數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

1、數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)王趙新王趙新2022-6-171第一章第一章 概論概論 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理 數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍2022-6-1722022-6-173第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理零件加工程序輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測反饋裝置機(jī)床本體2022-6-174 機(jī)床 I/O 電路和裝置測量裝置主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計算機(jī)數(shù) 控裝 置操作面板PLC計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)機(jī) 床床輔助控制機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)鍵盤輸入輸出設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組

2、成及工作原理操作面板的是操作人員與機(jī)床數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；。它是數(shù)控機(jī)床特有的部件。2022-6-175第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2022-6-1762. 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備 CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。 現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實(shí)現(xiàn)CAD/C

3、AM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：串行通訊（RS-232等串口）、自動控制專用接口和規(guī)范（DNC，MAP等）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。2022-6-1772022-6-178CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部件。組成：組成：計算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。作用：作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。2022-6-179伺

4、服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置伺服單元和驅(qū)動裝置伺服單元和驅(qū)動裝置主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機(jī)測量裝置測量裝置 位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用作用 保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令：進(jìn)給運(yùn)動指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動（速度控制）2022-6-17106.PLC (Programmable Logic Controller) 、機(jī)、機(jī)床床I/O電路和裝置電路和裝置PLC：用于控制機(jī)床順序動作，完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的開關(guān)量I/O控制，它由硬件和軟件組成；機(jī)床機(jī)床I/OI

5、/O電路和裝置：電路和裝置：實(shí)現(xiàn)開關(guān)量I/O控制的執(zhí)行部件，即由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等電器組成的邏輯電路；功能：功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)開關(guān)動作接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，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)床的動作。2022-6-17117. 機(jī)床機(jī)床機(jī)床機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成組成：由主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng) 工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。第二節(jié)

6、第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類 按加工工藝分類 按控制系統(tǒng)的功能水平分類 按伺服裝置的功能水平分類 按數(shù)控機(jī)床的檔次分類 2022-6-1712一一.按加工工藝分類按加工工藝分類普通數(shù)控機(jī)床： 如：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、 數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床等等加工中心：帶刀庫和自動換刀裝置 如：車削中心、加工中心其它：三坐標(biāo)測量機(jī)、機(jī)械手（工業(yè)機(jī)器人）、 自動繪圖機(jī)等2022-6-17132022-6-1714二、按控制功能分類二、按控制功能分類 1.點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控

7、沖床和數(shù)控測量機(jī)。2022-6-17152. 輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)具有控制幾個進(jìn)給軸同時諧調(diào)運(yùn)動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動，在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面零件的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。三三.按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分類類 按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)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)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

8、全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。 開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床2022-6-17161.1.開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，步進(jìn)驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，步進(jìn)驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋2022-6-1717 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路功率步進(jìn)電動機(jī)指令脈沖機(jī)床工作臺2022-6-17182.2.半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：精度較高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有特點(diǎn)：精度較高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有角位移、角速度檢測裝置，結(jié)構(gòu)緊湊角位移、角速度檢測裝置，結(jié)構(gòu)緊湊位移反饋速

9、度反饋D.C.(A.C.)伺服裝置及電機(jī)機(jī)床工作臺位置檢測裝置位置檢測裝置特點(diǎn)：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有直線位移、速度檢測裝置，價格貴，調(diào)試?yán)щy2022-6-17193.3.閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床位移反饋速度反饋D.C.(A.C.)伺服裝置及電機(jī)機(jī)床工作臺位置檢測裝置2022-6-1720四、按聯(lián)動軸數(shù)分四、按聯(lián)動軸數(shù)分1.2軸聯(lián)動（平面曲線）2.3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）3.4軸聯(lián)動（空間曲面）4.5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面，端銑刀） 。 聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。五五.按控制系統(tǒng)的功能水平分類按控制系統(tǒng)的功能水平分類控制系統(tǒng)功能 高檔中檔

10、低檔（經(jīng)濟(jì)型）主軸功能無級變速、C軸功能機(jī)械變速分辯率0.1m1 m10 m進(jìn)給速度15100m/min1524m/min815m/min伺服驅(qū)動閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)電機(jī)交、直流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動軸數(shù)24軸或25軸23軸通信功能MAP，聯(lián)網(wǎng)功能RS232C、RS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數(shù)碼或CRT字符內(nèi)裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位2022-6-1721第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn) 加工精度高 對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng) 自動化程度高，勞動強(qiáng)度低 生產(chǎn)效率高 良好的經(jīng)濟(jì)效益 有利于現(xiàn)代化管理2022-6-1722第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍

11、數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 多品種小批量生產(chǎn)的零件 形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件 需要頻繁改型的零件 價值昂貴，不允許報費(fèi)的關(guān)鍵零件 需要最少周期的急需零件 批量較大精度要求高的零件2022-6-1723第二章第二章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求 數(shù)控機(jī)床的主傳動及主軸部件 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動及傳動機(jī)構(gòu) 自動換刀裝置 其它輔助裝置2022-6-1724第一節(jié) 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求 提高機(jī)床的動、靜剛度 減少機(jī)床的熱變形 減少運(yùn)動副的摩擦，提高傳動精度 提高機(jī)床的壽命和精度保持性 自動化的機(jī)構(gòu)，宜人的操作性 安全防護(hù)和宜人的造型2022-6-1725一一. 提高機(jī)

12、床的靜、動剛度提高機(jī)床的靜、動剛度 合理選擇支承件的結(jié)構(gòu)形式 合理的結(jié)構(gòu)布局 采用補(bǔ)償變形的措施 合理選用構(gòu)件的材料2022-6-1726二二.減少機(jī)床熱變形的措施減少機(jī)床熱變形的措施 減少機(jī)內(nèi)發(fā)熱 改善散熱和隔熱條件 合理設(shè)計機(jī)床的結(jié)構(gòu)與布局 進(jìn)行熱變形補(bǔ)償2022-6-1727三三. 減少運(yùn)動副的摩擦減少運(yùn)動副的摩擦 采用滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌 采用貼塑滑動導(dǎo)軌 用滾珠絲杠代替滑動絲杠 采用無間隙滾珠絲杠傳動和無間隙齒輪傳動以提高傳動精度2022-6-1728第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)概述 主運(yùn)動系統(tǒng)是指驅(qū)動主軸運(yùn)動的系統(tǒng)，主軸是數(shù)控機(jī)床上帶動刀

