第一篇：數(shù)控加工工藝與設(shè)備教案

《數(shù)控加工工藝與設(shè)備》授課教案 第一章

數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

第一節(jié) 機(jī)床數(shù)控技術(shù)與數(shù)控加工設(shè)備概述

一、機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念（理解）

二、數(shù)控機(jī)床的組成（理解）

三、數(shù)控機(jī)床的分類（理解，掌握）

四、數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)特征和主要輔助裝置（理解）

五、數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo)（理解）

六、數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)（理解）

七、數(shù)控機(jī)床的主要功能（理解）

第二節(jié) 數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述

一、數(shù)控加工原理（理解）

二、數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念，主要內(nèi)容及特點(diǎn)（重點(diǎn)掌握）

三、數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系（理解）第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系（掌握）

第四節(jié) 插補(bǔ)原理及加工精度和加工效率的關(guān)系

一、數(shù)控加工軌跡控制原理——插補(bǔ)原理（理解）

二、插補(bǔ)原理，進(jìn)給速度與加工精度和加工效率的關(guān)系（掌握）第五節(jié)當(dāng)今國(guó)際數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（了解）

第二章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成（了解）

二、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（了解）第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)（理解）

二、數(shù)控機(jī)床主軸的傳動(dòng)方式（掌握）

三、主軸組件（理解）

第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

一、SSCK20/500數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸結(jié)構(gòu)（了解）

二、JCS-018A加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)（了解）第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求（了解）

二、導(dǎo)軌（理解）

三、滾珠絲杠螺母副（理解）

四、傳動(dòng)齒輪間隙消除機(jī)構(gòu)（理解掌握）

五、回轉(zhuǎn)進(jìn)給系統(tǒng)（理解掌握）第五節(jié) 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

一、MJ-50數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)（了解）

二、JCS-018A加工中心進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)及傳動(dòng)裝置（了解）第六節(jié) 自動(dòng)換刀裝置

一、自動(dòng)換刀裝置的形式（了解）

二、刀庫（了解）

三、實(shí)例（了解）第七節(jié) 輔助裝置

一、數(shù)控機(jī)床的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)（了解）

二、排屑裝置（了解）第三章 數(shù)控刀具

第一節(jié) 數(shù)控刀具的種類及特點(diǎn)

一、數(shù)控刀具的種類（了解）

二、數(shù)控刀具的特點(diǎn)（掌握）第二節(jié) 數(shù)控刀具材料

一、切削用刀具材料應(yīng)具備的性能（了解）

二、各種刀具材料（了解）

第三節(jié) 數(shù)控刀具的失效形式及可靠性

一、數(shù)控刀具的失效形式及對(duì)策（掌握）

二、刀具失效在線監(jiān)測(cè)方法（了解）

三、數(shù)控刀具可靠性（了解）第四節(jié) 數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀片

一、可轉(zhuǎn)位刀片代碼（了解）

二、可轉(zhuǎn)位刀片的斷屑槽槽型（了解）

三、可轉(zhuǎn)位刀片的夾緊方式（掌握）

四、可轉(zhuǎn)位刀片的選擇（掌握）第五節(jié)數(shù)控刀具的選擇

一、選擇數(shù)控刀具通常應(yīng)考慮的因素（理解）

二、數(shù)控銑削刀具的選擇（重點(diǎn)掌握）

三、加工中心刀具的選擇（掌握）

四、數(shù)控機(jī)床刀柄的選擇（理解）第六節(jié) 工具系統(tǒng)一、工具系統(tǒng)的發(fā)展（了解）

二、車削類工具系統(tǒng)（理解）

三、鏜銑類工具系統(tǒng)（理解）

四、刀具管理系統(tǒng)（了解）

第四章 數(shù)控車削加工工藝及數(shù)控車床使用 第一節(jié) 概述

一、數(shù)控車床的組成及布局（了解）

二、數(shù)控車床的分類（了解）

三、數(shù)控車削的主要加工對(duì)象（掌握）第二節(jié)數(shù)控車削加工工件的裝夾及對(duì)刀

一、數(shù)控車削加工工件的裝夾（重點(diǎn)掌握）

二、數(shù)控車削加工的對(duì)刀（掌握）（重點(diǎn)與難點(diǎn)）第三節(jié) 制定數(shù)控車削加工工藝要解決的主要問題

一、選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容（理解）

二、對(duì)零件圖形進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析（重點(diǎn)掌握）（難點(diǎn)）

三、零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定（重點(diǎn)掌握）（難點(diǎn)）

四、數(shù)控車削加工工藝過程的擬訂（重點(diǎn)掌握）（難點(diǎn)）

五、數(shù)控加工余量，工序尺寸及公差的確定（重點(diǎn)掌握）（難點(diǎn)）

六、切削參數(shù)的選擇（重點(diǎn)掌握）

七、首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理（了解）

第四節(jié) 數(shù)控車削加工工藝文件（重點(diǎn)掌握）第五節(jié) 典型數(shù)控車削零件的加工工藝分析

一、軸類零件數(shù)控車削加工工藝（重點(diǎn)掌握）

二、軸套類零件數(shù)控車削加工工藝（掌握）第六節(jié) 難加工材料的數(shù)控車削加工

一、難加工材料的種類和特點(diǎn)（理解）

二、難加工材料的數(shù)控車削（理解）第七節(jié) 數(shù)控車?yán)に嚱榻B

一、數(shù)控車?yán)恚私猓?/p>

二、車?yán)に噾?yīng)用（了解）

第五章 數(shù)控銑削加工工藝及數(shù)控銑床使用 第一節(jié) 概述

一、數(shù)控銑床的分類（了解）

二、數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象（理解）

第二節(jié) 制定數(shù)控銑削加工工藝要解決的主要問題

一、選擇并確定進(jìn)行數(shù)控銑削加工的內(nèi)容（掌握）

二、數(shù)控銑削加工工藝性分析（重點(diǎn)掌握）

三、零件圖形的數(shù)學(xué)處理（了解）

四、與起刀、進(jìn)刀、退刀有關(guān)工藝問題的處理（重點(diǎn)掌握）

五、逆銑、順銑及切削方向、切削方式的確定（重點(diǎn)掌握）

六、數(shù)控銑削加工工藝參數(shù)的確定（理解）第三節(jié) 復(fù)雜曲線曲面數(shù)控銑削加工的刀具軌跡

一、兩坐標(biāo)數(shù)控銑削加工刀具軌跡的生成（掌握）

二、多坐標(biāo)數(shù)控銑削加工刀具軌跡的生成（理解）

三、數(shù)控銑削加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的編輯（了解）

四、數(shù)控銑削加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的干涉檢查與修正（了解）第四節(jié) 復(fù)雜表面自動(dòng)編輯工藝處理（了解）

一、自動(dòng)編程加工的基本工作原理（了解）第五節(jié)汽車覆蓋件模具的數(shù)控銑削加工（略）第六節(jié)典型數(shù)控銑削零件的加工工藝分析

一、支架零件的數(shù)控銑削加工工藝（重點(diǎn)掌握）第六章、加工中心加工工藝及加工中心使用 第一節(jié) 概述

一、加工中心的分類（了解）

二、加工中心的主要加工對(duì)象（掌握）

第二節(jié) 加工中心加工零件的安裝及對(duì)刀，換刀

一、加工中心加工工件的安裝（掌握）（難點(diǎn)）

二、加工中心加工的對(duì)刀換刀（重點(diǎn)、掌握）第三節(jié) 制定加工中心加工工藝要解決的主要問題

一、零件的工藝分析（重點(diǎn)掌握）

二、加工中心的選用（理解）

三、加工中心加工零件的工藝方案設(shè)計(jì)（重點(diǎn)掌握）（難點(diǎn)）

四、加工中心加工的工步設(shè)計(jì)（重點(diǎn)掌握）（難點(diǎn)）

五、加工中心加工進(jìn)給路線的確定（重點(diǎn)掌握）

六、加工余量的確定（理解掌握）

七、工序尺寸及公差的確定（掌握）

八、加工中心加工切削用量的選擇（理解）第四節(jié) 典型加工中心加工零件的工藝分析

一、蓋板類零件加工中心的加工工藝（理解掌握）（難點(diǎn)）

二、支承套零件加工中心的加工工藝（理解）第五節(jié) 加工中心使用技術(shù)（略）

第七章 大量生產(chǎn)典型零件數(shù)控加工工藝 第一節(jié) 典型軸類零件數(shù)控加工工藝

一、典型軸類零件介紹（了解）

二、工藝分析（掌握）（難點(diǎn)）

三、工藝過程卡和工序卡（掌握）（難點(diǎn)）機(jī)動(dòng)

復(fù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

數(shù)控車床 數(shù)控銑床 加工中心

第二篇：《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

備

注

第一章

數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

第一節(jié)

機(jī)床數(shù)控技術(shù)與數(shù)控加工設(shè)備概述

一、機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念

1．?dāng)?shù)字控制（數(shù)控）及數(shù)控技術(shù)

一般意義的數(shù)字控制是指用數(shù)字化信息對(duì)過程進(jìn)行的控制，是相對(duì)模擬控制而言的。機(jī)床中的數(shù)字控制是專指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的工作過程進(jìn)行的可編程自動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。這種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)就叫數(shù)控技術(shù)。

2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)

是實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的載體，它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床運(yùn)動(dòng)并加工零件。

在其發(fā)展過程中有硬件數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)兩類。

早期的數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，數(shù)字信息由數(shù)字邏輯電路來處理，數(shù)控系統(tǒng)的所有功能都由硬件實(shí)現(xiàn)，故又稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC系統(tǒng)）。

3．計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，由裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計(jì)算機(jī)、輸入輸出設(shè)備、可編程邏輯控制器（PLC）、存儲(chǔ)器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，習(xí)慣上又稱為CNC系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)已基本取代硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC系統(tǒng)）。

4．開放式CNC系統(tǒng)

國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)提出的開放式CNC系統(tǒng)的定義是：一個(gè)開放式CNC系統(tǒng)應(yīng)保證使開發(fā)的應(yīng)用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行，且能與其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。

根據(jù)這一定義，開放式CNC系統(tǒng)至少包括以下五個(gè)特征：

（1）對(duì)使用者是開放的：應(yīng)可以采用先進(jìn)的圖形交互方式支持下的簡(jiǎn)易編程方法，使得數(shù)控機(jī)床的操作更加容易；

（2）對(duì)機(jī)床制造商是開放的：應(yīng)允許機(jī)床制造商在開放式CNC系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)專用的功能模塊及用戶操作界面；

（3）對(duì)硬件的選擇是開放的：即一個(gè)開放式CNC系統(tǒng)應(yīng)能在不同的硬件平臺(tái)上運(yùn)行；

（4）對(duì)主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是開放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

（5）對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及交換等是開放的。

開放式CNC系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。5．?dāng)?shù)控機(jī)床

是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)其加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。

備

注

二、數(shù)控機(jī)床的組成

1．計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）

計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通訊接口板、擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等模塊組成。

2．伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置及主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度和位置，特點(diǎn)是能靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置的位置和速度指令。

3．控制面板

控制面板又稱操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過它對(duì)數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過它了解或查詢數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器等部分組成。

4．控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備

控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入輸出設(shè)備是磁盤和磁盤驅(qū)動(dòng)器等。

此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可利用通訊方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系統(tǒng)）和CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通訊方式有：

（1）串行通訊；（2）自動(dòng)控制專用接口；（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

5．PLC、機(jī)床I/O電路和裝置

PLC是用于進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)：

（1）接受CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作；

（2）接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。

6．機(jī)床本體

機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主運(yùn)動(dòng)部件（主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板以及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換（APC）系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換（ATC）系統(tǒng)和輔助裝置（如冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。

備

注

三、數(shù)控機(jī)床的分類

1．按控制功能分類（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床僅能控制兩個(gè)坐標(biāo)軸帶動(dòng)刀具或工作臺(tái)，從一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置）準(zhǔn)確地快速移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置），然后控制第三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行鉆、鏜等切削加工。它具有較高的位置定位精度，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒有要求。點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床主要用于加工平面內(nèi)的孔系，主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。

（2）直線控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，從一個(gè)點(diǎn)以一條直線準(zhǔn)確地移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，移動(dòng)過程中能進(jìn)行切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶著多軸箱軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆、鏜等切削加工，它可以算作一種直線控制的數(shù)控機(jī)床。

（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床具有控制幾個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的能力，使刀具相對(duì)于工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，能在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工。這類數(shù)控機(jī)床有用于加工曲線和曲面形狀零件的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是這種類型。若根據(jù)其聯(lián)動(dòng)軸數(shù)還可細(xì)分為2軸（X、Z軸聯(lián)動(dòng)或X、Y軸聯(lián)動(dòng)）、2.5軸（任意2軸聯(lián)動(dòng)，第3軸周期進(jìn)給）、3軸（X、Y、Z3軸聯(lián)動(dòng)）、4軸（X、Y、Z和A或B4軸聯(lián)動(dòng)）、5軸（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5軸聯(lián)動(dòng)）聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)越多，則加工程序的編制越難，通常3軸聯(lián)動(dòng)以上的零件加工程序只能采用自動(dòng)編程系統(tǒng)編制。

2．按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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容

按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測(cè)量反饋裝置可分為開環(huán)數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)數(shù)控機(jī)床，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測(cè)量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。

（1）開環(huán)數(shù)控機(jī)床

開環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)沒有位置測(cè)量反饋裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。但由于無位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。該系統(tǒng)一般以步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。

（2）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn)是從驅(qū)動(dòng)電機(jī)（常用交、直流伺服電機(jī)）或絲杠端引出，通過檢測(cè)電機(jī)和絲杠旋轉(zhuǎn)角度來間接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置。由于在半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得較穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。另外，在位置環(huán)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)的誤差可得到某種程度的糾正，位置環(huán)外不能直接消除的如絲杠螺距誤差、齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差等，可通過軟件補(bǔ)償這類誤差來提高運(yùn)動(dòng)精度，因此在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。

（3）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床

閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn)是工作臺(tái)，它直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有相當(dāng)?shù)碾y度，對(duì)其組成環(huán)節(jié)的精度、剛性和動(dòng)態(tài)特性等都有較高的要求，價(jià)格昂貴。這類系統(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(jī)床等。

3．按工藝用途（機(jī)床類型）分類

（1）切削加工類

即具有切削加工功能的數(shù)控機(jī)床。在金屬切削機(jī)床常用的車床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鏜床、插床、拉床、切斷機(jī)床、齒輪加工機(jī)床等中，國(guó)內(nèi)外都開發(fā)了數(shù)控機(jī)床，而且品種越來越細(xì)。比如，在數(shù)控磨床中不僅有數(shù)控外圓磨床，數(shù)控內(nèi)圓磨床，集可磨外圓、內(nèi)圓于一機(jī)的數(shù)控萬能磨床，數(shù)控平面磨床，數(shù)控坐標(biāo)磨床，數(shù)控工具磨床，數(shù)控?zé)o心磨床，數(shù)控齒輪磨床，還有專用或?qū)ｉT化的數(shù)控軸承磨床，數(shù)控外螺紋磨床，數(shù)控內(nèi)螺紋磨床，數(shù)控雙端面磨床，數(shù)控凸輪軸磨床，數(shù)控曲軸磨床，能自動(dòng)換砂輪的數(shù)控導(dǎo)軌磨床（又稱導(dǎo)軌磨削中心）等等，還有工藝范圍更寬的車削中心、加工中心、柔性制造單元（FMC）等。

