附加章節(jié) 數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)

附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)蚌埠學院機電系李大勝附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)

第三節(jié)數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第四節(jié)數(shù)控機床進給運動傳動部件第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)第一節(jié)數(shù)控機床的組成與結(jié)構(gòu)特點第五節(jié)回轉(zhuǎn)進給坐標系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第六節(jié)刀庫和機械手第七節(jié)數(shù)控機床的位置檢測裝置CA6140型普通車床CA6140進給箱圖片簡圖CA6140型普通車床主傳動圖片

數(shù)控車床結(jié)構(gòu)組成

數(shù)控車床的布局

數(shù)控車床的主軸、尾座等部件相對床身的布局形式與普通車床基本一致，而床身結(jié)構(gòu)和導軌的布局形式則發(fā)生了根本變化，這是因為其直接影響數(shù)控車床的使用性能及機床的結(jié)構(gòu)和外觀所致。

數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)和導軌有多種形式，主要有水平床身、傾斜床身、水平床身斜滑鞍及立床身等，其布局形式如圖所示：a）為平床身、b）為斜床身、c）為平床身斜滑板、d）為立床身。

水平床身的工藝性好，便于導軌面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可提高刀架的運動精度，一般可用于大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床的布局。但是水平床身由于下部空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)尺寸上看，刀架水平放置使得滑板橫向尺寸較長，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。

水平床身配上傾斜放置的滑板，并配置傾斜式導軌防護罩，這種布局形式一方面有水平床身工藝性好的特點，另一方面機床寬度方向的尺寸較水平配置滑板的要小，且排屑方便。

水平床身配上傾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型數(shù)控車床所普遍采用。這是由于此兩種布局形式排屑容易，熱鐵屑不會堆積在導軌上，也便于安裝自動排屑器；操作方便，易于安裝機械手，以實現(xiàn)單機自動化；機床占地面積小，外形簡潔、美觀，容易實現(xiàn)封閉式防護。

傾斜床身多采用30°、45°、60°、75°和90°（稱為立式床身）角，常用的有45°、60°和75°。

數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)組成

加工中心結(jié)構(gòu)組成一、機床性能要求（1）、機床工藝范圍指機床適應不同生產(chǎn)要求的能力。包括：機床可以完成的工序種類；加工零件類型、材料和尺寸范圍；毛坯種類等。（2）、加工精度機床加工精度是指尺寸、形狀和位置精度。數(shù)控機床本身的精度主要是幾何精度，運動精度和定位精度。

注意什么是爬行現(xiàn)象？

1.低速進給運動平穩(wěn)性的概念進給系統(tǒng)在低速進給時，在驅(qū)動速度是均勻的情況下，當系統(tǒng)的剛度不足、摩擦力偏大等系統(tǒng)參數(shù)不恰當時，就會出現(xiàn)執(zhí)行部件運動時快時慢、甚至停頓的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為爬行現(xiàn)象。它是低速運動不平穩(wěn)的體現(xiàn)。tTVminVmaxVtTt1t2sSt2.爬行現(xiàn)象產(chǎn)生的原因DKMF（Fs,Fd）X0XD點均勻向右運動→M不動（K小和Fs作用）→彈簧（絲桿）被壓縮

K(X－X0)↓←

M加速←Fd

Fs←M運動←當K(X－X0)≥F時←儲存能量

當K(X－X0)=F時→M勻速→慣性→M繼續(xù)向右→K(X－X0)↓→M減速

D點均勻向右運動←M停頓←X－X0=0←若M慣性較大

爬行對加工精度的影響爬行是在低速運動時產(chǎn)生的，因此，在低速加工過程中易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，其危害是影響進行運動平穩(wěn)性(即均勻性)，其結(jié)果是；1、使被加工零件的加工精度和表面光潔度變差；2、機床的定位精度降低；3、加劇導軌的磨損XYYX

抑制爬行產(chǎn)生的措施一、衡量進行運動平穩(wěn)性的指標臨界爬行速度Vc。

爬行其本質(zhì)是自激振動，可以證明Vc與下列參數(shù)的關(guān)系為：二、抑制爬行措施（減小Vc的辦法）1、改善導軌面間和摩擦特性

滾動----靜壓----滑動(塑料)2、提高傳動剛度3、減輕運動件的重量4、增加系統(tǒng)的阻尼

導軌要求：高速進給時不振動，低速進給時不爬行，有較高的靈敏度，能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性高，精度保持性好。目前普遍使用的是滾動導軌、靜壓導軌、塑料導軌。其中塑料導軌因其良好的動、靜摩擦特性和耐磨性大有取代滾動導軌之勢。一、滾動導軌摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)差值小，運動輕便靈活，所需功率小，精度好，無爬行等；二、貼塑導軌剛度好，動、靜摩擦系數(shù)差值小，耐磨性好，無爬行，減振性好。