13、具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動的運(yùn)動軸，它往往是數(shù)控機(jī)床上單軸功率消耗最大的運(yùn)動軸。 主傳動系統(tǒng)的作用主傳動系統(tǒng)的作用： 傳遞動力，傳遞切削加工所需要的動力 傳遞運(yùn)動，傳遞切削加工所需要的運(yùn)動； 運(yùn)動控制，控制主運(yùn)動運(yùn)行速度的大小、方向和起停。 與進(jìn)給伺服系統(tǒng)相比，它具有轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大等特點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，對它的運(yùn)動精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有較高的要求。2022-6-1729 動力功率高動力功率高 由于對高效率的要求日益增長，加之刀具材料和技術(shù)的進(jìn)步，大多數(shù)NC機(jī)床均要求有足夠高的功率來滿足高速強(qiáng)力切削。一般NC機(jī)床的主軸驅(qū)動功率在3.7kW250kW之間 調(diào)速范圍寬調(diào)速

14、范圍寬 除了功率方面的要求外，還應(yīng)使主軸轉(zhuǎn)速具有足夠大的調(diào)整范圍。調(diào)速范圍是指最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，即Rn=nmax/nmin 控制功能多樣化控制功能多樣化 性能要求高性能要求高2022-6-1730數(shù)控機(jī)床的主傳動變速方式數(shù)控機(jī)床的主傳動變速方式 無級變速 分段無級變速 內(nèi)置電動機(jī)主軸變速（電主軸）2022-6-1731控制功能多樣化控制功能多樣化由于由于NC機(jī)床的種類繁多，不同的機(jī)床對主軸功能有不同的要求機(jī)床的種類繁多，不同的機(jī)床對主軸功能有不同的要求。 NC車床車螺紋時要求有同步控制功能； 加工中心為了能進(jìn)行自動換刀需要主軸準(zhǔn)停功能； NC車床和NC磨床在進(jìn)行端面加工時，為了保證端面加

15、工的粗糙度要求，要求接觸點(diǎn)處的線速度為恒值，需要恒線速切削功能； 還有些NC機(jī)床有C軸控制功能2022-6-1732性能要求高性能要求高對主軸電機(jī)的性能要求如下：對主軸電機(jī)的性能要求如下： 電機(jī)抗過載能力強(qiáng)，要求有較長時間(130min)和較大倍數(shù)的抗過載能力； 在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動要??； 速度響應(yīng)要快，升降速時間要短； 電機(jī)溫升低，振動和噪音??； 可靠性高，壽命長，維護(hù)容易； 體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易2022-6-1733數(shù)控機(jī)床的主軸部件數(shù)控機(jī)床的主軸部件 組成組成：主軸部件由主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件及裝夾刀具或工件的附件組成。 主要作用主要作用：夾持工件或刀具實(shí)現(xiàn)切

16、削運(yùn)動；傳遞運(yùn)動及切削加工所需要的動力。 機(jī)床對其主軸部件的主要要求有機(jī)床對其主軸部件的主要要求有： 主軸的精度要高。精度包括運(yùn)動精度(回轉(zhuǎn)精度、軸向竄動)和安裝刀具或夾持工件的夾具的定位精度(軸向、徑向)。 部件的結(jié)構(gòu)剛度和抗振性。 運(yùn)轉(zhuǎn)溫升不能太高以及較好的熱穩(wěn)定性。 部件的耐磨性和精度保持能力。對數(shù)控機(jī)床除上述要求外，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面還應(yīng)有： 刀具的自動夾緊裝置。 主軸的準(zhǔn)停裝置。 主軸孔的清理裝置等2022-6-1734進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置 概述概述 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)成形加工運(yùn)動所需的運(yùn)動及動力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由傳動機(jī)構(gòu)、運(yùn)動變換機(jī)

17、構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件組成。如下圖所示。其中常用的傳動機(jī)構(gòu)有傳動齒輪和同步帶； 運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)有絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、軸承等。 數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給運(yùn)動的要求數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給運(yùn)動的要求 減少摩擦阻力 提高傳動精度和剛度 消除傳動間隙 減小運(yùn)動件的慣量2022-6-17352022-6-1736 對進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置的要求： 由于機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等，對執(zhí)行件運(yùn)動特性和運(yùn)動精度有重要影響，因此進(jìn)給伺服系統(tǒng)對機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)提出了較高的要求，主要有： 摩擦力小，尤其是動靜摩擦系數(shù)之差要小，故廣泛采用如滾動摩擦等摩擦力較小的傳動件及導(dǎo)軌；

18、 傳動精度和剛度要高，要求消除傳動間隙，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊。以增加傳動系統(tǒng)剛度； 運(yùn)動慣量要小，盡可能減小運(yùn)動部件質(zhì)量，以提高響應(yīng)速度。2022-6-1737 齒輪傳動及齒輪消隙齒輪傳動及齒輪消隙齒輪傳動在伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的作用是：改變運(yùn)動方向、降速、增大扭矩、適應(yīng)不同絲杠螺距和不同脈沖當(dāng)量的配比等。當(dāng)在伺服電機(jī)和絲杠之間安裝齒輪（直齒、斜齒、錐齒等）時，必然產(chǎn)生齒側(cè)間隙，造成反向運(yùn)動的死區(qū)，必須設(shè)法消除。目前消除齒側(cè)間隙普遍采用雙片齒輪結(jié)構(gòu)，如下圖（a），將一對齒輪中的大齒輪分成1、2兩部分，并分別與螺釘3、8固定，再將彈簧4與3、8聯(lián)接起來，這樣齒輪的1、2兩部分的齒輪自然錯開，達(dá)到自動消除齒