（2）成型加工類

是具有通過物理方法改變工件形狀功能的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。

備

注

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容

（3）特種加工類

是具有特種加工功能的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控電火花線切割機(jī)床，數(shù)控電火花成型機(jī)床，帶有自動(dòng)換電極功能的“電加工中心”，數(shù)控激光切割機(jī)床，數(shù)控激光熱處理機(jī)床，數(shù)控激光板料成型機(jī)床，數(shù)控等離子切割機(jī)等。

（4）其它類型

一些廣義上的數(shù)控設(shè)備。如數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、機(jī)器人等。

備

注

四、數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)特征和主要輔助裝置

1．?dāng)?shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)特征

（1）機(jī)床剛性提高，抗振性能大為改善；（2）機(jī)床熱變形降低；（3）機(jī)床中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)減少；

（4）機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)副間的摩擦系數(shù)較??；（5）機(jī)床功能部件增多。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的主要輔助裝置

數(shù)控機(jī)床的輔助裝置是一個(gè)完整的機(jī)器或裝置，其作用是完成配合機(jī)床對(duì)零件加工的輔助工作。諸如切削液或油液處理系統(tǒng)中的冷卻過濾裝置，油液分離裝置，吸塵吸霧裝置，潤(rùn)滑裝置及輔助主機(jī)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的氣、液動(dòng)裝置等，雖然這些裝置在某些自動(dòng)化或精密型非數(shù)控機(jī)床上已配備使用，但是，數(shù)控機(jī)床要求配備的裝置的質(zhì)量、性能更為精化。

除上述通用輔助裝置外，還有對(duì)刀儀、自動(dòng)排屑器、物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置等。

五、數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo)

1．規(guī)格指標(biāo)

規(guī)格指標(biāo)是指數(shù)控機(jī)床的基本能力指標(biāo)，主要有以下幾方面：

（1）行程范圍和擺角范圍

行程范圍是指坐標(biāo)軸可控的運(yùn)動(dòng)區(qū)間，它反映該機(jī)床允許的加工空間，一般情況下工件輪廓尺寸應(yīng)在加工空間的范圍之內(nèi)。擺角范圍是指擺角坐標(biāo)軸可控的擺角區(qū)間，也反映該機(jī)床的加工空間。

（2）工作臺(tái)面尺寸

它反映該機(jī)床安裝工件的最大范圍，通常應(yīng)選擇比最大加工工件稍大一點(diǎn)的面積，這是因?yàn)橐A(yù)留夾具所需的空間。

（3）承載能力

它反映該機(jī)床能加工零件的最大重量。

（4）主軸功率和進(jìn)給軸扭矩

它反映該機(jī)床的加工能力，同時(shí)也可間接反映機(jī)床的剛度和強(qiáng)度。

（5）控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

數(shù)控機(jī)床的控制軸數(shù)通常是指機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的進(jìn)給軸數(shù)。數(shù)控機(jī)床控制軸數(shù)與數(shù)控裝置的運(yùn)算處理能力、運(yùn)算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控機(jī)床同時(shí)控制多個(gè)進(jìn)給軸，使它們按規(guī)定的路線和進(jìn)給速度所確定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸數(shù)目。它反映數(shù)控機(jī)床的曲面加工能力。

（6）刀庫容量

是指刀庫能存放加工所需刀具的數(shù)量，它反映該機(jī)床能加工工序內(nèi)容的多少。目前常見的中小型加工中心多為16~60把，大型加工中心達(dá)

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100把以上。

2．性能指標(biāo)

（1）分辨率與脈沖當(dāng)量

分辨率是指兩個(gè)相鄰的分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而言，分辨率是可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量，通常稱為脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的原始數(shù)據(jù)之一，其數(shù)值的大小決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工表面質(zhì)量越高。

（2）最高主軸轉(zhuǎn)速和最大加速度

最高主軸轉(zhuǎn)速是指主軸所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，它是影響零件表面加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素之一。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標(biāo)，也是加工效率的重要指標(biāo)。

（3）最高快移速度和最高進(jìn)給速度

最高快移速度是指進(jìn)給軸在非加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度，最高進(jìn)給速度是指進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度，它們也是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。

另外，還有換刀速度和工作臺(tái)交換速度，它們也是影響生產(chǎn)效率的性能指標(biāo)。3．可靠性指標(biāo)

（1）平均無故障時(shí)間MTBF（Mean time between failures）

它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中平均兩次故障間隔的時(shí)間，即數(shù)控機(jī)床在壽命范圍內(nèi)總工作時(shí)間和總故障次數(shù)之比，即

MTBF?總工作時(shí)間

總故障次數(shù)備

注

很顯然，這段時(shí)間越長(zhǎng)越好。

（2）平均修復(fù)時(shí)間MTTR（Mean time to restore。）

它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床從開始出現(xiàn)故障直到能正常工作所用的平均修復(fù)時(shí)間，即

MTTR?總故障停機(jī)時(shí)間

總故障次數(shù)考慮到實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)故障總是難免的，故對(duì)于可維修的系統(tǒng)，總希望一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)的時(shí)間越短越好，即希望MTTR越短越好。

（3）平均有效度A 如果把MTBF看作設(shè)備正常工作的時(shí)間，把MTTR看作設(shè)備不能工作的時(shí)間，那么正常工作時(shí)間與總時(shí)間之比稱為設(shè)備的平均有效度A，即

A?平均無故障時(shí)間MTBF ?平均無故障時(shí)間?故障平均修復(fù)時(shí)間MTBF?MTTR平均有效度反映了設(shè)備提供正確使用的能力，是衡量設(shè)備可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。

六、數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目主要包括幾何精度、定位精度和切削精度。1．主要幾何精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)

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數(shù)控機(jī)床的幾何精度

是綜合反映機(jī)床的關(guān)鍵零部件及其組裝后的幾何形位誤差的指標(biāo)。該指標(biāo)可分為兩類：一類是對(duì)機(jī)床的基礎(chǔ)件和運(yùn)動(dòng)大件（如床身、立柱、工作臺(tái)、主軸箱等）的直線度、平面度、垂直度等的要求，如工作臺(tái)面的平面度，各坐標(biāo)方向移動(dòng)的直線度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（臥式）坐標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)工作臺(tái)面的平行度，X坐標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)工作臺(tái)面T形槽側(cè)面的平行度等；另一類是對(duì)機(jī)床主軸的要求，如主軸的軸向竄動(dòng)，主軸孔的徑向跳動(dòng)，主軸箱移動(dòng)時(shí)主軸軸線的平行度，主軸軸線與工作臺(tái)面的垂直度（立式）或平行度（臥式）等。

以臥式加工中心為例，主要有以下各項(xiàng)：（1）X、Y、Z坐標(biāo)的相互垂直度；（2）工作臺(tái)面的平面度；

（3）X軸和Z軸移動(dòng)工作臺(tái)面的平行度；（4）主軸回轉(zhuǎn)軸心線對(duì)工作臺(tái)面的平行度；（5）主軸在X、Y、Z各軸方向移動(dòng)的直線度；（6）X軸移動(dòng)工作臺(tái)邊界定位基準(zhǔn)面的平行度；

（7）工作臺(tái)中心線到邊界定位器基準(zhǔn)面之間的距離精度；（8）主軸軸向跳動(dòng)；（9）主軸孔徑向跳動(dòng)。

幾何精度常用檢測(cè)工具有精密水平儀、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、測(cè)微儀、高精度主軸心棒等。

2．定位精度的項(xiàng)目及檢驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床定位精度是指機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控裝置的控制下空載運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的位置準(zhǔn)確程度。根據(jù)各軸能達(dá)到的位置精度就能判斷出加工時(shí)零件所能達(dá)到的精度。

（l）直線運(yùn)動(dòng)定位精度

是指數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)部件沿某一坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際值與給定值的接近程度，其誤差稱為直線運(yùn)動(dòng)定位誤差。

Xij??Pij??Pj

（1-1）

Xij??Pij??Pj

（1-2）i=1，2，3??n

代表向每一目標(biāo)趨近的次數(shù)；

j=1，2，3??m

代表目標(biāo)位置。

備

注

n次單向趨近目標(biāo)位置Pj時(shí)，可得到單向平均位置偏差Xj?和Xj?的值。Xj??n Xj??n?Xi?1nnij?

（1-3）

?Xi?1ij?

（1-4）

這樣可得到從正、負(fù)方向趨近目標(biāo)位置Pj時(shí)的反向差值Bj。

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容

Bj?Xj??Xj?

（1-5）n次單向趨近目標(biāo)位置Pj時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sj?和Sj?為

備

注

Sj??1n?11n?1??Xi?1nnij??Xj???

2（1-6）

Sj????Xi?1ij??Xj?2

（1-7）

定位精度A可分為單向定位精度Au和雙向定位精度Ab二種。單向定位精度Au是取正、負(fù)方向趨近目標(biāo)位置時(shí)定位誤差中的最大值。正、負(fù)方向趨近目標(biāo)位置時(shí)的定位精度如下：

?

A??3S??3S??

（1-9）雙向定位精度A為?X??3S??、?X??3S??中的最大值與?X??3S??、?X??3S??中的最小值之差值，即

A??X?3S???X?3S?

（1-10）

Au??Xj??3Sj?max?Xj??3Sj?min

（1-8）

ujjmaxjjminb????X??????Xjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情況下，實(shí)際加工的某一坐標(biāo)軸任意兩點(diǎn)間的距離誤差大約為該軸雙向定位精度的2倍。

（2）直線運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度

是指在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)用相同程序、相同代碼加工一批零件，所得到結(jié)果的一致程度。一般情況下，重復(fù)定位精度是正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是反映軸運(yùn)動(dòng)精度穩(wěn)定性的最基本指標(biāo)。

重復(fù)定位精度R為標(biāo)準(zhǔn)偏差Sj?和Sj?中最大值的6倍，即

R?6?Sj?max

（1-11）（3）直線運(yùn)動(dòng)的反向誤差B

直線運(yùn)動(dòng)的反向誤差也叫失動(dòng)量，是該坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅(qū)動(dòng)部件（如伺服電動(dòng)機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等）的反向死區(qū)及各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。誤差越大，則定位精度和重復(fù)定位精度也越差。

B?Bjmax

（1-12）

（4）直線運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)返回精度（回零精度）

是指數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸達(dá)到規(guī)定零點(diǎn)的準(zhǔn)確程度，其誤差稱為回零誤差。實(shí)質(zhì)上是該坐標(biāo)軸上一個(gè)特殊點(diǎn)的重復(fù)定位精度。

（5）分度精度A

是指分度工作臺(tái)在分度時(shí)指令要求回轉(zhuǎn)的角度值與實(shí)際回轉(zhuǎn)的角度值的差值。

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容

A?Qj?3Sj備

注

??max?Qj?3Sj??min

（1-13）

3．切削精度的項(xiàng)目及檢驗(yàn)

機(jī)床的切削精度是一項(xiàng)綜合精度指標(biāo)，它不僅反映了機(jī)床的幾何精度和定位精度，同時(shí)還反映了試件的材料、環(huán)境溫度、刀具性能以及切削條件等各種因素造成的誤差。

（1）鏜孔精度檢查

（2）端銑刀銑削平面精度檢查

（3）直線銑削精度檢查

（4）斜線銑削精度檢查（5）圓弧銑削精度檢查

七、數(shù)控機(jī)床的主要功能

1．多軸控制功能

是指CNC系統(tǒng)能控制和能聯(lián)動(dòng)控制數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功能。CNC系統(tǒng)的控制進(jìn)給軸有：移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸，基本軸和附加軸。

2．準(zhǔn)備功能

即G功能——指令機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的功能。3．多種函數(shù)插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能

插補(bǔ)功能是指數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行零件表面（平面或空間曲面）加工軌跡插補(bǔ)運(yùn)算的功能。一般CNC系統(tǒng)僅具有直線和圓弧插補(bǔ)，較為高檔的數(shù)控系統(tǒng)還具有拋物線、橢圓、極坐標(biāo)、正弦線、螺旋線以及樣條曲線等插補(bǔ)功能。

在數(shù)控加工中，有些加工內(nèi)容如鉆孔、鏜孔、攻螺紋等，所做的動(dòng)作需要循環(huán)且十分典型，數(shù)控系統(tǒng)預(yù)先將這些循環(huán)動(dòng)作用G代碼進(jìn)行定義，在加工時(shí)使用這類G代碼，可大大簡(jiǎn)化編程工作量，此即固定循環(huán)功能。

4．補(bǔ)償功能

（1）刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償功能

該功能能實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心的軌跡，以及在刀具半徑和長(zhǎng)度發(fā)生變化（如刀具更換、刀具磨損）時(shí)，可對(duì)刀具半徑或長(zhǎng)度作相應(yīng)的補(bǔ)償。該功能由G指令或T指令實(shí)現(xiàn)。

（2）傳動(dòng)鏈誤差、反向間隙誤差補(bǔ)償功能

螺距誤差補(bǔ)償可預(yù)先測(cè)量出螺距誤差和反向間隙，然后按要求輸入CNC裝置相應(yīng)的儲(chǔ)存單元內(nèi)，在加工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

（3）智能補(bǔ)償功能

外界干擾產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，可采用人工智能、專家系統(tǒng)等方法建立模型，實(shí)施智能補(bǔ)償。如熱變形引起的誤差，裝置將會(huì)在相應(yīng)地方自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

5．主軸功能

是指數(shù)控系統(tǒng)對(duì)切削速度的控制功能。主要有以下五種控制功能：（1）主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）——實(shí)現(xiàn)刀具切削點(diǎn)切削速度的控制功能，單位為r／min（m／min）。

（2）恒線速度控制——實(shí)現(xiàn)刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

（3）主軸定向控制——實(shí)現(xiàn)主軸周向定位于特定點(diǎn)的控制功能。（4）C軸控制——實(shí)現(xiàn)主軸周向任意位置的控制功能。

（5）切削倍率——實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)修調(diào)切削速度，即通過面板的倍率開關(guān)在0％~200％之間對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修調(diào)。

6．進(jìn)給功能

是指數(shù)控系統(tǒng)對(duì)進(jìn)給速度的控制功能。主要有以下三種控制功能：（1）進(jìn)給速度——控制刀具或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm／min；（2）同步進(jìn)給速度——實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位為mm／r，用于加工螺紋；

（3）進(jìn)給倍率——實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)修調(diào)進(jìn)給速度，即通過面板的倍率開關(guān)在0％~200％之間對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修調(diào)。

7．宏程序功能

通過編輯子程序中的變量來改變刀具路徑和刀具位置的功能。8．輔助功能

即M功能——規(guī)定主軸的起、停、轉(zhuǎn)向，工件的夾緊和松開，冷卻泵的接通和斷開等機(jī)床輔助動(dòng)作的功能。

9．刀具管理功能

是實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具幾何尺寸和刀具壽命的管理及刀具選擇功能。刀具幾何尺寸是指刀具的半徑和長(zhǎng)度，這些參數(shù)供刀具補(bǔ)償功能使用。刀具壽命是指總計(jì)切削時(shí)間，當(dāng)某刀具的時(shí)間壽命到期時(shí)，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具。另外，CNC系統(tǒng)都具有T功能即刀具號(hào)管理功能，它用于標(biāo)識(shí)刀庫中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。

10．人機(jī)對(duì)話功能

在CNC裝置中配有單色或彩色陰極射線管，俗稱顯示器（CRT），通過軟件可實(shí)現(xiàn)字符和圖形的顯示，以方便用戶操作和使用。主要功能有：菜單結(jié)構(gòu)的操作界面；數(shù)據(jù)及零件加工程序的輸入及環(huán)境編輯；系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢等。

11．自診斷功能

是指CNC系統(tǒng)防止故障發(fā)生及故障診斷、故障定位和防止故障擴(kuò)大的功能。12．通訊功能

通訊功能是指CNC裝置與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。

備

注

第二節(jié)

