機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化培訓(xùn)課件

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

機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化第三章

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

切削加工自動(dòng)化金屬板材成形加工自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)線第二章機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化3機(jī)械制造設(shè)備自動(dòng)化概述第二章機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化4§2.1制造設(shè)備自動(dòng)化意義、方法與分類制造設(shè)備自動(dòng)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(dòng)進(jìn)行加工，此外還應(yīng)能進(jìn)一步集中工序和具有一定的柔性。高效：生產(chǎn)率要達(dá)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(dá)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(dá)到常年不停生產(chǎn)，利用班間休息時(shí)間計(jì)劃換刀；集中工序：在一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)自動(dòng)化加工系統(tǒng)中完成一個(gè)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(dòng)化意義、方法與分類制造設(shè)備自動(dòng)化的5§2.1制造設(shè)備自動(dòng)化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動(dòng)化↓↓輔助時(shí)間↓↑生產(chǎn)率改善工人的勞動(dòng)條件減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。1、制造設(shè)備自動(dòng)化的意義5§2.1制造設(shè)備自動(dòng)化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動(dòng)6制造設(shè)備的自動(dòng)化是零件整個(gè)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的基本問題之一，是機(jī)械制造廠實(shí)現(xiàn)零件加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)。

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

普通機(jī)床的工作行程運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床來完成的，但空行程運(yùn)動(dòng)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(jī)床必須在工人看管操作下才能完成加工過程。11普通機(jī)床的工作行程運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床來完成的，但空行程運(yùn)12

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

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

19車削自動(dòng)化設(shè)備分類自動(dòng)化程度：20車削自動(dòng)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(jìn)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(xì)長的階梯軸類零件

20車削自動(dòng)化設(shè)備分類主軸放置形式：21車削自動(dòng)化設(shè)備分類加工方式：平行－－多把刀具同時(shí)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(jìn)行加工的零件（大多具有內(nèi)孔或螺紋）21車削自動(dòng)化設(shè)備分類加工方式：22(1)機(jī)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(jìn)行加工的工件?？蛇M(jìn)行車削工作，鉆、擴(kuò)、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(jìn)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(dòng)車床22(1)機(jī)床的用途、總布局與工作循環(huán)2、單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)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(kuò)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(yùn)動(dòng)循環(huán)：

快速趨近工件（快進(jìn)）—工作進(jìn)給（工進(jìn)）—快速退回（快退）—轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位；其在一個(gè)自動(dòng)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(jìn)—工進(jìn)—快退；加工一個(gè)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(yùn)動(dòng)工作行程運(yùn)動(dòng)——主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，前、后、上刀架橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)塔刀架縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；空行程運(yùn)動(dòng)——前、后、上刀架橫向快進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)塔刀架縱向快進(jìn)、快退運(yùn)動(dòng)，送料和夾料運(yùn)動(dòng)，接料運(yùn)動(dòng)，以及操縱控制運(yùn)動(dòng)等。25４）所需運(yùn)動(dòng)262.2.3采用組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

組合機(jī)床—是以已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。

組合機(jī)床既保留專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，又像通用機(jī)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(diǎn)。262.2.3采用組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化組合機(jī)床27

組合機(jī)床的組成

組合機(jī)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(dòng)力部件是用于傳遞動(dòng)力實(shí)現(xiàn)工作運(yùn)動(dòng)、為刀具提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如各種類型的切削頭、滑臺(tái)和動(dòng)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(tái)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)等。（5）輔助部件如冷卻潤滑裝置、排屑裝置、機(jī)械板手等。27組合機(jī)床的組成組合機(jī)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(jī)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(jì)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(zhǔn)不同而設(shè)計(jì)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(jī)床的組成

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

組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)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(jī)床加工方式組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、31組合機(jī)床的配置型式1.

單工位組合機(jī)床這類組合機(jī)床的特點(diǎn)是工件僅在一個(gè)工作位置上加工。

2.多工位組合機(jī)床這類組合機(jī)床的特點(diǎn)是工件能在幾個(gè)工位上進(jìn)行加工。31組合機(jī)床的配置型式1.