19、側(cè)間隙的目的。圖（b）為斜齒輪傳動消隙結(jié)構(gòu)。它是將一個斜齒輪分成兩個薄片3、4，且在其中加一墊片2，改變墊片2的厚度，薄片3、4的螺旋線就會錯位，分別與寬齒輪1的齒槽左、右側(cè)面貼緊，消除了間隙。2022-6-17382022-6-1739鍵聯(lián)接消隙鍵聯(lián)接消隙 當(dāng)齒輪與軸聯(lián)接時，鍵兩側(cè)的間隙也必須設(shè)法消除，其措施如下圖。圖（a）為雙鍵消除間隙，用緊定螺釘頂緊。圖（b）將其中一個鍵灌環(huán)氧樹酯，但不易拆卸維修。2022-6-1740聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié)由于伺服電機(jī)性能的提高，目前許多場合都采用伺服電機(jī)與絲杠直接相聯(lián)，由于伺服系統(tǒng)對傳動精度要求較高，因而對聯(lián)軸節(jié)也提出了較高的要求，主要有無間隙、傳動中彈性變形

20、小、高速傳動平穩(wěn)、穩(wěn)定可靠等。圖是較典型的聯(lián)軸節(jié)的結(jié)構(gòu)形式。圖（a）用錐銷聯(lián)接，為防止振松，用螺母加彈簧墊圈鎖緊。圖（b）將錐銷放在側(cè)邊，故可承受較大的剪切力。圖（c）為套筒中心線上互為90的兩個錐銷。套筒聯(lián)接尺寸小、轉(zhuǎn)動慣量小。圖（d）為十字滑塊聯(lián)軸節(jié)，接頭槽口需研配，適于負(fù)載較小的傳動。圖（e）是現(xiàn)在廣泛采用的直接聯(lián)接電機(jī)軸和絲杠的彈性無鍵聯(lián)軸節(jié)。這種聯(lián)軸節(jié)的工作原理是：聯(lián)軸節(jié)的左半部裝在電機(jī)軸上，當(dāng)擰緊螺釘2時，件3和件6相互靠近，擠壓內(nèi)錐環(huán)4、外錐環(huán)5，使外錐環(huán)內(nèi)徑縮小，內(nèi)錐環(huán)外徑脹大，使件6與電機(jī)軸1形成無鍵聯(lián)接。右半部也同樣形成無鍵聯(lián)接。左半部通過彈性鋼片組8兩個對角孔與螺栓10、

21、球面墊圈7、9相聯(lián)。圖中表明球面墊圈9與右半部件16沒有任何聯(lián)接關(guān)系。同樣，彈簧鋼片組8的另兩個對角孔，通過球面墊圈17、18、螺栓19與右半部的件16聯(lián)接，墊圈18與件6也沒有任何聯(lián)接關(guān)系。這樣依靠彈性鋼片組對角聯(lián)接（即彈性）傳遞扭矩，且與電機(jī)軸和絲杠都無鍵聯(lián)接。2022-6-17412022-6-1742滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 絲杠螺母副是運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分類：滑動絲杠螺母副，主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等； 滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數(shù)控機(jī)床； 靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。 工作原理絲杠

22、（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。2022-6-1743 滾珠循環(huán)方式 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。滾珠絲杠螺母副的每個循環(huán)稱為一列，每個導(dǎo)程稱為一圈。 外循環(huán)下圖為常用的一種外循環(huán)方式，這種結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔2.5圈或3.5圈螺紋處鉆兩個孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出口。再用弧形銅管插入進(jìn)口和出口內(nèi)，形成滾珠返回通道，由彎管的端部來引導(dǎo)滾珠；這種彎管由兩半合成，采用沖壓件，工藝性好。外循環(huán)方式制造工藝簡單、應(yīng)用廣泛，但螺母徑

23、向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，故剛性差、易磨損，噪音較大。外循環(huán)的工作圈數(shù)是2.5圈或3.5圈 ，12列。2022-6-1744 內(nèi)循環(huán) 圖為滾珠內(nèi)循環(huán)方式，它采用圓柱凸鍵反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2，反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位，以保持對準(zhǔn)螺紋滾道方向。在一個螺母上沿螺紋周向錯開120，軸向錯開 （t為導(dǎo)程），裝三個反向器，形成三圈滾珠循環(huán)。內(nèi)循環(huán)螺母結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易產(chǎn)生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較困難。 內(nèi)循環(huán)的工作圈數(shù)是3列。2022-6-1745 滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)滾珠絲杠螺母副的

24、特點(diǎn) 1。傳動效率高達(dá)85%98%，是普通滑動絲杠的24倍，2。摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小，采用它是提高進(jìn)給系統(tǒng)靈敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；3。傳動精度高，可消除傳動間隙，實(shí)現(xiàn)無間隙傳動；4。由于效率高，無自鎖能力，故對于垂直使用的情況，應(yīng)增加自鎖裝置。2022-6-1746滾珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選用 選用要點(diǎn)應(yīng)該根據(jù)機(jī)床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據(jù)機(jī)床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗(yàn)算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度、壓曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命等。 精度等級的選擇滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機(jī)床，一般可選用D級，精密級數(shù)控機(jī)

25、床選用C級精度的滾珠絲杠副。絲杠精度中的導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度影響最明顯。而絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機(jī)床的定位精度。通常需要計算出絲杠由于溫升產(chǎn)生的伸長量，該伸長量稱為絲杠的方向目標(biāo)。用戶在定購滾珠絲杠時，必須給出滾珠絲杠的方向目標(biāo)值。2022-6-1747 結(jié)構(gòu)尺寸的選擇結(jié)構(gòu)尺寸的選擇滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)尺寸主要有：絲杠的名義直徑D0、螺距t、長度L、滾珠直徑d0等，尤其是名義直徑與剛度直接相關(guān)，直徑大、承載能力和剛度越大，但直徑大轉(zhuǎn)動慣量也隨之增加，使系統(tǒng)的靈敏度降低。所以，一般是在兼顧二者的情況下選取最佳直徑。 有關(guān)資料推薦有關(guān)資料推薦： 名義直徑D0對于小型加工中心采