數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述

數(shù)控加工

是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序（簡(jiǎn)稱為數(shù)控程序），輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而完成零件的加工。

數(shù)控加工技術(shù)

是將普通金屬切削加工、計(jì)算機(jī)數(shù)控、計(jì)算機(jī)輔助制造等技

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

術(shù)綜合的一門先進(jìn)加工技術(shù)。在以上各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步推動(dòng)下，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展下，數(shù)控加工技術(shù)正從深度、廣度上對(duì)機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行革命性的變革。

備

注

一、數(shù)控加工原理

1．?dāng)?shù)控加工的過程

首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過程中主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，都按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。

2．?dāng)?shù)控加工中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程（1）譯碼

譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCⅡ碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式），該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值，進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速，G代碼，M代碼，刀具號(hào)，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。

（2）刀補(bǔ)處理（計(jì)算刀具中心軌跡）

為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設(shè)計(jì)的進(jìn)給路線編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中控制的是刀具中心（準(zhǔn)確說是刀位點(diǎn)）軌跡，因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的處理程序。

（3）插補(bǔ)計(jì)算

數(shù)控編程提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期?T定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線形（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在?T內(nèi)的位移指令（?X1、?Y1、?），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。

（4）PLC控制

CNC系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的控制分為對(duì)各坐標(biāo)軸的速度和位置的“軌跡控制”和對(duì)機(jī)床動(dòng)作的“順序控制” 或稱“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯關(guān)系對(duì)諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。PLC控制就是實(shí)現(xiàn)上述功能的功能模塊。

數(shù)控加工原理就是將預(yù)先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過譯碼、刀補(bǔ)處理、插補(bǔ)計(jì)算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實(shí)現(xiàn)零件

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容 的自動(dòng)化加工。

備

注

二、數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念、主要內(nèi)容及特點(diǎn)

（一）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的概念

1．?dāng)?shù)控加工工藝

是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

2．?dāng)?shù)控加工工藝過程

是利用切削工具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。

（二）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的主要內(nèi)容（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容；（2）對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定；（4）數(shù)控加工工藝方案的制定；（5）工步、進(jìn)給路線的確定；（6）選擇數(shù)控機(jī)床的類型；

（7）刀具、夾具、量具的選擇和設(shè)計(jì)；（8）切削參數(shù)的確定；

（9）加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改；

（10）首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問題處理；（11）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。

（三）數(shù)控加工工藝的特點(diǎn) 1．?dāng)?shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體、詳細(xì) 2．?dāng)?shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確

3．制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計(jì)算 4．制定數(shù)控加工工藝選擇切削用量時(shí)要考慮進(jìn)給速度對(duì)加工零件形狀精度的影響

5．制定數(shù)控加工工藝時(shí)要特殊強(qiáng)調(diào)刀具選擇的重要性 6．?dāng)?shù)控加工工藝的特殊要求

7．?dāng)?shù)控加工程序的編寫、校驗(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)特殊內(nèi)容

三、數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系

1．?dāng)?shù)控程序

輸入數(shù)控機(jī)床，執(zhí)行一個(gè)確定的加工任務(wù)的一系列指令，稱為數(shù)控程序或零件程序。

2．?dāng)?shù)控編程

即把零件的工藝過程、工藝參數(shù)及其它輔助動(dòng)作，按動(dòng)作順序和數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質(zhì)即程序載體（磁盤等），輸入數(shù)控裝置，從而指揮機(jī)床加工并根據(jù)加工結(jié)果加以修正的過程。

3．?dāng)?shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系

數(shù)控加工工藝分析與處理是數(shù)控編程

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容 的前提和依據(jù)，沒有符合實(shí)際的、科學(xué)合理的數(shù)控加工工藝，就不可能有真正可行的數(shù)控加工程序。而數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。

備

注

第三節(jié)

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系

1．標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向

標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒定則?；咀鴺?biāo)軸為X、Y、Z并構(gòu)成直角坐標(biāo)系，相應(yīng)每個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別為A、B、C。

基本坐標(biāo)軸X、Y、Z的關(guān)系及其正方向用右手直角定則判定，拇指為X軸，食指為Y軸，中指為Z軸，圍繞X、Y、Z各軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其正方向?A、?B、?C分別用右手螺旋定則判定，拇指為X、Y、Z的正向，四指彎曲的方向?yàn)閷?duì)應(yīng)的A、B、C的正向。與?X、?Y、?Z、?A、?B、?C相反的方向相應(yīng)用帶“′”的?X′、?Y′、?Z′、?A′、?B′、?C′表示。注意，?X′、?Y′、?Z′之間不符合右手直角笛卡兒定則。

由于數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸既可以是刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)，也可以是反之，所以ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

（l）不論機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，或是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，在確定坐標(biāo)系時(shí)，一律看作是刀具相對(duì)靜止的工件運(yùn)動(dòng)。

（2）機(jī)床的直線坐標(biāo)軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判定Y軸。

（3）坐標(biāo)軸名（X、Y、Z、A、B、C）不帶“′”的表示刀具運(yùn)動(dòng)；帶“′”的表示工件運(yùn)動(dòng)，如圖1-16所示。

（4）增大工件與刀具之間距離的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向。2．坐標(biāo)軸判定的方法和步驟（1）Z軸

規(guī)定平行于機(jī)床主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z軸。對(duì)于有多個(gè)主軸或沒有主軸的機(jī)床（如刨床），標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定垂直于工件裝夾面的軸為Z軸。對(duì)于能擺動(dòng)的主軸，若在擺動(dòng)范圍內(nèi)僅有一個(gè)坐標(biāo)軸平行主軸軸線，則該軸即為Z軸，若在擺動(dòng)范圍內(nèi)有多個(gè)坐標(biāo)軸平行主軸軸線，則規(guī)定其中垂直于工件裝夾面的坐標(biāo)軸為Z軸。

規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正方向（?Z）。（2）X軸

對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向；對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的立式機(jī)床，規(guī)定水平方向?yàn)閄軸方向，且當(dāng)從刀具（主軸）向立柱看時(shí)，X正向在右邊；對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的臥式機(jī)床，規(guī)定水平方向仍為X軸方向，且從刀具（主軸）尾端向工件看時(shí)，右手所在方向?yàn)閄軸正方向。

（3）Y軸

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

Y軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸。Y軸的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)軸的正方向按照右

備

注

手直角笛卡兒定則來判斷。

（4）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B和C

A、B和C表示其軸線分別平行于X、Y和Z坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。

（5）附加坐標(biāo)軸的定義

如果在X、Y、Z坐標(biāo)以外，還有平行于它們的坐標(biāo)，可分別指定為U、V、W。若還有第三組運(yùn)動(dòng)，則分別指定為P、Q和R。

（6）主軸正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向的關(guān)系

主軸正旋轉(zhuǎn)方向

從主軸尾端向前端（裝刀具或工件端）看順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)于普通臥式數(shù)控車床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向相同。對(duì)于鉆、鏜、銑、加工中心機(jī)床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橛倚菁y進(jìn)入工件的方向，與C軸正方向相反。所以不能誤認(rèn)為C軸正方向即為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。

二、機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系

1．機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)

（1）機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是用來確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺(tái)）位置的參考系，并建立在機(jī)床原點(diǎn)上。機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)正方向按前述標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系規(guī)定設(shè)定。

（2）機(jī)床原點(diǎn)

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都有一個(gè)基準(zhǔn)位置，稱為機(jī)床原點(diǎn)，是機(jī)床制造商設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理位置，其作用是使機(jī)床與控制系統(tǒng)同步，建立測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始點(diǎn)。

（3）機(jī)床參考點(diǎn)

與機(jī)床原點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的還有一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)，它也是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，通常不同于機(jī)床原點(diǎn)。一般來說，加工中心的參考點(diǎn)設(shè)在工作臺(tái)位于負(fù)極限位置時(shí)的一基準(zhǔn)點(diǎn)上。

2．工件坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)（1）工件坐標(biāo)系

編程人員在編程時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，也稱為編程坐標(biāo)系。（2）工件坐標(biāo)系原點(diǎn)

也稱為工件原點(diǎn)或編程原點(diǎn)，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的確定

坐標(biāo)原點(diǎn)選定后，接著就是坐標(biāo)軸的確定。工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸確定的原則為：根據(jù)工件在機(jī)床上的安放方向與位置決定Z軸方向，即工件安放在數(shù)控機(jī)床上時(shí)，工件坐標(biāo)系的Z軸與機(jī)床坐標(biāo)系Z軸平行，正方向一致，在工件上通常與工件主要定位支撐面垂直；然后，選擇零件尺寸較長(zhǎng)方向或切削時(shí)的主要進(jìn)給方向

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

為X軸方向，在機(jī)床上安放后，其方位與機(jī)床坐標(biāo)系X軸方位平行，正向一致；過原點(diǎn)與X、Z軸垂直為Y軸，根據(jù)右手定則，確定Y軸的正方向。

3．裝夾原點(diǎn)

有的機(jī)床還有一個(gè)重要的原點(diǎn)，即裝夾原點(diǎn)，是工件在機(jī)床上安放時(shí)的一個(gè)重要參考點(diǎn)。

備

注

第四節(jié)

插補(bǔ)原理及與加工精度和加工效率的關(guān)系

一、數(shù)控加工軌跡控制原理——插補(bǔ)原理

插補(bǔ)的任務(wù)就是要根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。目前常用的插補(bǔ)方法有兩類：脈沖增量插補(bǔ)法和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。

（一）脈沖增量插補(bǔ)

脈沖增量插補(bǔ)是模擬硬件插補(bǔ)的原理，把計(jì)算機(jī)每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)給脈沖進(jìn)給，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)每發(fā)出一個(gè)脈沖，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度單位（脈沖當(dāng)量），并且每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，每進(jìn)給一步（一個(gè)脈沖當(dāng)量），計(jì)算機(jī)就要進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，進(jìn)給速度受計(jì)算機(jī)插補(bǔ)速度的限制，因此很難滿足現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床高速度的要求。

（二）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法

數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)原理是將加工一段直線或圓弧的時(shí)間劃分為若干相等的插補(bǔ)周期，每經(jīng)過一個(gè)插補(bǔ)周期就進(jìn)行一次插補(bǔ)計(jì)算，算出在該插補(bǔ)周期內(nèi)各坐標(biāo)軸的進(jìn)給量，邊計(jì)算邊加工，若干次插補(bǔ)周期后完成一個(gè)曲線段的加工，即從曲線段的起點(diǎn)走到終點(diǎn)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是根據(jù)用戶程序的進(jìn)給速度，將給定輪廓曲線分割為每一插補(bǔ)周期的進(jìn)給段，即輪廓步長(zhǎng)。每一個(gè)插補(bǔ)周期，執(zhí)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)）坐標(biāo)，從而計(jì)算出下一周期各個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給量，如?X、?Y等，進(jìn)而得出下一插補(bǔ)點(diǎn)的指令位置。插補(bǔ)周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數(shù)。對(duì)于直線插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段與給定直線重合。對(duì)于圓弧插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段以弦線（或切線、割線）逼近圓弧。

圓弧插補(bǔ)常用弦線逼近的方法。如圖1-25所示，用弦線逼近圓弧，會(huì)產(chǎn)生逼近誤差er。設(shè)?為在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)逼近弦所對(duì)應(yīng)的圓心角、r為圓弧半徑，則

???

er?r?1?cos?

（1-14）

2?????將上式中的cos??用冪級(jí)數(shù)展開，得

?2?

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

???er?r?1?cos?

2??2?????2?4????2???r?1??1??????

2!4!????????備

注

??28r

（1-15）

設(shè)T為插補(bǔ)周期，F(xiàn)為刀具進(jìn)給速度，則進(jìn)給步長(zhǎng)（或插補(bǔ)步長(zhǎng)）l為 l?TF 用進(jìn)給步長(zhǎng)l代替弦長(zhǎng)，有

??lr?TFr

將上式代入式（1-15），得

l21?TF? er???

（1-16）

8r8r

式（1-16）反映了逼近誤差er與插補(bǔ)周期T、進(jìn)給速度F和圓弧半徑r的關(guān)系。

根據(jù)式1-16，可以得到一個(gè)關(guān)系式：

l?8er允r

（1-17）式中

er允——輪廓曲線允許的逼近誤差；

r——圓弧半徑；

l——輪廓步長(zhǎng)，即單位時(shí)間（插補(bǔ)周期）內(nèi)的進(jìn)給量。

二、插補(bǔ)原理、進(jìn)給速度與加工精度和加工效率的關(guān)系

從式1-16可以看出，逼近誤差與進(jìn)給速度、插補(bǔ)周期的平方成正比，與圓弧半徑成反比。較小的插補(bǔ)周期，可以在小半徑圓弧插補(bǔ)時(shí)允許較大的進(jìn)給速度。從另一角度講，進(jìn)給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補(bǔ)周期越短，逼近誤差就越小。對(duì)于一個(gè)確定的數(shù)控系統(tǒng)，插補(bǔ)周期一般是固定的，插補(bǔ)周期確定之后，一定的圓弧半徑，應(yīng)有與之對(duì)應(yīng)的最大進(jìn)給速度限定，以保證逼近誤差er不超過允許值。對(duì)脈沖增量插補(bǔ)，進(jìn)給速度越快，則脈沖當(dāng)量值越大，加工誤差也就越大，插補(bǔ)周期越短，插補(bǔ)精度越高；進(jìn)給速度越快，插補(bǔ)精度越低，但效率越高。當(dāng)加工精度要求很高（如微米級(jí)）時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)一定的情況下，進(jìn)給速度的快慢將影響工件的形狀精度，同時(shí)自然影響加工效率。

第五節(jié)

當(dāng)今國(guó)際數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1．高速切削 2．高精度加工 3．復(fù)合化加工 4．控制智能化

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（l）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇（3）故障自診斷功能（4）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置 5．互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化

6．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，縮寫為CIMS）

一般認(rèn)為CIMS應(yīng)由下列六個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)；

（2）計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)／制造等開發(fā)工程系統(tǒng)；（3）自動(dòng)化制造加工系統(tǒng)；（4）計(jì)算機(jī)輔助儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)；（5）全廠質(zhì)量控制系統(tǒng)；（6）數(shù)據(jù)庫與通信系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械制造廠的全盤自動(dòng)化，成為自動(dòng)化工廠或無人化工廠，是自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展方向。

備

注

第三篇：《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案2

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

備

注

第二章

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)

第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成

主要由以下幾部分組成：

1．機(jī)床基礎(chǔ)部件，如床身、立柱、工作臺(tái)等； 2．主傳動(dòng)系統(tǒng)； 3．進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)；

4．實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻等系統(tǒng)及排屑、防護(hù)裝置和刀架、自動(dòng)換刀裝置；

5．工件實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、定位的裝置及附件，如數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)； 6．特殊功能裝置，如監(jiān)控裝置、加工過程圖形顯示、精度檢測(cè)等。掌握這些結(jié)構(gòu)對(duì)于正確合理使用數(shù)控機(jī)床是非常必要的。

二、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為了保證高精度、高效率的加工，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 1．高剛度和高抗振性 2．高靈敏度 3．熱變形小 4．高精度保持性 5．高可靠性

6．工藝復(fù)合化和功能集成化

第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

1．主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 2．主軸部件具有較大的剛度和較高的精度 3．良好的抗振性和熱穩(wěn)定性

4．為實(shí)現(xiàn)刀具的快速或自動(dòng)裝卸，數(shù)控機(jī)床主軸具有特有的刀具安裝結(jié)構(gòu)