數(shù)控機床運動件之間的摩擦要小，要消除傳動系統(tǒng)的間隙，達到低速時無爬行，高速時快速響應。

滑動導軌

滾動導軌二、提高機床剛度和抗振性的要求在切削加工中，機床零、部件應具有一定的抵抗外載荷的能力，以保證在受外力下，各主要部件之間保持正確的位置關(guān)系。所以必須是機床具有足夠的剛度。1.數(shù)控機床應具有更高的靜、動剛度

（1）提高靜剛度的措施1、基礎大件采用封閉整體箱形結(jié)構(gòu)2、合理布置加強筋3、提高部件之間的接觸剛度。封閉整體箱形結(jié)構(gòu)

（2）提高動剛度的措施（與抗振性有關(guān)）

1、改善機床的阻尼特性（如填充阻尼材料）

2、床身表面噴涂阻尼涂層

3、充分利用結(jié)合面的摩擦阻尼

4、采用新材料，提高抗震性

人造大理石床身（混凝土聚合物）

2、機床的抗振性機床的抗振性包括兩個方面：抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。共振在什么情況下發(fā)生：如果振源的頻率和機床某主要部件（例如主軸、床身）的某一振型（如彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動）的固有頻率重合時，產(chǎn)生共振。產(chǎn)生共振，振幅增大，加工表面粗糙度增大。嚴重時，機床無法加工。切削自激振動發(fā)生在切削過程中。如果切削不穩(wěn)定，則加工過的表面波紋度越來越大，振動越來越劇烈，嚴重影響加工表面的質(zhì)量。二、提高機床剛度和抗振性的要求三、數(shù)控機床應有更小的熱變形

控制熱變形的措施：

1、減少熱源的發(fā)熱。（盡可能的把熱源從主機中分離出去；盡量減少摩擦損耗，提高運動件精度。）

2、采取必要的散熱措施。例如對機床熱源進行強制冷卻；對刀具切削熱采用大量冷卻液沖洗切削部位進行冷卻；對高速主軸及軸承發(fā)熱，采用主軸帶有冷卻套筒結(jié)構(gòu)進行循環(huán)冷卻，對軸承進行油氣潤滑、噴注潤滑以及突入滾道潤滑等，使其減少發(fā)熱；對進給系統(tǒng)中的滾珠絲杠采用中空的絲杠通入恒溫油使之不產(chǎn)生溫升。

3、采取均熱措施。例如采用熱對稱結(jié)構(gòu)（雙立柱加工中心）。

冷卻風管主軸對機床熱源進行強制冷卻

主軸冷卻風管對機床熱源進行強制冷卻

熱對稱結(jié)構(gòu)立柱

四、數(shù)控機床應有更好的宜人性（人機關(guān)系及環(huán)保）1、操作方便可靠，易掌握不易出錯誤和故障。2、噪音低，滲漏油應避免（包括油霧）便于操作的機床結(jié)構(gòu)

五、機床可靠性要求在自動加工中不允許出現(xiàn)任何誤差。六、速度要求機床的速度包括主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、換刀時間等。越來越高的高速度要求。七、經(jīng)濟要求同時必須考慮具有很高的經(jīng)濟效應。根據(jù)實際需要設計和購買數(shù)控機床。

固定立柱立式加工中心

固定立柱立式加工中心

移動立柱臥式加工中心

工作臺移動式龍門加工中心

龍門數(shù)控銑床

第二節(jié)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)

數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機、傳動系統(tǒng)和主軸組件。結(jié)構(gòu)較普通機床主傳動系統(tǒng)簡單，因為大部分或全部變速功能由主軸電機的無級調(diào)速來承擔。省去了復雜的齒輪變速機構(gòu)。數(shù)控機床與普通機床比較具有以下特點：1、轉(zhuǎn)速高，功率大2、無級變速，主軸變速迅速可靠3、刀具自動裝卸，主軸定向停止和主軸孔內(nèi)切屑清除裝置。附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)