26、用32、40（mm），中型加工中心選用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滾珠絲杠，但通常應(yīng)大于L/30-L/35； 螺距t： t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但傳動效率低，承載能力低，應(yīng)折中考慮； 絲桿長度L：一般為工作行程+螺母長度+（510）；滾珠直徑d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0 =0.6t； 滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)和工作滾珠總數(shù)對絲桿工作特性影響較大；當(dāng)前面三項(xiàng)確定后，后兩項(xiàng)也確定了，一般不用用戶考慮。2022-6-1748 驗(yàn)算驗(yàn)算當(dāng)有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)選定后，還應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度、臨界轉(zhuǎn)速和壽命的驗(yàn)算校核： 剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算絲杠屬細(xì)長桿

27、，受扭矩會引起扭轉(zhuǎn)變形，從而“吃掉”若干輸入的位置指令，致使執(zhí)行間的輸出不到位，這些被“吃掉”的輸入稱為失動量。剛度驗(yàn)算就是校驗(yàn)絲杠在額定軸向（扭轉(zhuǎn)）載荷作用下，執(zhí)行件的失動量。失動量的計算方法如下：2022-6-1749 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算 對于數(shù)控機(jī)床來說，滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速是指快速移動時的轉(zhuǎn)速。因此，只要此時的轉(zhuǎn)速不超過臨界轉(zhuǎn)速就可以了。應(yīng)校核絲杠軸的轉(zhuǎn)速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導(dǎo)致強(qiáng)迫共振，影響機(jī)床正常工作。應(yīng)根據(jù)有關(guān)計算公式進(jìn)行的校核。 壽命驗(yàn)算壽命驗(yàn)算滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。在工程計算中，采用額定疲勞壽命這一概念，它指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的

28、滾珠絲杠，在相同條件下回轉(zhuǎn)時，其中90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)。也可用總回轉(zhuǎn)時間或總走行距離來表示?？筛鶕?jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式校核，應(yīng)保證總時間壽命Lt20 000(h)。如果不能滿足這一條件，而且軸向載荷已由工作要求所決定不能減小，則只有選取直徑較大，即額定動載荷較大的絲杠，以保證Lt20000(h)。2022-6-1750滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要來自于臥式絲杠的自重。由于滾珠絲杠的軸向剛度對位移精度的影響很大，因此，如何從利用支撐結(jié)構(gòu)來提高滾珠絲桿的軸向剛度是至關(guān)重要的。美國CINCINNATI 10HC臥式加工中心的Z坐標(biāo)（立柱

29、水平方向移動）的滾珠絲杠支承采用一端固定，一端自由的結(jié)構(gòu)形式如圖5-19（a），固定端采用四個接觸角為60的推力角接觸球軸承，兩個同向、面對面安裝，加上預(yù)緊，軸向剛度和承載能力都很高。該固定端連同伺服電機(jī)都安裝在支架2上。絲杠的另一端自由懸伸，滾珠絲杠螺母4固定在底座3上?？梢暈橐环N輔助支承。工作時，伺服電機(jī)12帶動滾珠絲杠5旋轉(zhuǎn)，并推動支架和重達(dá)5噸的立柱1（包括主軸箱和刀庫）沿Z 方向運(yùn)動。2022-6-17512022-6-17522022-6-1753滾珠絲杠的制動滾珠絲杠的制動 滾珠絲杠副的傳動效率高但不能自鎖，用在垂直傳動或高速大慣量場合時需要制動裝置。目前常見的有機(jī)械式和電氣式兩

30、種。電氣方式制動是采用電磁制動器，而且這種制動器就做在電機(jī)內(nèi)部。圖為FANUC公司伺服電機(jī)帶制動器的示意圖。機(jī)床工作時，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當(dāng)停機(jī)或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機(jī)端蓋為一體，故與電機(jī)軸聯(lián)接的絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機(jī)殼內(nèi)，與電機(jī)形成一體化的結(jié)構(gòu)。2022-6-1754 滾珠絲杠螺母副的安裝滾珠絲杠螺母副的安裝 一般要求滾珠絲杠螺母副在安裝時首先應(yīng)滿足以下要求： 滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動； 螺母座孔中心應(yīng)與絲杠安裝軸線同心； 滾珠絲杠螺母副中心線應(yīng)平行于相應(yīng)的導(dǎo)軌; 能方便

31、地進(jìn)行間隙調(diào)整、預(yù)緊和預(yù)拉伸。 預(yù)緊預(yù)緊 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊是使兩個螺母產(chǎn)生軸向位移（相離或靠近），以消除它們之間的間隙并施加預(yù)緊力，預(yù)緊目的是消除運(yùn)動間隙,提高運(yùn)動精度及傳動剛度。2022-6-1755滾珠絲杠副的軸向間隙的消除和預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向間隙的消除和預(yù)緊 軸向間隙：軸向間隙：指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母之間最大軸向竄動。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，還包括在施加軸向載荷之后彈性變形所造成的竄動。 預(yù)緊消隙的方法：預(yù)緊消隙的方法： 1 修磨墊片厚度 2 用鎖緊螺母消隙 3 齒差式調(diào)整2022-6-17562022-6-1757 雙螺母消隙雙螺母消隙特點(diǎn)：調(diào)整方便，不能精確調(diào)整特

32、點(diǎn)：調(diào)整方便，不能精確調(diào)整2022-6-1758修磨墊片消隙修磨墊片消隙2022-6-1759齒差式調(diào)整齒差式調(diào)整螺距螺距P P左螺母齒數(shù)左螺母齒數(shù)Z1Z1右螺母齒數(shù)右螺母齒數(shù)Z2Z2同向各轉(zhuǎn)一個齒調(diào)同向各轉(zhuǎn)一個齒調(diào)整量為：整量為：=P=P（1/Z1-1/Z1-1/Z21/Z2）特點(diǎn)：能精確調(diào)整特點(diǎn)：能精確調(diào)整間隙間隙數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌 對數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求：對數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求： 摩擦系數(shù)小、運(yùn)動平穩(wěn)、噪聲低、傳動靈活、精度高 常用導(dǎo)軌類型：常用導(dǎo)軌類型： 滾動導(dǎo)軌：滾動導(dǎo)軌塊 直線滾動導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌： 滑動導(dǎo)軌：貼塑導(dǎo)軌2022-6-1760 直線滾動導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌 2022-