二、數(shù)控機(jī)床主軸的傳動(dòng)方式

（一）齒輪傳動(dòng)方式（圖2-1a）

（二）帶傳動(dòng)方式（圖2-1b）

同步齒形帶傳動(dòng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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1．傳動(dòng)效率高，可達(dá)98％以上。2．無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確。3．傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。

4．使用范圍較廣，速度可達(dá)50m/s，速比可達(dá)10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦。

5．維修保養(yǎng)方便，不需要潤(rùn)滑。

6．安裝時(shí)中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。

（三）調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸傳動(dòng)方式（圖2-1c）

備

注

三、主軸組件

主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動(dòng)件和密封件等組成了主軸組件。

（一）數(shù)控機(jī)床的主軸支承

主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度直接影響主軸組件的工作性能。

1．主軸軸承類型

數(shù)控機(jī)床主軸經(jīng)常采用滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類軸承。（1）滾動(dòng)軸承（2）滑動(dòng)軸承 2．主軸軸承的配置

典型的主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置形式有下面三種：

（l）圖2-6a結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)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(qiáng)力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機(jī)床的主軸普遍采用這種配置形式。

（2）前支承采用3個(gè)超精密級(jí)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(gè)角接觸球軸承支承的，如圖2-6b，也有用一個(gè)圓柱滾子軸承支承的。

（3）圓錐滾子軸承，圖2-6c。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(dòng)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(jī)床主軸。

3．主軸軸承的裝配

采用選配定向法進(jìn)行裝配，可提高主軸組件的精度。裝配時(shí)盡可能使主軸定位內(nèi)孔與主軸軸頸的偏心量和軸承內(nèi)圈與滾道的偏心量接近，并使其方向相反，這樣可使裝配后的偏心量減小。

4．滾動(dòng)軸承的間隙與預(yù)緊

將滾動(dòng)軸承進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊，使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生預(yù)變形，使受載后承載的滾動(dòng)體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。若過盈量太大，軸承磨損加劇，承載能力將顯著下降。軸承所需的預(yù)緊量與軸承精度、類型和工作條件等因素有關(guān)。

（二）主軸準(zhǔn)停功能

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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機(jī)床的切削扭矩由主軸上的端面鍵來傳遞，每次機(jī)械手自動(dòng)裝取刀具時(shí)，必須保征刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設(shè)計(jì)的裝置稱為主軸準(zhǔn)停裝置或稱主軸定向裝置。主軸準(zhǔn)停裝置是加工中心換刀過程中所要求的特別裝置，為了將主軸準(zhǔn)確地停在某一固定位置上，以便在該處進(jìn)行換刀等動(dòng)作，這就要求主軸定向控制。

（三）主軸上刀具自動(dòng)夾緊和切屑清除

加工中心為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸內(nèi)的自動(dòng)裝卸，其主軸必須設(shè)計(jì)有刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。刀桿采用7：24的錐柄，這種錐柄既有利于定心，也為松夾帶來了方便。

備

注

第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

一、SSCK20/500數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)

（一）主傳動(dòng)系統(tǒng)

SSCK20/500數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)由功率為11kw的AC伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)l：1的帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，使主軸在 24~2400r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，主軸箱內(nèi)省去了齒輪傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)，提高了主軸精度，減少齒輪傳動(dòng)躁聲的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，可以得到相應(yīng)的主軸正、反轉(zhuǎn)，主軸停車是由電機(jī)制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。螺紋切削和主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量是通過主軸脈沖編碼器來實(shí)現(xiàn)。

（二）主軸箱結(jié)構(gòu)

交流主軸電動(dòng)機(jī)通過帶輪把運(yùn)動(dòng)傳給主軸。主軸有前后兩個(gè)支承，前支承采用預(yù)加負(fù)荷的超精密級(jí)角接觸球軸承組成，三個(gè)一組，其中兩個(gè)軸承用來承受向后的推力，另一個(gè)用于承受向前推力。主軸的后支承采用圓柱滾子軸承，用來承受較大的徑向載荷。前支承軸承的間隙用螺母來調(diào)整。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)。前后支承所用軸承的支承剛性好，前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜高速重載的需要。

二、JCS－018A加工中心主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)

（一）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

主軸電動(dòng)機(jī)采用的是FANUC AC電動(dòng)機(jī)。主軸電動(dòng)機(jī)在45~4500r／min轉(zhuǎn)速范圍通過一對(duì)1：2同步帶輪將運(yùn)動(dòng)傳給主軸，使主軸在22.5~2250r／min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。

（二）主軸箱結(jié)構(gòu) 1．主軸結(jié)構(gòu)

主軸的前支承4配置了三個(gè)高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷。前兩個(gè)軸承大口朝下，后面一個(gè)軸承大口朝上。前支承按預(yù)加載荷計(jì)算的預(yù)緊量由螺母5來調(diào)整。后支承6為一對(duì)小口相對(duì)應(yīng)的角接觸球軸承，它們只

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承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的軸承座和配置形式，能滿足主軸高轉(zhuǎn)速和承受較大軸向載荷的要求，主軸受熱變形向后伸長(zhǎng)，不影響加工精度。

2．刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)

它主要由拉桿

7、拉桿端部的四個(gè)鋼球

3、碟形彈簧

8、活塞

10、液壓缸11等組成。機(jī)床執(zhí)行換刀指令，機(jī)械手要從主軸拔刀時(shí)，主軸需松開刀具。這時(shí)液壓缸上腔通壓力油，活塞推動(dòng)拉桿向下移動(dòng)，使碟形彈簧壓縮，鋼球進(jìn)入主軸錐孔上端的槽內(nèi)，刀柄尾部的拉釘（拉緊刀具用）2被松開，機(jī)械手即拔刀。之后，壓縮空氣進(jìn)入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準(zhǔn)備。當(dāng)機(jī)械手把下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在碟形彈簧和彈簧9的恢復(fù)力作用下，使拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，即碟形彈簧通過拉桿和鋼球拉緊刀柄尾部的拉釘，使刀具被夾緊。

3．主軸準(zhǔn)停裝置

JCS－018A加工中心采用的是主軸電氣式準(zhǔn)停裝置，即用磁力傳感器檢測(cè)定向。在主軸上安裝一個(gè)發(fā)磁體，使之與主軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離發(fā)磁體外1~2mm處固定一個(gè)磁傳感器。磁傳感器經(jīng)過放大器與主軸控制單元連接，當(dāng)主軸需要定向準(zhǔn)停時(shí)，便控制主軸停止在預(yù)定的位置。

備

注

第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)中的傳動(dòng)裝置和元件要求具有高的壽命，高的剛度，無傳動(dòng)間隙，高的靈敏度和低摩擦阻力的特點(diǎn)，如導(dǎo)軌必須摩擦力較小，耐磨性要高，通常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等。為了提高轉(zhuǎn)換效率，保證運(yùn)動(dòng)精度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，廣泛應(yīng)用滾珠絲杠螺母副。為了提高位移精度，減少傳動(dòng)誤差，對(duì)采用的各種機(jī)械部件首先保證它們的加工精度，其次采用合理的預(yù)緊來消除軸向傳動(dòng)間隙，因此在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中采用各種措施消除間隙，但仍然可能留有微量間隙。此外由于受力而產(chǎn)生彈性變形，也會(huì)有間隙，所以在進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)仍然由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖指令進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電部件主要有伺服電動(dòng)機(jī)及檢測(cè)元件、聯(lián)軸節(jié)、減速機(jī)構(gòu)（齒輪副和帶輪）、滾珠絲杠螺母副（或齒輪齒條副）、絲杠軸承、運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、導(dǎo)軌、主軸箱、滑座、橫梁和立柱）等。

二、導(dǎo)軌

導(dǎo)軌是用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿著直線或圓周方向準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)的。與支承件連成一體固定不動(dòng)的導(dǎo)軌稱為支承導(dǎo)軌，與運(yùn)動(dòng)部件連成一體的導(dǎo)軌稱為動(dòng)導(dǎo)軌。

（一）導(dǎo)軌的類型和要求 1．導(dǎo)軌的類型

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按運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)軌可分為直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。按導(dǎo)軌接合面的摩擦性，導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。滑動(dòng)導(dǎo)軌又可分為普通滑動(dòng)導(dǎo)軌和塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。而靜壓導(dǎo)軌根據(jù)介質(zhì)的不同又可分為液壓導(dǎo)軌和氣壓導(dǎo)軌。

2．導(dǎo)軌的要求（1）高的導(dǎo)向精度

導(dǎo)向精度保證部件運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性。導(dǎo)向精度受導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形狀、組合方式、制造精度和導(dǎo)軌間隙調(diào)整等因素的影響。

（2）良好的耐磨性

耐磨性好可使導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度得以長(zhǎng)久保持。耐磨性一般受導(dǎo)軌副的材料、硬度、潤(rùn)滑和載荷的影響。

（3）足夠的剛度

在載荷作用下，導(dǎo)軌的剛度高則保持形狀不變的能力好。剛度受導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和尺寸的影響。

（4）具有低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性

運(yùn)動(dòng)部件在導(dǎo)軌上低速移動(dòng)時(shí)，不應(yīng)發(fā)生“爬行”的現(xiàn)象。造成“爬行”的主要因素有摩擦的性質(zhì)、潤(rùn)滑條件和傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度等。

（二）滑動(dòng)導(dǎo)軌 1．滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)

滑動(dòng)導(dǎo)軌的常見截面形狀有矩形、三角形、燕尾槽形和圓柱形。

矩形導(dǎo)軌（圖2-12a）承載能力大，制造簡(jiǎn)單，水平方向和垂直方向上的位置精度互不相關(guān)。側(cè)面間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，必須設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。三角形導(dǎo)軌（圖2-12b）的三角形截面有兩個(gè)導(dǎo)向面，同時(shí)控制垂直方向和水平方向的導(dǎo)向精度。這種導(dǎo)軌在載荷的作用下能自行補(bǔ)償而消除間隙，導(dǎo)向精度較其他導(dǎo)軌高。燕尾槽導(dǎo)軌（圖2-12c）的高度值最小，能承受顛覆力矩，摩擦阻力也較大。圓柱形導(dǎo)軌（圖2-12d）制造容易，磨損后調(diào)整間隙較困難。以上截面形狀的導(dǎo)軌有凸形（圖2-12上圖）和凹形（圖2-12下圖）兩類。凹形導(dǎo)軌容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于防護(hù)良好的環(huán)境。凸形導(dǎo)軌需要良好的潤(rùn)滑條件。

直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組成，不同的組合形式可滿足各類機(jī)床的工作要求。數(shù)控機(jī)床上滑動(dòng)導(dǎo)軌的形狀主要為三角形一矩形式和矩形一矩形式，只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾式。

2．滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料

導(dǎo)軌材料主要有鑄鐵、鋼、塑料以及有色金屬。目前常采用一種導(dǎo)軌材料為金屬和塑料的滑動(dòng)導(dǎo)軌，稱為塑料導(dǎo)軌（貼塑導(dǎo)軌），它具有剛度好，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差值小，在油潤(rùn)滑狀態(tài)下其摩擦系數(shù)約為0.06，耐磨性好，使用壽命為普通鑄鐵導(dǎo)軌的8~10倍，無爬行，減振性好。其形式主要有塑料導(dǎo)軌板和塑料導(dǎo)軌軟帶兩種。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加青銅粉、二硫化鋁和石墨的高分子復(fù)合材料。軟帶應(yīng)粘貼在機(jī)床導(dǎo)軌副的短導(dǎo)軌面上，如圖2-13所示，圓形導(dǎo)

備

注

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容

軌應(yīng)粘貼在下導(dǎo)軌面上。塑料導(dǎo)軌軟帶有各種厚度規(guī)格，長(zhǎng)與寬由用戶自行裁剪，粘貼方法比較固定。由于塑料導(dǎo)軌軟帶較軟，容易被硬物刮傷，因此應(yīng)用時(shí)要有良好的密封防護(hù)措施。塑料導(dǎo)軌在機(jī)床上的應(yīng)用形式如圖2-14所示。

（三）滾動(dòng)導(dǎo)軌

滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安排滾動(dòng)件，使兩導(dǎo)軌面之間形成滾動(dòng)摩擦，滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，而且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相近，磨損小，潤(rùn)滑容易。因此它低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，移動(dòng)精度和定位精度高。但滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗振性比滑動(dòng)導(dǎo)軌差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)臟物也較為敏感，需要良好的防護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌塊兩種。

1．直線滾動(dòng)導(dǎo)軌

直線滾動(dòng)導(dǎo)軌又稱單元直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，它主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾珠、保持架、端蓋等組成。導(dǎo)軌體固定在不動(dòng)部件上，滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上。當(dāng)滑塊沿導(dǎo)軌體移動(dòng)時(shí)，滾珠在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過端蓋內(nèi)的滾道從工作負(fù)荷區(qū)運(yùn)動(dòng)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動(dòng)回到工作負(fù)荷區(qū)。這樣不斷循環(huán)，把滾動(dòng)體和滑塊之間的移動(dòng)變成滾珠的滾動(dòng)。用密封墊來防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道。

2．滾動(dòng)導(dǎo)軌塊

滾動(dòng)導(dǎo)軌塊用滾動(dòng)體進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)體為滾珠或滾柱，承載能力和剛度都比直線滾動(dòng)導(dǎo)軌高，但摩擦系數(shù)略大。它多用于中等載荷的導(dǎo)軌，使用時(shí)有專業(yè)生產(chǎn)廠家提供各種規(guī)格、形式供用戶選擇。

（四）液體靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌通常在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮起。在工作過程中，導(dǎo)軌面上油腔中的油壓能隨外加負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài)。所以靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極?。s為0.0005），功率消耗少。這種導(dǎo)軌不會(huì)磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長(zhǎng)。它的油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性高、吸振性良好。這種導(dǎo)軌的運(yùn)行很平穩(wěn)，既無爬行也不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要有一套過濾效果良好的液壓裝置，制造成本較高。目前靜壓導(dǎo)軌一般應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。

靜壓導(dǎo)軌按導(dǎo)軌的形式可分為開式和閉式兩種，數(shù)控機(jī)床上常采用閉式靜壓導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌按供油方式又可分為恒壓（即定壓）供油和恒流（即定量）供油兩種。

（五）導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)

導(dǎo)軌潤(rùn)滑的目的是減少摩擦阻力和摩擦磨損，避免低速爬行，降低高速時(shí)的溫升。常用的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，前者用于滑動(dòng)導(dǎo)軌，而滾動(dòng)導(dǎo)軌兩者均可采用。數(shù)控機(jī)床上滑動(dòng)導(dǎo)軌的潤(rùn)滑主要采用壓力潤(rùn)滑。一般常用壓力循環(huán)潤(rùn)滑和定時(shí)定量潤(rùn)滑兩種方式。如直線滾動(dòng)導(dǎo)軌滑塊上配有潤(rùn)滑油注油杯，只要定期將鋰基潤(rùn)滑脂放入潤(rùn)滑油注油杯即可實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。

導(dǎo)軌面上應(yīng)有可靠的防護(hù)裝置。常用的防護(hù)裝置有刮板式、卷簾式和伸縮式

備

注

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等，數(shù)控機(jī)床上大多采用伸縮式防護(hù)罩。這些裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由專門廠家制造。

備

注

三、滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的新型理想傳動(dòng)裝置。

（一）滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)

其工作原理是：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)把它們套裝在一起時(shí)形成螺旋通道，并且滾道內(nèi)填滿滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動(dòng)，按照滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式二種。內(nèi)循環(huán)式帶有反向器，如圖2-17a，返回的滾珠經(jīng)過反向器和絲杠外圓返回。外循環(huán)式如圖2-17b所示，其螺母旋轉(zhuǎn)槽的兩端由回珠管連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。