一、主傳動系統(tǒng)作用產(chǎn)生主切削力二、對主傳動系統(tǒng)的要求1.足夠的轉(zhuǎn)速范圍。2.熱變形要求。電動機、主軸及傳動件都是熱源，低溫升減少熱變形是對主傳動系統(tǒng)要求的重要指標。3.各零部件應具有足夠的精度（旋轉(zhuǎn)精度和運動精度）、強度、剛度和抗振性。4.主軸部件的耐磨性。5.足夠的功率和扭矩

6.噪聲低、運行平穩(wěn)

三、數(shù)控機床主傳動的變速方式1.采用變速齒輪傳動多用于大中型數(shù)控機床，滑動齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。2.采用同步齒形帶傳動多用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的數(shù)控機床。電動機本身的調(diào)速即可滿足要求，不用齒輪變速，避免了齒輪傳動的振動和噪聲，適應高速、低轉(zhuǎn)矩特性的主軸，常用的帶有三角帶和同步齒型帶。3.用兩個電機分別驅(qū)動主軸是上述兩種方式的混合傳動，此種結(jié)構(gòu)高速時由一個電動機通過帶傳動、低速時由另一個電動機通過齒輪傳動，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣使恒功率區(qū)增大，擴大變速范圍，避免了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的問題。4.采用主軸電機直接驅(qū)動（一體化主軸，電主軸）多用于變速范圍不大的高速主軸，但電動機發(fā)熱對主軸影響較大，需專門的有主軸冷卻裝置。

變速齒輪傳動

同步齒形帶傳動

主軸電機直接驅(qū)動

電主軸

1.主軸軸承的配置高剛度型和高速型

2.刀具自動夾緊和清潔裝置

3.主軸準停裝置

主軸部件及主軸箱

主軸部件

數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)

主軸軸承配置形式

(1)圖a所示的結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代數(shù)控機床主軸結(jié)構(gòu)中剛性最好的一種。它使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機床的主軸普遍采用這種配置形式；

(2)圖b前支承采用3個超精密級角接觸球軸承組合方式，具有較好的高速性能；后支承結(jié)構(gòu)有采用2個角接觸球軸承支承的；也有用一個圓柱滾子軸承支承的，吸收熱膨脹量的能力，適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機床主軸；

(3)圖c圓錐滾子軸承。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較大的動載荷，安裝與調(diào)整性能好；但是這種軸承配置方式限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度；所以僅適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機床主軸。

主軸準停裝置V型槽輪定位盤準停結(jié)構(gòu)

主軸準停裝置JCS-018A主軸電氣式準停裝置

刀桿使用大錐度錐柄，既有利于定心，也為松夾帶來了方便。在錐柄尾端軸頸被拉緊的同時，通過錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部。自動清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑是換刀過程中的一個不容忽視的問題，如有灰塵和切屑等，在拉緊刀桿時，錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至回使刀桿發(fā)生偏斜，破壞了刀桿的正確定位，影響零件的加工精度，甚至會使零件超差報廢。主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑清除裝置

主軸拉釘

主軸端面鍵

加工中心主軸的準停、夾緊機構(gòu)

伺服系統(tǒng)可以分為開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)通常使用步進電動機，而閉環(huán)系統(tǒng)通常使用直流或交流伺服電動機。在開環(huán)系統(tǒng)中，插補脈沖信號經(jīng)功率放大后直接控制步進電動機，在步進電動機上或工作臺上沒有速度或位置反饋信號。由輸出脈沖的頻率控制步進電動機的速度；由輸出脈沖的數(shù)量控制工作臺的位置。在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，由速度檢測元件來測量工作臺的速度；由位置檢測元件來測量工作臺的位置。由速度和位置反饋信號來調(diào)節(jié)伺服電動機的速度和位置。第三節(jié)數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求1.輸出位置精度要高

靜態(tài)：定位精度和重復定位精度要高，即定位誤差和重復定位誤差要小。(尺寸精度)

動態(tài)：跟隨精度，這是動態(tài)性能指標，用跟隨誤差表示。(輪廓精度)靈敏度要高，有足夠高的分辯率。

NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求2.響應速度快且無超調(diào)這是對伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的要求，即在無超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運動速度的建立時間tp

應盡可能短。通常要求從0→Fmax（Fmax→0），其時間應小于200ms，且不能有超調(diào)，否則對機械部件不利，有害于加工質(zhì)量。tFtp

NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求3.調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調(diào)速范圍內(nèi))目前數(shù)控機床一般要求進給伺服系統(tǒng)的調(diào)速范圍是0~30m/min,有的已達到240m/min。除去滾珠絲杠和降速齒輪的降速作用，伺服電動機要求有更寬的調(diào)速范圍。對于主軸電動機，因使用無極調(diào)速，要求有（1:100）～（1:1000）范圍的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速以及1:10以上的恒功率調(diào)速。穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。

NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求4.低速大轉(zhuǎn)矩低速時進行重切削，切深和進給較大，要求主軸電動機輸出的轉(zhuǎn)矩較大?，F(xiàn)代的數(shù)控機床通常是伺服電動機與絲杠直聯(lián)，沒有降速齒輪，這就要求進給電動機能輸出較大的轉(zhuǎn)矩。

NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求5.負載特性要硬(慣量匹配)

在系統(tǒng)負載范圍內(nèi)，當負載變化時，輸出速度應基本不變。即△F盡可能??；當負載突變時，要求速度的恢復時間短且無振蕩。即△t盡可能短；應有足夠的過載能力。這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動態(tài)剛度。tF△t△F

6.能可逆運行和頻繁靈活啟停。7.系統(tǒng)的可靠性高，維護使用方便，成本低。

綜上所述：對伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面；對高精度的數(shù)控機床，對其動態(tài)性能的要求更嚴。NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求

附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)第四節(jié)數(shù)控機床進給運動傳動部件高壽命，高剛度，無傳動間隙，高的靈敏度和低的摩擦阻力等。一般采用滾動導軌、靜壓導軌和減磨滑動導軌等合理的預緊來減小軸向傳動間隙，反向運動由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖指令進行自動補償。

滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型理想裝置。優(yōu)點：1、傳動效率高；2、摩擦力??；3、使用壽命長；4、經(jīng)預緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)剛度；5、反向運動時無空行程，可以提高軸向運動精度。缺點：1、制造成本高；2、不能自鎖滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副+滾動導軌副

摩擦系數(shù)小，傳動精度高，傳動效率高達85%-98%，是普通滑動絲杠傳動的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于10，因此不能自鎖。如果用于立式升降運動則必須要有制動機構(gòu)。（一）、滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)絲杠和螺母之間填入鋼珠，使絲杠和螺母之間為滾動摩擦運動。螺紋的截面為圓弧型其半徑略大于鋼球直徑。依據(jù)回珠方式分：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)方式依據(jù)消除間隙和預加載荷的方法：單螺母和雙螺母方式滾珠絲杠螺母副

電機支承絲杠螺母伺服進給系統(tǒng)

滾珠絲杠副的傳動不允許有間隙，不僅因為它會造成反向沖擊，更重要的是產(chǎn)生定位誤差，影響機床的精度穩(wěn)定性，為了提高進給系統(tǒng)的剛度，使?jié)L珠絲杠在過盈條件下工作更為有利，即進行預加載荷或稱為預緊。雙螺母法消除間隙和預加載荷。墊片和齒差式消除間隙和預加載荷。滾珠絲杠副的消除間隙調(diào)整和預加載荷

1、通過調(diào)整墊片的厚度使左、右螺母產(chǎn)生軸向位移，就可達到消除間隙和產(chǎn)生預緊力的作用；2、簡單、剛性好、裝卸方便、可靠；3、調(diào)整困難，調(diào)整精度不高。雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)

1、用鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，擰動圓螺母將螺母沿軸向移動一定距離，在消除間隙之后用圓螺母將其鎖緊；2、簡單緊湊，調(diào)整方便，但調(diào)整精度較差，且易于松動。雙螺母螺紋式結(jié)構(gòu)

螺母1和2的凸緣上各制有一個圓柱外齒輪，兩個齒輪的齒數(shù)相差一個齒，兩個內(nèi)齒圈3和4與外齒輪齒數(shù)分別相同，并用預緊螺釘和銷釘固定在螺母座的兩端。調(diào)整時先將內(nèi)齒圈取下，根據(jù)間隙的大小調(diào)整兩個螺母1、2分別向相同的方向轉(zhuǎn)過一個或多個齒，使兩個螺母在軸向移近了相應的距離達到調(diào)整間隙和預緊的目地。雙螺母齒差式結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，其溫度高于床身。絲杠的熱膨脹會使導程增大，影響定位精度。為了補償熱膨脹，可將絲杠預拉伸。預拉伸量應大于熱膨脹率。發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分預拉伸量，使絲杠內(nèi)的拉伸力下降，但長度卻沒有變化。滾珠絲杠的預拉伸