33、6-1761 貼塑導(dǎo)軌：貼塑導(dǎo)軌：2022-6-1762 靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌2022-6-1763第四節(jié) 刀具、刀庫及自動換刀裝置數(shù)控機(jī)床對刀具的要求數(shù)控機(jī)床所用刀具的材料及其選擇數(shù)控機(jī)床用刀具類型自動換刀系統(tǒng)的組成原理刀庫與刀具管理刀具交換裝置2022-6-1764數(shù)控機(jī)床對刀具的要求數(shù)控機(jī)床對刀具的要求 適應(yīng)高速切削要求。高速度、大進(jìn)給是數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床的刀具必須具有良好的切削性能。 高的可靠性 較高的尺寸耐用度。刀具在兩次調(diào)整之間所能加工出合格零件的數(shù)量，稱為刀具的尺寸耐用度。 高精度。為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工的高精度和自動換刀的要求，刀具及其裝夾結(jié)構(gòu)也必須有很高的精度，以保證它在機(jī)床上

34、的安裝精度和重復(fù)定位精度。 可靠的斷屑及排屑措施 刀具的調(diào)整、更換方便、快速而且精確 符合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化及復(fù)合化2022-6-1765數(shù)控機(jī)床刀具材料的性能、種類數(shù)控機(jī)床刀具材料的性能、種類刀具材料的性能刀具材料的性能 較高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高耐磨性就越好。 足夠的強(qiáng)度和韌性。以抵抗切削過程中的沖擊和振動 較高的耐熱性。是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性和強(qiáng)度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志 較好的導(dǎo)熱性刀具材料的種類刀具材料的種類 高速鋼：通用型高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼 硬質(zhì)合金：硬質(zhì)合金的硬度和耐磨

35、性都很高，其切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍；但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差。 涂層刀具：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物。 陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基體上重添加各種碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生產(chǎn)工藝制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性等獨(dú)特的優(yōu)越性，在高速切削范圍以及加工某些難加工材料，特別是加熱切削法方面，包括涂層刀具在內(nèi)的任何高速鋼和硬質(zhì)合金刀具都無法與之相比。2022-6-17662022-6-1767數(shù)控車床所用刀具數(shù)控車床所用刀具2022-6-1768數(shù)控車床所用刀具數(shù)控車床所用刀具2

36、022-6-1769數(shù)控鏜銑床所用刀具數(shù)控鏜銑床所用刀具自動換刀裝置自動換刀裝置 概述概述 自動換刀系統(tǒng)應(yīng)該滿足換刀時間短，刀具重復(fù)定位精度高，刀具儲存數(shù)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整，應(yīng)有防屑、防塵裝置，布局應(yīng)合理等要求。同時也應(yīng)具有較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等特點(diǎn)。 組成：組成：自動換刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)(如機(jī)械手)、刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等部分組成。2022-6-1770換刀方式：分為兩大類換刀方式：分為兩大類由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換。用這種形式交換刀具時，主由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換。用這種形式交換刀具時，主軸上用過的刀具

37、送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個動作不能同時軸上用過的刀具送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個動作不能同時進(jìn)行，選刀和換刀由數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此換刀時間長，換刀動進(jìn)行，選刀和換刀由數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此換刀時間長，換刀動作也較多。作也較多。 由機(jī)械手進(jìn)由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換。行刀具交換。 由于刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機(jī)械手也有多種形式。2022-6-17712022-6-1772刀具必須裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄內(nèi)，我國TSG刀具系統(tǒng)規(guī)定了刀柄標(biāo)準(zhǔn)，有直柄及7 24錐度的錐柄兩類。分別用于圓柱形主軸孔及圓錐形主軸孔其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中3為刀柄定位及夾持部位，2為機(jī)械手抓取部位，1為鍵槽 ，用于

38、傳遞切削扭矩，4為螺孔，用以安裝可調(diào)節(jié)拉桿，供拉緊刀柄用。刀具的軸向尺寸和徑向尺寸應(yīng)先在調(diào)刀儀上調(diào)整好，才可裝入刀庫中。絲錐、鉸刀要先裝在浮動夾具內(nèi)，再裝入標(biāo)準(zhǔn)刀柄內(nèi)。圓柱形刀柄在使用時需在軸向和徑向夾緊，因而主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，圓柱柄安裝精度高，但磨損后不能自動補(bǔ)償。而錐柄稍有磨損也不會過分影響刀具的安裝精度。在換刀過程中，由于機(jī)械手抓住刀柄要作快速回轉(zhuǎn)，拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準(zhǔn)主軸上的驅(qū)動鍵。因此，機(jī)械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當(dāng)?shù)膴A緊力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉(zhuǎn)動或脫落。 2022-6-1773柄式夾持：柄式夾持：刀柄前端有刀柄前端有V形槽

39、，供機(jī)械手夾持用，目前我國數(shù)控機(jī)床較多采用這形槽，供機(jī)械手夾持用，目前我國數(shù)控機(jī)床較多采用這種夾持方式。如圖所示為機(jī)械手手掌結(jié)構(gòu)示意圖。由固定爪種夾持方式。如圖所示為機(jī)械手手掌結(jié)構(gòu)示意圖。由固定爪7及活動及活動爪爪1組成，活動爪組成，活動爪1可繞軸可繞軸2回轉(zhuǎn)，其一端在彈簧柱塞回轉(zhuǎn)，其一端在彈簧柱塞6的作用下，支的作用下，支靠在擋銷靠在擋銷3上，調(diào)整螺栓上，調(diào)整螺栓5以保持手掌適當(dāng)?shù)膴A緊力，鎖緊銷以保持手掌適當(dāng)?shù)膴A緊力，鎖緊銷4使活使活動爪動爪1牢固夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷牢固夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷4要軸向壓要軸向壓進(jìn)，放松活動爪進(jìn)，放松活動爪1，以便抓刀