鋼珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱為列。每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈。外循環(huán)每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等幾種，剩下的半圈作回珠。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副的每個(gè)螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，種類很多。

在傳動(dòng)時(shí)，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動(dòng)摩擦，所以具有下述特點(diǎn)： 1．摩擦損失小，傳動(dòng)效率高

滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率可達(dá)92％~98％，是普通絲杠傳動(dòng)的3~4倍。2．傳動(dòng)靈敏，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速時(shí)無爬行

滾珠絲杠螺母副滾珠與絲杠和螺母是滾動(dòng)摩擦，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本相等，并且很小,移動(dòng)精度和定位精度高。

3．使用壽命長(zhǎng)

滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其滾道表面淬火硬度高達(dá)60~62HRC，表面粗糙度值小，另外，因?yàn)槭菨L動(dòng)摩擦，故磨損很小。

4．軸向剛度高

滾珠絲杠螺母副可以完全消除間隙傳動(dòng)，并可預(yù)緊，因此具有較高的軸向剛度。同時(shí)，反向時(shí)無空程死區(qū)，反向定位精度高。

5．具有傳動(dòng)的可逆性

既可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在被各類中、小型數(shù)控機(jī)床普遍采用。6．不能實(shí)現(xiàn)自鎖

由于其摩擦系數(shù)小不能自鎖，當(dāng)用于垂直位置時(shí)，為防止因突然停斷電而造成主軸箱下滑，必須加有制動(dòng)裝置。

7．制造工藝復(fù)雜成本高

滾珠絲杠和螺母的材料、熱處理和加工要求相當(dāng)于滾動(dòng)軸承，螺旋滾道必須磨削，制造成本高。目前已由專門廠集中生產(chǎn)，其規(guī)格、型號(hào)已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，這樣，不僅提高了滾珠絲杠螺母副的產(chǎn)品質(zhì)量，而且也降低了生產(chǎn)成本，使?jié)L珠

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絲杠螺母副得到廣泛的應(yīng)用。

（二）滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整

軸向間隙通常是指絲杠和螺母無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動(dòng)量。除了結(jié)構(gòu)本身所有的游隙之外，還包括施加軸向載荷后產(chǎn)生彈性變形所造成的軸向竄動(dòng)量。通常采用雙螺母預(yù)緊的辦法解決，預(yù)緊是指它在過盈的條件下工作，把彈性變形量控制在最小限度。而用雙螺母加預(yù)緊力調(diào)整后，基本上能消除軸向間隙。利用雙螺母加預(yù)緊力消除軸向間隙時(shí)，必須注意：

1．預(yù)加載荷能夠有效地減少彈性變形所帶來的軸向位移，預(yù)緊力太小不能起到消除間隙的作用。但預(yù)緊力也不宜過大，過大的預(yù)緊載荷將增加摩擦力，使傳動(dòng)效率降低，縮短絲杠的使用壽命。

2．要特別減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。消除間隙的方法除了少數(shù)用微量過盈滾珠的單螺母消除間隙外，常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式有墊片預(yù)緊方式、螺紋預(yù)緊方式和齒差預(yù)緊方式等。

（1）圖2-18是雙螺母墊片預(yù)緊方式結(jié)構(gòu)，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(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的作用。

（2）圖2-19是雙螺母螺紋預(yù)緊方式結(jié)構(gòu)，用鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，擰動(dòng)圓螺母將螺母沿軸向移動(dòng)一定距離，在消除間隙之后用圓螺母將其鎖緊。

（3）圖2-20是雙螺母齒差預(yù)緊方式結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)螺母1和2的凸緣上各制有一個(gè)圓柱外齒輪，兩個(gè)齒輪的齒數(shù)相差一個(gè)齒，即z1?z2?1。兩個(gè)內(nèi)齒圈3和4與外齒輪齒數(shù)分別相同，并用預(yù)緊螺釘和銷釘固定在螺母座的兩端。調(diào)整時(shí)先將內(nèi)齒圈取下，根據(jù)間隙的大小調(diào)整兩個(gè)螺母1、2分別向相同的方向轉(zhuǎn)過一個(gè)或多個(gè)齒。使兩個(gè)螺母在軸向移近了相應(yīng)的距離達(dá)到調(diào)整間隙和預(yù)緊的目地。間隙消除量△可用下式簡(jiǎn)便地計(jì)算出：

??（2-1）

式中

n —— 螺母在同一方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)；

t —— 滾珠絲杠的導(dǎo)程；

z1,z2——齒輪的齒數(shù)。

ntz1z2備

注

n??z1zt 例如，當(dāng)z1=101，z2=100，t=5mm時(shí)，如果兩個(gè)螺母向相同方向各轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，其相對(duì)軸向位移量為?=5/（100×101）≈0.0005mm，若間隙量為0.002mm，n=0.002×100×101/5=4。則相應(yīng)的兩螺母沿同方向轉(zhuǎn)過4個(gè)齒即可消除。

（三）滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)形式

接螺旋滾道法向截面形狀分單圓弧型和雙圓弧型；按滾珠循環(huán)方式分內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式；按消除軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊方式的不同分為墊片預(yù)緊方式、螺紋預(yù)緊方式和齒差預(yù)緊方式三種；按用途分為定位滾珠絲杠副（P類）、傳動(dòng)滾珠絲

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杠副（T類）兩類，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用P類。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滾珠絲杠螺母副螺旋滾道法向截形有兩種：?jiǎn)螆A弧型和雙圓弧型，見圖2-21。在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠與滾道接觸點(diǎn)法線與絲杠軸線的垂直線夾角稱接觸角?，理想接觸角等于45°。

1．單圓弧型

如圖2-21a所示。滾道半徑R稍大于滾珠半徑rb，取比值：R/rb=1.02~1.12，常取1.04或1.1。接觸角?隨初始間隙和軸向截荷大小而變化。當(dāng)?增大后，軸向剛度、傳動(dòng)效率隨之增大。為保證?=45°，必須嚴(yán)格控制徑向間隙。這種截面形狀滾道形狀簡(jiǎn)單，用成形砂輪磨削可得到較高精度。為消除軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊，必須采用雙螺母結(jié)構(gòu)。

2．雙圓弧型

如圖2-21b所示。滾道由半徑R稍大于滾珠半徑rb的對(duì)稱雙圓弧組成。理論上軸向和徑向間隙為零，接觸角?=45°是恒定的。比值：R/rb也常取1.02~1.12，并也常取1.04或1.1。這種截形滾道接觸穩(wěn)定，但加工較復(fù)雜。消除軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊，不僅可以采用雙螺母結(jié)構(gòu)，也可以采用增大滾珠直徑的單螺母結(jié)構(gòu)。另外兩圓弧交接處有一小溝槽，可容納潤(rùn)滑油和臟物，這對(duì)工作有利。

（四）滾珠絲杠螺母副的主要參數(shù)及代號(hào) 1．滾珠絲杠螺母副的主要參數(shù)

（1）公稱直徑dm：即滾珠絲杠的名義直徑（圖2-22）。.滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)，包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，是滾珠絲杠螺母副的特征尺寸。名義直徑與承載能力有直接關(guān)系，dm越大，承載能力和剛度越大，有的資料推薦滾珠絲杠螺母副的名義直徑應(yīng)大于絲杠工作長(zhǎng)度的 1/30。數(shù)控機(jī)床常用進(jìn)給絲杠的名義直徑dm為?30mm至?80mm。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO規(guī)定滾珠絲杠螺母副的名義直徑系列為：6，8，10，12，16，20，25，30，40，50，60，80，100，120，125，160及200 mm。

（2）導(dǎo)程L0：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。它按承載能力選取，并與進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量要求有關(guān)。導(dǎo)程的大小是根據(jù)機(jī)床的加工精度要求確定的。精度要求高時(shí)，應(yīng)將導(dǎo)程取小一些，這樣在一定的軸向力作用下，絲杠上的摩擦阻力較小。但為了使?jié)L珠絲杠具有一定的承載能力，滾珠直徑又不能太小。導(dǎo)程過小勢(shì)必使?jié)L珠直徑變小，滾珠絲杠螺母副的承載能力亦隨之減小。若絲杠副的名義直徑不變，導(dǎo)程減小則螺旋升角也變小，傳動(dòng)效率降低。因此在滿足機(jī)床加工精度的條件下，導(dǎo)程應(yīng)盡可能取得大些。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO規(guī)定滾珠絲杠螺母副的導(dǎo)程為 1，2，2.5，3，4，5，6，10，12，16，20，25，30，40 mm。應(yīng)盡量選用2.5，5，10，20，40 mm。

此外還有接觸角?、絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、螺紋全長(zhǎng)l、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、滾道圓弧偏心距e 以及滾道圓弧半徑R等參數(shù)。

備

注

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2．精度等級(jí)

根據(jù)JB3162.2—91滾珠絲杠螺母副按其使用范圍及要求分為7個(gè)精度等級(jí)，即1、2、3、4、5、7和10七個(gè)精度等級(jí)。一級(jí)精度最高，其余依次逐級(jí)遞減，一般動(dòng)力傳動(dòng)可選用4、5、7級(jí)精度，數(shù)控機(jī)床和精密機(jī)械可選用2、3級(jí)精度，精密儀器、儀表機(jī)床、螺紋磨床可選用1、2級(jí)精度。滾珠絲杠螺母副精度直接影響定位精度，承載能力和接觸剛度，因此它是滾珠絲杠副的重要指標(biāo)，選用時(shí)要予以考慮。

3．滾珠絲杠螺母副代號(hào)的標(biāo)注

根據(jù)JB3162.2—91滾珠絲杠副代號(hào)的標(biāo)注方法如圖2-23a所示。采用漢語拼音字母、數(shù)字及漢字結(jié)合標(biāo)注法，標(biāo)注示例如圖2-23b 所示。例如：CDM6012-3.5-P4LH它表示外循環(huán)插管式，墊片預(yù)緊，回珠管埋入式，公稱直徑為60mm，導(dǎo)程為12mm，螺紋旋向?yàn)樽笮?fù)荷鋼球圈數(shù)為3.5圈，定位滾珠絲杠，精度等級(jí)為4級(jí)。滾珠絲杠副的特征代號(hào)見表2-1。

（五）滾珠絲杠螺母副的支承

滾珠絲杠主要承受軸向載荷，它的徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對(duì)滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。此外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也不容忽視。滾珠絲杠兩端常用支承形式如圖2-24所示。圖2-24a是一端固定一端自由的支承形式。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛度低，它適用于短絲杠及垂直布置絲杠，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)和升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)軸。圖2-24b是一端固定一端浮動(dòng)的支承形式，絲杠軸向剛度與圖2-24a形式相同，絲杠受熱后有膨脹伸長(zhǎng)的余地，需保證螺母與兩支承同軸。這種形式的配置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，適用于較長(zhǎng)絲杠或臥式絲杠。圖2-24c是兩端固定的支承形式，這種支承結(jié)構(gòu)只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度比一端固定形式高約4倍，固有頻率比一端固定的高，可預(yù)拉伸，在它的一端裝有蝶形彈簧和調(diào)整螺母，這樣既可對(duì)滾珠絲杠施加預(yù)緊力，又可使絲杠受熱變形得到補(bǔ)償，保持恒定預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，適用于長(zhǎng)絲杠。

（六）滾珠絲杠螺母副的密封與潤(rùn)滑 1．密封

通常滾珠絲杠副可用防塵密封圈和防護(hù)套密封，防止灰塵及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠副。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，裝在滾珠螺母的兩端。防護(hù)套可防止塵土及雜質(zhì)進(jìn)入滾珠絲杠，影響其傳動(dòng)精度。對(duì)于暴露在外面的絲杠一般采用螺旋鋼帶、伸縮套筒、錐形套管以及折疊式防護(hù)罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。這些防護(hù)罩一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。近年來還出現(xiàn)了一種鋼帶纏卷式絲杠防護(hù)裝置。

2．潤(rùn)滑

使用潤(rùn)滑劑，以提高耐磨性及傳動(dòng)效率，從而維持傳動(dòng)精度，延長(zhǎng)使用壽命。常用的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩類。潤(rùn)滑脂一般在安裝過程中放進(jìn)滾珠螺母的滾道內(nèi)，定期潤(rùn)滑。使用潤(rùn)滑油時(shí)應(yīng)注意要經(jīng)常通過注油孔注油。

（七）滾珠絲杠螺母副的選擇方法

備

注

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內(nèi)

容

1．滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)的選擇

可根據(jù)防塵、防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如：允許間隙存在（如垂直運(yùn)動(dòng)）時(shí)，可選用具有單圓弧型螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；如果必須有預(yù)緊，并在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。

2．滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇

選用滾珠絲杠螺母副時(shí)主要選擇絲杠的公稱直徑和導(dǎo)程。公稱直徑應(yīng)根據(jù)軸向最大工作載荷，按滾珠絲杠副的尺寸系列選擇。在允許的情況下螺紋長(zhǎng)度要盡量短。導(dǎo)程（或螺距）應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選取。當(dāng)要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。

3．滾珠絲杠螺母副的選擇步驟

在選用滾珠絲杠螺母副時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件，包括最大工作載荷（或平均工作載荷、最大載荷作用下的使用壽命、絲杠的工作長(zhǎng)度（或螺母的有效行程）、絲杠的轉(zhuǎn)速（或平均轉(zhuǎn)速）、滾道的硬度及絲杠的工作狀況等，然后按下列步驟進(jìn)行選擇：

（1）最大的工作載荷；

（2）最大動(dòng)載荷。對(duì)于靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)的滾珠絲杠，需考慮另一種失效形式—滾珠接觸面上的塑性變形，即最大靜載荷是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷；

（3）剛度的驗(yàn)算；

（4）壓桿穩(wěn)定性核算。另外，滾珠絲杠在軸向力的作用下將伸長(zhǎng)或縮短，在扭矩的作用下將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而影響絲杠導(dǎo)程的變化，從而影響傳動(dòng)精度及定位精度，故應(yīng)驗(yàn)算滿載時(shí)的預(yù)緊量。

備

注

四、傳動(dòng)齒輪間隙消除機(jī)構(gòu)

（一）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 l．偏心套調(diào)整

如圖2-25所示偏心軸套消除傳動(dòng)間隙結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)1是用偏心套2與箱體連接的，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套2的位置就能調(diào)整兩嚙合齒輪中心距，從而消除齒側(cè)間隙。其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，常用于電動(dòng)機(jī)與絲杠之間齒輪傳動(dòng)。

2．墊片調(diào)整

如圖2-26所示，在加工相互嚙合的兩個(gè)齒輪1、2時(shí)，將分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，使齒輪齒厚在軸向稍有變化，裝配時(shí)只需改變墊片3的厚度，使齒輪2作軸向移動(dòng)，調(diào)整兩齒輪在軸向的相對(duì)位置即可達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。

3．雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整

如圖2-27所示，兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片齒輪1、2與另外一個(gè)寬齒輪嚙合?？勺飨鄬?duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪1、2套裝在一起。每個(gè)薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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容

并在齒輪1、2的槽內(nèi)壓有裝彈簧的短圓柱3，在彈簧4的作用下使齒輪1、2錯(cuò)位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙。無論正向或反向旋轉(zhuǎn)都分別只有一個(gè)齒輪承受扭矩，因此承載能力受到限制，設(shè)計(jì)時(shí)必須計(jì)算彈簧4的拉力，使它能克服最大扭矩。

（二）斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的消除 1．軸向墊片調(diào)整

如圖2-28所示，寬齒輪同時(shí)與兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片齒輪嚙合，薄片齒輪通過平鍵與軸聯(lián)結(jié)，相互間不能轉(zhuǎn)動(dòng)。通過調(diào)整薄片齒輪之間墊片厚度的增減量，然后擰緊螺母，這時(shí)它們的螺旋線產(chǎn)生錯(cuò)位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒槽左右兩齒面貼緊消除了齒側(cè)間隙。墊片厚度的增減量t和齒側(cè)間隙?的關(guān)系可由下式算出：

t??ctg?