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

1)設(shè)計(jì)和制造的周期短。

2)對(duì)產(chǎn)品變化或更新有較強(qiáng)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(jī)床的維護(hù)和修理都比較方便。32組合機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1.組合機(jī)床的特點(diǎn)33組合機(jī)床的缺點(diǎn)：

1）在機(jī)床改裝時(shí)，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(jī)床時(shí)，所選用的通用部件不一定完全適用。

2.組合機(jī)床的應(yīng)用范圍組合機(jī)床最適于箱體類零件（如各種變速箱的箱體、氣缸體、電機(jī)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(jī)床加工。33組合機(jī)床的缺點(diǎn)：34

組合機(jī)床未來的發(fā)展：采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，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(dòng)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(jī)床未來的發(fā)展：35主要用來帶動(dòng)各種主軸部件進(jìn)給，也可以帶動(dòng)夾具和工件，作移動(dòng)工作臺(tái)用。

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

1.動(dòng)力滑臺(tái)的功用35主要用來帶動(dòng)各種主軸部件進(jìn)給，1－滑臺(tái)2－動(dòng)力箱362.滑臺(tái)的典型工作循環(huán)SQ

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

組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)

液壓動(dòng)力滑臺(tái)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，在電氣和機(jī)械裝置的配合下可以完成各種自動(dòng)工作循環(huán)。組合機(jī)床液壓動(dòng)力滑臺(tái)可以實(shí)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(jìn)→

一工進(jìn)→二工進(jìn)→死擋鐵停留→快退→停止。39組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)液壓動(dòng)力滑臺(tái)40

（二）動(dòng)力箱齒輪傳動(dòng)動(dòng)力箱的結(jié)構(gòu)1－動(dòng)力箱箱體2－驅(qū)動(dòng)軸3－齒輪動(dòng)力箱是為主軸箱的刀具提供切削主運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置,與動(dòng)力滑臺(tái)和主軸箱配套使用由動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

40（二）動(dòng)力箱齒輪傳動(dòng)動(dòng)力箱的結(jié)構(gòu)動(dòng)力箱是為41

（三）單軸頭

頂置式主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置2－單軸頭頭體41（三）單軸頭頂置式主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置與各種單軸42

（四）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是組合機(jī)床的一種輸送部件，用于多工位組合機(jī)床。

齒盤定位式液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意b)液壓傳動(dòng)原理1－臺(tái)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(tái)齒盤定位式液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)43

組合機(jī)床自動(dòng)線某一組合機(jī)床自動(dòng)線的組成示意圖。圖19-12組合機(jī)床自動(dòng)線

1－中央操縱臺(tái)

2－工件輸送裝置

3－轉(zhuǎn)位臺(tái)

4－翻轉(zhuǎn)臺(tái)

5－液壓站

6－排屑裝置

43組合機(jī)床自動(dòng)線圖19-12組合機(jī)床自動(dòng)線44數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：

主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)—實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)—實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)；

換刀運(yùn)動(dòng)—實(shí)現(xiàn)加工中心更換刀具連續(xù)加工所需的運(yùn)動(dòng)。2.3數(shù)控機(jī)床及加工中心44數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)—實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)；2.3452.3.1數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功用：

傳遞動(dòng)力：傳遞切削加工所需要的動(dòng)力

傳遞運(yùn)動(dòng)：傳遞切削加工所需要的運(yùn)動(dòng)

運(yùn)動(dòng)控制：控制主運(yùn)動(dòng)的大小方向開停組成：

動(dòng)力源：電機(jī)

傳動(dòng)系統(tǒng)：定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速裝置

運(yùn)動(dòng)控制裝置:

離合器、制動(dòng)器等

執(zhí)行件：主軸452.3.1數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)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(dòng)力更強(qiáng)。一般NC機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)功率在3.7kw~250kw之間。1.數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)性能要求：

