主軸放置形式：156車削自動化設(shè)備分類加工方式：平行－－多把刀具同時加工，加工表面形狀比較簡單的零件順序－－加工形狀復(fù)雜、需要多把刀具輪流進行加工的零件（大多具有內(nèi)孔或螺紋）21車削自動化設(shè)備分類加工方式：157(1)機床的用途、總布局與工作循環(huán)１）用途：主要用于大批大量生產(chǎn)中，加工形狀比較復(fù)雜、需用多把刀具順序地進行加工的工件?？蛇M行車削工作，鉆、擴、鉸孔，攻、套內(nèi)外螺紋以及切斷等。還可通過安裝各種特殊附件，以進行車螺紋、銑槽和鉆橫孔等工作。一般只能加工冷撥棒料。2、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床22(1)機床的用途、總布局與工作循環(huán)2、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床158２）總布局：

前刀架：用于成形車削和滾花等；后刀架：用于切槽、倒角等；

上刀架：用于切斷等；

轉(zhuǎn)塔刀架：用于完成檔料、車內(nèi)外圓、鉆孔、擴孔、鉸孔、攻內(nèi)螺紋、套外螺絲等。23２）總布局：159３）工作循環(huán)：⑴送料和夾料⑵各刀架順序工作，按加工工藝要求依次加工工件各表面。

轉(zhuǎn)塔刀架的運動循環(huán)：

快速趨近工件（快進）—工作進給（工進）—快速退回（快退）—轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位；其在一個自動工作循環(huán)中，轉(zhuǎn)塔刀架可完成六次工作循環(huán)。前、后、上刀架的工作循環(huán)：快進—工進—快退；加工一個工件，它們只能完成一次工作循環(huán)。⑶切斷和接料24３）工作循環(huán)：160４）所需運動工作行程運動——主軸旋轉(zhuǎn)主運動，前、后、上刀架橫向進給運動，轉(zhuǎn)塔刀架縱向進給運動；空行程運動——前、后、上刀架橫向快進和快退運動，轉(zhuǎn)塔刀架縱向快進、快退運動，送料和夾料運動，接料運動，以及操縱控制運動等。25４）所需運動1612.2.3采用組合機床實現(xiàn)單機自動化

組合機床—是以已經(jīng)系列化、標準化的通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。

組合機床既保留專用機床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，又像通用機床那樣具有部件通用化、可調(diào)整改裝以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)尺寸的工件加工等特點。262.2.3采用組合機床實現(xiàn)單機自動化組合機床162

組合機床的組成

組合機床的通用部件按其所起作用的不同一般分為下面五類：（1）動力部件是用于傳遞動力實現(xiàn)工作運動、為刀具提供主運動和進給運動。如各種類型的切削頭、滑臺和動力箱等。（2）支承部件如底座、立柱等。（3）輸送部件如多工位的工作臺、回轉(zhuǎn)工作臺和回轉(zhuǎn)鼓輪等。（4）控制部件如液壓元件、控制擋鐵、行程開關(guān)、操縱臺等。（5）輔助部件如冷卻潤滑裝置、排屑裝置、機械板手等。27組合機床的組成組合機床的通用部件按其所起作用的163

根據(jù)加工零件形狀及工藝要求，組合機床還需采用少量的專用部件，如根據(jù)工件孔位、孔距、孔數(shù)不同而設(shè)計制造的多軸箱，以及根據(jù)工件的具體結(jié)構(gòu)和定位基準不同而設(shè)計制造的夾具等。28根據(jù)加工零件形狀及工藝要求，164

組合機床的組成

側(cè)底座立柱底座立柱多軸箱動力箱滑臺中間底座夾具29組合機床的組成側(cè)底座立柱底座立柱多軸箱動力箱滑臺165組合機床加工方式

組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。30組合機床加工方式組合機床一般采用多軸、多刀、166組合機床的配置型式1.

單工位組合機床這類組合機床的特點是工件僅在一個工作位置上加工。

2.多工位組合機床這類組合機床的特點是工件能在幾個工位上進行加工。31組合機床的配置型式1.

單工位組合機床167組合機床的特點及應(yīng)用范圍1.組合機床的特點組合機床與通用機床或一般專用機床相比，主要有如下優(yōu)點：

1)設(shè)計和制造的周期短。

2)對產(chǎn)品變化或更新有較強的適應(yīng)性。

3)具有較高的工作可靠性。

4)工序集中，生產(chǎn)效率高。

5)機床的維護和修理都比較方便。32組合機床的特點及應(yīng)用范圍1.組合機床的特點168組合機床的缺點：

1）在機床改裝時，少量專用部件和零件不能重復(fù)利用，因此有一定的損失。

2）在組成各種類型的組合機床時，所選用的通用部件不一定完全適用。

2.組合機床的應(yīng)用范圍組合機床最適于箱體類零件（如各種變速箱的箱體、氣缸體、電機座、儀器儀表殼體等）的加工。近年來，軸類、盤套類、叉類等零件也越來越多地采用組合機床加工。33組合機床的缺點：169

組合機床未來的發(fā)展：采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和可換主軸箱或轉(zhuǎn)塔式主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；納入柔性制造系統(tǒng)等。34組合機床未來的發(fā)展：170主要用來帶動各種主軸部件進給，也可以帶動夾具和工件，作移動工作臺用。

1－滑臺2－動力箱3－多軸箱4－銑削頭5－鏜車頭6－鉆削頭組合機床的幾種通用部件（一）動力滑臺

1.動力滑臺的功用35主要用來帶動各種主軸部件進給，1－滑臺2－動力箱1712.滑臺的典型工作循環(huán)SQ

－快進SW－工進SR－快退a)一次工作進給循環(huán)b)二次工作進給循環(huán)3