（2-2）

式中?——斜齒輪的螺旋角；

?——齒側(cè)間隙； t——墊片厚度的增減量。

備

注

2．軸向壓簧調(diào)整

如圖2-29所示，軸向壓簧調(diào)整齒輪齒側(cè)間隙的原理與軸墊片法是一樣的。但用彈簧壓緊

能自動(dòng)補(bǔ)償齒側(cè)間隙，達(dá)到無間隙傳動(dòng)。彈簧彈力要用調(diào)整螺母達(dá)到適當(dāng)?shù)闹?。過大會(huì)使齒輪磨損加快，降低使用壽命；過小達(dá)不到消除齒側(cè)間隙的作用。

（三）圓錐齒輪傳動(dòng)間隙的消除

1．周向壓簧調(diào)整

如圖2-30所示，將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圈1開有三個(gè)圓弧槽8，內(nèi)圈2的端面上的三個(gè)凸爪4，套裝在圓弧槽內(nèi)。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內(nèi)外齒圈1、2的錐齒錯(cuò)位與小錐齒輪嚙合達(dá)到消除間隙的作用。為了安裝方便，螺釘5將內(nèi)外齒圈相對(duì)固定，安裝完畢后即刻卸去。

2．軸向壓簧調(diào)整

如圖2-31所示，兩個(gè)錐齒輪相互嚙合。在其中一個(gè)錐齒輪的傳動(dòng)軸上裝有壓簧，調(diào)整螺母可改變壓簧的彈力。錐齒輪在彈力作用下沿軸向移動(dòng)，從而達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。

五、回轉(zhuǎn)進(jìn)給系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床靠回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它們的功能各不相同，分度工作臺(tái)只是將工件分度轉(zhuǎn)位，實(shí)現(xiàn)分別加工工件的各個(gè)表面的目的，給零件的加工尤其是箱體類零件的加工帶來了很大的方便。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

1．分度工作臺(tái)

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分度工作臺(tái)是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時(shí)工作臺(tái)連同工件按規(guī)定的角度回轉(zhuǎn)，有時(shí)也可采用手動(dòng)分度。分度工作臺(tái)只能夠完成分度運(yùn)動(dòng)而不能實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，并且它的分度運(yùn)動(dòng)只能完成一定的回轉(zhuǎn)度數(shù)如 90°、60°或45°等。

鼠牙盤式分度工作臺(tái)其結(jié)構(gòu)如圖2-32 所示，它主要由工作臺(tái)面底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和鼠牙盤等零件組成。鼠牙盤是保證分度精度的關(guān)鍵零件，在每個(gè)齒盤的端面有相同數(shù)目的三角形齒。當(dāng)兩個(gè)齒盤嚙合時(shí)，就能自動(dòng)確定周向和徑向的相對(duì)位置。

（1）工作臺(tái)抬起，鼠齒盤脫離嚙合

機(jī)床需要進(jìn)行分度時(shí)，數(shù)控裝置發(fā)出指令→電磁鐵控制液壓閥使壓力油經(jīng)孔23進(jìn)入到工作臺(tái)7中央的夾緊液壓缸下腔10→推動(dòng)活塞6向上移動(dòng)→經(jīng)推力軸承5和13將工作臺(tái)7抬起→內(nèi)齒輪12向上套入齒輪11→上下兩個(gè)鼠齒盤4和3脫離嚙合，完成分度前的準(zhǔn)備工作。

（2）回轉(zhuǎn)分度

當(dāng)工作臺(tái)7上升時(shí)，推桿2在彈簧力的作用下向上移動(dòng)→使推桿1向右移動(dòng)→微動(dòng)開關(guān)S2復(fù)位→使壓力油經(jīng)油孔21進(jìn)入分度油缸左腔19→推動(dòng)齒條活塞8向右移動(dòng)→齒輪11作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)→與齒輪11相嚙合的內(nèi)齒輪12轉(zhuǎn)動(dòng)→分度臺(tái)也轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度。回轉(zhuǎn)角度的大小由微動(dòng)開關(guān)和擋塊17決定，開始回轉(zhuǎn)時(shí)，擋塊14離開推桿15使微動(dòng)開關(guān)S1復(fù)位，通過電路互鎖，始終保持工作臺(tái)處于上升位置。

（3）工作臺(tái)下降，完成定位夾緊圖

當(dāng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)到預(yù)定位置附近，擋塊17通過16使微動(dòng)開關(guān)S3工作。壓力油經(jīng)油孔22進(jìn)入到壓緊液壓缸上腔9→活塞6帶動(dòng)工作臺(tái)7下降→上鼠齒盤4與下鼠齒盤3在新的位置重新嚙合并定位壓緊。為了保護(hù)鼠齒盤齒面不受沖擊，液壓缸下腔10的回油經(jīng)節(jié)流閥可限制工作臺(tái)的下降速度。

（4）復(fù)位為下次分度作準(zhǔn)備

當(dāng)分度工作臺(tái)下降時(shí)，推桿2和1啟動(dòng)微動(dòng)開關(guān)S2→分度液壓缸右腔18進(jìn)壓力油→活塞齒條8退回→齒輪11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)→擋塊17、14回到原位，為下次分度作準(zhǔn)備。

鼠齒盤式分度工作臺(tái)具有剛性好，承載能力強(qiáng)，重復(fù)定位精度高，分度精度高，能自動(dòng)定心，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。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。這種工作臺(tái)不僅可與數(shù)控機(jī)床做成一體，也可作為附件使用，廣泛應(yīng)用于各種加工和測(cè)量裝置中。

2．?dāng)?shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

為了實(shí)現(xiàn)任意角度分度，并在切削過程中能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)，采用了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它主要用于數(shù)控鏜銑床。從外形上看與分度工作臺(tái)沒有多大差別，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能上則有較大的不同。

如圖2-33所示，由傳動(dòng)系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它由伺服電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪2和4帶動(dòng)蝸桿

9、蝸輪10使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)。通過調(diào)整偏心環(huán)3來消除齒輪2和4嚙合側(cè)隙。為了消除軸與套的配合間

備

注

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內(nèi)

容

隙，通過楔形拉緊圓柱銷5（A—A剖面）來連接齒輪4與蝸桿9。蝸桿9采用螺距漸厚蝸桿，蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚，這種蝸桿的左右兩側(cè)具有不同的導(dǎo)程。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍能保持正確的嚙合。通過移動(dòng)蝸桿的軸向位置來調(diào)節(jié)間隙，實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)。

當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)，必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部裝有八對(duì)夾緊塊12及13，并在底座上均布著八個(gè)小液壓缸14，夾緊液壓缸14的上腔通入壓力油，使活塞向下運(yùn)動(dòng)，通過鋼球17撐開夾緊塊12及13，將蝸輪夾緊。當(dāng)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，夾緊液壓缸14上腔的油流回油箱，鋼球17在彈簧16的作用下向上抬起，夾緊塊12和13松開蝸輪，這時(shí)蝸輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可按照控制系統(tǒng)的指令作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承及雙列圓柱滾子軸承保持回轉(zhuǎn)中心的準(zhǔn)確。為消除累積誤差，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回零運(yùn)動(dòng)時(shí)首先由安裝在蝸輪上的擋塊碰撞限位開關(guān)，使工作臺(tái)減速，然后通過感應(yīng)塊和無觸點(diǎn)開關(guān)的作用使工作臺(tái)準(zhǔn)確停在零點(diǎn)位置上。分度角度位置通常由角度反饋元件圓光柵18反饋給數(shù)控系統(tǒng)。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，因此能夠達(dá)到較高的分度精度。

備

注

第五節(jié)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

一、MJ-50數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)

（一）特點(diǎn)

數(shù)控車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是把伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀架和滑板X、Z軸的直線運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)移動(dòng)精度要求很高，X軸最小移動(dòng)量為0.0005mm（直徑編程），Z軸最小移動(dòng)量為0.00lmm。采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副，可以有效地提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度并防止爬行。另外，消除絲杠螺母副的配合間隙和絲杠兩端的軸承間隙，也有利于提高傳動(dòng)精度。

數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)到滾珠絲杠上，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)刀架或滑板移動(dòng)，所以刀架或滑板的快速移動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均為同一傳動(dòng)路線。

（二）X軸進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)裝置

圖2-34是MJ-50數(shù)控車床 X軸進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。如圖a所示，功率為0.9kw的AC伺服電動(dòng)機(jī)15經(jīng)20：24同步帶輪 14和 10以及同步帶 12帶動(dòng)滾珠絲杠6回轉(zhuǎn)，滾珠絲杠螺距為6mm，其上螺母7帶動(dòng)刀架21（圖2-34b所示）沿滑板1的導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)軸與同步帶輪14用鍵13連接。滾珠絲杠有前后兩個(gè)支承。前支承3由三個(gè)角接觸球軸承組成，其中一個(gè)軸承大口向前兩個(gè)軸承大口向后，分別承受雙向的軸向載荷。前支承的軸承由螺母2進(jìn)行預(yù)緊。其后支承9為一對(duì)角接觸球軸承，軸承大口相背放置，由螺母11進(jìn)行預(yù)緊。這種絲杠兩端固定的支承形式，其結(jié)構(gòu)和工藝都較復(fù)雜，可以

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容

保證和提高絲杠的軸向剛度。脈沖編碼器16安裝在伺服電動(dòng)機(jī)的尾部。圖中5和8是緩沖塊，在出現(xiàn)意外碰撞時(shí)起保護(hù)作用。

A-A剖面圖表示滾珠絲杠前支承的軸承座 4用螺釘20固定在滑板上。滑板導(dǎo)軌如B-B剖視圖所示為矩形導(dǎo)軌，鑲條17、18、19用來調(diào)整刀架與滑板導(dǎo)軌的間隙。

圖2-34b中22為導(dǎo)軌護(hù)板，26、27為機(jī)床參考點(diǎn)的限位開關(guān)和撞塊。鑲條23、24、25用于調(diào)整滑板與床身導(dǎo)軌的間隙。

因?yàn)榛屙斆鎸?dǎo)軌與水平面傾斜30°，回轉(zhuǎn)刀架的自身重力使其下滑，滾珠絲杠和螺母不能以自鎖阻止其下滑，故機(jī)床依靠AC伺服電動(dòng)機(jī)的電磁制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)自鎖。

備

注

二、JCS-018A加工中心機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)及傳動(dòng)裝置

JCS-018A機(jī)床的 X、Y、Z三個(gè)軸各有一套進(jìn)給系統(tǒng)，分別由三臺(tái)功率為1.4kw的脈寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。三個(gè)軸的進(jìn)給速度均為1~400mm/min，快移速度X、Y軸為14 m/min，Z軸為10 m/min。為了保證各軸的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)有較高的傳動(dòng)精度，電動(dòng)機(jī)軸和滾珠絲杠之間均采用了錐環(huán)無鍵連接和高精度十字聯(lián)軸器的連接結(jié)構(gòu)。以Z軸進(jìn)給裝置為例，分析電動(dòng)機(jī)軸與滾珠絲杠之間的連接結(jié)構(gòu)。圖2-35為Z軸進(jìn)給裝置中電動(dòng)機(jī)與絲杠連接的局部視圖。如圖中所示，l為直流伺服電動(dòng)機(jī)，2為電動(dòng)機(jī)軸，7為滾珠絲杠。電動(dòng)機(jī)軸與軸套3之間采用的錐環(huán)4無鍵連接結(jié)構(gòu)。錐面相互配合的內(nèi)外錐環(huán)，當(dāng)擰緊螺釘時(shí)，外錐環(huán)向外膨脹，內(nèi)錐環(huán)受力后向電動(dòng)機(jī)軸收縮，從而使電動(dòng)機(jī)輪與軸套連接在一起。這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽，而且兩錐環(huán)的內(nèi)外圓錐面壓緊后，可以實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)，而且對(duì)中性較好，傳遞動(dòng)力平穩(wěn)，加工工藝性好，安裝與維修方便。選用錐環(huán)對(duì)數(shù)的多少，取決于所傳遞扭矩的大小。

高精度十字聯(lián)軸器由三件組成，其中與電動(dòng)機(jī)軸連接的軸套3的端面有與中心對(duì)稱的凸鍵，與絲杠連接的軸套6上開有與中心對(duì)稱的端面鍵槽，中間一件聯(lián)軸節(jié)5的兩端面上分別有與中心對(duì)稱且互相垂直的凸鍵和鍵槽，它們分別與件3和件6相配合，用來傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩。為了保證十字聯(lián)軸節(jié)的傳動(dòng)精度，在裝配時(shí)凸鍵與凹鍵的徑向配合面要經(jīng)過配研，以便消除反向間隙和傳遞動(dòng)力平穩(wěn)。由于主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)，為防止?jié)L珠絲杠因不能自鎖而使主軸箱下滑，所以Z軸電動(dòng)機(jī)帶有制動(dòng)器。

第六節(jié)

自動(dòng)換刀裝置自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求： 1．刀具換刀時(shí)間短且換刀可靠； 2．刀具重復(fù)定位精度高；

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容

3．足夠的刀具儲(chǔ)存量； 4．刀庫占地面積小。

備

注

一、自動(dòng)換刀裝置的形式

根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)，自動(dòng)換刀裝置可分為回轉(zhuǎn)刀架式、轉(zhuǎn)塔式、帶刀庫式三種形式，下面作分別介紹。

（一）回轉(zhuǎn)刀架自動(dòng)換刀裝置

數(shù)控機(jī)床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。根據(jù)不同的適用對(duì)象，刀架可設(shè)計(jì)為四方形、六角形或其它形式?；剞D(zhuǎn)刀架可分別安裝四把、六把以及更多的刀具，并按數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖指令回轉(zhuǎn)、換刀。

CK7815型數(shù)控車床采用 BA200L刀架，最多可以有 24個(gè)分度位置，機(jī)床可選用 12位、8位刀盤。其工作循環(huán)是：刀架接收數(shù)控裝置的指令→松開→轉(zhuǎn)到指令要求的位置→夾緊→發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束的信號(hào)。按照這個(gè)規(guī)律就可以分析各種結(jié)構(gòu)刀架的工作過程。

圖2-36中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)11通電時(shí)，尾部的電磁制動(dòng)器30ms以后松開，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪10、9、8帶動(dòng)蝸桿7旋轉(zhuǎn)，從而使蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪內(nèi)孔有螺紋，與軸6上的螺紋配合。這時(shí)軸6不能回轉(zhuǎn)，當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得軸6沿軸向向左移動(dòng)，因?yàn)榈都?與軸

6、活動(dòng)鼠牙盤2是固定在一起的，所以刀盤和鼠牙盤也向左移動(dòng)，鼠牙盤2和3脫開。在軸6上有兩個(gè)對(duì)稱槽，內(nèi)裝滑塊4，在鼠牙盤脫開后，蝸輪轉(zhuǎn)到一定角度與蝸輪固定在一起的圓盤14上的凸起便碰到滑塊4，蝸輪便通過軸6上的螺紋使軸6右移，鼠牙盤2、3結(jié)合定位，電磁制動(dòng)器通電，維持電動(dòng)機(jī)軸上的反轉(zhuǎn)力矩，以保證鼠牙盤之間有一定的壓緊力。最后電動(dòng)機(jī)斷電，同時(shí)軸6右端的小軸13壓下微動(dòng)開關(guān)12，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)。刀架的選位由刷形選位器進(jìn)行選位。松開、夾緊位置檢測(cè)則由微動(dòng)開關(guān)12實(shí)行。整個(gè)刀架是一個(gè)純電器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