主運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)變速、準(zhǔn)停；

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

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般采用直流或交流主軸電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍廣，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)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(jī)床適應(yīng)性強(qiáng)，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(jī)床的主傳動(dòng)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(shí)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(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用了可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，機(jī)械變檔一般又采用液壓缸推動(dòng)滑移齒輪實(shí)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(duì)工件進(jìn)行切削加工，對(duì)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(jìn)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(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)47與普通機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：3481)．帶有變速齒輪的主傳動(dòng)系統(tǒng)（分段無級(jí)變速）數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中，并不需要在整個(gè)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(dòng)，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。為了確保數(shù)控機(jī)床主軸低速時(shí)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(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，即解決電機(jī)驅(qū)動(dòng)和主軸傳動(dòng)功率的匹配問題，使之成為分段無級(jí)變速。§

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

液壓撥叉電磁離合器

494、主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式這種50例：TND360型數(shù)控車床作用：慢速對(duì)刀和手動(dòng)調(diào)整機(jī)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(jī)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，它是通過安裝在傳動(dòng)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(dòng)路線，實(shí)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(jī)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(diǎn)：可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速、具有過載保護(hù)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(diǎn)：傳遞扭矩大、尺寸小，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可用于內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈中。53牙嵌式電磁離合器542)．帶有定比傳動(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)

主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)過定比傳動(dòng)傳遞給主軸。定比傳動(dòng)多采用帶（同步齒形帶和三角帶）傳動(dòng)，也有采用齒輪傳動(dòng)的。適用于高速、低轉(zhuǎn)距特性的主軸，電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，且?guī)鲃?dòng)平穩(wěn)，可避免齒輪傳動(dòng)時(shí)引起的振動(dòng)與噪聲。這種傳動(dòng)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(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)過定比傳動(dòng)傳55多楔帶：兼有v帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，既有平帶柔軟、強(qiáng)韌的特點(diǎn)，又有v帶緊湊、高效等優(yōu)點(diǎn)。55多楔帶：兼有v帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，既有平帶柔軟、強(qiáng)韌的特點(diǎn)，56同步帶是利用帶齒與帶輪的嚙合同步傳動(dòng)力的一種新型傳動(dòng)帶。不僅具有帶傳動(dòng)的特點(diǎn)，適用于大中心距傳遞，而且又具有齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)，能夠保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。56同步帶是利用帶齒與帶輪的嚙合同步傳動(dòng)力的一種新型傳動(dòng)帶。57

用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)

高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)使主軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)平穩(wěn)。低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過二級(jí)齒輪降速，擴(kuò)大變速范圍，使恒功率區(qū)增大，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)距不夠且電動(dòng)機(jī)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(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)5858593)．調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)

數(shù)控機(jī)床采用直流或交流主軸伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。電動(dòng)機(jī)與主軸通過聯(lián)軸器連接。交流主軸電動(dòng)機(jī)及交流變頻驅(qū)動(dòng)裝置（籠型感應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)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(dá)到直流驅(qū)動(dòng)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(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)數(shù)控機(jī)床采用直60

精密聯(lián)軸器連接：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高，但主軸的轉(zhuǎn)速和扭矩與電機(jī)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(dòng)效率高，但主軸的614)、電主軸

主軸與電機(jī)制成一體，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸即為機(jī)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(jī)制成一體，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸即為機(jī)62優(yōu)點(diǎn)：主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動(dòng)、停止響應(yīng)特性，利于控制振動(dòng)和噪聲。大大簡化了主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂“零傳動(dòng)”，使傳動(dòng)精度大大提高，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。缺點(diǎn):電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)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。62優(yōu)點(diǎn)：主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動(dòng)、停止63機(jī)床主軸的幾種結(jié)構(gòu)形式

機(jī)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化。

63機(jī)床主軸的幾種結(jié)構(gòu)形式機(jī)床主軸的端部一64

機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)，控制其停于固定位置（定位于圓周上特定角度）稱為“主軸準(zhǔn)停”、“主軸定位”、“主軸定向”準(zhǔn)停指令：

M19或M06主軸定向的用途加工中心自動(dòng)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(zhǔn)停裝置65當(dāng)主軸停止時(shí)，控制其停于固定位置（定位于圓周66