傳動齒輪間隙消除機構(gòu)一、直齒圓柱齒輪傳動間隙的調(diào)整1.偏心套調(diào)整只能補償齒厚誤差與中心距誤差引起的齒側(cè)間隙，不能補償偏心誤差引起的齒側(cè)間隙。偏心套間隙消除機構(gòu)

2.墊片調(diào)整調(diào)整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側(cè)間隙的目的。墊片調(diào)整間隙消除機構(gòu)

說明：上述兩種方法的特點盡管結(jié)構(gòu)比較簡單，傳動剛度好，能傳遞較大的動力，但齒輪磨損后齒側(cè)間隙不能自動補償。

3．雙齒輪錯齒調(diào)整這種調(diào)整法結(jié)構(gòu)較復雜，傳動剛度低，不宜傳遞大扭矩，對齒輪的齒厚和齒距要求較低，可始終保持嚙合無間隙，尤其適用于檢測裝置。

雙齒輪錯齒調(diào)整間隙消除機構(gòu)

二、斜齒圓柱齒輪傳動間隙的消除1.軸向墊片調(diào)整軸向墊片調(diào)整間隙消除機構(gòu)

2.軸向壓簧調(diào)整

這種結(jié)構(gòu)具有軸向尺寸過大，結(jié)構(gòu)不緊湊，但可以自動補償間隙的特點，多用于負載小，要求自動補償間隙的場合。軸向壓簧調(diào)整間隙消除機構(gòu)

軸向壓簧調(diào)整間隙消除機構(gòu)三、錐齒輪傳動間隙的消除1.周向壓簧調(diào)整2.軸向壓簧調(diào)整

錐齒輪在彈力作用下沿軸向移動，從而達到消除齒側(cè)間隙的目的。

附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)第五節(jié)回轉(zhuǎn)進給坐標系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)除了有X、Y、Z軸的直線運動，還要求有A、B、C的旋轉(zhuǎn)運動。作用：實現(xiàn)繞X、Y、Z軸的圓周進給運動；數(shù)控機床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。分度工作臺只能夠完成分度運動而不能實現(xiàn)圓周運動。1、鼠牙盤式分度工作臺；2、定位銷式分度工作臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在外觀上和分度工作臺相似，但結(jié)構(gòu)功用有很大不同。其可以做任意角度的回轉(zhuǎn)和分度。

鼠齒盤式分度工作臺具有剛性好、承載能力強、重復定位精度高、分度精度高、能自動定心、結(jié)構(gòu)簡單等特點。鼠齒盤制造精度要求高，它分度的度數(shù)只能是鼠齒盤齒數(shù)的整數(shù)倍。鼠牙盤式分度工作臺

鼠牙盤式分度工作臺

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺

數(shù)控分度頭

C軸加工

一、刀庫

1.刀庫容量10-40塔式

2.類型盤式

鏈式

順序選刀

3.選刀方式

任意選刀

第六節(jié)刀庫和機械手刀座編碼刀具編碼跟蹤記憶編碼鼓輪式刀庫：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、應用廣鏈式刀庫：刀庫容量大附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)

盤式刀庫鏈式刀庫

盤式刀庫(刀座編碼)

識別碼塊識別傳感器刀柄編碼

回轉(zhuǎn)刀架換刀

更換主軸頭換刀

使用刀庫的換刀

換刀方式

刀庫和機械手機械手換刀刀庫與主軸相對運動換刀

回轉(zhuǎn)刀架換刀

機械手換刀

刀庫與主軸相對運動換刀

刀庫形式鏈式刀庫鼓輪式刀庫的幾種形式a.徑向取刀b.軸向取刀c.徑向布置d.角度布置

JCS-018A機械手傳動結(jié)構(gòu)示意圖

自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。當執(zhí)行到Txx指令即選刀指令后，刀庫自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準備；當執(zhí)行到M06指令時即開始自動換刀，把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸上。

換刀過程

1、主軸箱回參考點，主軸準停。2、機械手抓刀（主軸上和刀庫上）3、取刀：活塞桿推動機械手下行4、交換刀具位置：機械手回轉(zhuǎn)180°5、裝刀：活塞桿上行，將更換后的刀具裝入主軸和刀庫機械手換刀動作過程

刀庫移動-主軸升降式換刀過程

分度：將刀盤上接收刀具的空刀座轉(zhuǎn)到換刀所需的預定位置。(b)接刀：活塞桿推出，將空刀座送至主軸下方，并卡住刀柄定位槽。(c)卸刀：主軸松刀，銑頭上移至參考點。(d)再分度：再次分度回轉(zhuǎn)，將預選刀具轉(zhuǎn)到主軸正下方。(e)+(f):裝刀：銑頭下移，主軸抓刀，活塞桿縮回，刀盤復位。