40、或松刀時手爪從刀柄，以便抓刀或松刀時手爪從刀柄V形槽中退出。形槽中退出。2022-6-1774法蘭盤式夾持法蘭盤式夾持法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖所示在刀柄的前端有法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖所示在刀柄的前端有供機(jī)械手夾持用的法蘭盤，圖中所示為采用帶洼形肩面的法蘭盤供機(jī)供機(jī)械手夾持用的法蘭盤，圖中所示為采用帶洼形肩面的法蘭盤供機(jī)械手夾持用。圖（械手夾持用。圖（a）上圖為松開狀態(tài)，下圖為夾持狀態(tài)。采用法蘭）上圖為松開狀態(tài)，下圖為夾持狀態(tài)。采用法蘭盤式夾持的突出優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)采用中間搬運(yùn)裝置時，可以很方便地從一盤式夾持的突出優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)采用中間搬運(yùn)裝置時，可以很方便地從一個機(jī)

41、械手過渡到另一個輔助機(jī)械手上去，如圖（個機(jī)械手過渡到另一個輔助機(jī)械手上去，如圖（b）所示。法蘭盤式）所示。法蘭盤式夾持方式、換刀動作較多，不如柄式夾持方式應(yīng)用廣泛。夾持方式、換刀動作較多，不如柄式夾持方式應(yīng)用廣泛。2022-6-1775刀臂式換刀動作流程刀臂式換刀動作流程刀套下轉(zhuǎn)90機(jī)械手轉(zhuǎn)75 機(jī)械手拔刀刀具位置交換機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)75刀套上轉(zhuǎn)90主軸Z向定位、準(zhǔn)停2022-6-1776刀庫和刀具管理刀庫和刀具管理刀庫類型刀庫類型：數(shù)控機(jī)床上普遍采數(shù)控機(jī)床上普遍采用盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁?。密集型用盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁?。密集型的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)的

42、限制，很面積小，但由于結(jié)構(gòu)的限制，很少用于單機(jī)加工中心。密集型的少用于單機(jī)加工中心。密集型的固定刀庫目前多用于固定刀庫目前多用于FMS中的中的集中供刀系統(tǒng)。集中供刀系統(tǒng)。盤式刀庫：盤式刀庫一般用于刀盤式刀庫：盤式刀庫一般用于刀具容量較少的刀庫具容量較少的刀庫鏈?zhǔn)降稁欤阂话愕毒邤?shù)量在鏈?zhǔn)降稁欤阂话愕毒邤?shù)量在30120把時，多采用鏈?zhǔn)降栋褧r，多采用鏈?zhǔn)降稁鞄?022-6-1777盤盤式式刀刀庫庫2022-6-1778鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁熳詣訐Q刀的選刀方式自動換刀的選刀方式 順序選刀順序選刀 將刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順

43、序放入下一個刀座內(nèi)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這種方式現(xiàn)在已很少采用。 刀具編碼方式刀具編碼方式：采用特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，對每把刀進(jìn)行編碼 刀座編碼方式刀座編碼方式：永久性編碼、臨時性編碼（鑰匙編碼）方式 任意選刀任意選刀：軟件選刀2022-6-17792022-6-1780軟件選刀方式軟件選刀方式ATC（自動換刀）控制和刀號數(shù)據(jù)表（自動換刀）控制和刀號數(shù)據(jù)表2022

44、-6-1781刀具識別與換刀刀具識別與換刀1 1。刀具在刀庫中任意放。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號可任意設(shè)定置，刀具編號可任意設(shè)定2 2。刀具表中刀具號與刀。刀具表中刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)始終與套號的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)始終與刀具在刀庫中的實(shí)際位置刀具在刀庫中的實(shí)際位置對應(yīng)對應(yīng)3 3。計算機(jī)通過查刀具表。計算機(jī)通過查刀具表識別刀具識別刀具4 4。換刀時，通過軟件修。換刀時，通過軟件修改刀具表，使相應(yīng)刀具表改刀具表，使相應(yīng)刀具表中的刀號與交換后的刀號中的刀號與交換后的刀號一致。一致。2022-6-1782刀具交換裝置的形式刀具交換裝置的形式 回轉(zhuǎn)刀架換刀 回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？稍O(shè)計成四

45、方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，并相應(yīng)地安裝四把、六把或更多的刀具。 換刀流程如下：換刀流程如下： 更換主軸換刀 更換主軸箱換刀 更換刀庫換刀 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)2022-6-1783刀架抬起刀架轉(zhuǎn)位刀架壓緊轉(zhuǎn)位油缸復(fù)位2022-6-17842022-6-1785更換主軸換刀更換主軸換刀特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸剛性差，適應(yīng)切削軸剛性差，適應(yīng)切削力不大的場合。力不大的場合。2022-6-1786更換主軸箱換刀更換主軸箱換刀2022-6-1787更換刀庫換刀更換刀庫換刀2022-6-1788帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具

46、在主軸上這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，應(yīng)用最廣泛。的自動裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，應(yīng)用最廣泛。 刀庫可裝在機(jī)床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個刀庫可裝在機(jī)床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。特點(diǎn)：帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)，整個換刀過程比較復(fù)雜。換刀時，根據(jù)特點(diǎn)：帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)，整個換刀過程比較復(fù)雜。換刀時，根據(jù)選刀指令先在刀庫上選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，選刀指令先在刀庫上選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進(jìn)行刀具交換。這種換刀裝置和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比，由于機(jī)

47、床主軸箱內(nèi)只進(jìn)行刀具交換。這種換刀裝置和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比，由于機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以增強(qiáng)主軸的剛性，有利于精密加工和重切削有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以增強(qiáng)主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀庫，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的多工序加工，從而提高加工；可采用大容量的刀庫，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的多工序加工，從而提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。但換刀過程的動作較多，換刀時間較長。了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。但換刀過程的動作較多，換刀時間較長。2022-6-17891。刀庫裝在工作臺上。刀庫裝在工作臺上工作臺快速向右移動刀庫空刀座對準(zhǔn)主軸主軸箱下降、主軸松刀主軸箱上升、刀庫回轉(zhuǎn)主軸箱下降，主軸插