在自動(dòng)換刀的數(shù)控加工中心上，由于刀具裝在主軸上，切削時(shí)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(gè)端面鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時(shí)，刀柄上的鍵槽必須與端面鍵對(duì)準(zhǔn)，才能順利換刀；這就要求主軸具有準(zhǔn)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(zhǔn)停？主軸準(zhǔn)停是實(shí)現(xiàn)ATC(Autotoolchanging)過程的重要環(huán)節(jié)66在自動(dòng)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(biāo)孔

在加工精密的坐標(biāo)孔時(shí)，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(duì)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(zhǔn)停裝置帶來的好處之一。672）加工精密坐標(biāo)孔在加工精密的坐標(biāo)孔時(shí)，由683）、精鏜孔后退刀(Fineboring)

當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，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(zhǔn)停控制，使刀尖停在一個(gè)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(jìn)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(zhǔn)?？刂?，使刀尖停在一個(gè)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(jìn)入箱體內(nèi)對(duì)大孔進(jìn)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(shí)，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(zhǔn)?？刂频膶?shí)現(xiàn)方式機(jī)械式準(zhǔn)停裝置：1-無觸點(diǎn)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(diǎn)開關(guān)發(fā)信號(hào)→主電機(jī)停轉(zhuǎn)，慣性空轉(zhuǎn)→延時(shí)繼電器延時(shí)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(shí)行程開關(guān)LS2發(fā)出應(yīng)答信號(hào)→準(zhǔn)停結(jié)束→可以進(jìn)行換刀等動(dòng)作。71主軸準(zhǔn)?？刂频膶?shí)現(xiàn)方式機(jī)械式準(zhǔn)停裝置：1-無觸點(diǎn)開關(guān)72電氣式準(zhǔn)停裝置：1-主軸2-同步帶3-主軸電動(dòng)機(jī)4-永久磁鐵5-磁傳感器磁力傳感器準(zhǔn)停裝置1）利用磁力傳感器檢產(chǎn)生準(zhǔn)停信號(hào)。2）利用主軸上光電脈沖產(chǎn)生準(zhǔn)停信號(hào)。72電氣式準(zhǔn)停裝置：1-主軸2-同步帶3-主軸電73當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)或停止時(shí)，接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準(zhǔn)停開關(guān)信號(hào)量→主軸立即減速或加速至某一準(zhǔn)停速度。主軸到達(dá)準(zhǔn)停速度且準(zhǔn)停位置到達(dá)時(shí)(即磁發(fā)體與磁傳感器對(duì)準(zhǔn))→主軸立即減速至某一爬行速度。然后當(dāng)磁傳感器信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)立即進(jìn)入磁傳感器作為反饋元件的位置閉環(huán)控制→目標(biāo)位置為準(zhǔn)停位置。準(zhǔn)停完成后，主軸驅(qū)動(dòng)裝置輸出準(zhǔn)停完成信號(hào)給數(shù)控裝置→從而可進(jìn)行自動(dòng)換刀(ATC)或其他動(dòng)作。磁傳感器準(zhǔn)停步驟為：73當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)或停止時(shí)，接收到數(shù)控裝置發(fā)來的準(zhǔn)停開關(guān)信號(hào)量→74

編碼器準(zhǔn)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(hào)，使主軸準(zhǔn)確地停在規(guī)定的位置上。74編碼器準(zhǔn)停裝置（Electronicorienta757576例M03

S1000

//主軸以1000r／min正轉(zhuǎn)

M19

//主軸準(zhǔn)停于缺省位置

M19

S100

//主軸準(zhǔn)停轉(zhuǎn)至100°處

S1000

//主軸再次以1000r／min正轉(zhuǎn)

M19

S200

//主軸準(zhǔn)停至200°處76例M03S1000//主軸以1000r／mi772.C軸控制與同步速度控制對(duì)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(dòng)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(biāo)功能、以實(shí)現(xiàn)主軸定向停車和圓周進(jìn)給，并在數(shù)控裝置控制下實(shí)現(xiàn)C軸與進(jìn)給軸（Z軸或X軸）聯(lián)動(dòng)進(jìn)行插補(bǔ)控制，可以實(shí)現(xiàn)任意曲線的加工。