（二）轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置

在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，轉(zhuǎn)塔刀架上裝有主軸頭，主軸頭通常有臥式和立式兩種，常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，它是一種比較簡(jiǎn)單的換刀方式，各個(gè)主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)收到換刀指令時(shí)，各主軸頭依次的轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運(yùn)動(dòng)使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，而其它處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開。如圖2-37數(shù)控鉆鏜銑床，它是裝有8把刀具且繞水平軸轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置。

（三）帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置

帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具換刀機(jī)構(gòu)組成，目前這種換刀方法在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用最為廣泛。

刀具的交換方式通常分為機(jī)械手交換刀具和由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換即無機(jī)械手交換刀具兩種。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的工作效率和可靠性。

1．無機(jī)械手交換刀具方式

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無機(jī)械手的換刀系統(tǒng)一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到的位置，或整個(gè)刀庫或某一刀位能移動(dòng)到主軸箱可以到達(dá)的位置，同時(shí)，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時(shí)，由主軸運(yùn)動(dòng)到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。

2．帶機(jī)械手交換刀具方式

采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換方式在加工中心中應(yīng)用最為廣泛。機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一工步所需要的刀具從刀庫中取出來裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。

圖2-39a是單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，帶一個(gè)夾爪的手臂可自由回轉(zhuǎn)，裝刀卸刀均靠這個(gè)夾爪進(jìn)行，因此，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。

圖2-39b是單臂雙爪擺動(dòng)式機(jī)械手，手臂上的一個(gè)夾爪只完成從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，而另一個(gè)夾爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短。

圖2-39c是雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，手臂兩端各有一個(gè)夾爪，能夠同時(shí)完成抓刀→拔刀→回轉(zhuǎn)→插刀→返回等一系列動(dòng)作。為了防止刀具掉落，各機(jī)械手的活動(dòng)爪都帶有自鎖機(jī)構(gòu)。由于雙臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，而且能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時(shí)間可進(jìn)一步縮短，是最常用的一種形式。圖右邊的機(jī)械手在抓取刀具或?qū)⒌毒咚腿氲稁熘鬏S時(shí)，其兩臂可伸縮。

圖2-39d是雙機(jī)械手，相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，它們相互配合完成自動(dòng)換刀動(dòng)作。

圖2-39e是雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手。這種機(jī)械手的兩臂可以進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定的角度。一個(gè)手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個(gè)手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸，整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫與主軸間的換刀動(dòng)作。

圖2-39f是雙臂端面夾緊式機(jī)械手。它的特點(diǎn)是靠夾緊刀柄的兩個(gè)端面來抓取刀具，而其它機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面抓取刀具。

備

注

二、刀庫

刀庫是用來儲(chǔ)存加工刀具及輔助工具的，是自動(dòng)換刀裝置中最主要的部件之一。

1．刀庫的類型

按刀庫的結(jié)構(gòu)形式可分為圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁旌拖湫褪降稁?。圓盤式刀庫如圖2-40，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也較多。但因刀具采用單環(huán)排列，空間利用率低，因此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑擴(kuò)大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增大，選刀時(shí)間也長(zhǎng)。所以，圓盤式刀庫一般用于刀具容量較小的刀庫。鏈?zhǔn)降稁烊鐖D2-41所示，適用于刀庫容量較大的場(chǎng)合。鏈的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當(dāng)需要增加鏈?zhǔn)降稁斓牡毒呷萘繒r(shí)，只需增加鏈條的長(zhǎng)度，在一定范圍內(nèi)，無需變更刀庫的線速度及慣量。一般刀具數(shù)量30~120把時(shí)都采用鏈?zhǔn)降稁?。箱型式刀庫的結(jié)構(gòu)

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也比較簡(jiǎn)單，有箱型和線型兩種，如圖2-42，圖2-43。箱型刀庫一般容量比較大，刀庫的空間利用率較高，換刀時(shí)間較長(zhǎng)，往往用于加工單元式加工中心。線型刀庫容量小，一般在十幾把刀左右，多用于自動(dòng)換刀的數(shù)控車床，數(shù)控鉆床也有采用。

另外，按設(shè)置部位的不同刀庫可以分為頂置式、側(cè)置式、懸掛式和落地式等

備

注

多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫（簡(jiǎn)稱刀庫）和主軸箱刀庫。

2．刀庫的容量

確定刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。對(duì)若干種工件進(jìn)行分析表明，各種加工所必需的刀具數(shù)量是：4把銑刀可完成工件95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計(jì)，則80％的工件（中等尺寸，復(fù)雜程度一般）完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)為40種以下。所以對(duì)于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀庫就能夠滿足70％~95％工件的加工需要。

3．刀庫的選刀方式

目前，加工中心刀庫使用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種

順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯(cuò)。加工時(shí)按順序調(diào)刀。加工不同的工件時(shí)必須重新調(diào)整刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復(fù)使用。這樣就會(huì)增加刀具的數(shù)量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn)是刀庫的驅(qū)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單。因此這種方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀裝置。

隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，目前絕大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都具有刀具任選功能。任選刀具的換刀方式可以有刀套編碼、刀具編碼和記憶等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識(shí)別的編碼條，如圖2-44，一般都是根據(jù)二進(jìn)制編碼原理進(jìn)行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對(duì)每把刀具編碼。由于每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可以放在刀庫中的任何一個(gè)刀座內(nèi)，這樣不僅刀庫中的刀具可以在不同的工序中多次重復(fù)使用，而且換下的刀具也不用放回原來的刀座，這對(duì)裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可以相應(yīng)地減少。而且還可以避免由于刀具順序的差錯(cuò)所造成的事故。但是由于每把刀具上都帶有專用的編碼系統(tǒng)，使刀具的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，制造困難，刀具剛度降低，同時(shí)使得刀庫和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。對(duì)于刀套

二、刀庫

刀庫是用來儲(chǔ)存加工刀具及輔助工具的，是自動(dòng)換刀裝置中最主要的部件之一。

1．刀庫的類型

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按刀庫的結(jié)構(gòu)形式可分為圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁旌拖湫褪降稁?。圓盤式刀庫如圖2-40，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也較多。但因刀具采用單環(huán)排列，空間利用率低，因此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑擴(kuò)大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增大，選刀時(shí)間也長(zhǎng)。所以，圓盤式刀庫一般用于刀具容量較小的刀庫。鏈?zhǔn)降稁烊鐖D2-41所示，適用于刀庫容量較大的場(chǎng)合。鏈的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當(dāng)需要增加鏈?zhǔn)降稁斓牡毒呷萘繒r(shí)，只需增加鏈條的長(zhǎng)度，在一定范圍內(nèi)，無需變更刀庫的線速度及慣量。一般刀具數(shù)量30~120把時(shí)都采用鏈?zhǔn)降稁?。箱型式刀庫的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，有箱型和線型兩種，如圖2-42，圖2-43。箱型刀庫一般容量比較大，刀庫的空間利用率較高，換刀時(shí)間較長(zhǎng)，往往用于加工單元式加工中心。線型刀庫容量小，一般在十幾把刀左右，多用于自動(dòng)換刀的數(shù)控車床，數(shù)控鉆床也有采用。

另外，按設(shè)置部位的不同刀庫可以分為頂置式、側(cè)置式、懸掛式和落地式等

備

注

多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫（簡(jiǎn)稱刀庫）和主軸箱刀庫。

2．刀庫的容量

確定刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。對(duì)若干種工件進(jìn)行分析表明，各種加工所必需的刀具數(shù)量是：4把銑刀可完成工件95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計(jì)，則80％的工件（中等尺寸，復(fù)雜程度一般）完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)為40種以下。所以對(duì)于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀庫就能夠滿足70％~95％工件的加工需要。

3．刀庫的選刀方式

目前，加工中心刀庫使用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種

順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯(cuò)。加工時(shí)按順序調(diào)刀。加工不同的工件時(shí)必須重新調(diào)整刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復(fù)使用。這樣就會(huì)增加刀具的數(shù)量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn)是刀庫的驅(qū)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單。因此這種方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀裝置。

隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，目前絕大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都具有刀具任選功能。任選刀具的換刀方式可以有刀套編碼、刀具編碼和記憶等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識(shí)別的編碼條，如圖2-44，一般都是根據(jù)二進(jìn)制編碼原理進(jìn)行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對(duì)每把刀具編碼。由于每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可以放在刀庫中的任何一個(gè)刀座內(nèi)，這樣不僅刀庫中的刀具可以在不同的工序中多次重復(fù)使用，而且換下的刀具也不用放回原來的刀座，這對(duì)裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可以相應(yīng)地減少。而且還可以避免由于刀具順序的差錯(cuò)所造成的事故。但是由于每把刀具

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上都帶有專用的編碼系統(tǒng)，使刀具的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，制造困難，刀具剛度降低，同時(shí)使得刀庫和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。對(duì)于刀套編碼的方式，一把刀具只對(duì)應(yīng)一個(gè)刀套，從一個(gè)刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時(shí)間長(zhǎng)。因此，無論是刀具編碼還是刀套編碼都給換刀系統(tǒng)帶來麻煩。目前在加工中心上絕大多數(shù)都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式是第一次給刀庫裝刀時(shí)，告訴控制系統(tǒng)刀庫中的每個(gè)刀套號(hào)和該刀套上的刀具號(hào)，刀具在使用中不一定被送還到原來的刀套上，但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號(hào)所在的新刀套號(hào)。這種方式有利于縮短換刀、選刀時(shí)間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號(hào)與刀套的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在重新啟動(dòng)機(jī)床時(shí)必須使刀庫回零，校驗(yàn)一下顯示器上顯示的內(nèi)容與實(shí)際刀具的情況。

刀庫選刀方式一般采用就近移動(dòng)原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)，都要向距離換刀最近的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。

備

注

三、實(shí)例

這是JCS-018A加工中心的自動(dòng)換刀裝置。1．自動(dòng)換刀工作過程

（1）刀套下轉(zhuǎn)90°

本機(jī)床的刀庫位于立柱左側(cè)，刀具在刀庫中的安裝方向與主軸垂直，如圖2-45所示。換刀之前，刀庫2轉(zhuǎn)動(dòng)將待換刀具5送到換刀位置，之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉(zhuǎn)90°，使刀具軸線與主軸軸線平行。

（2）機(jī)械手轉(zhuǎn)75°

如K向視圖所示，在機(jī)床切削加工時(shí)，機(jī)械手1的手臂與主軸中心到換刀位置的刀具中心線的連線成75°，該位置為機(jī)械手的原始位置。機(jī)械手換刀的第一個(gè)動(dòng)作是順時(shí)針轉(zhuǎn)75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。

（3）刀具松開

機(jī)械手抓住主軸刀具的刀柄后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具。

（4）機(jī)械手拔刀

機(jī)械手下降，同時(shí)拔出兩把刀具。

（5）交換兩刀具位置

機(jī)械手帶著兩把刀具逆時(shí)針轉(zhuǎn)180°（從K向觀察），使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。

（6）機(jī)械手插刀

機(jī)械手上升，分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。（7）刀具夾緊

刀具插入主軸錐孔后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。（8）液壓缸復(fù)位

液壓缸復(fù)位驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)180°的液壓缸復(fù)位，機(jī)械手無動(dòng)作。

（9）機(jī)械手反轉(zhuǎn)75°

機(jī)械手反轉(zhuǎn)75°，回到原始位置。

（10）刀套上轉(zhuǎn) 90°

刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)90°，為下一次選刀做準(zhǔn)備。2．機(jī)械手傳動(dòng)過程

本機(jī)床上使用的換刀機(jī)械手為雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。圖2-46為機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖，它是目前加工中心上用得較多的一種。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作大都由油缸完成。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求可以采取“油缸動(dòng)、活塞固定”或“活塞動(dòng)、油缸

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固定”的結(jié)構(gòu)形式。它的手臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作通過活塞帶動(dòng)齒條齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，并且活塞的可調(diào)行程來保證機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度。

3．刀庫結(jié)構(gòu)

圖2-47是本機(jī)床盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。如圖a所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動(dòng)機(jī)1接通，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)過十字聯(lián)軸節(jié)

2、蝸桿

4、蝸輪3傳到如圖b所示的刀盤14，刀盤帶動(dòng)其上面的16個(gè)刀套13轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀的工作。每個(gè)刀套尾部有一個(gè)滾子11，當(dāng)待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時(shí)，滾子11進(jìn)入撥叉7的槽內(nèi)。同時(shí)氣缸5的下腔通壓縮空氣（如圖a所示），活塞桿6帶動(dòng)撥叉7上升，放開位置開關(guān)9，用以斷開相關(guān)的電路，防止刀庫、主軸等有誤動(dòng)作。如圖 b所示，撥叉 7在上升的過程中，帶動(dòng)刀套繞著銷軸 12逆時(shí)針向下翻轉(zhuǎn) 90°，從而使刀具軸線與主軸軸線平行。

刀套下轉(zhuǎn)90°后，撥叉7上升到終點(diǎn)，壓住定位開關(guān)10，發(fā)出信號(hào)使機(jī)械手抓刀。通過圖a中的螺桿8，可以調(diào)整撥叉的行程，而撥叉的行程又決定刀具軸線相對(duì)主軸軸線的位置。

備

注

第七節(jié)

輔助裝置

一、數(shù)控機(jī)床的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)

1．?dāng)?shù)控機(jī)床中的液壓和氣動(dòng)裝置功能

液壓和氣動(dòng)裝置在數(shù)控機(jī)床中一般完成如下輔助功能

（1）自動(dòng)換刀所需的動(dòng)作。如機(jī)械手的伸、縮、回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)以及刀具的松開和拉緊動(dòng)作。

（2）主軸的自動(dòng)松開、夾緊。

（3）機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的制動(dòng)和離合器的控制，齒輪的撥叉掛檔等。（4）機(jī)床的潤(rùn)滑、冷卻、防護(hù)罩、門的自動(dòng)開關(guān)。（5）工作臺(tái)的松開夾緊，交換工作臺(tái)的自動(dòng)交換動(dòng)作等。

（6）機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的平衡。如機(jī)床主軸箱的重力平衡、刀庫機(jī)械手的平衡等。

2．?dāng)?shù)控機(jī)床中的液壓裝置

圖2-48所示為數(shù)控車床液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)采用單向變量液壓泵，系統(tǒng)壓力調(diào)整至4MPa，由壓力表顯示。泵出口的壓力油經(jīng)過單向閥進(jìn)入控制油路。機(jī)床的卡盤夾緊與松開、夾盤夾緊力的高低壓轉(zhuǎn)換、回轉(zhuǎn)刀架的松開與夾緊、刀架刀盤的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、尾座套筒的伸出與退回動(dòng)作都是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的，數(shù)控系統(tǒng)的PC控制液壓系統(tǒng)中各電磁閥電磁鐵的動(dòng)作。

2位四通電磁閥1控制主軸卡盤的夾緊與松開，電磁閥2控制卡盤的高壓夾緊與低壓夾緊的轉(zhuǎn)換。當(dāng)卡盤處于正卡（也稱外卡）且在高壓夾緊狀態(tài)下，夾緊力的大小由減壓閥6來調(diào)整，由壓力表12顯示卡盤壓力。系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥6→電磁閥2（左位）→電磁閥1（左位）→液壓缸右腔，活塞桿左移，卡盤夾緊。

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內(nèi)