48、刀主軸箱上升機(jī)床工作臺快速向左返回工件復(fù)位2022-6-17902。刀庫裝在立柱上。刀庫裝在立柱上 工件上某一工序加工完，主軸準(zhǔn)停，工件上某一工序加工完，主軸準(zhǔn)停，主軸箱返回?fù)Q刀點(diǎn)準(zhǔn)備換刀，刀庫上的主軸箱返回?fù)Q刀點(diǎn)準(zhǔn)備換刀，刀庫上的“新刀新刀”按預(yù)定指令轉(zhuǎn)到換刀位置上。按預(yù)定指令轉(zhuǎn)到換刀位置上。 機(jī)械手由圖機(jī)械手由圖 (a)的原始位置逆時針的原始位置逆時針回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)90，到圖（，到圖（b）的位置，機(jī)械手的）的位置，機(jī)械手的兩卡爪同時抓住刀庫中的兩卡爪同時抓住刀庫中的“新刀新刀”4與主軸與主軸中的中的“舊刀舊刀”3。 機(jī)械手沿軸向同時將刀具從主軸與刀機(jī)械手沿軸向同時將刀具從主軸與刀庫中拔出，圖（庫

49、中拔出，圖（c）。）。 機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)180,把把新刀新刀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到主軸處，到主軸處，舊刀舊刀轉(zhuǎn)到刀庫的換刀位置，圖轉(zhuǎn)到刀庫的換刀位置，圖（d）。）。 機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r裝入主軸及機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r裝入主軸及刀庫中，圖（刀庫中，圖（e）。）。 機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)90，恢復(fù)原始，恢復(fù)原始水平位置，圖（水平位置，圖（f）。）。 這種換刀裝置換刀時間較短，刀庫可這種換刀裝置換刀時間較短，刀庫可儲存較多的刀具，適用于加工較復(fù)雜的工儲存較多的刀具，適用于加工較復(fù)雜的工件。件。2022-6-17912022-6-17923。刀庫裝在主軸箱上。刀庫裝在主軸箱上如圖所示為刀

50、庫如圖所示為刀庫2裝在主軸箱上方，刀庫中刀具軸線與機(jī)床主軸軸線相裝在主軸箱上方，刀庫中刀具軸線與機(jī)床主軸軸線相差差90，不能用一個機(jī)械手，不能用一個機(jī)械手1直接換刀。需通過刀具回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直接換刀。需通過刀具回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3先將刀先將刀具翻轉(zhuǎn)具翻轉(zhuǎn)90，使其軸線與主軸軸線平行，再由機(jī)械手一端卡爪抓取回，使其軸線與主軸軸線平行，再由機(jī)械手一端卡爪抓取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的刀具，另一端卡爪抓取主軸轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的刀具，另一端卡爪抓取主軸4上的刀具上的刀具5，實(shí)現(xiàn)刀具的相互，實(shí)現(xiàn)刀具的相互交換，從主軸上卸下的刀具只能由機(jī)械手送至刀具的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，然后交換，從主軸上卸下的刀具只能由機(jī)械手送至刀具的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，然后反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)90送

51、回刀庫。送回刀庫。2022-6-17934。刀庫獨(dú)立裝在機(jī)床。刀庫獨(dú)立裝在機(jī)床之外之外 刀庫的容量大、刀具較刀庫的容量大、刀具較重或機(jī)床總體布局等原因，重或機(jī)床總體布局等原因，刀庫也可作為一個獨(dú)立部件，刀庫也可作為一個獨(dú)立部件，裝在機(jī)床之外。如圖所示，裝在機(jī)床之外。如圖所示，鏈?zhǔn)降稁熘糜跈C(jī)床左側(cè)，通鏈?zhǔn)降稁熘糜跈C(jī)床左側(cè)，通過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的交換。過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的交換。2022-6-1794刀庫遠(yuǎn)離機(jī)床刀庫遠(yuǎn)離機(jī)床 這種換刀系統(tǒng)常常要這種換刀系統(tǒng)常常要附加運(yùn)輸裝置，來完成刀附加運(yùn)輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運(yùn)輸。庫與主軸之間刀具的運(yùn)輸。機(jī)床左側(cè)的鏈?zhǔn)降稁煊伤臋C(jī)床左側(cè)的鏈?zhǔn)降稁煊伤呐诺舵溄M

52、成，雙臂式交叉排刀鏈組成，雙臂式交叉機(jī)械手要在四排刀鏈的任機(jī)械手要在四排刀鏈的任一排刀鏈上選擇所需的刀一排刀鏈上選擇所需的刀具，所以機(jī)械手必需上下具，所以機(jī)械手必需上下移動，并可停在四個換刀移動，并可停在四個換刀位置上取刀。為了能在刀位置上取刀。為了能在刀庫及主軸上裝卸刀具，機(jī)庫及主軸上裝卸刀具，機(jī)械手回轉(zhuǎn)架可回轉(zhuǎn)械手回轉(zhuǎn)架可回轉(zhuǎn)180，裝刀手與卸刀手還必沿本裝刀手與卸刀手還必沿本身導(dǎo)軌作直線往復(fù)運(yùn)動，身導(dǎo)軌作直線往復(fù)運(yùn)動，以裝卸刀具。以裝卸刀具。第三章第三章 數(shù)控加工編程數(shù)控加工編程什么是數(shù)控加工編程數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)自動編程2022-6-1795什么是數(shù)控加工編程什么是數(shù)

53、控加工編程這是一個鉆孔程序的實(shí)例，程序如下：P0001； 程序名N10 T01 M06 S1000 M03； 選擇刀具，啟動主軸N20 G54 G90 G00 Z10； 建立工件原點(diǎn)，快移N30 G81 G99 X20 Y40 Z2 I-15 F80 ；鉆孔循環(huán)N40 X40 Y60； 鉆第二孔 N50 X60 Y40； 鉆第三孔N60 X40 Y20； 鉆第四孔N70 G80 G00 Z50 M05 M30；結(jié)束鉆孔，程序結(jié)束2022-6-17962022-6-1797程序格式：程序格式：P P N 10 T N 10 T M 06 S M 06 S F F M03M03N 20 G54 G

54、90 G00 X- Y- Z- M08N 20 G54 G90 G00 X- Y- Z- M08N30 N30 N100 M09N100 M09N110 M30/M02N110 M30/M02注：注：程序段由若干個指令字組成，如程序段由若干個指令字組成，如M03M03，X10X10等等每個指令字由地址符和數(shù)字組成如每個指令字由地址符和數(shù)字組成如G54G54，GG地址符地址符 程序內(nèi)容：程序內(nèi)容： 程序的編號；如：P0001 工件的原點(diǎn)（編程原點(diǎn)）；如：G54 FST指令，即：進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、刀具指令 主軸啟動、換刀；如：M03，M06 刀具的引進(jìn)、退出（快進(jìn)、快退）；如：G00 Z10 刀