如：實(shí)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(duì)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(yùn)動(dòng)？聯(lián)動(dòng)？78a）在圓柱面或端面上銑槽b)在圓79由進(jìn)給伺服電機(jī)控制主軸的回轉(zhuǎn)位置（轉(zhuǎn)角）；由主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)主軸的位置（角度)由裝于主軸上（不是主軸電機(jī)）上的高分辨率編碼器檢測，主軸作為進(jìn)給伺服軸工作。C軸的控制方式：79由進(jìn)給伺服電機(jī)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(jī)8驅(qū)動(dòng)蝸桿4及主軸上的蝸輪9實(shí)現(xiàn)分度。當(dāng)機(jī)床處于銑削和鉆削狀態(tài)時(shí)，即主軸需通過C軸回轉(zhuǎn)或分度時(shí)，蝸桿與蝸輪嚙合。該蝸桿－蝸輪副由液壓缸驅(qū)動(dòng)完成。C軸的分度精度由一個(gè)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(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要部件，為了提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大其工藝范圍，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)除了沿坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還常常需要有分度運(yùn)動(dòng)和圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作用:

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，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(tái)對(duì)于自動(dòng)換刀多工序的加工中心是必備的部件。2.3.1數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)81工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要部件，為了提高數(shù)控機(jī)床的822.4刀具自動(dòng)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(jī)床，還是先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)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(dòng)化：是加工設(shè)備在切削過程中自動(dòng)完成選刀、換刀、對(duì)刀、走刀等工作過程。822.4刀具自動(dòng)化刀具是金屬切削加工中不可832.自動(dòng)化刀具的類型及選用

類型：分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和專用刀具兩大類。在以自動(dòng)生產(chǎn)線為代表的剛性自動(dòng)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(jī)床、加工中心為主體構(gòu)成的柔性自動(dòng)化加工系統(tǒng)中，為了提高加工的適應(yīng)性，同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)刀具、刀具標(biāo)準(zhǔn)組合件或模塊式刀具。832.自動(dòng)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(jī)夾扁鉆、擴(kuò)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(jī)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(dòng)化刀具裝夾機(jī)構(gòu)自動(dòng)化刀具裝夾機(jī)構(gòu)的作用：

充分發(fā)揮自動(dòng)化加工設(shè)備應(yīng)有的效率，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)換刀。方法：必須要配備一套標(biāo)準(zhǔn)的裝夾機(jī)構(gòu)，建立一套標(biāo)準(zhǔn)的工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)：是針對(duì)數(shù)控機(jī)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(jī)床的接口。87二、自動(dòng)化刀具裝夾機(jī)構(gòu)自動(dòng)化刀具裝夾機(jī)構(gòu)的作用：88工具系統(tǒng)的分類：鏜銑類數(shù)控機(jī)床用工具系統(tǒng)（簡稱”TSG”系統(tǒng)）車床類數(shù)控機(jī)床用工具系統(tǒng)（簡稱“BTS”系統(tǒng)）可同時(shí)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(dòng)化刀具的組成：由與機(jī)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(jī)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(duì)于有自動(dòng)換刀裝置的加工中心類機(jī)床，在加工工件時(shí)主軸上的工具要頻繁地更換，為了達(dá)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(dòng)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(dòng)換刀裝置、刀庫、刀具識(shí)別裝置和刀具自動(dòng)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(jī)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)：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(gè)能與機(jī)床連接的柄部；缺點(diǎn)：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(jī)構(gòu)特點(diǎn)：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(jī)構(gòu)特點(diǎn)：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(jìn)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(jìn)行組合，102102103TMG21工具系統(tǒng)103TMG21104第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)為了提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，除了要提高切削速度，減少非切削時(shí)間也非常重要，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)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(jī)床在加工過程中需使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)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(dòng)地更換加工中所用刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置（AutomaticToolChanger,簡稱ATC）。104第二節(jié)自動(dòng)化換刀系統(tǒng)為了提高數(shù)控機(jī)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(dòng)換刀裝置

2.主軸與刀庫分離的自動(dòng)換刀裝置二、刀庫

1.刀庫類型2.刀具的選擇方式3.刀具運(yùn)送裝置4.刀具的識(shí)別三、自動(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)