容

這時(shí)液壓缸左腔的油液經(jīng)閥1（左位）直接回油箱。反之，系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥6→電磁閥2（左位）→電磁閥1（右位）→液壓缸左腔，活塞桿右移，卡盤松開。這時(shí)液壓缸右腔的油液經(jīng)閥1（右位）直接回油箱。當(dāng)卡盤處于正卡且在低壓夾緊狀態(tài)下，夾緊力的大小由減壓閥7來調(diào)整。系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥7→電磁閥2（右位）→電磁閥1（左位）→液壓缸右腔，卡盤夾緊。反之，系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥7→電磁2（右位）→電磁閥1（右位）→液壓缸左腔，卡盤松開。也可對(duì)刀架轉(zhuǎn)位、刀盤松開夾緊及尾座套筒動(dòng)作的控制進(jìn)行分析。

備

注

二、排屑裝置

1．排屑裝置在數(shù)控機(jī)床中的作用

切屑占用加工區(qū)域，如果不及時(shí)清除必然會(huì)覆蓋或纏繞在工件和刀具上，使自動(dòng)加工無法繼續(xù)進(jìn)行。此外，熾熱的切屑向機(jī)床或工件散發(fā)熱量，使機(jī)床或工件產(chǎn)生變形，影響加工的精度。因此迅速、有效地排除切屑對(duì)數(shù)控機(jī)床加工來說十分重要，而排屑裝置正是完成該工作的必備附屬裝置。排屑裝置的主要作用是將切屑從加工區(qū)域排出到數(shù)控機(jī)床之外。

2．排屑裝置的種類

（1）平板鏈?zhǔn)脚判佳b置，圖2-49a。該裝置以滾動(dòng)鏈輪牽引鋼質(zhì)平板鏈帶在封閉箱中運(yùn)轉(zhuǎn)，加工中的切屑落到鏈帶上而被帶出機(jī)床。這種裝置能排除各種形狀的切屑，適應(yīng)性強(qiáng)，各類機(jī)床都能采用。在車床上使用時(shí)多與機(jī)床的冷卻液箱合為一體，以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)。

（2）刮板式排屑裝置，圖2-49b。該裝置的傳動(dòng)原理與平板鏈?zhǔn)降幕鞠嗤?，只是鏈板不同，它的鏈板帶有刮板。這種裝置常用于輸送各種材料的短小切屑，排屑能力較強(qiáng)。但因負(fù)載大而需采用較大功率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

（3）螺旋式排屑裝置，圖2-49c。該裝置采用電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)安裝在溝槽中的長(zhǎng)螺旋桿。螺旋桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，溝槽中的切屑即被螺旋桿推動(dòng)而連續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，最終排入切屑收集箱中。螺旋式排屑裝置占用空間小，適于安裝在機(jī)床與立柱間空隙狹小的位置上，而且它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，排屑性能良好。但這種裝置只適于沿水平或小角度傾斜直線方向排運(yùn)切屑，不能大角度傾斜、提升或轉(zhuǎn)向排屑。

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內(nèi)

容

備

注

編碼的方式，一把刀具只對(duì)應(yīng)一

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內(nèi)

容

個(gè)刀套，從一個(gè)刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時(shí)間長(zhǎng)。因此，無論是刀具編碼還是刀套編碼都給換刀系統(tǒng)帶來麻煩。目前在加工中心上絕大多數(shù)都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式是第一次給刀庫裝刀時(shí)，告訴控制系統(tǒng)刀庫中的每個(gè)刀套號(hào)和該刀套上的刀具號(hào)，刀具在使用中不一定被送還到原來的刀套上，但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號(hào)所在的新刀套號(hào)。這種方式有利于縮短換刀、選刀時(shí)間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號(hào)與刀套的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在重新啟動(dòng)機(jī)床時(shí)必須使刀庫回零，校驗(yàn)一下顯示器上顯示的內(nèi)容與實(shí)際刀具的情況。

刀庫選刀方式一般采用就近移動(dòng)原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)，都要向距離換刀最近的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。

備

注

三、實(shí)例

這是JCS-018A加工中心的自動(dòng)換刀裝置。1．自動(dòng)換刀工作過程

（1）刀套下轉(zhuǎn)90°

本機(jī)床的刀庫位于立柱左側(cè)，刀具在刀庫中的安裝方向與主軸垂直，如圖2-45所示。換刀之前，刀庫2轉(zhuǎn)動(dòng)將待換刀具5送到換刀位置，之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉(zhuǎn)90°，使刀具軸線與主軸軸線平行。

（2）機(jī)械手轉(zhuǎn)75°

如K向視圖所示，在機(jī)床切削加工時(shí)，機(jī)械手1的手臂與主軸中心到換刀位置的刀具中心線的連線成75°，該位置為機(jī)械手的原始位置。機(jī)械手換刀的第一個(gè)動(dòng)作是順時(shí)針轉(zhuǎn)75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。

（3）刀具松開

機(jī)械手抓住主軸刀具的刀柄后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具。

（4）機(jī)械手拔刀

機(jī)械手下降，同時(shí)拔出兩把刀具。

（5）交換兩刀具位置

機(jī)械手帶著兩把刀具逆時(shí)針轉(zhuǎn)180°（從K向觀察），使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。

（6）機(jī)械手插刀

機(jī)械手上升，分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。（7）刀具夾緊

刀具插入主軸錐孔后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。（8）液壓缸復(fù)位

液壓缸復(fù)位驅(qū)動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)180°的液壓缸復(fù)位，機(jī)

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容

械手無動(dòng)作。

（9）機(jī)械手反轉(zhuǎn)75°

機(jī)械手反轉(zhuǎn)75°，回到原始位置。

（10）刀套上轉(zhuǎn) 90°

刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)90°，為下一次選刀做準(zhǔn)備。2．機(jī)械手傳動(dòng)過程

本機(jī)床上使用的換刀機(jī)械手為雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。圖2-46為機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖，它是目前加工中心上用得較多的一種。這種機(jī)械手的拔刀、插刀動(dòng)作大都由油缸完成。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求可以采取“油缸動(dòng)、活塞固定”或“活塞動(dòng)、油缸固定”的結(jié)構(gòu)形式。它的手臂的回轉(zhuǎn)動(dòng)作通過活塞帶動(dòng)齒條齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，并且活塞的可調(diào)行程來保證機(jī)械手臂的不同回轉(zhuǎn)角度。

3．刀庫結(jié)構(gòu)

圖2-47是本機(jī)床盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。如圖a所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動(dòng)機(jī)1接通，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)過十字聯(lián)軸節(jié)

2、蝸桿

4、蝸輪3傳到如圖b所示的刀盤14，刀盤帶動(dòng)其上面的16個(gè)刀套13轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀的工作。每個(gè)刀套尾部有一個(gè)滾子11，當(dāng)待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時(shí)，滾子11進(jìn)入撥叉7的槽內(nèi)。同時(shí)氣缸5的下腔通壓縮空氣（如圖a所示），活塞桿6帶動(dòng)撥叉7上升，放開位置開關(guān)9，用以斷開相關(guān)的電路，防止刀庫、主軸等有誤動(dòng)作。如圖 b所示，撥叉 7在上升的過程中，帶動(dòng)刀套繞著銷軸 12逆時(shí)針向下翻轉(zhuǎn) 90°，從而使刀具軸線與主軸軸線平行。

刀套下轉(zhuǎn)90°后，撥叉7上升到終點(diǎn)，壓住定位開關(guān)10，發(fā)出信號(hào)使機(jī)械手抓刀。通過圖a中的螺桿8，可以調(diào)整撥叉的行程，而撥叉的行程又決定刀具軸線相對(duì)主軸軸線的位置。

備

注

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容

備

注

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容

備

注

哦哦

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備

注

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備

注

第四篇：數(shù)控加工工藝與CAM實(shí)例教程教案

數(shù)控加工工藝與CAM實(shí)例教程

責(zé)任者：沈鑫剛 索書號(hào)：TG659/116 館藏地址：二樓書庫

內(nèi)容提要

本書主要講解了基于CAM的典型零件的銑削加工編程，以項(xiàng)目化方式組織教材內(nèi)容，注重軟件知識(shí)點(diǎn)與數(shù)控操作實(shí)踐的緊密結(jié)合，教程內(nèi)容上著重圍繞典型零件的數(shù)控加工工藝分析、軟件編程與機(jī)床數(shù)控加工的真實(shí)情境與過程，在編程過程中嚴(yán)格執(zhí)行數(shù)控加工工藝分析的內(nèi)容。另外，教程對(duì)后處理器的構(gòu)建作了詳細(xì)介紹。

本書可作為大專院校和高職院校機(jī)電、模具、數(shù)控等專業(yè)的教材，也可作為社會(huì)相關(guān)專業(yè)培訓(xùn)用書，還可作為從事數(shù)控編程與操作的企業(yè)技術(shù)人員的參考用書。

目錄

項(xiàng)目1零件的數(shù)控銑削加工工藝規(guī)劃

任務(wù)1.1了解數(shù)控銑削加工工藝分析與規(guī)劃內(nèi)容

1.1.1零件圖分析 1.1.2加工方法的選擇

1.1.3裝夾定位方案的確定與夾具的選用 1.1.4加工工序安排與走刀路線的擬定 1.1.5切削刀具與切削用量的選用 1.1.6工藝文件的擬定

任務(wù)1.2了解數(shù)控機(jī)床編程與操作

1.2.1數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系

1.2.2fanu 0i系統(tǒng)常用數(shù)控指令 1.2.3零件的裝夾、找正 1.2.4設(shè)立工件坐標(biāo)系

思考題與習(xí)題

項(xiàng)目2UGCAM基本操作

任務(wù)2.1了解UG CAM操作流程

任務(wù)2.2熟悉UGCAM的基本操作環(huán)境

2.2.1加工環(huán)境初始化 2.2.2操作導(dǎo)航器

2.2.3加工節(jié)點(diǎn)與編程操作的建立 2.2.4UGCAM通用選項(xiàng)的設(shè)置

任務(wù)2.3練習(xí)凸臺(tái)零件的UGCAM編程 思考題與習(xí)題

項(xiàng)目3吹瓶模固定板鉆削加工

任務(wù)3.1認(rèn)識(shí)常用的鉆削加工方法與刀具

任務(wù)3.2掌握鉆削加工基本工藝 任務(wù)3.3了解孔的鉆削加工方式

任務(wù)3.4吹瓶模固定板鉆削加工工藝分析與規(guī)劃 任務(wù)3.5吹瓶模固定板零件鉆削加工編程 思考題與習(xí)題

項(xiàng)目4座盒零件銑削加工

任務(wù)4.1認(rèn)識(shí)常用的平面銑削加工方法與刀具 任務(wù)4.2平面銑削基本加工工藝設(shè)計(jì) 任務(wù)4.3了解平面銑削加工方式

任務(wù)4.4座盒零件銑削加工工藝分析與規(guī)劃 任務(wù)4.5座盒零件銑削加工編程

4.5.1座盒零件編程模型準(zhǔn)備 4.5.2座盒零件銑削加工編程 4.5.3座盒零件銑削加工程序單

思考題與習(xí)題

項(xiàng)目5文字與車標(biāo)銑削加工

任務(wù)5.1細(xì)筆畫單線條文字加工

5.1.1平面文字 5.1.2曲面文字 5.1.3環(huán)形文字

任務(wù)5.2大字體粗筆畫文字加工

5.2.1粗筆畫凹形文字的加工

5.2.2粗筆畫凸形文字(印章)的加工 5.2.3具有自相交筆畫的文字處理

任務(wù)5.3豐田車標(biāo)銑削加工 項(xiàng)目6冷沖模銑削加工

任務(wù)6.1認(rèn)識(shí)常用曲面銑削加工方法與刀具 任務(wù)6.2曲面銑削基本加工工藝設(shè)計(jì) 任務(wù)6.3了解曲面銑削加工方式

6.3.1型腔銑(Cavity_Mill)6.3.2固定軸曲面輪廓銑(Fixe _Contour)任務(wù)6.4冷沖模銑削加工工藝分析與規(guī)劃 任務(wù)6.5冷沖模銑削加工編程

6.5.1冷沖模編程模型準(zhǔn)備 6.5.2冷沖模銑削加工編程 6.5.3冷沖模銑削加工程序單

思考題與習(xí)題

項(xiàng)目7FANUC后處理器的構(gòu)建

任務(wù)7.1了解UG后處理構(gòu)造器的原理與功能 任務(wù)7.2FANUC后處理器的構(gòu)建 思考題與習(xí)題

附錄A fanuc0i-mb數(shù)控指令表(g代碼類)附錄B金屬常用切削用量表 參考文獻(xiàn)

第五篇：數(shù)控加工工藝教學(xué)計(jì)劃

1 §1-1 2 1 §1-3 3 1 §1-4 4 2 項(xiàng)目一 5 2 項(xiàng)目一 6 2 項(xiàng)目一 7 3 項(xiàng)目二 8 3 項(xiàng)目二

緒論、數(shù)控加工基礎(chǔ)

數(shù)控機(jī)床的主要參數(shù)指標(biāo)、刀具角度

切削用量、加工冷卻方法 典型數(shù)控車削零件一加工工藝分析

典型數(shù)控車削零件一加工工藝卡片編寫

典型數(shù)控車削零件一加工工藝卡片互評(píng)

典型數(shù)控車削零件二加工工藝分析

典型數(shù)控車削零件二加工工藝卡片編寫 2 2 2 2 2 2 2 2

預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h習(xí)題4、5 0.5 h ` 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 3 4 4 4 5 5 5 6

項(xiàng)目二 典型數(shù)控車削零件二加工工藝卡片互評(píng)

項(xiàng)目三 典型數(shù)控車削零件三加工工藝分析

項(xiàng)目三 典型數(shù)控車削零件三加工工藝卡片編寫

項(xiàng)目三 典型數(shù)控車削零件三加工工藝卡片互評(píng)

項(xiàng)目四 典型數(shù)控銑削零件一加工工藝分析

項(xiàng)目四 典型數(shù)控銑削零件一加工工藝卡片編寫

項(xiàng)目四 典型數(shù)控銑削零件一加工工藝卡片互評(píng)

項(xiàng)目五 典型數(shù)控銑削零件二加工工藝分析

2 2 2 2 2 2 2 2

預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 4、5 0.5 h ` 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h

習(xí)題10 11 12 13 14 15 16 6 18 6 19 7 20 7 21 7 22 8 23 8 24 8 項(xiàng)目五

項(xiàng)目五 項(xiàng)目六 項(xiàng)目六 項(xiàng)目六 電火花加工 電火花加工 CAPP技術(shù)

典型數(shù)控銑削零件二加工工藝卡片編寫

典型數(shù)控銑削零件二加工工藝卡片互評(píng)

典型數(shù)控銑削零件三加工工藝分析

典型數(shù)控銑削零件三加工工藝卡片編寫

典型數(shù)控銑削零件三加工工藝卡片互評(píng)

電火花加工基礎(chǔ)知識(shí)

電火花加工原理

CAPP技術(shù)與先進(jìn)制造生產(chǎn)模式簡(jiǎn)介 2 2 2 2 2 2 2 2

預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 1、6共1 h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 1、6共1 h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h 預(yù)習(xí)下一堂課0.5h

習(xí)題習(xí)題9 26 9 27 9 28 10

項(xiàng)目七

項(xiàng)目七 項(xiàng)目七 復(fù)習(xí)總結(jié)

典型電火花零件一加工工藝分析

典型電火花零件一加工工藝卡片編寫

典型電火花零件一加工工藝卡片互評(píng) 復(fù)習(xí)總結(jié)

機(jī)動(dòng) 共計(jì) 2

機(jī)動(dòng)4

預(yù)習(xí)下一堂課0.5h

習(xí)題1、6共1 h