加工中心的編程除了增加了自動換刀的功能指令外，其它和數(shù)控銑床編程基本相同。M06---自動換刀指令。本指令將驅(qū)動機械手進行換刀動作，但并不包括刀庫轉(zhuǎn)動的選刀動作。

M19---主軸準停。本指令將使主軸定向停止，確保主軸停止的方位和裝刀標記方位一致。

Txx---選刀指令。是用以驅(qū)動刀庫電機帶動刀庫轉(zhuǎn)動而實施選刀動作的。T指令后跟的兩位數(shù)字，是將要更換的刀具地址號。

附加章節(jié)數(shù)控機床的典型結(jié)構(gòu)按進給伺服系統(tǒng)的類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(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)和半閉環(huán)兩種。第七節(jié)數(shù)控機床的位置檢測裝置

開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。主軸刀具

無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。主軸刀具

半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用。

主軸刀具

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。

從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試都相當困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。

位置檢測裝置是數(shù)控機床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求如下：（1）

工作可靠，抗干擾能力強；（2）

滿足精度和速度的要求；（3）易于安裝，維護方便，適應機床工作環(huán)境；（4）

成本低。第七節(jié)數(shù)控機床的位置檢測裝置

按輸出信號的形式分類：數(shù)字式和模擬式按測量基點的類型分類：增量式和絕對式按位置檢測元件的運動形式分類：回轉(zhuǎn)型和直線型位置檢測裝置的分類

脈沖編碼器又稱碼盤，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測量元件，通常裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式碼盤可分為接觸式、光電式和電磁式3種。其中，光電碼盤在數(shù)控機床上應用較多，而由霍爾效應構(gòu)成的電磁碼盤則可用作速度檢測元件。另外，它還可分為絕對式和增量式兩種。脈沖編碼器

信號處理裝置abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板節(jié)距τm+τ/4結(jié)構(gòu)及工作原理增量脈沖編碼器

脈沖編碼器光電碼盤隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，在光源的照射下，透過光電碼盤和光欄板形成忽明忽暗的光信號，光敏元件把此光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號處理裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出的波形有六路：

其中，是的取反信號。AB90°Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈脈沖編碼器輸出信號的作用及其處理A、B兩相的作用根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測軸的角位移；根據(jù)脈沖的頻率可得被測軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測軸旋轉(zhuǎn)方向。后續(xù)電路可利用A、B兩相的90°相位差進行細分處理（四倍頻電路實現(xiàn)）。ABCP90OZ相的作用被測軸的周向定位基準信號；被測軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號。的作用后續(xù)電路可利用A、兩相實現(xiàn)差分輸入，以消除遠距離傳輸?shù)墓材８蓴_。Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈

增量式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；現(xiàn)在市場上提供的規(guī)格從36線/轉(zhuǎn)到10萬線

/轉(zhuǎn)都有；選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機械傳動系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）α設增量式碼盤的規(guī)格為n線/轉(zhuǎn)：絕對式編碼器結(jié)構(gòu)和工作原理碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等；對應每圈都有光電傳感器；輸出信號的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比；檢測信號按某種規(guī)律編碼輸出，故可測得被測軸的周向絕對位置。010111100110011110001001101010111100110111110000000100100011010023222120絕對編碼盤的編碼方式及特點二進制編碼：特點：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差。誤差分析：

01011110011001111000100110101011110011011111000000010010001101001111100023222120.脈沖編碼器格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）特點：任何兩個編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無直接規(guī)律。111100011101110001000101011101100010001100001000100110111010111023222120.脈沖編碼器光電編碼器的特點非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好；允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高；。光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強；體積小，便于安裝，適合于機床運行環(huán)境；結(jié)構(gòu)復雜，價格高，光源壽命短；碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動能力差。

光柵光柵種類較多。根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測精度可達1μm以上。從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應用比較廣泛的透射式直線光柵。直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長的稱為標尺光柵或長光柵，一般固定在機床移動部件上，要求與行程等長。短的為指示光柵或短光柵，裝在機床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為25、50、100、250條/mm等。線紋之間距離相等，該間距稱為柵距，測量時它們相互平行放置，并保持0.05～0.1mm的間隙。

光柵

二、工作原理

當指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一小角度放置時，兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊，形成黑色條紋，其它部分為明亮條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴格地說，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋具有如下特點：