1．回轉(zhuǎn)刀架 2.通過主軸換刀 3.利用機(jī)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(dòng)換刀裝置有如下幾種形式：

1.主軸與刀庫合為一體的自動(dòng)換刀裝置

———(轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置)若干根主軸安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔頭上，每根主軸對(duì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，接通主運(yùn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。106一、換刀裝置的類型和組成常用的自動(dòng)換刀裝置有如下幾種107

水平轉(zhuǎn)軸自動(dòng)換刀裝置其工序?yàn)椋?—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(shí)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(dòng)換刀裝置其工序?yàn)椋好康拦ば蛩?08

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(diǎn)：主軸轉(zhuǎn)塔頭可看作是一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫，它的結(jié)構(gòu)簡單，換刀時(shí)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(jī)床，如數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等。109特點(diǎn)：1102.主軸與刀庫分離的自動(dòng)換刀裝置

———刀庫式自動(dòng)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(dú)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(biāo)準(zhǔn)刀柄，由主軸上的刀具自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)來保證刀具的自動(dòng)更換；當(dāng)需要某一刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，將該刀具自動(dòng)從刀庫交換到主軸上，切削完畢后又將用過的刀具自動(dòng)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(dòng)換刀裝置裝夾裝置111刀庫自動(dòng)換刀裝置刀具傳送裝置識(shí)刀裝置

自動(dòng)換刀系統(tǒng)的組成：111刀庫自動(dòng)換刀系統(tǒng)的組成：112刀庫是自動(dòng)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(zhǔn)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(jìn)行換刀。刀庫的容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控機(jī)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(dòng)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?zhǔn)降稁旄褡邮降稁?131.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?zhǔn)降稁靉）單環(huán)鏈?zhǔn)剑╞）多環(huán)鏈?zhǔn)剑╟）折疊鏈?zhǔn)?/p>

鏈?zhǔn)降稁?15各種鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁?16

鏈?zhǔn)降稁?/p>

鏈?zhǔn)降稁焓窃诃h(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(dòng)。鏈?zhǔn)降稁煊袉苇h(huán)鏈?zhǔn)胶投喹h(huán)鏈?zhǔn)降葞追N。當(dāng)鏈條較長時(shí)，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?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁焓窃诃h(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(dòng)的取刀機(jī)械手完成選刀運(yùn)動(dòng)，將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上，有換刀機(jī)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(dòng)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(dòng)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(gè)刀座內(nèi)，刀具順序不能搞錯(cuò)。使用時(shí)按加工順序指令一一取用。當(dāng)加工工件改變時(shí)，刀具在刀庫上的排列順序也要改變。缺點(diǎn)：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(diǎn)：它的控制以及刀庫的運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(shí)別、記憶所有的刀具和刀座。通用性較強(qiáng)，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(yùn)送裝置

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

1213.刀具運(yùn)送裝置1224.刀具的識(shí)別 刀具的識(shí)別是指自動(dòng)換刀裝置對(duì)刀具的識(shí)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(duì)每把刀具進(jìn)行編碼。換刀時(shí)通過編碼識(shí)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(shí)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(gè)編碼環(huán)的大小分別表示二進(jìn)制數(shù)的“1”和“0”。通過對(duì)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(gè)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(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)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(jī)換刀。主軸上換來的新刀號(hào)及還回刀庫上的刀具號(hào)，均在PLC內(nèi)部相應(yīng)地存儲(chǔ)單元記憶。隨機(jī)換刀控制方式需要在PLC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)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(hào)相對(duì)應(yīng)。126（2）軟件記憶法由于計(jì)算機(jī)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(gè)刀座編號(hào)，得到各個(gè)刀座的地址；將刀庫中的各個(gè)刀具再編一個(gè)刀具號(hào)；然后在控制系統(tǒng)內(nèi)部建立一個(gè)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(dòng)。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(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)刀具號(hào)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(dòng)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(shí)，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(gè)刀座編號(hào)，得到各個(gè)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(shí)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(jī)構(gòu)中通常設(shè)有刀庫零位，執(zhí)行自動(dòng)選刀時(shí)，刀庫可以正反方向旋轉(zhuǎn)，每次選刀式刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)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(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)(刀具交換裝置)