55、具的運(yùn)動軌跡；如：G01，G02 冷卻液的開停；如：M08，M09 程序結(jié)束；如M02，M302022-6-1798編程步驟編程步驟熟悉零件圖2022-6-1799確定加工工藝節(jié)點(diǎn)位置計算用機(jī)床識別的代碼編程圖形模擬首件試切修改，完成工藝分析與數(shù)值計算工藝分析與數(shù)值計算分析零件加工工藝：分析零件加工工藝： 確定加工機(jī)床、刀具與夾具； 確定零件加工的工藝線路、工步順序； 切削用量（f、s、t）等工藝參數(shù)；數(shù)值計算：數(shù)值計算： 根據(jù)圖紙尺寸及工藝線路的要求： 選定工件坐標(biāo)系 計算零件輪廓和刀具運(yùn)動軌跡的坐標(biāo)值； 將坐標(biāo)值按NC機(jī)床規(guī)定編程單位（脈沖當(dāng)量）換算為相應(yīng)的編程尺寸。 2022-6-171

56、00坐標(biāo)系建立的原則坐標(biāo)系建立的原則 刀具相對于靜止的工件而運(yùn)動的原則 標(biāo)準(zhǔn)右手直角坐標(biāo)系，用X、Y、Z表示直線運(yùn)動的三個方向 Z軸正方向?yàn)榈毒哌h(yuǎn)離工件的方向 用A、B、C表示分別繞X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，符合右手螺旋定則 平行于X、Y、Z坐標(biāo)軸的符加軸為U、V、W及P、Q、R2022-6-17101如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系1.先確定先確定Z軸：軸： .主運(yùn)動軸為Z軸 . 多個主軸時，垂直于工件裝夾平面的為主要主軸，平行于該軸方向的為Z軸 . 無主軸時，垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆軸 .刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸正方向2.再確定再確定X軸軸：主軸（Z軸）帶工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如車

57、床 1. X軸分布在徑向，平行于橫向滑座 2. 刀具遠(yuǎn)離主軸中心線的方向?yàn)檎蛑鬏S（Z軸）帶刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如銑、鉆、鏜床 1. X軸是水平的，平行于工件的裝夾平面 2. 立式：主軸垂直布置, 由主軸向立柱看，X軸的正方向指向右 3. 臥式：主軸水平布置, 由主軸向工件看，X軸的正方向指向右3.最后按右手定則確定最后按右手定則確定Y軸軸2022-6-17102銑床坐標(biāo)軸的分布銑床坐標(biāo)軸的分布2022-6-17103車床坐標(biāo)軸的分布車床坐標(biāo)軸的分布2022-6-17104雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系對ZZ 軸軸線在豎直方向且為雙立柱的數(shù)控機(jī)床(如：龍門機(jī)床)，規(guī)定由刀具向左立柱看

58、時，X 坐標(biāo)的正方向指向右邊。參見右圖。2022-6-17105機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn) 機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)在機(jī)床經(jīng)過設(shè)計制造和調(diào)整后這個原點(diǎn)便被確定下來,它是固定的點(diǎn)。 數(shù)控裝置上電時并不知道機(jī)床零點(diǎn)每個坐標(biāo)軸的機(jī)械行程是由最大和最小限位開關(guān)來限定的。 機(jī)床參考點(diǎn)：機(jī)床參考點(diǎn)：機(jī)床上已知的確定的點(diǎn)。為了正確地在機(jī)床工作時建立機(jī)床坐標(biāo)系通常在每個坐標(biāo)軸的移動范圍內(nèi)設(shè)置一個機(jī)床參考點(diǎn)作為測量起點(diǎn)，機(jī)床起動時通常要進(jìn)行機(jī)動或手動回參考點(diǎn)以建立機(jī)床坐標(biāo)系。 機(jī)床參考點(diǎn)可以與機(jī)床零點(diǎn)重合也可以不重合通

59、過參數(shù)指定機(jī)床參考點(diǎn)到機(jī)床零點(diǎn)的距離。 機(jī)床回到了參考點(diǎn)位置也就知道了該坐標(biāo)軸的零點(diǎn)位置找到所有坐標(biāo)軸的參考點(diǎn)CNC 就建立起了機(jī)床坐標(biāo)系。2022-6-17106工件坐標(biāo)系、編程原點(diǎn)和對刀點(diǎn)工件坐標(biāo)系、編程原點(diǎn)和對刀點(diǎn) 工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點(diǎn)為原點(diǎn)稱編程原點(diǎn)或工件原。 工件坐標(biāo)系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。 工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)選擇工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)選擇要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件，一般情況下以坐標(biāo)式尺寸標(biāo)注的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)點(diǎn)；對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在對稱中心線

60、或圓心上；Z 軸的程序原點(diǎn)通常選在工件的上表面。 對刀點(diǎn)對刀點(diǎn)是零件程序加工的起始點(diǎn)，對刀的目的是確定工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。對刀點(diǎn)可與程序原點(diǎn)重合也可在任何便于對刀之處，但該點(diǎn)與程序原點(diǎn)之間必須有確定的坐標(biāo)聯(lián)系?？梢酝ㄟ^CNC 將相對于程序原點(diǎn)的任意點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相對于機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)。 加工開始時要設(shè)置工件坐標(biāo)系，用G92 指令可建立工件坐標(biāo)系。 用G54G59 指令可選擇工件坐標(biāo)系。2022-6-171072022-6-17108數(shù)控銑床（加工中心）的坐標(biāo)系及尺寸傳遞關(guān)系數(shù)控銑床（加工中心）的坐標(biāo)系及尺寸傳遞關(guān)系機(jī)床原點(diǎn)工件原點(diǎn)W主軸參考點(diǎn)刀位點(diǎn)通過刀具尺寸（R、L）及刀具磨損補(bǔ)償