數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間刀具傳遞和刀具裝卸的裝置稱為自動(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)(刀具交換裝置)。自動(dòng)換刀的刀具可固緊在專用刀夾內(nèi)，每次換刀時(shí)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(jī)械手換刀。129三、自動(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)(刀具交換裝置)1301．回轉(zhuǎn)刀架常用于數(shù)控機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)換刀動(dòng)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(zhǔn)確、轉(zhuǎn)位速度快、夾緊剛性好，能保證數(shù)控機(jī)床的高精度和高效率。三、自動(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)1301．回轉(zhuǎn)刀架三、自動(dòng)化換刀機(jī)構(gòu)131回轉(zhuǎn)刀架動(dòng)作：根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，其動(dòng)作過程分為如下四個(gè)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(dòng)作：根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)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(jī)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(jì)得便于主軸的抓取，先由刀具運(yùn)載工具將該裝載刀架送到機(jī)床工作臺(tái)上，然后利用主軸和工作臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)，將刀具裝入機(jī)床主軸，再通過機(jī)床自身的自動(dòng)換刀裝置，將刀具一個(gè)個(gè)地裝入機(jī)床刀庫。這種方法簡單易行，但換刀時(shí)間較長，且要占用機(jī)床工時(shí)。 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(jī)床主軸作為133特點(diǎn)：換刀機(jī)械手因具有靈活性大、換刀時(shí)間短的，所以應(yīng)用最為廣泛。換刀機(jī)械手按刀具夾持器的數(shù)量，又可分：為單臂式機(jī)械手和雙臂式機(jī)械手。這些機(jī)械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、換刀以及返回等全部動(dòng)作過程。

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

類型特點(diǎn)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(shí)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(jī)床轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時(shí)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(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)部件少。但刀庫運(yùn)動(dòng)多。布局不靈活，適應(yīng)性差各種類型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，尤其是對(duì)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(jī)床，要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置類型，用于加工工藝范圍的立、臥式車削中心機(jī)床用機(jī)械手配合刀庫換刀刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，比刀庫作換刀運(yùn)動(dòng)慣性小，速度快用機(jī)械手、運(yùn)輸裝置配合刀庫換刀換刀運(yùn)動(dòng)分散，有多個(gè)部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)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(bǔ)轉(zhuǎn)換刀數(shù)量不足的缺點(diǎn)，換刀時(shí)間短擴(kuò)大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機(jī)床表2-1自動(dòng)換刀裝置的主要類型、特點(diǎn)及適用范圍135類型特點(diǎn)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(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)MechanicalManufacturingAutomationTechnology沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院楊赫然E-mail：283969974@1機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院楊赫然E-mail：137本課程的主要內(nèi)容第一章機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)概述第二章

機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化第三章

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

切削加工自動(dòng)化金屬板材成形加工自動(dòng)化機(jī)械制造自動(dòng)線第二章機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化3機(jī)械制造設(shè)備自動(dòng)化概述第二章機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化139§2.1制造設(shè)備自動(dòng)化意義、方法與分類制造設(shè)備自動(dòng)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(dòng)進(jìn)行加工，此外還應(yīng)能進(jìn)一步集中工序和具有一定的柔性。高效：生產(chǎn)率要達(dá)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(dá)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(dá)到常年不停生產(chǎn)，利用班間休息時(shí)間計(jì)劃換刀；集中工序：在一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)自動(dòng)化加工系統(tǒng)中完成一個(gè)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(dòng)化意義、方法與分類制造設(shè)備自動(dòng)化的140§2.1制造設(shè)備自動(dòng)化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動(dòng)化↓↓輔助時(shí)間↓↑生產(chǎn)率改善工人的勞動(dòng)條件減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。1、制造設(shè)備自動(dòng)化的意義5§2.1制造設(shè)備自動(dòng)化意義與分類制造設(shè)備的加工過程自動(dòng)141制造設(shè)備的自動(dòng)化是零件整個(gè)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的基本問題之一，是機(jī)械制造廠實(shí)現(xiàn)零件加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)。

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

普通機(jī)床的工作行程運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床來完成的，但空行程運(yùn)動(dòng)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(jī)床必須在工人看管操作下才能完成加工過程。11普通機(jī)床的工作行程運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床來完成的，但空行程運(yùn)147

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

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

19車削自動(dòng)化設(shè)備分類自動(dòng)化程度：155車削自動(dòng)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(jìn)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(xì)長的階梯軸類零件

20車削自動(dòng)化設(shè)備分類主軸放置形式：156車削自動(dòng)化設(shè)備分類加工方式：平行－－多把刀具同時(shí)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(jìn)行加工的零件（大多具有內(nèi)孔或螺紋）21車削自動(dòng)化設(shè)備分類加工方式：157(1)機(jī)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(jìn)行加工的工件。可進(jìn)行車削工作，鉆、擴(kuò)、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(jìn)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(dòng)車床22(1)機(jī)床的用途、總布局與工作循環(huán)2、單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)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(kuò)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(yùn)動(dòng)循環(huán)：

快速趨近工件（快進(jìn)）—工作進(jìn)給（工進(jìn)）—快速退回（快退）—轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位；其在一個(gè)自動(dòng)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(jìn)—工進(jìn)—快退；加工一個(gè)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(yùn)動(dòng)工作行程運(yùn)動(dòng)——主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，前、后、上刀架橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)塔刀架縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；空行程運(yùn)動(dòng)——前、后、上刀架橫向快進(jìn)和快退運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)塔刀架縱向快進(jìn)、快退運(yùn)動(dòng)，送料和夾料運(yùn)動(dòng)，接料運(yùn)動(dòng)，以及操縱控制運(yùn)動(dòng)等。25４）所需運(yùn)動(dòng)1612.2.3采用組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

組合機(jī)床—是以已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。

組合機(jī)床既保留專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，又像通用機(jī)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(diǎn)。262.2.3采用組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化組合機(jī)床162

組合機(jī)床的組成

組合機(jī)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(dòng)力部件是用于傳遞動(dòng)力實(shí)現(xiàn)工作運(yùn)動(dòng)、為刀具提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如各種類型的切削頭、滑臺(tái)和動(dòng)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(tái)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(tái)等。（5）輔助部件如冷卻潤滑裝置、排屑裝置、機(jī)械板手等。27組合機(jī)床的組成組合機(jī)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(jī)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(jì)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(zhǔn)不同而設(shè)計(jì)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(jī)床的組成

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

組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)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(jī)床加工方式組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、166組合機(jī)床的配置型式1.

單工位組合機(jī)床這類組合機(jī)床的特點(diǎn)是工件僅在一個(gè)工作位置上加工。

2.多工位組合機(jī)床這類組合機(jī)床的特點(diǎn)是工件能在幾個(gè)工位上進(jìn)行加工。31組合機(jī)床的配置型式1.

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

1)設(shè)計(jì)和制造的周期短。

2)對(duì)產(chǎn)品變化或更新有較強(qiáng)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(jī)床的維護(hù)和修理都比較方便。32組合機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1.組合機(jī)床的特點(diǎn)168組合機(jī)床的缺點(diǎn)：

1）在機(jī)床改裝時(shí)，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(jī)床時(shí)，所選用的通用部件不一定完全適用。

2.組合機(jī)床的應(yīng)用范圍組合機(jī)床最適于箱體類零件（如各種變速箱的箱體、氣缸體、電機(jī)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(jī)床加工。33組合機(jī)床的缺點(diǎn)：169

組合機(jī)床未來的發(fā)展：采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，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(dòng)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(jī)床未來的發(fā)展：170主要用來帶動(dòng)各種主軸部件進(jìn)給，也可以帶動(dòng)夾具和工件，作移動(dòng)工作臺(tái)用。

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

1.動(dòng)力滑臺(tái)的功用35主要用來帶動(dòng)各種主軸部件進(jìn)給，1－滑臺(tái)2－動(dòng)力箱1712.滑臺(tái)的典型工作循環(huán)SQ

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